饒仕貴 王鵑鵑

基于對(duì)國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及其協(xié)同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析，文章結(jié)合實(shí)際工程，闡述在建筑設(shè)計(jì)階段的多專業(yè)、多環(huán)節(jié)、多軟件、多數(shù)據(jù)的BIM協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用情況。

BIM; 建筑信息模型; 協(xié)同技術(shù)

TP391.99?? A

[定稿日期]2021-07-02

[作者簡(jiǎn)介]饒仕貴（1988～），男，本科，工程師，主要從事建筑設(shè)計(jì)行業(yè)工作;王鵑鵑（1987～），女，碩士，工程師，主要從事建筑設(shè)計(jì)行業(yè)工作。

隨著我國(guó)建筑發(fā)展的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和模式迭代，能夠有效的實(shí)現(xiàn)建筑工程領(lǐng)域的信息集成、交互及協(xié)同辦公的BIM（全稱“建筑信息模型”，Building Information Modeling），在建筑全生命周期的運(yùn)用彰顯壓倒性的優(yōu)勢(shì)。其中設(shè)計(jì)階段是項(xiàng)目實(shí)施的起點(diǎn)，也很大程度上決定了項(xiàng)目品質(zhì)，設(shè)計(jì)階段即采用BIM技術(shù)，更利于項(xiàng)目全生命周期的信息化管理?；诖?，本文重點(diǎn)研究BIM協(xié)同技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。

1 BIM在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)因物價(jià)上漲及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)致使設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展困難，如何實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和效率的最大化、減少企業(yè)成本和設(shè)計(jì)周期，一直是設(shè)計(jì)公司的重大攻破難點(diǎn)。傳統(tǒng)的基于CAD操作平臺(tái)的建筑設(shè)計(jì)工作，多種設(shè)計(jì)條件疊加，各專業(yè)反復(fù)提資，即使經(jīng)過(guò)綜合校對(duì)工作，也不可避免造成各專業(yè)的錯(cuò)漏碰缺，甚至因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題引發(fā)工程延誤及事故。

BIM概念的提出及推廣，無(wú)疑給傳統(tǒng)低效、繁瑣的設(shè)計(jì)流程帶來(lái)里程碑式的變革。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的價(jià)值紅利日益凸顯，設(shè)計(jì)企業(yè)普及BIM的充分性和必要性也日漸增長(zhǎng)。但經(jīng)過(guò)近十多年的發(fā)酵和成長(zhǎng)，BIM在國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用仍存在以下問(wèn)題：

（1）受限于軟件、服務(wù)器、人力等成本限制，在中小型設(shè)計(jì)公司普及度偏低。

（2）大部分建筑設(shè)計(jì)人員和BIM技術(shù)人員分化，各自存在知識(shí)盲區(qū)，未形成統(tǒng)一。

（3）BIM更多應(yīng)用于復(fù)雜異形或參數(shù)化設(shè)計(jì)的建筑，但普通建筑的使用率很低。

（4）為應(yīng)對(duì)部分地區(qū)政策上對(duì)BIM的強(qiáng)制要求，設(shè)計(jì)企業(yè)僅提供簡(jiǎn)單粗略的BIM文件應(yīng)付審查，但未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交，與后續(xù)施工階段的設(shè)計(jì)深化脫節(jié)。

2 BIM協(xié)同技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

BIM的協(xié)同技術(shù)包括兩種維度的理解：一是橫向協(xié)同，即在各專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同，包括規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、暖通、裝飾、造價(jià)、施工、采購(gòu)、管理、運(yùn)維等板塊;二是縱向協(xié)同，即時(shí)間軸線上的協(xié)同，包括立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等流程。

BIM既是貫穿始終溝通的主體，也是多重信息協(xié)調(diào)的平臺(tái)，其協(xié)同技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾大方面：

（1）高水平的空間可視化，利于不同專業(yè)的理解。

（2）多元參數(shù)信息的高度整合，利于信息交換、標(biāo)準(zhǔn)化與集成管理。

（3）各專業(yè)間的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)時(shí)更新，加快效率。

（4）數(shù)據(jù)共享，避免重復(fù)操作。

（5）最大限度保證設(shè)計(jì)正確性，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 建筑設(shè)計(jì)階段的BIM協(xié)同應(yīng)用

BIM在建筑設(shè)計(jì)階段主要應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)優(yōu)化或深化、既有建筑改造、管線綜合利用、施工模擬等方面。本文以四川某高校綜合教學(xué)樓為例，用BIM協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)前期分析—方案—施工圖—造價(jià)的全過(guò)程，并進(jìn)行施工模擬。

