基于BIM 的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)研究

涂中強(qiáng)，師偉凱

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 徐州 221116；3.江蘇瑾傲建筑科技有限公司，江蘇 徐州 221116）

1 BIM 在建筑行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值

建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM） 構(gòu)件首先包含全專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝） 的三維模型（幾何尺寸信息、位置信息），除此之外還應(yīng)涵蓋項(xiàng)目管理、運(yùn)維等非幾何信息，比如：成本、物料、人材機(jī)資源、施工質(zhì)量控制、安全技術(shù)措施、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)參數(shù)（狀態(tài)） 等信息。目前建筑行業(yè)明確提出的BIM 技術(shù)特點(diǎn)為：協(xié)調(diào)性（設(shè)計(jì)階段：全專業(yè)；施工運(yùn)營(yíng)階段：設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、施工總/分包單位、建立單位、業(yè)主、政府相關(guān)單位等多方面）、可視化（三維模型/圖片、漫游影片）、模擬性（設(shè)計(jì)階段：凈高分析、日照、采光分析、圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗分析、通風(fēng)分析、安全疏散模擬分析；施工階段：施工方案模擬）、可出圖性（平面圖、立面圖、剖面圖、三維軸測(cè)圖）、優(yōu)化性（管線綜合排布方案、機(jī)房深化設(shè)計(jì)）、參數(shù)化性（參數(shù)模型、曲面設(shè)計(jì)）、信息完備且可傳遞性等[1-2]。

2 基于BIM 的正向協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)的應(yīng)用貫通建筑項(xiàng)目的全壽命周期，見圖1。協(xié)同性是BIM 的最重要的優(yōu)勢(shì)，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能力也逐步成為各建筑相關(guān)單位的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 BIM 技術(shù)在建筑項(xiàng)目的全壽命周期應(yīng)用示意圖

在施工階段，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工總承包（分包） 單位、監(jiān)理單位等多方面應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、施工（安全） 方案模擬、簽證、變更管理等，極大地提高了項(xiàng)目協(xié)作效率，同時(shí)也充分體現(xiàn)了多專業(yè)的配合。在設(shè)計(jì)階段：結(jié)構(gòu)與機(jī)電專業(yè)、機(jī)電安裝與建筑裝飾等多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM 的最主要價(jià)值。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式往往遺留大量的圖紙的“錯(cuò)、漏、碰、缺”問題——建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電安裝各專業(yè)的管線由于各自獨(dú)立設(shè)計(jì)而沒有交集，加之圖紙會(huì)審工作需要耗費(fèi)大量資源，協(xié)調(diào)水平參差不齊，因此導(dǎo)致商業(yè)綜合體、醫(yī)院等大型項(xiàng)目的機(jī)電管線安裝施工出現(xiàn)了很多問題：管線扎堆、空間受限無法安裝或難以考慮安裝檢修空間、管線強(qiáng)行避讓不符合要求、凈高受限、安裝效果凌亂不美觀等，以上問題往往會(huì)造成返工甚至難以施工的情況，對(duì)工期、成本、質(zhì)量、安全和后期的維護(hù)造成很大的困擾。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行正向協(xié)同設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案、只要模型精度合理則可以極大程度地避免以上問題。目前BIM 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在施工階段的方向設(shè)計(jì)—使用BIM 技術(shù)把二維施工圖紙進(jìn)行反向建模（翻模） 以達(dá)到項(xiàng)目管理的目的，而直接從設(shè)計(jì)階段介入、使用BIM 進(jìn)行正向協(xié)同設(shè)計(jì)的工程仍顯“稀缺”。

