張?jiān)抡?/ 及　昂 / 郝　巖

(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100089)

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BIM技術(shù)在智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1BIM及智能化系統(tǒng)概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是近兩年來出現(xiàn)在建筑界中的一個(gè)新名詞，其定義為:創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化的過程、方法和技術(shù)[1]。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。一個(gè)完備的建筑信息模型會(huì)在建筑工程的各個(gè)階段(即設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維)發(fā)揮出前所未有的優(yōu)勢。例如，在方案設(shè)計(jì)階段，使用相關(guān)軟件進(jìn)行能耗、結(jié)構(gòu)、綠色建筑等分析可以更準(zhǔn)確地估算出各項(xiàng)性能指標(biāo)和造價(jià)情況；在擴(kuò)初及施工圖階段進(jìn)行碰撞檢測，可以提前檢查出不同專業(yè)之間管線的碰撞問題；在施工階段，通過對BIM模型進(jìn)行三維深化，可以更精確地把控施工的準(zhǔn)確性和可操作性；在運(yùn)維階段，由于最終的模型中記錄了各個(gè)設(shè)備的詳細(xì)信息(如生產(chǎn)廠家、出廠日期、保修期等)，運(yùn)維人員可以通過這些信息對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與更新[2]。

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展、項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大，智能化系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)越來越多，越來越復(fù)雜。如今，在一個(gè)大中型項(xiàng)目中，智能化系統(tǒng)涵蓋了中央集成管理、綜合布線、有線電視、信息導(dǎo)引及發(fā)布、視頻安防監(jiān)控、入侵報(bào)警、出入口控制、建筑設(shè)備管理、智能照明、能耗計(jì)量及能源管理、智能會(huì)議等子系統(tǒng)。擁有如此多的子系統(tǒng)，且每層線槽數(shù)量一般為3個(gè)，地下層甚至?xí)_(dá)到4～5個(gè)，設(shè)計(jì)人員在排布本專業(yè)的管線時(shí)已經(jīng)較為困難，再考慮到與其他專業(yè)避讓以及施工的合理性，其設(shè)計(jì)難度可想而知。

傳統(tǒng)的二維圖紙很難將管線的具體排布位置、設(shè)備各類信息等直觀地體現(xiàn)出來，很多問題都需要等到施工時(shí)再去修改解決，而BIM的三維特性很好地解決了這個(gè)問題。憑借其針對機(jī)電各專業(yè)建立的三維模型進(jìn)行管線碰撞檢測，可以在施工前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)隱患，顯著提升施工的可行性與準(zhǔn)確性。此外，從二維到三維的轉(zhuǎn)換過程會(huì)暴露大量的設(shè)計(jì)問題，BIM技術(shù)的應(yīng)用則可大幅降低傳統(tǒng)模式下二維設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際施工的沖突，從而減少施工階段的設(shè)計(jì)變更、返工[3]。

2設(shè)計(jì)流程

對于機(jī)電專業(yè)，一個(gè)BIM項(xiàng)目的一般設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1　設(shè)計(jì)流程圖

2.1準(zhǔn)備工作

本文中所用的建模軟件是Autodesk Revit。如果是首次做BIM設(shè)計(jì)，需要提前建立好自己的族庫。族是Revit的核心，其概念類似于CAD制圖中的“塊”，但區(qū)別很大。首先，族不僅包含了二維的圖例符號，還是一種三維模型，所以在創(chuàng)建族時(shí)需要參考真實(shí)的設(shè)備尺寸，其次，一個(gè)族里除了包含大量設(shè)備參數(shù)(如設(shè)備的功率、材質(zhì)、類型、編號、使用壽命等)外，還可以自定義添加參數(shù)，如果有些參數(shù)不定，后期加入也很方便(利用BIM模型獲取工程量數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)來源的唯一性、完整性、正確性，同時(shí)，對于數(shù)據(jù)獲取的結(jié)果也具有及時(shí)性、準(zhǔn)確性、可追朔性)。由于智能化系統(tǒng)中設(shè)備種類非常多(如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、門禁設(shè)備、各類信息點(diǎn)、控制箱等)，在建立族庫的時(shí)候要盡量考慮周全，提前做好準(zhǔn)備，方便在設(shè)計(jì)階段隨時(shí)載入。

