基于BIM市場(chǎng)產(chǎn)品現(xiàn)狀的正向設(shè)計(jì)方案探索

王 婧

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 BIM技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

1.1 各階段的BIM產(chǎn)品

數(shù)據(jù)信息的創(chuàng)建、傳遞、存儲(chǔ)都離不開軟硬件的支持，軟硬件的進(jìn)步也離不開對(duì)數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步探索。目前，具有國(guó)際和行業(yè)影響力并應(yīng)用于中國(guó)市場(chǎng)的BIM核心建模軟件有Revit Architecture/Structural/MEP、Bentley Architecture/Structural/Mechanical、Archi CAD三種。應(yīng)用于民用建筑的建模軟件主要是Revit及Bentley旗下的系列產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)一些軟件公司通過二次開發(fā)的方式，正在逐步完善與Revit和Bentley數(shù)據(jù)信息的交互，其中包括方案設(shè)計(jì)軟件Sketchup、Rhino；結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM、YJK；機(jī)電分析軟件博超和鴻業(yè)；深化設(shè)計(jì)軟件探索者；造價(jià)管理軟件魯班等。近幾年，一些設(shè)計(jì)院聯(lián)合高校、研究機(jī)構(gòu)及軟件開發(fā)商，進(jìn)行符合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)習(xí)慣的軟件開發(fā)，并取得了一定的研究成果。

1.2 數(shù)據(jù)交互

IFC[15](Industry Foundation Class)是ISO認(rèn)證的、為建筑業(yè)各種軟件提供數(shù)據(jù)格式及信息交換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，具有開放性、穩(wěn)定性、完整性等特點(diǎn)，其內(nèi)容主要包括工程信息描述和工程信息獲取。工作方式為：軟件A生成IFC標(biāo)準(zhǔn)模型；軟件B得到軟件A生成的IFC文件后，解析IFC文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生成適用于本身的模型。市面上各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的軟件公司多以這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、資源共享。目前，國(guó)際上宣稱支持 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的軟件高達(dá) 200 多款[3]，但通過Building SMART官方認(rèn)證的只有一部分[4]。因此，需要各大軟件廠商進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)力度，使得其平臺(tái)能夠更好地依附于IFC，以保證BIM全生命周期底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的交換得以實(shí)現(xiàn)。

1.3 BIM法律法規(guī)

早在2000年左右，美國(guó)、英國(guó)[5]、日本[6]等就已經(jīng)開始制訂BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2006年，《General Building Information》率先發(fā)布，相繼又有《Handover Guide》及《BIM Guide Series》出臺(tái)[8]。2007年，依據(jù)IFC系列標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)發(fā)布了NBIMS第一版標(biāo)準(zhǔn)；2012年，在參考標(biāo)準(zhǔn)、信息交換、應(yīng)用等的基礎(chǔ)上，Building SMART聯(lián)盟對(duì)其進(jìn)行了修訂和補(bǔ)充，以此作為第二版NBIMS進(jìn)行發(fā)布；后續(xù)的第三版又在原有版本基礎(chǔ)上增加了模塊內(nèi)容。在IFC標(biāo)準(zhǔn)及NBIMS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，英國(guó)頒布了適用于英國(guó)建筑業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，并于2010年出臺(tái)了《AEC(UK) BIM Standard for Autodesk Revit》標(biāo)準(zhǔn)，次年9月又發(fā)布了Bentley平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。早在1995年，日本就已經(jīng)開始推動(dòng)建筑業(yè)的相關(guān)信息化工作，2012年，日本建筑學(xué)會(huì)JIA(Japanese Institute Architects)以設(shè)計(jì)師視角為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)布了JIA BIM，明確了人員組織架構(gòu)及責(zé)任分配，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整了原有的設(shè)計(jì)流程。

2000年初，中國(guó)提出要建立建設(shè)領(lǐng)域的信息化系統(tǒng)，表1展示了我國(guó)近幾年編制和出臺(tái)的一些相關(guān)法律條文[7]。

表1 國(guó)內(nèi)相關(guān)的法律條文

2 基于BIM的鐵路公共建筑正向設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品選擇

鐵路公共建筑不僅是某建筑物內(nèi)各專業(yè)的面狀承載，還包括地形、地貌等數(shù)據(jù)的寫入。因此，鐵路建筑BIM設(shè)計(jì)對(duì)軟件的運(yùn)載需求更大。與此同時(shí)，鐵路房屋需要根據(jù)不同使用功能，大批量產(chǎn)出并沿鐵路線進(jìn)行放置，相較于其它的民用或工業(yè)建筑，具有較高的重復(fù)使用率。由于需要配合整條鐵路的運(yùn)維，對(duì)軟件的運(yùn)行速度有較高的需求。故需要從如下幾個(gè)方面對(duì)[9]Revit[10]與Bentley系列軟件進(jìn)行比選。

(1)承載能力與運(yùn)行速度

Autodesk[11]公司旗下二維設(shè)計(jì)軟件AutoCAD在二維圖形處理方面能力顯著，隸屬于其旗下的Revit軟件沿用了其二維設(shè)計(jì)AutoCAD的存儲(chǔ)方式(也就是為保證其運(yùn)行速度，如果不執(zhí)行“保存”命令，所有完成的模型都寫在內(nèi)存里，執(zhí)行“保存”命令后，才會(huì)把內(nèi)存的文件寫入到硬盤)。而Bentley[12]的做法與其不同，使用者在MicroStation上建立的一些東西，不需要手動(dòng)“保存”就可以直接將內(nèi)容寫入到硬盤。在三維設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)量顯著增加，采用Revit軟件的大量數(shù)據(jù)被保存在內(nèi)存里，內(nèi)存就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不夠用，從而造成“卡死”的狀況，嚴(yán)重影響軟件的運(yùn)行及使用效率。而MicroStation直接把已經(jīng)建立好的圖形寫入到硬盤，內(nèi)存被釋放出來做其他的工作，在處理大體積文件時(shí)，MicroStation的運(yùn)行速度就會(huì)遠(yuǎn)快于Revit。鐵路行業(yè)信息存載量一般較大，故Bentley系列產(chǎn)品更適用于鐵路公共建筑設(shè)計(jì)。