3 確定項(xiàng)目BIM 協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于BIM 技術(shù)的現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》（2018年1 月1 日起實(shí)施）、GB/T 51301-2018《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》（2019 年6 月1 日起實(shí)施）、GB/T 51447-2021《建筑信息模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》（2022 年2 月1 日起實(shí)施）。北京、上海、深圳、江蘇、浙江等省（直轄市） 的住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳積極開展工程建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)數(shù)字化研究，各自都出臺(tái)了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了BIM 與多源異構(gòu)數(shù)據(jù)格式（輸入、輸出文件兼容）、項(xiàng)目數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)（模型精度等級(jí)及構(gòu)件對(duì)應(yīng)）、BIM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（專業(yè)系統(tǒng)、命名格式） 和BIM 數(shù)據(jù)（構(gòu)件屬性數(shù)據(jù)、共享參數(shù)等） 框架性應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。由于建筑物構(gòu)件成千上萬、構(gòu)件族信息千差萬別，BIM 的復(fù)雜性和模型應(yīng)用價(jià)值的多維度性，企業(yè)還應(yīng)該在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方政府標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立“公司級(jí)”的模型標(biāo)準(zhǔn)，或者在項(xiàng)目前期與業(yè)主方（咨詢委托方） 充分溝通，使用業(yè)主方（咨詢委托方） 的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，形成高效、穩(wěn)定的協(xié)同方式。例如：主梁、板（重要區(qū)域樓板）、柱、防火（各） 墻、風(fēng)（通風(fēng)、排煙、中央空調(diào)）、水（冷水供水主管道、消防水主管道、采暖管道、排水管道）、電（強(qiáng)電橋架、安防弱電橋架、消防供電橋架） 各專業(yè)、系統(tǒng)設(shè)置，以及顯示樣式、顏色設(shè)置、共享參數(shù)設(shè)置、視圖樣板等、模型標(biāo)準(zhǔn)等，這些應(yīng)通過企業(yè)級(jí)的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝等項(xiàng)目樣板統(tǒng)一設(shè)置。另外，還需規(guī)定資源分配、協(xié)作行為溝通以及協(xié)作管理等工作，包括：設(shè)計(jì)目標(biāo)與組件庫(kù)之間的目錄設(shè)置、讀寫（修改） 權(quán)限，指令規(guī)范、行為規(guī)范、BIM 工作內(nèi)容界定、BIM 過程記錄管理，而交付協(xié)作管理則涉及對(duì)所交付的設(shè)計(jì)內(nèi)容、模型施工文件等的評(píng)審管理工作等。

4 選定BIM 軟件平臺(tái)并充分考慮兼容性

4.1 BIM 軟件

表1 為國(guó)內(nèi)主要BIM 軟件列表。由表1 可知，BIM 不是指某個(gè)特定的軟件，而是一系列的（模型、物料參數(shù)、進(jìn)度、技術(shù)管理） 數(shù)字化技術(shù)（管理方法） 軟件，是一系列的模型建立、整合、展示、模擬分析、管理的技術(shù)手段。國(guó)內(nèi)廣聯(lián)達(dá)、魯班、品茗等軟件廠商都有自身的BIM 軟件體系，從BIM 應(yīng)用的角度來看,要在選用方案上選擇同一平臺(tái)下的軟件（插件），避免不兼容（構(gòu)件丟失、信息無法識(shí)別） 的情況出現(xiàn)。僅從建模的角度，這些軟件都共同兼容Revit（推薦使用的建模、模型整合軟件）。

表1 國(guó)內(nèi)主要BIM 軟件列表

4.2 Revit 軟件平臺(tái)的多專業(yè)協(xié)同（設(shè)計(jì)） 方式

Revit 軟件平臺(tái)的協(xié)作方式有兩種：跨專業(yè)類別（結(jié)構(gòu)、機(jī)電、土建、裝飾或者大型項(xiàng)目、復(fù)雜項(xiàng)目） 的協(xié)作宜采用工作集模式（軟件、硬件投入大），同專業(yè)類別（安裝各專業(yè)之間或者小型項(xiàng)目）的協(xié)作宜采用綁定鏈接模式（軟件、硬件投入小，比較靈活）。有時(shí)兩種方式也同時(shí)使用，而整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)過程以BIM 為核心。

圖2 為BIM 多專業(yè)協(xié)同的正向設(shè)計(jì)流程圖。由圖2 可知，通過Revit 軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)師可以在同一軟件平臺(tái)、相同的環(huán)境下，以相同的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)之間的數(shù)據(jù)和信息交換（共享），共同完成設(shè)計(jì)，從而減少了整體設(shè)計(jì)周期，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的無縫銜接，提高了項(xiàng)目的整體總體設(shè)計(jì)效果與品質(zhì)[3]。

