基于BIM的參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用研究★

丁 瀾 詹 敏 陳鈺璇 蒲云輝

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行建筑業(yè)的需求，正如，在大型建筑設(shè)計(jì)中各專業(yè)設(shè)計(jì)要求高，使得各專業(yè)設(shè)計(jì)之間存在潛在的沖突，設(shè)計(jì)人員要面臨各樣的困難，機(jī)電系統(tǒng)的復(fù)雜，管線的繁多，幕墻的設(shè)計(jì)等問題在CAD二維設(shè)計(jì)中無法得到完全解決[1]，要解決傳統(tǒng)方法的問題就要借助新的手段，改良原有的問題，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步。

近年來國內(nèi)路橋、工業(yè)建筑等的興起，BIM(Building Information Modeling)技術(shù)得到重視與行業(yè)認(rèn)可。政府在“十一五”國家科技支撐、“十二五”建筑信息化發(fā)展綱要中提出要不斷推動(dòng)BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用與發(fā)展，它大大提高了人們對(duì)項(xiàng)目的了解并得到可預(yù)測的成果。如趙順清等[2]深入研究了BIM與GIS，WPS技術(shù)在公路工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理中計(jì)量、質(zhì)檢等數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，極大的提升了項(xiàng)目管理的精細(xì)化水平。張健等[1]通過對(duì)BIM技術(shù)在大型建筑設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用范圍分析，提出BIM能在建筑意圖變成實(shí)際產(chǎn)品的環(huán)節(jié)中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏洞提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

總的來說，國內(nèi)BIM技術(shù)正在向前推進(jìn)，但設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用還處在探索階段。本文就BIM技術(shù)的核心建模軟件Revit進(jìn)行應(yīng)用研究，將其與傳統(tǒng)二維建模技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析Revit現(xiàn)行不足，最后對(duì)Revit的應(yīng)用前景進(jìn)行總結(jié)展望。

1 BIM技術(shù)

20世紀(jì)70年代，BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，首次被提出：BIM技術(shù)是一個(gè)一體化集成過程，綜合了建筑在全生命周期中的幾何模型信息、建筑施工進(jìn)度、建筑工藝流程等信息，能夠數(shù)字化表達(dá)工程項(xiàng)目的功能特性[1]。BIM作為工程行業(yè)較為領(lǐng)先的技術(shù)理念，其通過建立工程項(xiàng)目的三維數(shù)字模型進(jìn)行項(xiàng)目管理，三維建筑模型集成了工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)、信息，為參建各方提供了一個(gè)數(shù)字共享的平臺(tái)[2]。

2 Revit軟件

Revit是Autodesk公司基于BIM提出的快速建模系列核心軟件，BIM的核心是信息，而信息是通過建模來表達(dá)，因此作為建模軟件的Autodesk Revit系列占據(jù)著極為重要的地位，通過軟件可以快速建立結(jié)構(gòu)構(gòu)件、建筑構(gòu)件、管道構(gòu)件等，同時(shí)其可編輯、可分析性為其他結(jié)構(gòu)分析軟件提供了雙向聯(lián)結(jié)，便于建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師協(xié)同修改。Revit軟件主要通過模型各項(xiàng)參數(shù)的賦予，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)計(jì)以便模型聯(lián)動(dòng)修改。正如模型的空間參數(shù)化有效的降低了項(xiàng)目設(shè)計(jì)變更中的失誤率，使建筑項(xiàng)目在施工前有效的形成精確可視化，參建各方有一個(gè)共享平臺(tái)能有效的進(jìn)行溝通交流[3]。

相對(duì)于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)而言，Revit軟件基于二維設(shè)計(jì)直觀建立三維模型，同時(shí)其參數(shù)化設(shè)計(jì)、聯(lián)動(dòng)修改性、協(xié)作共享性等主要特征有效的提高了建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率。三維數(shù)字化模型下的BIM技術(shù)，為實(shí)際工程中建模節(jié)省了大量的時(shí)間，讓更多的時(shí)間花在方案修改、完善上，提高了工作效率。

3 Revit現(xiàn)存優(yōu)勢(shì)與不足

3.1 優(yōu)點(diǎn)

3.1.1數(shù)據(jù)參數(shù)化

Revit可以對(duì)大部分構(gòu)件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，數(shù)據(jù)參數(shù)化是Revit族的一個(gè)重要屬性。參數(shù)化的族具有通用性，可以提取有效的信息模型，適應(yīng)不同設(shè)計(jì)環(huán)境的要求。Revit參數(shù)化建筑模型中管理模型元素的增加使表現(xiàn)模型與設(shè)計(jì)形式相互統(tǒng)一，建筑模型與設(shè)計(jì)文檔共存于一個(gè)數(shù)據(jù)庫中互相關(guān)聯(lián)[4]。如最常見的箱型截面梁、變截面梁(如圖1所示)等參數(shù)化建模，箱型截面梁可以基于線來制作箱梁，這樣可以根據(jù)橋軸線實(shí)現(xiàn)對(duì)箱梁的自動(dòng)定位。在對(duì)截面進(jìn)行約束并賦予參數(shù)值后，僅僅在族類型中對(duì)表格內(nèi)容進(jìn)行修改，即可實(shí)現(xiàn)限量模型的參數(shù)化[5]。

