基于BIM技術正向設計實踐和探索
——以哈爾濱劍橋學院圖書館為例

謝成帥 何宏偉* 楊書宇

（哈爾濱劍橋學院，黑龍江 哈爾濱 150069）

BIM技術時代的到來，改變了傳統的設計方法，BIM技術在原有二維設計的基礎上轉化為三維可視化模型設計，能夠直觀地查看建筑、結構和機電模型，在設計階段檢查項目模型的錯、碰、漏、缺等問題，在項目的施工前進行解決圖紙設計的相關問題，減少了項目圖紙的重復返工情況。

1 項目概況

本項目為哈爾濱劍橋學院圖書館，建設地點哈爾濱劍橋學院校內，總建筑面積12930.69 平方米，建筑基地面積2521.86 平方米，建筑高度23.55 米，建筑層數、層高為地上5層，局部6層，一層4.2米，圖書館區二至四層4.5 米，五層5.4 米，結構形式為框架結構，建筑功能主要以公共服務、自習、秘籍、臨時書庫和閱覽室為主，效果圖如圖1所示。

圖1 效果圖

2 BIM技術設計工作流程

針對BIM正向設計，建筑設計師和結構設計師按照業主要求，根據基本項目規模、項目性質和項目紅線為基礎，先創建項目的定位信息，如項目標高和軸網。其次創建梁、板、柱、基礎，最后創建建筑模型中墻體、門窗、幕墻、樓梯和欄桿扶手等。

將建筑和結構模型完成后發送給機電工程師，為項目創建系統模型，模型完成后對創建后的模型進行碰撞檢查，針對碰撞檢查點為項目碰撞點進行調整，將調整后的模型進行審查，無誤后輸出二維圖紙并報甲方，如圖2所示。

圖2 項目設計流程

3 項目設計過程

通過建模軟件對BIM模型進行搭建，針對不同專業模型創建不同的項目樣板和項目文件，模型完成后，根據鏈接模型調整相關參數，減少模型碰撞，節省了時間提高了效率。

3.1 結構模型設計過程。項目啟動后，根據項目建筑紅線尺寸對項目進行定位，通過建模軟件設計出項目層與層之間的高度值，水平方向軸網與軸網之間的間距值，對項目的基本位置進行確定，在創建模型前建筑與結構工程師需要協商項目基點的具體位置，項目基點的作用是為了能夠讓更好的進行鏈接模型。

按照設計的先后順序，創建項目的基礎、墊層、矩形柱、矩形梁等承重構件，針對不同的構建需要創建不同種類的族和類型，按照軟件放置方法進行放置，結構圖創建后如圖3所示。

圖3 圖書館結構模型

針對完成后的模型，按照相關技術規范為項目的基礎、梁、柱子進行安裝鋼筋，安裝鋼筋選擇需要配筋構建，按照梁上部通長筋、下部通長筋和箍筋的直徑和配筋形式進行選擇，配筋完成后的構建，如圖4所示。

圖4 結構配筋

3.2 建筑模型設計過程。結構建模完成后，要匹配結構項目中項目基點，按照結構的標高增加50mm創建建筑標高，建筑模型中墻體、幕墻、門窗、樓梯、臺階和室外散水等，在創建模型時，針對不同的構建依次創建不同的類型屬性和參數值，墻體在繪制時，選擇墻體定位線、定義墻體底部高度和頂部高度值；門和窗構建需要修改門窗的底高度和頂高度；幕墻構建創建需要修改幕墻網格線間距，為網格線添加不同的豎挺類型；樓梯構建在創建前需要定樓梯參數信息，修改樓梯梯面數、樓梯起點標高、終點標高、實際踏板深度等參數，創建完成后的模型如圖5所示。

圖5 項目建筑圖

3.3 系統模型設計過程。系統模型也稱為機電模型，本項目在設計系統時包括采暖系統、給排水系統、通風空調系統、消火栓系統等，在設計時軟件針對不同的專業需要創建不同系統的樣板文件，機電系統設計時需要修改管道的起始位置、管道起點和終點偏移量、管道坡度等，同時管道在安裝是需要調整管道的不同材質和連接方式等，系統布置完成后如圖6所示。

