上海燃氣工程設計研究有限公司 肖詩凡 王 健

隨著科技的發(fā)展，工程數(shù)字化的不斷進步，各個行業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展，建筑工程造型多樣化和管線管道的錯綜復雜化使得 BIM 技術在三維設計、可視化、多專業(yè)之間的協(xié)同應用顯得更有優(yōu)勢。目前BIM技術項目的應用情況主要體現(xiàn)在方案策劃、設計和施工等階段，尤其是應用在建筑、結構、暖通、電氣和給排水等專業(yè)。而作為市政配套的燃氣專業(yè)，BIM技術在其中的應用較少。筆者作為燃氣管道設計行業(yè)的一線工作人員，通過對BIM技術的理論學習、特點學習和技術學習，在對燃氣管道三維設計做進一步探討和研究的基礎上，結合具體工程案例對 BIM 技術在燃氣設計階段的應用進行了一些研究和探索。本文的研究結論可以作為燃氣管道設計、施工和運維等相關工作中引入BIM技術的依據(jù)。

1 BIM技術特點

建筑信息模型 BIM(Building Information Modeling)，是利用數(shù)字模型對建設項目進行設計、施工、運營和管理的過程，BIM具有以下幾個主要特點[1]：

1.1 模型信息化

模型的信息化主要體現(xiàn)在三方面：

(1) 整個模型除了有三維信息外，還包括各種工程信息、設計信息、施工信息、造價信息、維護信息等，整個模型信息具有完備性。

(2) 信息模型中的對象可以識別且相互關聯(lián)。如果模型中某個對象發(fā)生變化，與之關聯(lián)的所有對象都會隨之更新，以保持模型信息的一致性。

(3) 在整個建筑生命期的不同階段，模型對象可以修改和擴展，無需重新創(chuàng)建，同一信息無需重復輸入，模型信息是一致的，保證了信息的一致性。

1.2 可視化

BIM提供了可視化的思路，“所見即所得”。原來的設計是 CAD二維設計模式，平面圖和系統(tǒng)圖無法實時聯(lián)動，而BIM設計實現(xiàn)了平面圖、立面圖、剖面圖的三維聯(lián)動，真實并且形象。BIM設計更具應用價值的是項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論和決策都能在可視化的狀態(tài)下進行。

1.3 參數(shù)化

BIM技術是創(chuàng)建模型和分析模型，核心就是建立參數(shù)變量。通過改變模型中的參數(shù)值，驅(qū)動模型的改變和更新，大大提高模型的生成和修改速度。

1.4 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)性一直是建筑業(yè)工作中的重點內(nèi)容。在設計時，BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期將各專業(yè)模型匯集在一個整體中，進行碰撞檢查并生成碰撞檢測報告及協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。

1.5 模擬性

BIM不僅可以模擬設計出建筑物模型，還可以模擬實際操作。

1.6 優(yōu)化性

項目設計、施工、運營的整個過程其實就是一個不斷優(yōu)化的過程。基于BIM模型所提供的準確信息，配合與其配套的各種優(yōu)化工具，可以把項目設計和投資回報分析結合起來，計算出設計方案對投資回報的影響，方便業(yè)主知道項目的哪個設計方案更有利于自身的需求，同時可以提前對設計的施工方案進行優(yōu)化，大大縮短了工期，降低了造價。

1.7 可出圖性

運用 BIM 技術可以自動生成建筑各專業(yè)的二維設計圖紙，而且這些圖紙中的構件與模型實體始終保持關聯(lián)。模型發(fā)生變化，圖紙也隨之變化，從而保證圖紙的正確性。

1.8 三維聯(lián)動性

BIM技術有強大的三維表示功能。BIM除了可以在設計階段實時查看和拆分模型外，還可以轉(zhuǎn)換為輕量化模型的形式，在設計交底階段快速生成所需要的三維視圖，可視化的結果提高了工作效率。在施工階段，BIM也可以快速生成局部平面視圖、局部三維視圖和施工大樣圖，方便相關施工工作人員快速理解設計意圖，減少錯漏，從而提高了溝通效率。

