“雙碳”目標下建筑專業(yè)推進BIM正向設(shè)計教學實踐

李提蓮　趙遲

摘要：BIM技術(shù)是建筑數(shù)據(jù)的三維可視化建模載體，廣泛應(yīng)用于建筑數(shù)據(jù)描述領(lǐng)域。文章研究“雙碳”目標下，建筑專業(yè)推進BIM正向設(shè)計的教學探索與實踐，分析BIM正向設(shè)計推進的難點與技巧，探究我國相關(guān)建筑專業(yè)處理三維碰撞、三維可視化問題的路徑。

關(guān)鍵詞：雙碳；BIM正向設(shè)計；建筑專業(yè)

2021年，碳排放和碳達峰問題被納入政府的工作報告內(nèi)容。在這種背景下，中國建筑行業(yè)必須對實現(xiàn)“雙碳”目標做出調(diào)整，因為建筑設(shè)計技術(shù)與中國實現(xiàn)的低碳環(huán)境目標密不可分。

目前，我國經(jīng)濟發(fā)展不斷深入，BIM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計、施工、計算、運營等全過程。而BIM正向設(shè)計是一種全新的全職業(yè)三維協(xié)作設(shè)計方式，在中國建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視。

一、BIM正向設(shè)計概述

（一）什么是BIM正向設(shè)計

BIM技術(shù)是建筑現(xiàn)代數(shù)字化模式和施工數(shù)字模式，是全新的建筑、施工、算量和運維一體化的新技術(shù)。在傳統(tǒng)三維數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上，整合建筑施工過程等相關(guān)數(shù)據(jù)形成的現(xiàn)代工程數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)了對建筑新數(shù)據(jù)技術(shù)的高效運用。BIM是協(xié)調(diào)管理工作的基石，能有效提高建筑工程的效率，減少施工項目風險和環(huán)境影響，進而實現(xiàn)環(huán)保建筑和可持續(xù)建筑。

BIM是建筑領(lǐng)域一項新型的數(shù)字化建筑設(shè)計方法，運用虛擬建筑信息模型進行全面的建筑與管道綜合監(jiān)控等工作，可以在工程設(shè)計階段盡量減少錯漏碰缺，減少工程設(shè)計死角，提高設(shè)計品質(zhì)，完善管線綜合，并進行工程設(shè)計完畢以后的一鍵算量。BIM徹底改變了過去從工程業(yè)主到建筑設(shè)計、建筑施工、算量、管理運維中間的界限隔閡，可以管控建筑施工的整個生命周期，大大提高了施工效益，降低了施工風險，減少了資源耗費。

（二）BIM正向設(shè)計的特點

1.可視化

可視化技術(shù)應(yīng)用在建筑行業(yè)可以達到“所見即所得”的作用。如在施工冬紙中，冬紙上的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)雖然是用二維曲線繪制的，但是面對建筑的復(fù)雜造型卻不能實現(xiàn)。而BIM施工技術(shù)模塊里的全部信息都是可視化的，它既可以呈現(xiàn)三維結(jié)果，又可以確保項目的設(shè)計、施工、算量、運維等都在可視化階段進行。因此，利用BIM技術(shù)可以將過去二維表示的建筑結(jié)構(gòu)，用三維或者立體實體的方式表現(xiàn)出來。在移動終端小型化便攜式的技術(shù)大潮流下，BIM輕量化的設(shè)計模式能為展現(xiàn)工程設(shè)計效果和開展實際施工提供很大便利。

2.協(xié)調(diào)性

在施工企業(yè)中，協(xié)調(diào)是一個關(guān)鍵問題。施工單位、企業(yè)、建筑設(shè)計單位等要齊心協(xié)力，才能順利地達成工程任務(wù)。而在施工過程中，各專業(yè)建筑設(shè)計人員往往無法做到合理協(xié)調(diào)，容易產(chǎn)生專業(yè)沖突，如布置暖通等專用管道時，或許會出現(xiàn)某地具有梁等結(jié)構(gòu)障礙物的布置狀態(tài)，從而造成施工矛盾。

利用BIM正向設(shè)計的協(xié)調(diào)性服務(wù)，可以及時地找到問題并解決。基于BIM的正向設(shè)計可以在建筑設(shè)計階段全學科協(xié)同設(shè)計，利用三維信息模型設(shè)計的技術(shù)，處理各學科之間的相互碰撞問題，并通過模擬設(shè)計，評估未來可能產(chǎn)生的問題。另外，利用BIM的協(xié)調(diào)性特點也可以處理其他設(shè)計問題，如建筑物的凈高控制、綜合管線信息設(shè)計、消防分區(qū)設(shè)計、地下排水設(shè)計等。

二、BIM正向設(shè)計的難點

第一，設(shè)計時間較長。從CAD的輔助設(shè)計到Revit建模的復(fù)雜工作，在工期緊張的情況下，設(shè)計人員難以按時完成。目前的主流模式還是利用CAD制圖、Revit沖模進行BIM正向設(shè)計。