圖2 BIM 多專業(yè)協(xié)同的正向設(shè)計(jì)流程圖

5 項(xiàng)目的實(shí)施

5.1 確定階段性模型配合精度

優(yōu)秀的BIM 團(tuán)隊(duì)具有成熟科學(xué)的工作流程：接到任務(wù)項(xiàng)目啟動(dòng)前期，應(yīng)與業(yè)主方或委托方充分接洽好BIM 咨詢目標(biāo)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將項(xiàng)目情況（提資情況）、模型精度、設(shè)計(jì)周期（工期） 及其他要求統(tǒng)一告知各專業(yè)負(fù)責(zé)人，再由各專業(yè)負(fù)責(zé)人即時(shí)將設(shè)計(jì)任務(wù)拆分交底至各專業(yè)設(shè)計(jì)師，須確保信息完整傳遞。

項(xiàng)目運(yùn)行前期，應(yīng)制定明確、合理的階段性模型精度目標(biāo)以控制好階段性的模型精度。模型的應(yīng)用也是一個(gè)由粗到細(xì)的過程，每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（階段） 應(yīng)該確定明確的模型精度（目標(biāo)），為了體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)同的效率、模型精度應(yīng)隨著項(xiàng)目信息的逐步深入而逐步落實(shí)細(xì)化。

建模時(shí)，應(yīng)該高度注意協(xié)作、協(xié)同，體現(xiàn)科學(xué)的協(xié)同配合，各專業(yè)、人員應(yīng)充分溝通協(xié)作，為模型的階段性價(jià)值（目的） 同步穿插作業(yè)，避免單專業(yè)過度超前細(xì)化作業(yè)、超前提高模型精度，造成局部窩工，導(dǎo)致建模團(tuán)隊(duì)效率降低。應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)工作的高度協(xié)同性，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，模型修改（調(diào)整） 效率與模型精度是成反向趨勢(shì)的，調(diào)整精細(xì)程度高的模型會(huì)付出更大代價(jià)。

5.2 建筑結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物的形態(tài)、裝飾裝修設(shè)計(jì)結(jié)合地域文化，避免“千城一面”，高質(zhì)量建筑要體現(xiàn)綠色建筑理念：節(jié)約資源（節(jié)地、能、水、材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供“健康、舒適、高效”的使用空間，最大限度地實(shí)現(xiàn)“人與自然和諧共生”[3]。初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用專業(yè)軟件對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、采光、能耗、人員疏散等性能進(jìn)行模擬分析，不斷優(yōu)化調(diào)整建筑物的各項(xiàng)性能指標(biāo)，尋求綜合性能平衡點(diǎn)，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

5.3 機(jī)電模型綜合協(xié)同調(diào)整

在設(shè)計(jì)階段BIM 介入的項(xiàng)目，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)優(yōu)先提資結(jié)構(gòu)及建筑方案（BIM），土建專業(yè)先行搭建模型，建模過程應(yīng)該是一個(gè)團(tuán)隊(duì)充分協(xié)作的過程。標(biāo)高、軸網(wǎng)、項(xiàng)目原點(diǎn)等基準(zhǔn)設(shè)置應(yīng)“充分論證—檢查—確保無錯(cuò)誤、避免疏漏”。建筑專業(yè)須單獨(dú)建立項(xiàng)目軸網(wǎng)標(biāo)高文件并提供給各專業(yè)，或者各專業(yè)通過復(fù)制監(jiān)視軸網(wǎng)文件后建立各自模型文件的標(biāo)高軸網(wǎng)并鎖定，嚴(yán)禁結(jié)構(gòu)機(jī)電專業(yè)自建。

機(jī)電管線在排布之前，也需要由BIM 機(jī)電項(xiàng)目負(fù)責(zé)人確定一個(gè)機(jī)電專業(yè)的管線綜合排布方案：綜合管線宜布置在車位上方，管道盡量在平面上均勻、平行敷設(shè)，條件允許的情況下不分層，以便于安裝、檢修，成排管道盡量底標(biāo)高（管中心線標(biāo)高） 相同，采用綜合支架安裝（施工單位相同時(shí)）。在關(guān)鍵空間受限且管線、設(shè)備繁多的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位，管線分層敷設(shè)道時(shí)，不宜超過2 層。管線集中的過尺寸較大的梁（在模型中用區(qū)別于與其他的梁的顏色顯示） 部位，有上下重疊排布的可能，控制凈高結(jié)合裝飾、吊頂和凈高要求，考慮最大梁高（結(jié)構(gòu)） 和主要管線，豎向分層最多三層，從下到上按照“風(fēng)、水、電（母線槽、電纜橋架）”的順序，考慮凈高以及預(yù)留各類管線及閥門的檢修空間的要求，應(yīng)當(dāng)控制底標(biāo)高（為后續(xù)的細(xì)部調(diào)整留下空間）。