2 BIM設計探索

BIM設計的建設路徑，主要從以下5個方面進行考慮并開展相應的培訓工作。

2.1 BIM概念學習

基于 BIM 基本概念的學習，包括國內(nèi)外先進的BIM技術理論知識，國家數(shù)字化總體建設政策和地方城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型政策。

2.2 BIM標準制定

目前國內(nèi)缺乏BIM正向設計相關標準規(guī)范，即該設計缺乏相關依據(jù)。為了保證正向設計成果質(zhì)量，建立企業(yè)級BIM正向設計標準體系必不可少，包括《燃氣BIM建模標準》《燃氣BIM出圖標準》和《燃氣BIM審查標準》。

2.3 BIM族庫建設

BIM族庫建設主要包括用氣設備、燃氣表、各類閥門、各類材質(zhì)等定制化族庫的制作，綜合后形成總的BIM族庫管理平臺。

2.4 BIM族軟件和模塊設計

現(xiàn)有主流BIM軟件、Revit軟件等不能完全符合現(xiàn)有階段燃氣設計的出圖要求，如統(tǒng)計材料生成格式、出圖等都需要進行二次開發(fā)工作后才能符合目前出圖要求。根據(jù)現(xiàn)有工作模式，可以開發(fā)一套電子審圖工具，并通過搭建基于BIM的設計協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)在線瀏覽BIM模型、數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管理、變更管理、成果歸檔等功能模塊。其中各功能模塊應達到以下要求：

(1) 在線瀏覽BIM模型模塊。模型經(jīng)過輕量化后上傳至設計協(xié)同管理平臺，各權限方可以隨時隨地在線瀏覽模型，實時了解BIM設計相關情況。

(2) 數(shù)據(jù)交互模塊。將建筑、燃氣、燃氣報警等多個專業(yè)在平臺中進行數(shù)據(jù)交互整合，快速發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)間的沖突和碰撞。

(3) 質(zhì)量管理(在線審查)模塊。在 BIM 評審過程中，可直接在平臺上發(fā)現(xiàn)BIM模型標注的問題，并自動記錄標注的位置和視角，推送給相關責任人進行修改。

(4) 變更管理模塊?？梢暬瘜Ρ炔煌姹灸Ｐ偷淖兏涗?，使模型版本變化歷史一目了然。

(5) 成果歸檔模塊。建立以項目為單元，權限清晰的設計文檔管理系統(tǒng)，形成完善的BIM設計成果資源庫。

2.5 BIM試點項目

具備工作條件后，尋找試點項目或者試點團隊，一方面磨合設計團隊，另一方面逐漸引導市場的需求、引導市場對于數(shù)字化的適應能力，讓市場體驗到數(shù)字化帶來的便捷性。逐步增加各階段的應用場景，實現(xiàn)從特殊項目到一般項目的應用。

3 項目實例

3.1 項目概況

位于上海市中心的某大型商業(yè)綜合體項目，占地面積約20萬m3，地下2層，地上8層。其中中壓燃氣鍋爐位于地下1層，低壓燃氣管道有8個立管系統(tǒng)，總長度約4.28 km。該項目應用BIM設計，期望在設計階段應用 BIM 技術減少與其他管線的碰撞，并應用可視化性指導施工應用，同時快速出圖以及統(tǒng)計燃氣管道的工程量，提高設計人員的效率和準確性。

3.2 模型創(chuàng)建

該項目BIM技術采用Revit這款專業(yè)的三維設計軟件，設計人員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗和習慣快速創(chuàng)建三維可視化設計成果，生成剖面圖、平面圖、系統(tǒng)圖、設備材料表等。相比二維圖設計階段提高了設計效率。模型創(chuàng)建分為三部分，建筑模型、燃氣管道模型、燃氣設備模型。其中建筑模型至少應包括墻、梁、板、柱、門窗、樓梯等構件，管道模型至少應包括燃氣管道、管道附件、管道閥門、燃氣表、燃氣設備等。

