BIM技術(shù)助力工程協(xié)同設(shè)計(jì)與數(shù)字化交付

文｜劉玉平

目前，BIM 技術(shù)作為數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)，在我國的數(shù)字化進(jìn)程中正扮演著愈來愈重要的角色。但在這個(gè)過程中，BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用仍然存在著不完善之處，比如“后建?！薄Ｋ^“后建?！?，就是先用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法完成整個(gè)專業(yè)管道設(shè)計(jì)并畫出二維圖紙，再根據(jù)已有的設(shè)計(jì)圖紙用BIM 相關(guān)的軟件建立三維信息模型，隨后再進(jìn)行專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間的模型碰撞檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行管線優(yōu)化和二維圖紙調(diào)整。此種模式廣泛存在于當(dāng)前設(shè)計(jì)院的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，但實(shí)際上，這種模式是對(duì)BIM 技術(shù)的逆向使用，不屬于真正的三維設(shè)計(jì)。而且由于“后建?！贝嬖跁r(shí)間上的延遲性，對(duì)施工圖設(shè)計(jì)及出圖的幫助不大。BIM 正向設(shè)計(jì)正是基于我國現(xiàn)階段BIM 應(yīng)用困難提出的一種解決方案。

BIM 技術(shù)正向設(shè)計(jì)發(fā)展

BIM 設(shè)計(jì)的一般做法是建立一個(gè)協(xié)同工作平臺(tái)，通過不斷積累族庫，并結(jié)合現(xiàn)有軟件平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，完成模塊化、參數(shù)化的快速建模。然后聯(lián)通計(jì)算分析模型進(jìn)行整體分析或局部分析，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求，一旦滿足設(shè)計(jì)要求后，將形成最終的BIM 設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行虛擬展示、二維出圖、工程量統(tǒng)計(jì)等，最后交付信息化設(shè)計(jì)模型。

BIM 正向設(shè)計(jì)是以三維BIM 模型為出發(fā)點(diǎn)和數(shù)據(jù)源，完成從方案設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)的全過程任務(wù)。目前，限于技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)人員掌握BIM 技術(shù)的程度，還很難做到完全意義上的BIM 正向設(shè)計(jì)。大部分企業(yè)采用的BIM 設(shè)計(jì)應(yīng)用是翻模，而翻模只是BIM 發(fā)展的一個(gè)過渡，但也有其積極的作用。

如果把二三十年前使用CAD 進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，作為第一次工程信息化革命的話，那么現(xiàn)在的BIM 技術(shù)應(yīng)用就相當(dāng)于第二次技術(shù)革命。對(duì)于現(xiàn)階段的正向設(shè)計(jì)，我們還面臨著很多亟待解決的問題，例如設(shè)計(jì)生產(chǎn)任務(wù)繁重、設(shè)計(jì)平臺(tái)本土化差、非數(shù)字化交付成果、自動(dòng)出圖效率較差等。

本文提出的正向設(shè)計(jì)仍然是以圖紙為信息載體，這主要是因?yàn)锽IM 技術(shù)本身還處于初始階段，不夠成熟，各項(xiàng)理論和實(shí)施策略充滿不確定性，技術(shù)發(fā)展和工程管理尚未成熟。

跨區(qū)域協(xié)同設(shè)計(jì) 提升設(shè)計(jì)效率

以專業(yè)管線設(shè)計(jì)為例，BIM 正向設(shè)計(jì)是指利用BIM 技術(shù)，以建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等模型為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程和常規(guī)二維設(shè)計(jì)流程相似，依次進(jìn)行管線設(shè)計(jì)、管線總裝、管線綜合排布、碰撞檢查調(diào)整，生成圖紙等步驟。

協(xié)同設(shè)計(jì)管理。專業(yè)管線種類繁多，并且同時(shí)涉及電氣、熱控、暖通、給排水等數(shù)個(gè)專業(yè)，多專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容又互為邊界條件，在設(shè)計(jì)階段中不斷伴隨著方案調(diào)整、節(jié)點(diǎn)控制等問題，協(xié)調(diào)難度大。想要有序地開展如此復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作，必須要進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)管理。通過建立協(xié)同設(shè)計(jì)信息管理平臺(tái)，創(chuàng)建項(xiàng)目和專業(yè)配置，設(shè)定統(tǒng)一格式、坐標(biāo)等，賦予不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員不同的權(quán)限。設(shè)計(jì)人員利用協(xié)同設(shè)計(jì)信息管理平臺(tái)在設(shè)計(jì)過程中獲取統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，完成BIM資料互提，同時(shí)對(duì)專業(yè)間的參考關(guān)系和文件版本進(jìn)行記錄和管理，使設(shè)計(jì)人員突破空間限制跨區(qū)域進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，極大的提升了設(shè)計(jì)效率。

使用Bentley OpenPlant Modeler 軟件進(jìn)行管線設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)應(yīng)以建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)成果為基礎(chǔ)，導(dǎo)入建筑、結(jié)構(gòu)、軸網(wǎng)、設(shè)備等模型作為重要基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在排布管線時(shí)，應(yīng)在保證滿足動(dòng)力專業(yè)設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮避開重要基準(zhǔn)，包括梁、柱、設(shè)備基礎(chǔ)、承臺(tái)、既有管線等，并調(diào)整與其他設(shè)施間的凈距，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