(2)建模方式

Autodesk公司試圖用一款核心軟件覆蓋整個(gè)民用建筑的BIM市場(chǎng)，其功能較為單一。而Bentley公司則是在MicroStation的基礎(chǔ)上二次開發(fā)出Open Building Designer(簡(jiǎn)稱OBD)。其功能及定位與Revit相似，但與其不同的是，在OBD軟件系列中，還有更細(xì)致的劃分。安裝OBD后，電腦上會(huì)出現(xiàn)適用于不同設(shè)計(jì)人員的建筑應(yīng)用、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、機(jī)電應(yīng)用、電氣應(yīng)用等軟件，并且每一個(gè)單獨(dú)的軟件都包括了MicroStation本身的基礎(chǔ)功能，不同專業(yè)之間都可以互相調(diào)用，使得設(shè)計(jì)工作更加便捷。

(3)模型庫及復(fù)雜界面的應(yīng)用

對(duì)于異形構(gòu)建，采用Revit原生軟件建模較為困難，此時(shí)需要借助第三方插件—Dynamo。 2017年后，Revit集成了Dynamo，基本解決了復(fù)雜模型的創(chuàng)建問題，且各大設(shè)計(jì)網(wǎng)站上也提供了大批量的Revit模型庫，下載、使用都非常方便。另一方面，OBD以MicroStation為基礎(chǔ)，可以針對(duì)不同的需求，完成復(fù)雜模型的建立，但其在建筑業(yè)普及度較低，資源相對(duì)匱乏。

(4)專業(yè)交互方式

Bentley旗下還有與OBD開發(fā)思路相同的其他專業(yè)軟件，如鐵路的OpenRail、公路的OpenRoad、橋梁的OpenBridge等，其文件格式均為DGN格式，專業(yè)間都可以用MicroStation讀取及編輯，真正做到了平臺(tái)及數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。

綜上所述，京張高速鐵路公共建筑宜以Bentley平臺(tái)下的產(chǎn)品為主，并配合Revit族及其它系列軟件，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)、管理與運(yùn)營(yíng)。

2.2 工程實(shí)例

根據(jù)Bentley平臺(tái)的特點(diǎn)，以及市面上一些基于Bentley軟件進(jìn)行的二次開發(fā)軟件及IFC轉(zhuǎn)換軟件，在京張高鐵項(xiàng)目中，初步擬定一套以Bentley為核心的建模軟件，用于鐵路公共建筑設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟如下。

(1)建筑專業(yè)：通過OBD，開放建筑軸網(wǎng)、層高、房屋功能及各建筑面層數(shù)據(jù)。

(2)結(jié)構(gòu)及水暖專業(yè)：接到建筑專業(yè)的數(shù)據(jù)后，結(jié)構(gòu)專業(yè)通過PKPM及YJK實(shí)現(xiàn)向Bentley平臺(tái)模型的轉(zhuǎn)換，部分模型庫可以調(diào)用Revit族庫進(jìn)行快速建模；水、暖、電專業(yè)可利用Revit上二次開發(fā)的插件進(jìn)行錄入，并轉(zhuǎn)換成DGN文件。

(3)各專業(yè)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)并賦予模型幾何及非幾何屬性信息。

(4)各專業(yè)將模型上傳至Bentley旗下協(xié)同設(shè)計(jì)軟件ProjectWise，以便于碰撞檢查及各專業(yè)協(xié)同工作。

(5)總裝專業(yè)：按鐵路標(biāo)段進(jìn)行模型總裝并上傳，在計(jì)劃位置放置模型，與鐵路其他專業(yè)進(jìn)行匯合。

通過以上步驟，可完成鐵路公共建筑與鐵路其它專業(yè)在同一平臺(tái)上的協(xié)同設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，專業(yè)間可以及時(shí)相互調(diào)用、相互參考，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋問題和及時(shí)更改。

3 面對(duì)困難與展望

3.1 面臨問題

現(xiàn)階段，許多BIM項(xiàng)目只是作為輔助措施，沒有絕對(duì)需求，從而造成其成本遠(yuǎn)高于實(shí)用價(jià)值，不能得到廣泛的認(rèn)可；對(duì)BIM的認(rèn)知參差不齊，思路不統(tǒng)一，沒有對(duì)BIM進(jìn)行良好的普及；現(xiàn)有的法律法規(guī)尚不能完全支持BIM合同框架的正式建立，責(zé)任追究等功能需進(jìn)一步完善。

3.2 期待展望

隨著各行各業(yè)信息化的快速發(fā)展，鐵路建筑信息化也在與時(shí)俱進(jìn)，BIM技術(shù)終將給建設(shè)領(lǐng)域帶來革命性的作用，BIM的管理理念也在慢慢深入人心，鐵路建筑業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)的融合也將掀起一股應(yīng)用的大潮。BIM+GIS[16]也是發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，大量復(fù)雜的BIM模型需要高效、便捷、標(biāo)準(zhǔn)化的可視化管理，從而提升工程質(zhì)量和投資效益[13-16]。