族庫準(zhǔn)備好后就可以開始著手建立模型了。在完成軟件環(huán)境設(shè)置后，加載項(xiàng)目樣板，啟動(dòng)工作集，創(chuàng)建自己的中心文件。需注意的是中心文件的命名，各專業(yè)一定要統(tǒng)一格式，否則在后期鏈接其他專業(yè)中心文件時(shí)會(huì)出現(xiàn)混亂。在中心文件建好之后，鏈接建筑專業(yè)的中心文件，獲取坐標(biāo)，復(fù)制標(biāo)高軸網(wǎng)，就可以創(chuàng)建平面視圖了。

2.2前期設(shè)計(jì)

智能化子系統(tǒng)非常多，所以需要按不同系統(tǒng)創(chuàng)建多個(gè)工作集，由團(tuán)隊(duì)內(nèi)多位設(shè)計(jì)人員協(xié)同作業(yè)。工作集最大的好處是設(shè)置的可見性，方便協(xié)作。例如，設(shè)計(jì)人A想查看設(shè)計(jì)人B繪制的管線，以免沖突，A只需在自己的平面視圖中設(shè)置B所擁有工作集的可見性即可，而在平時(shí)的設(shè)計(jì)中，A與B分別在各自所屬的工作集中進(jìn)行設(shè)計(jì)，互不干涉，這是BIM設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)CAD制圖的一個(gè)設(shè)計(jì)理念。此外，與CAD相比，Revit還在以下方面具有優(yōu)勢：

1)點(diǎn)位布置：BIM的“快”和“準(zhǔn)”的優(yōu)勢

BIM中設(shè)備的族基本可以分為兩種，一種是基于面的，一種是自由放置的。基于面的族在點(diǎn)位布置時(shí)，需先選擇放置在垂直面(如墻面)、平面(如桌面)還是一個(gè)自定義的工作平面(如吊頂)上，然后軟件會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)人的選擇自動(dòng)拾取相應(yīng)的面來放置圖元。對于自由放置的族，通過設(shè)定偏移量(即高度)，可以將族放置在視圖中的任意位置，且設(shè)計(jì)人員在放置前可對該圖元進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)，以方便具有方向性圖元(如監(jiān)控?cái)z像機(jī)等)的布點(diǎn)。

2)過濾器

Revit具有一個(gè)功能十分強(qiáng)大的過濾器。利用過濾器，可以建立各類不同的線槽及導(dǎo)線(如圖2所示)。對于二維導(dǎo)線，可設(shè)置線的顏色及線型；對于線槽，可設(shè)置各自的填充圖案，以便區(qū)別出不同類別的線槽。

圖2　過濾器

使用過濾器還可以過濾掉一些在視圖中不想顯示的設(shè)備，例如，設(shè)計(jì)建筑設(shè)備管理系統(tǒng)時(shí)，在鏈接的其他專業(yè)的模型文件中有很多設(shè)備的族同屬一個(gè)模型類別，而設(shè)計(jì)者只想顯示其中的部分設(shè)備，這樣便無法在模型類別中關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備的可見性。此時(shí)，可以在過濾器中建立不想顯示的設(shè)備族的過濾條件，勾選掉其可見性即可。

3)線槽繪制

設(shè)定好線槽的尺寸、偏移量和標(biāo)識數(shù)據(jù)后，即可方便地繪制出在過濾器中建好的各類線槽。將兩個(gè)斷開的線槽相連接時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成水平彎通、水平三通、異徑接頭等相關(guān)線槽配件(如圖3所示)。