項(xiàng)目位于四川成都某高校，為新建的多層綜合性教學(xué)樓。校方有三大訴求：一是保證四個(gè)學(xué)院使用功能的合理分區(qū)與資源共享，二是建成校園中軸線上的標(biāo)志性建筑;三是在安全高效的基礎(chǔ)上最優(yōu)化建筑與環(huán)境的空間關(guān)系?；诖耍卷?xiàng)目從前期分析階段開(kāi)始運(yùn)用多種BIM軟件，協(xié)同解決各種技術(shù)問(wèn)題，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目中運(yùn)用到的BIM及相關(guān)軟件如表1所示。

3.1 方案設(shè)計(jì)與分析

（1）利用CIVIL 3D軟件分析場(chǎng)地條件，同時(shí)使用Autodesk及Infraworks模擬項(xiàng)目周邊的環(huán)境信息，以直觀的數(shù)據(jù)和漫游的場(chǎng)景信息得出場(chǎng)地環(huán)境和用地條件分析結(jié)論：交通便利，場(chǎng)地富余，南北兩側(cè)道路存在4.5 m高差;地處位置重要，利于標(biāo)志性的打造;周邊綠化豐富、景觀良好，利于開(kāi)敞空間的營(yíng)造。

（2）結(jié)合溫度場(chǎng)、相對(duì)濕度、風(fēng)頻、太陽(yáng)輻射、建筑朝向及Vasari風(fēng)洞分析，參考成都風(fēng)玫瑰數(shù)據(jù)資料，通過(guò)體量研究對(duì)比，設(shè)置大尺度開(kāi)放中庭，同時(shí)在建筑背風(fēng)面形成大片靜風(fēng)區(qū)，營(yíng)造出舒適的室外活動(dòng)場(chǎng)所;通過(guò)建筑體量的分布組合設(shè)計(jì)，有效控制風(fēng)道，更加利于新風(fēng)量攝入，形成良好的自然通風(fēng)效果。這個(gè)過(guò)程主要使用Sketchup軟件進(jìn)行前期的建筑體量推敲及深化（圖1）。

（3）基本確定設(shè)計(jì)雛形后，在Revit軟件中完成方案設(shè)計(jì)深化，并通過(guò)Lumion及Infraworks制作漫游視頻，便于業(yè)主對(duì)項(xiàng)目的空間效果有更直觀的理解。其中，使用云渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同角度的建筑效果展示。

（4）基于BIM軟件導(dǎo)出的工程量，采用CECS374-2014《建筑碳排放計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)》指出的清單統(tǒng)計(jì)法，采集本建筑在材料生產(chǎn)階段的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，確定各類材料生產(chǎn)階段的碳排放因子，計(jì)算出該階段的碳排放量。同時(shí)使用PKPM-pbeca、斯維爾等軟件，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能計(jì)算和分析。這個(gè)過(guò)程中不斷利用綠建分析結(jié)果優(yōu)化建筑性能，以確定正式的方案設(shè)計(jì)。

3.2 施工圖設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)通過(guò)中心服務(wù)器搭建的平臺(tái)完成BIM協(xié)同設(shè)計(jì)工作（圖2、圖3），Revit的工作界面可在二維和三維試圖中隨時(shí)切換，便于設(shè)計(jì)人員提高精確度和效率，具體如下：

（1）建筑專業(yè)設(shè)計(jì)人員將方案階段的Revit模型進(jìn)行初步深化，在服務(wù)器上建立中心文件。

（2）結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、暖通等專業(yè)通過(guò)外部鏈接方式進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，隨時(shí)與中心文件同步，及時(shí)獲取各專業(yè)最新資料，各工種共享元素?cái)?shù)據(jù)，并于不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)漏碰缺及時(shí)溝通修改。其中結(jié)構(gòu)專業(yè)因Revit結(jié)構(gòu)計(jì)算短板問(wèn)題，需現(xiàn)在PKPM中進(jìn)行計(jì)算確定結(jié)構(gòu)方案后再融合于協(xié)同文件。

（3）采用FUZOR、Navisworks等軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)漫游，在三維中檢查設(shè)計(jì)文件中的錯(cuò)漏碰缺，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)修改或標(biāo)注，比如管道穿梁、管綜交錯(cuò)碰撞、設(shè)備尺寸不滿足吊頂凈高等問(wèn)題。

