BIM協同設計在建筑工程中的應用

沈維龍

南京長江都市建筑設計股份有限公司

BIM協同設計在建筑工程中的應用

沈維龍

南京長江都市建筑設計股份有限公司

本文以BIM技術為基礎，結合中國移動淮安呼叫轉移中心工程實例，從revit在暖通信息模型構建和Navisworks在管道綜合設計中的運用為出發點，由點到面全面闡述BIM協同設計的思維在工程項目中的運用以及對BIM后期發展的展望。

BIM 暖通 管道綜合 協同

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是由Autodesk公司創立的，將項目的前期規劃、中期建設、后期運營管理集成于一體，涵蓋項目的所有參數（包括建筑信息、設備信息、施工周期規劃、物業運營管理等）的體量模型[1]。它將傳統的二維CAD線性矢量圖形轉換為直觀可視化的三維信息模型。依據此平臺設計師可將設計成果進行實時共享：甲方可根據建模的進度為即將到來的施工提前辦好各種行政審批手續以防延誤預定的施工進度；對一些用Rhino、SketchUp等軟件建立的復雜異形建筑模型，施工方可依此模型對這些區域進行三維無縫對接模擬檢查，為這些區域在后期施工實現無縫對接提出可行的方案，防止施工中出現大量返工；業主方可根據建筑所處的具體功能對模型內部空間提出實時修改意見，在工程動工之前就能依虛擬模型完成各方的協調部署工作，最終達到依模而建，無需返工。BIM的協同價值從宏觀方面來講就是在項目的設計、建造、運營管理整個流程中各方的協商決策都在可視化的模型之下完成的，微觀來說是各專業（包括建筑、結構、暖通、給排水、電氣）在施工之前就可以完成整個建筑的所有碰撞檢查并且依Navisworks的碰撞報告對模型進行一一調整，避免后期施工中的返工現象，在可視化的基礎上真正做到了有模可依，有樣可調。

1 工程概況

中國移動淮安呼叫轉移中心，位于江蘇淮安，總建筑面積56151m2，地上55351m2，地下800m2，在滿足業主具體建筑功能需要的同時，從其所處的地理位置出發以《綠色建筑評價標準》（LEED認證）為基準進行各種方案的被動式日照采光節能分析[2]，以節能的優劣最終將該特殊類型辦公建筑的主體部分設計成斜向E造型，餐廳為旋轉上升的圓盤。

結合建筑內部使用功能及業主意見，客服區、會議室、辦公室等設置兩管制風機盤管加新風系統，東側中庭設置兩管制風機盤管系統。UPS間、強弱電間采用風冷型機房專用空調，有特殊要求的數據機房采用風冷型恒溫恒濕空調系統，該建筑的變配電機組較大，因此設置通風及空調系統，在通風系統達不到要求時采用空調系統而且通風系統肩負氣滅排煙的功能，整個建筑的空調總冷負荷為7819kW，單位建筑面積冷負荷指標為139.3W/m2。從節能和工程投資方面考慮，本工程的空調冷熱源由位于園區東南角的能源中心提供，不單獨為建筑設置能源站。

本項目中BIM技術主要應用于前期方案認證和后期施工階段協助總承包單位對地下空間的機電管線進行施工前地校驗，達到減少變更，縮短工期的效果。地上外形復雜，傳統施工難度大，利用BIM技術可以有效解決放線、構件定位等一系列復雜空間施工問題。

2 建模中的協同

2.1 統一的邊界參數

由BIM團隊中的一員依據項目的CAD圖紙在revit中為該項目建立標高軸網，然后通過360協同云平臺將此分享給不同地區參與設計的水暖電（Mechanical Systems Electrical Plumbing，MEP）及建筑結構的BIM工程師確保接下來的建模在統一的標高和軸網之下進行，可以有效地保證后期各專業模型在統一的邊界參數下進行鏈接整合，然后各設計師將統一了的軸網鏈接到本專業的revit建模模版中，利用“復制/監視”功能里的“使用當前鏈接”將鏈接軸網轉為自己的模型軸網進行建模。

2.2 各專業內部的協調

將CAD圖紙導入revit軟件進行建模，把二維圖紙中錯綜復雜的線條轉化為具有參數化、信息化、可視化特點的三維模型，每個MEP設計師在建本專業模型時應首先避免本專業內部綜合管線的碰撞，如在同一標高同一軸線上出現風管、水管及其他管線或者設備時宜適當翻轉避讓，基本的原則是小管讓大管、風管讓水管、無壓管線讓有壓管線、水管不得翻越橋架[3]，同時水暖電管線應避開穿插風井和梁柱，建筑建模師應當為CAD圖紙上有要求的部位預留孔洞，保證后期管線放樣能順利通過，減少錯漏碰缺和變更發生，提高后期工程的質量和效率（如圖1）。

圖1 水、暖、電、管線與梁柱間的互相避讓

2.3 統一協調

將建好的各專業revit模型導出dwfx格式的文件（此格式可保證原始模型中各組分的材質顏色不變，方便后期查找碰撞點的位置及出施工效果圖），用來對不同專業的模型進行碰撞檢查。