第二，難以達到施工圖審查深度?，F(xiàn)在國內(nèi)建設(shè)工程設(shè)計文檔審核主要是通過文件和PDF電子文件，而不是Revit模型。就工程電力而言，Revit的重點在于BIM的構(gòu)建與應(yīng)用，而CAD對文檔的要求和規(guī)格的準確性仍存在不足。

例如，Revit的平面資訊系統(tǒng)連接采用導(dǎo)線，不夠靈活，影響無線網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別，并且會出現(xiàn)“飛線”現(xiàn)象，不符合現(xiàn)階段建筑文檔的內(nèi)容要求；若自動生成平面的連接，必須設(shè)置控制系統(tǒng)，工程量很大，且生產(chǎn)設(shè)計圖紙不能滿足現(xiàn)階段工程的深度需求。因此，建筑設(shè)計工作人員通常使用詳示線進行系統(tǒng)間的連接，但詳示線具有線型小，有故障時不能自行斷開的缺陷，增加了平面圖的繪制難度。

第三，處理三維碰撞問題。從工程設(shè)計管理視角來看，Revit核心為可視化工程設(shè)計，在工程設(shè)計階段需要處理沖突，以及原本在后期推進和實施配套過程中才必須處理的事情，如火災(zāi)報警指示燈和配電柜或照明開關(guān)的沖撞，在CAD協(xié)助工程設(shè)計中，因處理各種控制系統(tǒng)平面圖而不能互相參考，不能直觀判定有無沖突；火災(zāi)感煙檢測器與進氣口、阻隔間距只限于文字描述，無法直接判斷是否滿足規(guī)范的需要；在進行大跨度的橋面布局時，只能計算柱寬、梁高，CAD無法直接判定是否存在碰撞，與其他專用管道、汽車之間的間距是否符合規(guī)范。上述難題聚集于設(shè)計期間，加大了設(shè)計的難度，對設(shè)計管理的需求與風險更高。

三、BIM正向設(shè)計需要注意的問題

第一，系統(tǒng)設(shè)計要實現(xiàn)三維可視化。利用建筑物水平與三維視圖的協(xié)同調(diào)整，把裝置放在適當方位，如電燈吸頂不懸空、電門貼墻不相碰、配電箱柜高度適當?shù)?。此項工作是各學科實現(xiàn)碰撞的重要因素，必須嚴格落實。

第二，當完成本學科專業(yè)設(shè)備布置時，開放每個學科專業(yè)的全部工作集，模型類別全部選擇并無過濾器限制信息展示，如此可以在樓層水平中發(fā)現(xiàn)與其他專業(yè)設(shè)備的沖突，從而結(jié)合三維視圖，以緩解沖突。此點設(shè)計是BIM正向設(shè)計相較于CAD輔助設(shè)計最大的差異與優(yōu)點。

第三，各學科都要采取中央建模文檔與本地建模文檔一致，并連接中心模塊的協(xié)同設(shè)計方法。根據(jù)工程電氣專業(yè)的特點，在設(shè)計電器照明、火災(zāi)感煙探測器、墻壁照明位置與插座時，建筑設(shè)計工作人員必須考慮每個工程的房屋、墻壁、窗戶的要求。因此，針對布置設(shè)備過程中出現(xiàn)問題時，如結(jié)構(gòu)梁突出吊頂下、建筑物吊頂標高不合理導(dǎo)致吊頂內(nèi)設(shè)施無法布置，墻與梁的關(guān)系不合理等，建筑設(shè)計工作人員應(yīng)該及時向?qū)I(yè)技術(shù)人員協(xié)調(diào)，各專業(yè)齊力完善模型，并建立有序的教學設(shè)計合作。

四、BIM正向設(shè)計技巧

第一，如果相同類型的裝置外形類似，但是大小參數(shù)類型不一樣，則可以通過一個不同長度的立體實體，嵌套定義數(shù)目的類型。通過創(chuàng)建不同的族類，修改不同的大小限制類別和細節(jié)條目的可視化類別，構(gòu)建不同的寬度和不同的圖形表達類型。

第二，在建筑工程中，應(yīng)急燈、應(yīng)急疏散指示燈、聲光報警燈、自動報警燈等往往會有兩個燈重疊在一起（實際的3D中，應(yīng)該是貼著墻壁安裝）。在裝備族成立后，建筑設(shè)計工作人員要根據(jù)位移量（以三維實體族基為基礎(chǔ)的位移量），在需要移動的機械上，實現(xiàn)一個合適的位點。

第三，在建筑電氣中，建筑設(shè)計工作人員會采用既可吸頂裝，又可貼壁裝的裝置，如照明燈、消防緊急廣播等，此時必須在相對立面內(nèi)嵌二維詳示項目族，否則在壁裝時，水平無法表示二維詳圖項目族。