（4）對(duì)于異形的批量構(gòu)件及圖紙需要的標(biāo)注等，采用自定義族的方式解決。

（5）造價(jià)專業(yè)在設(shè)計(jì)階段及時(shí)跟進(jìn)，快速統(tǒng)計(jì)不同階段的工程量及計(jì)算造價(jià)，協(xié)同各專業(yè)設(shè)計(jì)，確保概預(yù)算控制在投資規(guī)模內(nèi)。

3.3 造價(jià)

造價(jià)控制，首先依照最新清單計(jì)價(jià)規(guī)范劃分規(guī)則編制BIM建模編碼清單。BIM建模編碼清單實(shí)質(zhì)上是一本可查詢的“字典”，為設(shè)計(jì)人員提供了構(gòu)件劃分規(guī)則。當(dāng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)，按照編碼清單要求對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類并提供所需信息，為所繪構(gòu)件賦予族、類型、族編碼和型號(hào)四個(gè)屬性。這四個(gè)屬性保證了該構(gòu)件在項(xiàng)目上種類的唯一性。

設(shè)計(jì)完成后，以清單方式從Revit快速導(dǎo)出工程量明細(xì)表，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理加工后，導(dǎo)入宏業(yè)計(jì)價(jià)軟件，進(jìn)行投資估算、概預(yù)算工作。但BIM模型的工程量受軟件影響，其精確性有待提升，解決方式為從造價(jià)角度對(duì)數(shù)據(jù)精度進(jìn)行對(duì)比研究，以校核數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為BIM建模標(biāo)準(zhǔn)以及輸出工程量清單提供依據(jù)，根據(jù)不同階段的不同數(shù)據(jù)精度要求，快速輸出工程量。其中方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段的誤差精度分別為±10 %、±5 %、±3 %。

3.4 施工模擬

在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，傳統(tǒng)的施工管理模式比較粗放，水、電浪費(fèi)比較嚴(yán)重，建造過(guò)程中產(chǎn)生的余料及廢料管理混亂，施工場(chǎng)地的噪聲、污水、揚(yáng)塵等也給周圍環(huán)境造成了一定的不利影響。據(jù)研究測(cè)算，采取綠色施工方式，每1 m2可以減少能耗20 %，水耗63 %，施工垃圾90 %。因此在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行施工模擬，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及周邊環(huán)境提前規(guī)劃，擬定各項(xiàng)管理規(guī)定和措施，做好節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材以及環(huán)保措施，數(shù)字化移交給業(yè)主后，有利于指導(dǎo)施工降低建造成本以及對(duì)環(huán)境的不利影響，實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期的綠色節(jié)能目標(biāo)，具體如下：

（1）根據(jù)確定的施工工法和工序進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，制定進(jìn)度計(jì)劃。

（2）通過(guò)軟件的模擬和統(tǒng)計(jì)功能，結(jié)合BIM模型形成階段性工程量、人工、設(shè)備的需求量，計(jì)劃及采購(gòu)部門即可據(jù)此編制人材機(jī)計(jì)劃，合理安排采購(gòu)、人工及設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，使資金的利用率最高，減少因材料堆積、人工設(shè)備閑置造成的浪費(fèi)，從而做好建設(shè)期資金安排工作，降低建造成本，規(guī)避資金風(fēng)險(xiǎn)。

（3）施工總圖布置：當(dāng)施工工法和工藝確定后，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地、臨時(shí)用地范圍，以及需要的人、材、機(jī)配置情況，即可設(shè)計(jì)施工總平面圖，合理布置辦公區(qū)、生活區(qū)、加工堆放區(qū)、施工區(qū)、場(chǎng)地內(nèi)交通流線等，并檢查吊車碰撞半徑等，做好施工安全防范工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)BIM協(xié)同技術(shù)的實(shí)踐，亦發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用的一些短板，比如無(wú)法在BIM軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、在設(shè)計(jì)初期階段方案推敲缺乏靈活性、大規(guī)模建筑對(duì)硬件設(shè)備的高要求等。在如今BIM軟件百花齊放的時(shí)代，設(shè)計(jì)行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)分離式的單打獨(dú)斗走向基于中心服務(wù)器的的協(xié)同合作，接下來(lái)BIM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)極大可能類似于華為鴻蒙操作系統(tǒng)的“萬(wàn)物互聯(lián)”內(nèi)核，將從“數(shù)據(jù)及技術(shù)孤島”走向云端服務(wù)，以減少企業(yè)在各種軟硬件設(shè)備及人力的投入成本，使BIM的普及成為設(shè)計(jì)行業(yè)的常態(tài)。

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