3.1.2模型聯(lián)動(dòng)修改

強(qiáng)大的雙向關(guān)聯(lián)功能使得Revit軟件對(duì)建筑模型某一視圖進(jìn)行修改，其余視圖同一部分也自動(dòng)關(guān)聯(lián)修改，提高工作效率[6]。施工階段，Revit模型建立、修改之后，進(jìn)行會(huì)審時(shí)，各方進(jìn)行溝通多次修改達(dá)到最優(yōu)方案，其聯(lián)動(dòng)修改不僅優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，同時(shí)也達(dá)到了減少施工質(zhì)量問題，避免施工進(jìn)度受到影響。同時(shí)模型信息共享便于各專業(yè)及時(shí)調(diào)整方案，減少了設(shè)計(jì)失誤問題，其聯(lián)動(dòng)修改能使模型自動(dòng)發(fā)生調(diào)整，提高設(shè)計(jì)效率[7]。

3.1.3多角度合作

Revit軟件改善了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的合作設(shè)計(jì)模式，多專業(yè)同時(shí)協(xié)調(diào)工作，設(shè)計(jì)溝通更緊密高效，提高工作效率[6]。Revit建筑的設(shè)計(jì)和存檔可以同步進(jìn)行，不再需要分批次進(jìn)行單獨(dú)完成，這樣大大節(jié)約了完成項(xiàng)目的時(shí)間，提高了效率。在協(xié)同設(shè)計(jì)中，需要約定協(xié)同工作方式和工作流程，通過協(xié)同設(shè)計(jì)可將信息同平臺(tái)共享(專業(yè)內(nèi)可用IFC格式文件交流)，多方進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同調(diào)用的結(jié)果，改善傳統(tǒng)模式中的效率低下問題，提高施工管理效能。

3.1.4三維可視化

虛擬三維可視化，使項(xiàng)目投資人對(duì)該項(xiàng)目一目了然，同時(shí)也為施工人員提供了方便。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不能滿足施工設(shè)計(jì)要求，Revit軟件的三維可視性使專業(yè)人員對(duì)于建筑構(gòu)件有詳細(xì)了解。Revit實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)二維到三維思維的轉(zhuǎn)變，可以使三維空間思維貫穿于設(shè)計(jì)人員在建筑方案創(chuàng)作中，其立體模型直觀展示建筑物具體形象，同時(shí)使設(shè)計(jì)方與讀圖方統(tǒng)一設(shè)計(jì)與表達(dá)理念，使工程項(xiàng)目的全面性與準(zhǔn)確性得到有效表達(dá)[8]，其可視化特點(diǎn)使設(shè)計(jì)人員可以在三維空間里面設(shè)計(jì)(如圖2所示)，三維的立體圖能展現(xiàn)建筑的具體形象，再現(xiàn)建筑的具體構(gòu)建信息[9]。

3.1.5同步算量

Revit實(shí)現(xiàn)了建筑數(shù)據(jù)的隨時(shí)提取功能，可根據(jù)項(xiàng)目需要設(shè)置構(gòu)件的尺寸、材料等屬性并通過軟件直接得出各數(shù)據(jù)的匯報(bào)值。傳統(tǒng)的算量需要先將紙質(zhì)圖紙數(shù)字化手工計(jì)算或者將CAD圖紙導(dǎo)入成本預(yù)算軟件，增加了出現(xiàn)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，若采用Revit進(jìn)行建模，項(xiàng)目工程量清單、材料清單可同時(shí)自動(dòng)化生成，信息將始終與設(shè)計(jì)保持一致；同樣財(cái)務(wù)人員通常編制成本預(yù)算時(shí)，50%～80%的時(shí)間都會(huì)用來計(jì)算數(shù)量，通過模型共享數(shù)據(jù)在降低人為錯(cuò)誤幾率時(shí)也節(jié)約了人力物力。

3.1.6可模擬性

Revit的模擬性可對(duì)建筑實(shí)體進(jìn)行展現(xiàn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的模擬。工程項(xiàng)目的建設(shè)必須建立在防患于未然的基礎(chǔ)之上，依據(jù)已建環(huán)境無法完整把握項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的問題與不足，利用Revit結(jié)合其他插件進(jìn)行模擬分析可對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的優(yōu)化完善[9]。例如，4D進(jìn)度模擬即將三維模型與施工進(jìn)度計(jì)劃連接，將空間信息與時(shí)間信息反映到模型中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)施管控各項(xiàng)資源，避免出現(xiàn)返工、拖延進(jìn)度的現(xiàn)象；5D成本管理通過合理安排資金、人員、材料和機(jī)械臺(tái)班等各項(xiàng)資源使用計(jì)劃，做好實(shí)施過程成本控制；漫游功能可使工作人員更加直觀全面地掌握工程整體情況，及時(shí)處理施工現(xiàn)場的各項(xiàng)問題(如圖3所示)。各項(xiàng)模擬有助于施工過程的高質(zhì)高效，同時(shí)對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目精細(xì)、集約化管理提供了硬核技術(shù)支撐。