圖3　線槽及相關(guān)配件

此外，線槽繪制好后可隨意進(jìn)行拖拽、移動(dòng)，并且可對連接在一起的線槽統(tǒng)一變更高度，方便后期的調(diào)整、修改。

4)標(biāo)注

由于在過濾器中建立好了各類導(dǎo)線及線槽，可在視圖中對其進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)注或批量標(biāo)注。此外，對于含有相關(guān)信息的各類設(shè)備，可以對標(biāo)注內(nèi)容進(jìn)行編輯，選擇想要顯示的設(shè)備信息進(jìn)行標(biāo)注。

5)剖面

可以在平面視圖中的任意位置創(chuàng)建一個(gè)剖面視圖，查看設(shè)備高度、吊頂高度等無法在平面視圖中直觀顯示的信息。

6)圖紙更新

Revit采用的是同步機(jī)制，即各專業(yè)的中心文件均保存在統(tǒng)一的服務(wù)器上，設(shè)計(jì)時(shí)將本地模型文件與中心文件進(jìn)行同步，便可實(shí)現(xiàn)各專業(yè)模型的同步更新。

7)各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)

在用Revit進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用各專業(yè)互相鏈接中心文件的方式隨時(shí)查看其最新的圖紙信息，協(xié)同作業(yè)。比如，智能化系統(tǒng)的線槽一般會(huì)與強(qiáng)電系統(tǒng)的線槽排布在同一高度空間內(nèi)，繪制線槽時(shí)把強(qiáng)電專業(yè)的中心模型文件鏈接進(jìn)來，通過對其設(shè)置可見性就可以方便地查看強(qiáng)電系統(tǒng)線槽的位置。如果管線間有沖突，需及時(shí)與設(shè)計(jì)人員溝通，將線槽合理地排布開，為后期的模型調(diào)整減少不必要的麻煩。在設(shè)計(jì)建筑設(shè)備管理系統(tǒng)時(shí)，也可以用這種方法將與暖通專業(yè)、水專業(yè)相關(guān)的設(shè)備方便地顯示在自己的視圖中。

另外，在前期設(shè)計(jì)過程中，機(jī)電各專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)盡早確立一個(gè)基本的管線排布原則以減少模型碰撞次數(shù)，否則后期的設(shè)計(jì)修改及調(diào)整的工作量會(huì)非常大。

2.3碰撞檢測

機(jī)電各專業(yè)的模型建立好后便可進(jìn)行碰撞檢測，這時(shí)需要用到Navisworks Manage軟件內(nèi)部的Clash Detective功能，設(shè)置碰撞規(guī)則后便可以對各專業(yè)導(dǎo)入進(jìn)來的模型文件進(jìn)行碰撞檢測。通過軟件顯示出的三維碰撞結(jié)果(如圖4～5所示)可以直觀地看出管線碰撞位置及碰撞原因。

圖4　高亮顯示的碰撞結(jié)果

圖5　碰撞結(jié)果

2.4深化設(shè)計(jì)

完成各專業(yè)間模型碰撞檢測之后，尋找模型或圖紙的設(shè)計(jì)問題，生成碰撞報(bào)告。碰撞一般分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞指的是兩物體在空間中有所重迭而發(fā)生碰撞，而軟碰撞則是指兩物體在空間中雖未因重迭而發(fā)生碰撞，但考慮到維修需求或施工上的合理性，必須要保持的空間距離卻未能滿足要求[4]。各專業(yè)負(fù)責(zé)人結(jié)合三維模型及碰撞報(bào)告協(xié)商確定出準(zhǔn)確的管線綜合調(diào)整原則，指導(dǎo)進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)。在此階段，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員需密切配合，對模型中出現(xiàn)的問題進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，使模型深度及完備性符合相關(guān)要求(一般需達(dá)到LOD300標(biāo)準(zhǔn))。對模型進(jìn)行調(diào)整時(shí)應(yīng)注意以下基本原則：1)明確凈高目標(biāo)及吊頂方式；2)遵循統(tǒng)一的管線間距控制原則；3)明確管線避讓原則(如臨時(shí)管線避讓永久管線、小管線合理避讓大管線等)；4)滿足規(guī)范要求，保證各種管線布局的整體合理性。

