何劍波

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司）

1 引言

早在1975年，來自美國喬治亞理工大學(xué)的“BIM之父”查爾斯·伊士曼教授就提出了“Building De‐scription System”（建筑描述系統(tǒng)）[1]。2003年我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《2003-2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》[2]，中國正式進入BIM時代。但由于BIM技術(shù)本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致目前大部分工程項目的BIM模型還處于“翻模階段”，僅僅是成果展示用，并沒有發(fā)揮BIM在全生命周期數(shù)字化信息化聯(lián)動的核心作用。要想真正實現(xiàn)BIM在工程中核心作用，就得進行正向設(shè)計。BIM的正向設(shè)計不同于以往的“2D-3D”，而是以BIM模型為數(shù)據(jù)源完成建筑設(shè)計，并以“3D”形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞┕?、運維等階段。

2 電氣專業(yè)正向設(shè)計的特點

2.1 可視化溝通

目前國內(nèi)大部分電氣設(shè)計主要依托CAD軟件，以點、線、面作為設(shè)計基礎(chǔ)，將實際的三維部件以平面投影方式進行表達。相較于BIM三維設(shè)計，平面制圖往往不夠直觀，容易造成理解偏差。尤其是對于不熟悉該項目的人員，還需要花費大量時間進行學(xué)習(xí)，造成人力成本浪費。而BIM三維模型可最大程度地還原工程實際面貌，線纜、燈具等電氣設(shè)備一目了然，減少設(shè)計遺漏與誤差。同時在設(shè)計成果展示中結(jié)合VR技術(shù)讓人身臨其境，降低溝通成本。

2.2 三維協(xié)同

電氣設(shè)計涉及設(shè)備配電及控制，存在許多與其他專業(yè)的接口。在傳統(tǒng)二維設(shè)計中其他相關(guān)專業(yè)提資存在不穩(wěn)定性，造成圖紙的反復(fù)修改，導(dǎo)致電氣設(shè)計師們本該投入到優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計的精力流失在校對修改圖紙上，各專業(yè)圖紙存在割裂[3]。在BIM正向設(shè)計中，所有專業(yè)均在同一模型上進行協(xié)同設(shè)計，模型的修改對于各專業(yè)的反饋都是同步、一致的[4]，如暖通專業(yè)在BIM模型中刪減一臺風(fēng)機，可同步反饋到電氣專業(yè)，及時刪減其配電工程量。打通各專業(yè)溝通壁壘，讓信息流不再單方面?zhèn)鬟f。

2.3 設(shè)備參數(shù)化

傳統(tǒng)工程設(shè)計由于技術(shù)限制，設(shè)備無法添加大量信息，需要額外在平面圖附加大量文字信息。文字信息在實際施工中易被人忽視，造成工程質(zhì)量問題。BIM中的設(shè)備族可進行構(gòu)件屬性添加[5]，屬性信息可以分成幾何信息和非幾何信息。幾何信息包括設(shè)備尺寸、安裝高度、層數(shù)等（見圖1）；非幾何信息包括設(shè)備編號、功率、額定電壓、安裝方式、防護等級、使用壽命、材質(zhì)、制造商、責(zé)任人等。不同設(shè)備可以賦予不同的信息，并可隨時進行刪減和添加。在設(shè)計階段，此操作模式可方便使用者篩選并快速提取，提高效率。