圖3 為BIM 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)機(jī)電專業(yè)管線整合模型圖。采用剖面圖標(biāo)示節(jié)點(diǎn)布置情況：標(biāo)注風(fēng)管、橋架的底標(biāo)高、給水、消防管道的中心線標(biāo)高。平面圖應(yīng)標(biāo)明管線的中線位置，并出具三維視圖，充分展示節(jié)點(diǎn)構(gòu)建、管線的空間位置，避免出現(xiàn)管線標(biāo)高為“沿梁底敷設(shè)”。機(jī)電各專業(yè)通過鏈接結(jié)構(gòu)模型、土建模型后，可以把樓板隱藏掉（見圖3），然后根據(jù)建筑設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)、凈高檢查、局部吊頂內(nèi)管線設(shè)備過多等情況，結(jié)合裝修要求、機(jī)房管線設(shè)備密集區(qū)的布置要求（給機(jī)房、泵房預(yù)留足夠的空間）、機(jī)電安裝各專業(yè)管線空間布置規(guī)定，考慮施工技術(shù)措施、安全措施，對(duì)模型進(jìn)行綜合調(diào)整，達(dá)到“零碰撞”模型（無直接標(biāo)高位置的硬撞，也無空間凈距過小的軟碰撞），最后各專業(yè)細(xì)化修改模型、采用“明細(xì)表功能”，設(shè)置好明細(xì)表屬性、格式等，得到工程量報(bào)表，根據(jù)報(bào)表逐條審核修改出現(xiàn)“未定義”的管道、管件等，進(jìn)一步檢查核查修改模型，使模型的精度符合合同約定的交付標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。

6 結(jié)束語

目前，建筑行業(yè)與信息化技術(shù)的高度融合——使用BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)維階段的整個(gè)或者某個(gè)階段中，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同施工、虛擬建造、工程量計(jì)算、造價(jià)管理、設(shè)施運(yùn)行維護(hù)等，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行信息化管理，使建筑全壽命周期內(nèi)的信息化變革邁出了重要的一步。而在設(shè)計(jì)階段，其主要任務(wù)是多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)——各專業(yè)設(shè)計(jì)師使用BIM 技術(shù)，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電安裝（風(fēng)、水、電） 等全專業(yè)的相互配合、高效協(xié)同，進(jìn)而向建設(shè)單位交付高質(zhì)量的BIM。設(shè)計(jì)單位使用BIM 交付，可以確保整個(gè)工程的項(xiàng)目管理、設(shè)施運(yùn)維等信息保存完整和順利傳輸。

得益于基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件的飛速發(fā)展、BIM 應(yīng)用人才的積累，推動(dòng)了BIM 技術(shù)應(yīng)用的繁榮。設(shè)計(jì)單位、施工單位、BIM 咨詢等單位，使用BIM 機(jī)電管線綜合排布技術(shù)在施工前進(jìn)行虛擬建造，以更加直觀、高效的方式，處理圖紙矛盾，避免管線碰撞，做好配合預(yù)留洞口，優(yōu)化管線排布，提前做好凈高檢查，設(shè)計(jì)綜合支吊架，深化設(shè)計(jì)管線、設(shè)備密集區(qū)域、機(jī)房甚至做好機(jī)房設(shè)備一體化預(yù)制等方面積累了大量工程經(jīng)驗(yàn)。BIM 技術(shù)在體量大、難度大的機(jī)電安裝項(xiàng)目或者局部空間受限、管線密集的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)區(qū)域的機(jī)電安裝項(xiàng)目中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，獲得了工程界的普遍認(rèn)可，BIM 技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目的不同階段——設(shè)計(jì)、建造、采購(gòu)、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)都存在大量的應(yīng)用，但BIM 數(shù)據(jù)在各階段的“流通性”存在壁壘，模型數(shù)據(jù)和信息難以跟隨項(xiàng)目實(shí)施而傳遞，造成了浪費(fèi)，為打破這種壁壘，設(shè)計(jì)階段采用BIM 正向設(shè)計(jì)交付勢(shì)在必行。