3 碰撞中的協同

通過Navisworks軟件對管線、墻、梁柱進行綜合碰撞檢查，首先將整個項目的模型（建筑、結構、水暖電）鏈接到一起（圖2），根據實際情況做硬碰撞或者間隙碰撞，間隙碰撞又稱軟碰撞可以為兩個構建做定間距碰撞檢查，多用于檢查局部區域的凈高是否達到要求，如復雜能源站機房內部設備間距是否滿足后期維護間距的要求、地下車庫的凈高是否便于往來車輛自由出入。Navisworks中軟碰撞的功能極大地彌補了revit中碰撞檢查在空間協同上的不足，利用此功能可以在虛擬三維建筑模型中檢查各項設計參數，這樣，以往CAD圖紙上紛繁復雜的管線綜合排布在可視化的模型之下就顯得清晰明了，施工方可依此從任意方位查看管線及構件的空間排布情況，便于施工。

圖2 各專業模型綜合后的局部剖切圖

依據Navisworks導出的碰撞報告（表1）再重新對模型進行協調更改，對報告中出現碰撞較多的一些節點，BIM工程師需要從施工實際出發互相協調找出問題的解決方法。當revit模型較復雜無法快速定位碰撞點時可依碰撞報告中碰撞點的ID號用“查找/替換”命令進行準確定位，然后修改。修改的基本原則是管線、設備應避開與柱子的碰撞，當防火卷簾與機械設備相沖突時在不違反防火規范的前提下對其作適當的調整避免碰撞，為無法穿墻的管件重新在模型上打洞使其順利通過，這樣可以有效地避免土建施工方竣工后安裝風管設備時出現返工鑿洞的情況，模型的建立修改都應為真實的施工做準備，盡量多地提前解決施工中可能會遇到的隱患問題。

表1 某碰撞點的詳細報告

根據Navisworks漫游的功能選“真實效果”中的“第三人”的命令從建筑的底層場地走到樓頂做一個實時的動漫模擬視頻，并將其從軟件中導出來發給甲方、施工方、業主方，讓他們體驗下即將施工建成的建筑的內外體量構造、家具擺放、裝潢材質渲染的效果，以可視化的模型為依托，這樣便于業主方根據需要提出貼近實際應用的修改意見。

4 后期的協同

4.1 能耗對比中的協同

將賦予參數化了的revit模型導出IFC格式的文件，再通過轉化插件IFCtoIDF將IFC轉化為IDF格式的文件導入Energyplus中，Energyplus是集建筑負荷、空調選型、設備性能于一體的能耗模擬內核分析軟件[4]，它能自動提取IDF格式中revit模型的參數無需另外建立體量模型，依據revit建模時劃分好的熱區信息和建筑構件信息對整棟建筑和兩管制風機盤管加新風系統及機房專用風冷型空調進行實時模擬運行能耗分析，根據實時運行的數據與最初設計時的能耗參數進行比對分析，然后根據LEED認證的具體標準對各類因數（如窗墻體、地板材質及室內溫濕度、通風方式）進行優化改進（圖3）。

圖3 能耗優化流程圖

4.2 協同中的運營維護

將BIM建筑信息模型導入archifm.net中根據開發商提供的自助云服務利用CAFM軟件實現對建筑的全生命周期進行管理。

根據與租戶所簽合同的具體要求將模型圖按需進行劃分，做到每個模型空間都能落實到戶實現以模式定位的租賃管理；依模型中設備的內置信息參數生成設備保養維護周期表，制定出維護的工程量清單然后按周期進行批量維護，實現參數化的維護管理；archifm中的財務管理可以與Oracle ERP等財務系統整合管理CAFM合同，形成以總投入（前期建設、后期運營）為核心的預算造價圖以此進行項目回收期的綜合評估分析。

5 結論與展望

BIM可以有效地解決二維CAD圖紙在空間放樣融合協調方面的不足，它的協同設計可以將雜亂的線條圖紙賦予三維立體條理清晰的虛擬模型，給參與項目的各方帶來真實的建筑體量信息模型。但也存在著一些不足之處：現有BIM軟件revit中族庫文件不全，在一些大型項目（比如能源站）的建模中需要耗費BIM工程師大量時間去建不同的族文件來適應項目模型的需要，從而降低了協同設計的整體效率，期待軟件廠家不斷更新出適應模型需要的本地化族庫[5]；設計院建模的最終目的是用來指導施工單位施工，這對施工方項目負責人的BIM軟件操作水平以及施工現場電腦軟硬件要求都比較高，一時還難以普及推廣；建筑行業內關于BIM的規范性條文較少，有待進一步完善。

[1]董大綱,蔡悠笛,張杰.BIM技術在暖通空調設計中的應用初探[J].暖通空調,2013,43(12):104-109

[2]綠色建筑評價標準(GB/T50378-2006)[S].北京:中國建筑工業出版社,2006

[3]汽車庫建筑設計規范(JGJ100-98)[S].北京:中國建筑工業出版社,2006

[4]Fumo N,Mago P,Luck R.Methodology to estimate building ener gy consumption using EnergyPlus Benchmark Models[J].Energy and Buildings,2010,42(12):2331-2337

[5]吳吉明.建筑信息模型系統（BIM）的本土化策略研究[D].北京:清華大學,2011

Applie d Colla bora tive De s ign in the Cons truc tion Proje c t

SHEN Wei-long
Nanjing Yangtze River Urban Architectural Design Co.,Ltd.

Based on BIM technology,the application of revit in HVAC information model built and Navisworks in pipeline integrated design of China Mobile Huaian Call Transfer Center project was introduced,including the application of collaborative design BIM thinking in engineering project.Finally,the development of BIM was introduced too.

BIM HVAC,ductinter integration,collaborative

1003-0344（2015）05-077-3

2014-6-1

沈維龍（1989～），男，碩士，助工；江蘇省南京市秦淮區洪武路328號南京長江都市建筑設計股份有限公司（210000）；E-mail:434358575@qq.com