圖1 構(gòu)件屬性信息

3 電氣專業(yè)正向設(shè)計中存在的問題

3.1 軟件適配度較差

二維制圖軟件主要是AutoCAD，目前AutoCAD已形成一套成熟體系，各專業(yè)有許多基于AutoCAD的輔助軟件用于提高設(shè)計效率，如天正電氣、Msteel工具箱等。BIM正向設(shè)計中主要使用的軟件為Re‐vit[6]，相較于AutoCAD，Revit由于工程文件信息量大，對工作電腦配置要求更高，設(shè)計師們使用原有電腦建模常出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。目前國內(nèi)BIM電氣輔助軟件以翻模功能為主。該類軟件將CAD上已有的線纜橋架等設(shè)備轉(zhuǎn)換成空間模型，但是由于二維平面缺乏空間信息，需重新對電氣構(gòu)件進行賦值，工作量巨大。像天正TR、鴻業(yè)BIMSpace等輔助軟件雖然適配于正向設(shè)計，由于缺乏大量工程實踐數(shù)據(jù)支撐，模型未能達到現(xiàn)場設(shè)計施工要求。

電氣設(shè)計中管線及燈具布置工程量大且流程煩瑣，BIM正向輔助軟件中的電氣配管與設(shè)備的連接未能識別墻體、天花等建筑構(gòu)件，在實際工程中管線往往采用沿墻敷設(shè)的方式，同時由于相關(guān)專業(yè)設(shè)備族未定義連接方式，往往導(dǎo)致管線無法相關(guān)專業(yè)設(shè)備形成電氣連接。房間燈具數(shù)量與照度要求相關(guān)，BIM軟件中的照度計算需要手動輸入相關(guān)參數(shù)，如裝飾材料放射比、燈具安裝高度、光源參數(shù)等，無法進行自動識別及布置。大型工程中房間數(shù)以百計，每一個房間均需手動輸入信息進行照度計算和燈具布置，工作重復(fù)且煩瑣。除此之外，目前BIM正向設(shè)計輔助軟件未將平面圖映射至電氣系統(tǒng)圖上，兩者相互獨立，設(shè)計師在完成平面圖后還需要重新進行系統(tǒng)圖的編制工作，效率低下。

3.2 體系、標準不完善

傳統(tǒng)二維設(shè)計經(jīng)過幾十年的發(fā)展早已形成一套從設(shè)計、審查、施工、運維的完整體系，各家單位都有自己獨立的ISO管理體系[7]，從而保證了圖紙的準確性和嚴謹性。目前的BIM模型審查管理流程大都是參照二維設(shè)計體系，為滿足相關(guān)審查出圖要求需要將三維模型轉(zhuǎn)換為二維平面，增加了正向設(shè)計無效工作量。

從2016年至今，國家相關(guān)部門已陸續(xù)頒布7部國家標準[8]。但是目前的標準規(guī)范主要是針對全專業(yè)設(shè)計施工，細分到各個專業(yè)模型的具體表達未作出要求，如電氣專業(yè)每個構(gòu)件信息要求，電氣系統(tǒng)圖格式，審查要求等都無相關(guān)說明。正向設(shè)計要求BIM模型在設(shè)計、施工和運維中是共享的，但由于BIM模型在信息傳遞中缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，會導(dǎo)致設(shè)計單位交付的BIM模型無法直接用于施工建造，需要施工單位重新進行創(chuàng)建。同時標準的缺乏也使得不同BIM設(shè)計軟件在相互轉(zhuǎn)化中出現(xiàn)信息丟失的情況。

3.3 主觀能動性差

設(shè)計師在過去的幾十年已經(jīng)習(xí)慣傳統(tǒng)二維制圖方式，對于BIM三維設(shè)計新興事物有種天然排斥[9]。BIM正向設(shè)計要求設(shè)計師除了具備扎實的專業(yè)設(shè)計技能外，還要有較強的學(xué)習(xí)能力，能及時掌握最新的前沿科技，但是國內(nèi)設(shè)計單位缺乏完善的BIM培訓(xùn)體系，導(dǎo)致BIM設(shè)計人才嚴重不足。同時也由于正向設(shè)計軟件適配度較差，上手難度高，完成上述工作需要花費大量時間精力，在目前高周轉(zhuǎn)的設(shè)計行業(yè)中，時間最為缺乏，上述因素導(dǎo)致設(shè)計單位主觀能動性較差，依舊停留在二維設(shè)計階段[10]。