3.3 BIM出圖

Revit軟件的特點是可以從任何角度剖切模型，得到所需要的剖面視圖和平面視圖。設計人員在平面圖添加所需要的標注、尺寸等關鍵信息，滿足出圖的標準，同時局部三維視圖滿足可視化的表達。

3.4 材料統(tǒng)計

Revit軟件可以提取模型中的材料信息，包括管道長度、管件數(shù)量、閥門數(shù)量等主要材料。通過具體的清單設置，可以自定義顯示所需要的模型構件數(shù)量，還可以將生成的材料表格導出生成Excel的形式。燃氣無縫鋼管管道材料表見表1。

表1 燃氣無縫鋼管管道材料

3.5 BIM設計表達及施工提升

將 BIM 三維設計引入到燃氣管道設計的應用中，能在設計階段減少燃氣管道的碰撞問題，提高工作效率，提升設計質(zhì)量。三維模型可視化的圖紙表達方式，顯示出復雜的空間結構和燃氣管道排布方式，有利于提升施工人員的理解。同時，應用BIM技術進行施工進度模擬，與實際進度進行對比后幫助施工管理人員管理施工進度。施工階段中把相關造價信息添加到模型屬性中，便于工程造價人員進行價格的計算。

4 BIM設計存在的問題

通過對燃氣管道三維設計的探討，筆者總結出目前BIM設計中存在的幾點問題[2]。

(1) 軟件接口不完善。目前設計院實際工作中，一般建筑模塊采用天正、結構模塊采用盈建科、機電模塊采用MagiCAD和Revit等多種軟件。單個軟件不能滿足設計需求，而多個軟件之間如何進行數(shù)據(jù)交互就成了解決問題的關鍵點。統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式是目前BIM設計的一大難題。

(2) BIM 三維設計軟件相對于二維設計軟件，需要更多的底層數(shù)據(jù)，更細致的圖像表達，更精確的分析處理，這就意味著需要性能更強的電腦硬件。同時，正向設計是一個協(xié)作的過程，各專業(yè)間需要流暢的協(xié)同平臺。

(3) 軟件協(xié)同性不夠。目前軟件繁多而雜亂且不能滿足目前的出圖需求，需要一個標準統(tǒng)一的平臺限定族類型，從而提高圖紙質(zhì)量。

(4) 國內(nèi)BIM標準規(guī)范不夠完善。近年來，全國各地相繼推出地方性的BIM標準，缺乏統(tǒng)一的標準。直至2017年7月1日，GB/T 51212－2016《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》才正式實施。

(5) 管理體系不完善。BIM 正向設計改變了設計協(xié)同的過程，改變了設計交付的格式，但其管理體系目前還不夠完善，缺乏實踐經(jīng)驗。

(6) 出圖審圖規(guī)范標準不完善。二維與三維表達存在差異，導致三維出圖的精度、表達形式不確定。沒有出圖審圖標準規(guī)范，審圖人員無法直接從三維中判斷是否符合標準規(guī)范，只能通過二維的標注來審核。

5 結語

在燃氣發(fā)展歷程中，燃氣應用已得到了突飛猛進的發(fā)展，但傳統(tǒng)燃氣設計的特點和作業(yè)方式限制了燃氣施工提升效率的步伐。對于設計院來說，BIM設計除了能提升設計質(zhì)量外，還可以增加可觀的設計附加價值，從而提升自己在整個項目運作過程中的地位及設計項目的利潤率。同時，還可以加強設計單位與施工單位的深度合作，加強項目的深化設計，實現(xiàn)項目精細化運作。BIM設計工作的建設，可以培養(yǎng)一批數(shù)字化交付設計人才，為企業(yè)全面實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型做充足的準備。同時，通過企業(yè)BIM建設的不斷完善，相關標準可以轉(zhuǎn)化為行業(yè)標準，進而形成地方標準，甚至國家級標準的建設工作。