將動(dòng)力專業(yè)各系統(tǒng)的管線在統(tǒng)一坐標(biāo)下總裝，進(jìn)行專業(yè)內(nèi)部管線碰撞檢測和綜合排布。在綜合管線的排布過程中，由于各類管線在性質(zhì)和使用上各有不同，故不同系統(tǒng)的管線有其自身的排布要求和設(shè)計(jì)原則，應(yīng)盡量保持各管線的位置。如管線需作調(diào)整，應(yīng)既能滿足各專業(yè)系統(tǒng)管線間距埋深等硬性的需求，也要設(shè)計(jì)美觀實(shí)用，方便施工作業(yè)及后期運(yùn)營維護(hù)。

利用OpenPlant Modeler 軟件自帶的碰撞檢測模塊進(jìn)行各專業(yè)間BIM 模型的碰撞檢測。碰撞檢測的主要目的是檢測各專業(yè)管線之間、管線與建構(gòu)筑物之間在空間位置上是否有重疊發(fā)生，從而完成項(xiàng)目模型內(nèi)各種管線、構(gòu)筑物三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作，以避免發(fā)生空間沖突，消除管線之間的碰撞，從而避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤影響施工。碰撞檢查對(duì)象和范圍可以在碰撞檢查工具中進(jìn)行設(shè)定。動(dòng)力專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行碰撞檢測時(shí)，通常將其他專業(yè)模型合并，一起與本專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測。檢測完成后，軟件將自動(dòng)生成檢查結(jié)果，并顯示碰撞位置，以便設(shè)計(jì)人員能夠快速查找到碰撞點(diǎn)，進(jìn)行管線調(diào)整。見圖1。

碰撞檢查完畢后，會(huì)將碰撞的模型以及模型種類屬性一并記錄下來。選中報(bào)告中的碰撞點(diǎn)會(huì)切換到碰撞位置的具體視圖，碰撞實(shí)體模型按照事先定義好的顏色進(jìn)行標(biāo)記，與其他管線構(gòu)件相區(qū)別。逐個(gè)調(diào)取碰撞檢查結(jié)果，可以對(duì)碰撞項(xiàng)進(jìn)行選擇和原因分析，從而確認(rèn)其是否為有效碰撞。確認(rèn)后，將碰撞點(diǎn)匯總，做成碰撞報(bào)告，向碰撞相關(guān)專業(yè)提資，讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)碰撞報(bào)告進(jìn)行調(diào)整和修改。

圖1

在設(shè)計(jì)人員根據(jù)碰撞檢查報(bào)告進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，還應(yīng)對(duì)調(diào)整后的管線進(jìn)行二次碰撞檢查，直至確認(rèn)管線無碰撞沖突。

在現(xiàn)行的專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境下，二維圖紙仍然是設(shè)計(jì)院的主要設(shè)計(jì)成果，業(yè)主方也大多要求傳統(tǒng)的二維圖紙交付。因此，由三維BIM 模型轉(zhuǎn)為二維圖紙也是當(dāng)下必要的需求。

在OpenPlant Modeler 軟件中，將模型截取成平面，在平面上完成對(duì)模型的尺寸標(biāo)注、注釋說明、標(biāo)準(zhǔn)圖框創(chuàng)建、整體布局之后再導(dǎo)出DWG 格式圖紙。在出二維圖紙前，應(yīng)對(duì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，考慮如何充分利用三維模型的空間立體屬性、選取哪些內(nèi)容可以將管線在二維圖紙上表達(dá)清楚。根據(jù)軟件生成的平面布置圖如圖2 所示。

由于動(dòng)力管線圖紙是由模型生成，所以當(dāng)設(shè)計(jì)方案變更時(shí)，布置圖將會(huì)自動(dòng)更新，而ISO 軸測圖需重新導(dǎo)入新模型生成。因?yàn)閳D紙都出自于一個(gè)單一的BIM 模型文件，所以因?yàn)楦膭?dòng)帶來的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤會(huì)大幅減少，設(shè)計(jì)質(zhì)量大幅提升。

圖2

結(jié)論與展望

通過對(duì)BIM 技術(shù)在管線設(shè)計(jì)階段特點(diǎn)的研究，以及對(duì)基于動(dòng)力專業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)方法的探索與總結(jié)，可以看出，BIM 三維正向設(shè)計(jì)在專業(yè)設(shè)計(jì)階段擁有廣泛的應(yīng)用前景。

BIM 技術(shù)應(yīng)用在動(dòng)力專業(yè)管線設(shè)計(jì)上，可有效的展示設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖，彌補(bǔ)二維設(shè)計(jì)在處理空間問題和復(fù)雜問題時(shí)所存在的欠缺，更好的幫助讀圖者理解圖紙內(nèi)容，有效避免施工出現(xiàn)偏離；通過使用OpenPlant Modeler軟件作為動(dòng)力專業(yè)管線建模工具，通過參考建筑結(jié)構(gòu)模型和設(shè)備模型，為管線在復(fù)雜空間內(nèi)的布設(shè)提供了真實(shí)而可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，能夠更有效的利用空間，增加了設(shè)計(jì)的可靠性；通過專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間的碰撞檢查，可快速查找到多項(xiàng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤點(diǎn)和碰撞點(diǎn)，能夠幫助設(shè)計(jì)人員減少出圖錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)水平。

通過建立協(xié)同設(shè)計(jì)信息管理平臺(tái)，能高效解決圖紙繪制和文件編輯過程中信息交流共享和協(xié)同工作的問題，可為工程項(xiàng)目內(nèi)容的管理提供一個(gè)具有流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的集成協(xié)同環(huán)境，使工程項(xiàng)目的整體團(tuán)隊(duì)人員、工程項(xiàng)目信息按照設(shè)定的工作流程整體協(xié)同工作，大大提高了設(shè)計(jì)速度。