在設(shè)計階段，建筑設(shè)計工作人員要確定工程項目中包括什么學科，幫助每個學科通過BIM技術(shù)完成工程設(shè)計，增強整體工程設(shè)計中的規(guī)范性、專業(yè)性和精密度。在運用BIM等軟件技術(shù)開展復(fù)雜的電氣工程設(shè)計時，工程管理者應(yīng)建立一個高水平、高質(zhì)量的團隊，以保證各類設(shè)計人才掌握必要的BIM設(shè)計知識、應(yīng)用與操作技能，確保各類設(shè)計任務(wù)順利開展。

五、BIM正向設(shè)計在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

（一）方案設(shè)計階段

建筑設(shè)計技術(shù)人員利用BIM技術(shù)或者GIS方法，詳細勘測項目的自然環(huán)境和自然資源，獲取場地的三維資料信息，從而在實施建筑設(shè)計時，為用戶提供充分的依據(jù)資料。BIM技術(shù)具備了三維空間實時可視化、數(shù)據(jù)分析化、可參變的特點，在概念設(shè)計時也可以很好地輔助設(shè)計，在進行建筑設(shè)計的時候，可以很直觀迅速地表現(xiàn)相應(yīng)的建筑設(shè)計情況。

在建筑項目的設(shè)計過程中，建筑設(shè)計工作人員采用BIM正向設(shè)計，從面積設(shè)計、功能設(shè)計、體型設(shè)計等方面優(yōu)化和修改，可以使整個設(shè)計過程更加完整。在審核項目的過程中，建筑設(shè)計工作人員可以根據(jù)不同的角度和方式修改項目設(shè)計，確保項目的效果。

（二）初步設(shè)計階段

在初步設(shè)計過程中，建筑設(shè)計工作人員運用BIM技術(shù)，能深度設(shè)計建筑設(shè)計，同時利用一些輔助程序，對建筑的內(nèi)部設(shè)計、功能表現(xiàn)以及所運用的科技手段等進行三維科學計算可視化校審，這樣可以直接地看出問題并解決問題。

比如，目前建筑的主體軟件平臺是Revit，結(jié)合Fuzor、Twinmotion、Navisworks等軟件，可以有效達到建筑三維可視化功能，可以通過檢測建筑的墻面功能，表達建筑的總體視覺感受，從而傳達建筑設(shè)計的整體風格與理念。

（三）施工設(shè)計階段

圖紙設(shè)計是現(xiàn)代建筑中的重要環(huán)節(jié)，是實施建筑設(shè)計的理論基礎(chǔ)，對施工、算量等有著關(guān)鍵的引導(dǎo)與指導(dǎo)作用。BIM全專業(yè)的正向協(xié)同建設(shè)，可以較好地解決目前建筑設(shè)計行業(yè)中普遍存在的先畫圖再翻模，BIM設(shè)計技術(shù)只能用作檢測工程設(shè)計錯漏碰缺的手段等缺陷。

在Revit軟件平臺，建筑設(shè)計工作人員可以通過三維建模技術(shù)直接制作二維圖紙，做到圖模合一，并且可以通過明確建模原則、優(yōu)化設(shè)計過程、提高家族庫儲備、編制可參變的建筑設(shè)計原型圖等手段，在提高工程設(shè)計質(zhì)量的同時，達到一鍵算量建模的目的，從而實現(xiàn)設(shè)計階段的低成本設(shè)計造價。

BIM技術(shù)的運用，可以協(xié)助建筑設(shè)計工作人員更直接地完成方案之間的比選，從而做出最佳的產(chǎn)品設(shè)計。全學科BIM正向協(xié)作建設(shè)，要求工程隊伍和各個學科的設(shè)計師在同一網(wǎng)絡(luò)平臺上采用鏈接的形式，完成本學科的協(xié)同建設(shè)，即時反映工程進展，逐漸實現(xiàn)相應(yīng)的工程功能，并能及時發(fā)現(xiàn)各學科是否出現(xiàn)問題，以及學科之間相互沖突的現(xiàn)象，這對管線與工程設(shè)計和房屋空間設(shè)計尤為重要。

因此，在施工圖方案設(shè)計中運用全學科BIM正向協(xié)同設(shè)計技能，可以保證施工圖紙的品質(zhì)與水準，同時通過持續(xù)的技能積累，實現(xiàn)提高工程設(shè)計效果與管理水平的目的。

綜上所述，在建筑領(lǐng)域中，BIM技術(shù)也成為建筑行業(yè)廣泛采用的一項建筑設(shè)計方法。通過全學科BIM的正向共享建筑設(shè)計，能實現(xiàn)多個學科在同一個系統(tǒng)下合作構(gòu)建三維信息模型，共同完成建筑設(shè)計，最后生成計算工程量最大的三維信息模型，以及滿足標準的二維圖紙設(shè)計等技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。

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（作者單位：江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院）