圖6 機電模型

4 碰撞檢測

隨著BIM技術的發展，對于項目上的BIM技術的措施將更嚴格，運用碰撞檢查軟件可以提前查找模型的各個碰撞問題，通過不同的模型進行檢查，方便項目各個參數提取，碰撞檢查軟件在項目的設計初期會非常有用的，它可以對當前的模型進行查缺補漏，碰撞檢查實際上是對當前模型進行全方面檢查和更新，碰撞檢查軟件可以對當前模型的精細化管理進行操控，能更好地輔助建筑工程師們展開交流，對于碰撞檢測來說對整個建筑行業是有意義的。將創建完后的模型分別進行保存，點擊建模軟件中左上角圖標，選擇“導出-NWC文件”，對當前項目文件進行保存，打開碰撞檢查軟件，對導出后的.Nwc文件進行添加，需要對碰撞沖突檢檢測項目進行添加，選擇“ClashDective”后，通過底部“添加測試”按鈕并加入測試的項目，在選擇兩組圖元后，根據設計要求在窗口底部“設置”選項卡點擊“類型”命令，在下拉列表中選擇碰撞的類型，點擊“硬碰撞”命令，“公差”為0.1 毫米，運行檢測即可。碰撞檢查運行完成后，針對碰撞點進行輸出，輸出后的碰撞點可以通過鼠標進行雙擊，查看碰撞檢查位置，對碰撞檢查點進行修改，修改完成后針對模型二次運行碰撞檢測，直至項目的碰撞點消失，表示項目三維模型修改合格。

5 圖紙輸出

傳統的二維設計出圖存在一定的弊端，針對圖紙中每個線條需要逐一進行繪制，這種設計方法既浪費時間又浪費人力，根據創建后的模型，按照統一的制圖標準進行輸出CAD格式圖紙，能夠形成完整的平面、立面、剖面圖和大樣圖等，Revit建模軟件可直接創建圖紙進行導出，輸出的圖紙格式pdf、.Dwg相應文件，在出圖過程中，建議輸出pdf圖紙，可以防止圖元在輸出時丟失。依據三維模型，在輸出剖面時，僅需要創建一個剖面符號，在項目瀏覽器中會展示剖面視圖，通過鼠標左鍵拖拽圖紙放置到繪圖區域，選擇應用程序菜單按鈕，輸出命令，輸出.dwg文件或pdf文件。BIM建模環境中，每個專業需要保持相互的溝通和協調，保持項目信息的共享和及時更新，最大限度地可以解決項目模型與各專業圖紙不匹配現象，BIM技術和CAD相互結合，可以達到模型和圖紙相互關聯，模型更新能夠帶動圖紙進行更新，達到快速創建模型，快速出圖的效果。

6 BIM正向設計存在問題及整改措施

目前，BIM技術的正向設計雖能提高效率，仍有一些不足：

6.1 建模人員要求：針對使用此款軟件的新人來說，上手不是很容易，在使用前需要對操作人員進行系統的培訓，可以提高建模速度和建模準確率。

6.2 人工成本：BIM技術建模能夠解決快速出圖、提高效率和建模精度等問題，對于人員建模的要求較高，除了掌握設計規范和設計要求外，仍要掌握軟件的基本操作，三維建模設計人員與傳統的二維設計人員薪資成本要高出很多。

6.3 時間成本：通過正向設計進行建模時，需要使用的時間是二維設計時間的2倍，出圖效率是二維設計出圖效率的4倍。二維設計工作主要針對是項目的繪圖，軟件的出圖效率較為成熟，三維設計主要工作是建模和繪圖，所有的設計內容都是通過三維模型進行完成，整個軟件操作過程較為復雜，需要投入時間成本較多。

6.4 專業較多，溝通難度較大：BIM三維模型所涉及機電專業較多，協調工作難度大，需要針對不同專業的工程師進行協同辦公，現場協調各個專業的管道沖突問題，可以很好地解決碰撞檢查問題，減少項目返工，保證按照項目節點完整。

7 結論

BIM技術的到來，雖然改變的傳統的設計方式，仍然存在一些不足需要進行探索，建模中以系統化、標準化作為目標，可以大大解決建筑、結構和機電的碰撞問題，有效減少工作的返工，針對此次哈爾濱劍橋學院圖書館的正向設計，增強了項目的質量關和品質關，通過碰撞檢測，有效將圖紙的錯誤降到零。BIM技術隨著國家大力推進，前景是很好的，就像手繪制圖轉向CAD時代一樣，是一個逐步的過程，希望建筑行業能夠抓住此次機會，進行設計轉型，將數字三維設計作為未來的發展方向，有效推動設計行業越來越好。