2.5最終出圖

在最終模型得到業(yè)主確認(rèn)后，便可以根據(jù)該模型出具最終二維圖紙。Revit具有多種輸出方式，可批量導(dǎo)出PDF或各種版本的DWG文件。在前期設(shè)計(jì)階段由于業(yè)主方要求或?qū)徍藢彾ㄐ枰赡芤呀?jīng)出過幾版圖紙，但經(jīng)過碰撞檢測后進(jìn)行的模型調(diào)整使很多線槽的位置和高度發(fā)生變化，所以需要結(jié)合最終的三維模型調(diào)整平面圖紙，標(biāo)注線槽翻彎節(jié)點(diǎn)的位置和高度，重新連接偏移的管線。以上的做法能保證圖紙的準(zhǔn)確性，對現(xiàn)場施工起到一定的指導(dǎo)作用。

3未來展望

在過去的20年中，隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，建筑師、工程師們從手工繪圖走向電子繪圖，設(shè)計(jì)效率提高了十幾倍到幾十倍，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM技術(shù)作為繼CAD后出現(xiàn)的又一重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，憑借其全新的設(shè)計(jì)理念、高度的信息化、強(qiáng)大的三維特性，勢必會(huì)帶來一場建筑行業(yè)的信息革命。

在我國BIM發(fā)展至今仍存在不少問題，如在實(shí)際施工當(dāng)中與BIM模型的契合度不高。原因在于：一方面受交叉施工工序影響，沒有完整的工作面來實(shí)現(xiàn)模型；另一方面受其他專業(yè)變更影響，如土建二次墻體更改會(huì)影響機(jī)電管線路由走向等。此外，還有諸如規(guī)范不健全、相關(guān)設(shè)計(jì)軟件本土化不理想等問題。但BIM越來越受到國家的重視，相信BIM技術(shù)的應(yīng)用在我國會(huì)越來越成熟，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，擺脫以往管線排布僅停留在二維圖紙上且多以示意為主的表達(dá)方式，使智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)新層次，為后續(xù)施工帶來極大便利。

參考文獻(xiàn)

[1]北京市規(guī)劃委員會(huì)，北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.DB 11/T 1069-2014 民用建筑信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京市城鄉(xiāng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)辦公室，2014.

[2]ChinaBIM網(wǎng). BIM技術(shù)應(yīng)用全解析以及BIM如何與綠色建筑合體[EB/OL]. 中國BIM網(wǎng)國內(nèi)BIM新聞.2015-10-08.

[3]ChinaBIM網(wǎng). 圖紙真的PK不過BIM嗎[EB/OL]. 中國BIM網(wǎng)國內(nèi)BIM新聞.2015-10-10.

[4]ChinaBIM網(wǎng). BIM模型可以做哪些模擬與分析[EB/OL]. 中國BIM網(wǎng)國內(nèi)BIM新聞.2015-10-16.

Application of BIM Technology in the Design of Intelligent System

Zhang Yuezhen / Ji Ang / Hao Yan

張?jiān)抡?/ 及昂 / 郝巖

(中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100089)

摘要以建模軟件Autodesk Revit在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，介紹了將BIM技術(shù)應(yīng)用在智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的必要性、流程及優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞BIM智能化系統(tǒng)Revit設(shè)計(jì)

AbstractBased on the application of modeling software Autodesk Revit in practical engineering projects, the necessity, process and the advantages of applying BIM technology in the design of intelligent system are introduced.

KeywordsBIM, intelligent system, Revit, design