4 電氣專業(yè)正向設(shè)計發(fā)展的建議

4.1 軟件開發(fā)

目前正向設(shè)計輔助軟件適配度低的原因，歸根結(jié)底是因為軟件開發(fā)與使用者相互獨立[11]。電氣設(shè)計中考慮到箱柜饋線較多，為節(jié)約空間和成本，饋線電纜往往采用金屬線槽而不是穿管進行敷設(shè)，而目前的BIM軟件只支持配電箱線管饋出，這就是脫離工程實際需求（見圖2）。軟件研發(fā)人員不明白設(shè)計施工的需求，設(shè)計師空有想法，但苦于不會編程。所以軟件研發(fā)服務(wù)商應(yīng)該加強與設(shè)計單位的合作，及時聽取設(shè)計單位的需求，深入設(shè)計施工一線，唯有如此，才能突破技術(shù)瓶頸，開發(fā)出真正適配正向設(shè)計的輔助軟件。同時，軟件研發(fā)人員和設(shè)計師要深入挖掘模型數(shù)據(jù)，找到提高出圖效率的突破口，例如可以通過模型中的箱柜進出線布置自動生成箱柜系統(tǒng)圖，并且修改一方數(shù)據(jù)，另一方可以及時進行聯(lián)動。出圖效率提高了，才能真正體現(xiàn)正向設(shè)計的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖2 配電箱線纜饋出形式

4.2 體系、標準制定

正向設(shè)計作為新興的設(shè)計方式，需要創(chuàng)建一套完整的體系。首先要提高審查人員對于創(chuàng)新技術(shù)的認可度，完善三維模型審查機制，建立三維審查平臺，自動核查有無違反相關(guān)標準規(guī)范。除此之外，可將三維模型作為出圖的正式文件代替以往的二維藍圖。唯有打通從設(shè)計、審查、施工和運維的阻礙，才能真正實現(xiàn)三維出圖，三維使用。

設(shè)計、施工、運維單位應(yīng)該聯(lián)合起來，針對出圖標準、模型構(gòu)件要求、數(shù)據(jù)信息等內(nèi)容制定統(tǒng)一標準。另外，還要結(jié)合項目實際經(jīng)驗，確保新標準的可行性和高效性。

4.3 人才培養(yǎng)

人才培養(yǎng)主要分成兩個部分，首先是校內(nèi)教學(xué)。目前國內(nèi)高校有關(guān)BIM的培訓(xùn)課程依舊較少，且基本上停留在熟悉軟件操作的階段，極大影響了BIM相關(guān)人才的培養(yǎng)，作為高校應(yīng)該加強與企業(yè)的交流，形成產(chǎn)學(xué)合作、校企聯(lián)合，通過讓學(xué)生親身體驗實際工程項目來提高人才儲備。其次是工作培訓(xùn)，對于已經(jīng)入職的設(shè)計師要形成一套科學(xué)的培訓(xùn)體系，包括成立BIM答疑小組、邀請BIM專業(yè)進行培訓(xùn)交流、開設(shè)BIM競賽等方式提高人員的操作和應(yīng)用水平。此外，通過提高薪資待遇、增設(shè)福利項目等激勵措施調(diào)動人員的工作熱情。

5 結(jié)語

BIM正向設(shè)計是真正實現(xiàn)智能建造和智慧城市的必由之路，其改變了傳統(tǒng)建模思維，促進了從二維到三維的技術(shù)革新。但是現(xiàn)階段BIM正向設(shè)計仍處于初級階段，還有諸多問題有待解決，針對該項工作的重難點，應(yīng)當(dāng)從軟件開發(fā)、體系完善和人才培養(yǎng)等方面入手。唯有依靠國家政策支持和行業(yè)、個人的努力，才能真正實現(xiàn)技術(shù)的不斷發(fā)展。