3.1.7可出圖性

建筑方案的圖紙由模型自動(dòng)生成，根據(jù)項(xiàng)目方案的改變Revit可聯(lián)動(dòng)修改，在不同的設(shè)計(jì)階段以及施工圖階段結(jié)構(gòu)出圖保證了各專業(yè)對(duì)于設(shè)計(jì)和圖紙節(jié)點(diǎn)的一致性，徹底消除了2D時(shí)代圖紙中的錯(cuò)、漏等問題，為后期的修改或者完善提供了方便快捷的路徑，保證了工程項(xiàng)目的質(zhì)量[9]。Revit相較CAD出圖有一定的優(yōu)勢(shì)，CAD在模型中采用1∶1繪制后以圖幅比例縮小映射致布局，而Revit本身是1∶1繪制但在視圖中以圖幅比例顯示(而非1∶1顯示)，類型標(biāo)記以與圖幅1∶1的關(guān)系設(shè)置。出圖時(shí)，依據(jù)優(yōu)先等級(jí)以及其較特殊的情況依次修改以達(dá)到清晰且美觀的出圖。

3.2 Revit現(xiàn)存不足

3.2.1模型準(zhǔn)確度

Revit 作為一款在 Autodesk 官網(wǎng)中定義為建筑構(gòu)件建模的軟件，相較傳統(tǒng)的二維CAD信息量有了幾何倍數(shù)的增長，但模型精度也有待管理和考察。對(duì)于公路工程而言，其本身存在大量的曲線、橫坡與縱坡，而Revit在空間曲線與曲面功能上存在缺陷，就會(huì)導(dǎo)致我們?cè)谟脕斫⒐饭こ棠Ｐ蜁r(shí)遇到很多問題。一旦模型建立的準(zhǔn)確度成了問題，那么軟件應(yīng)用的后續(xù)內(nèi)容也就成了紙上談兵[10]。

3.2.2模型信息量

當(dāng)模型龐大且細(xì)節(jié)眾多時(shí)，常常開啟模型檔案就需要花費(fèi)幾分鐘，建模轉(zhuǎn)視角時(shí)也會(huì)耗費(fèi)好幾秒，軟件執(zhí)行效率下降。在實(shí)際工程中模型數(shù)據(jù)文件往往都會(huì)有龐大的信息量，非常吃資源,一般以64位系統(tǒng)使用并且盡量擴(kuò)充內(nèi)存，同時(shí)使用繪圖卡會(huì)有更好的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的方案操作。

3.2.3軟件兼容性

Revit具有參數(shù)化和關(guān)聯(lián)性兩個(gè)重要特征，這兩個(gè)重要特征使得Revit模型數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。在不斷地進(jìn)行模型修改的過程中，元素的屬性會(huì)不斷進(jìn)行調(diào)整，會(huì)引起文件結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，從而帶來文件版本的升級(jí)。在文件儲(chǔ)存時(shí)，對(duì)于不同的文件版本，若Revit保留幾乎所有的數(shù)據(jù)改動(dòng)的代碼邏輯，需要使用舊版本，這會(huì)給Revit帶來巨大的負(fù)擔(dān)，致使Revit新版本不能保存老版本文件。

4 傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)CAD與Revit三維軟件對(duì)比

CAD作為傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)建模軟件，相較于手繪圖紙來說已經(jīng)有了很大進(jìn)步，但是仍然不能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)軟件所建立平、立、剖面圖要求設(shè)計(jì)人員需要有較強(qiáng)的空間思維能力，對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)等也需要另繪制大樣圖，而利用Revit建模可根據(jù)二維圖紙直接生成模型，數(shù)據(jù)直接輸出，大大提高了工作效率。

在其他方面Revit也有優(yōu)越于CAD之處，CAD與Revit主要特點(diǎn)比較如表1所示。

表1 CAD與Revit主要特點(diǎn)對(duì)比

5 結(jié)語

本文通過對(duì)BIM技術(shù)核心建模軟件的應(yīng)用研究，系統(tǒng)地對(duì)比Revit與傳統(tǒng)二維模式下的建模技術(shù)優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)存不足，得出Revit在數(shù)據(jù)參數(shù)化、模型聯(lián)動(dòng)修改等方面均優(yōu)于CAD，并且Revit作為BIM技術(shù)的核心建模軟件可高效推進(jìn)工程項(xiàng)目建模、工程管理等進(jìn)度，但是其應(yīng)用領(lǐng)域還有待擴(kuò)展，專業(yè)人員還應(yīng)根據(jù)Revit的特性，挖掘軟件的更多應(yīng)用點(diǎn)。Revit的合理運(yùn)用以及提升改善將給建筑業(yè)帶來新格局，建筑三維化設(shè)計(jì)的統(tǒng)一也將成為新趨勢(shì)。