基于BIM的某食堂配套用房工程協(xié)同設(shè)計研究

張淑娟，鞏利軍

（1.甘肅泓文建筑設(shè)計有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省長城建設(shè)集團有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某食堂配套用房建筑面積2 916 m2，層數(shù)2層，地下一層，層高5.1 m，建筑高度10.2 m，塔樓高度18.85 m，結(jié)構(gòu)型式框架結(jié)構(gòu)，建筑外窗為玻璃幕墻，建筑功能包括變電所、超市、物業(yè)管理、物流房、員工辦公室等；機電安裝工程包括給水排水專業(yè)、采暖與通風(fēng)、電氣專業(yè)。

2 設(shè)計階段BIM協(xié)同及模型深化方法

2.1 設(shè)計各階段BIM協(xié)同流程

設(shè)計階段BIM協(xié)同包括方案階段、項目初設(shè)階段和施工圖設(shè)計階段。

2.1.1 方案階段

根據(jù)建設(shè)方設(shè)計意圖和項目場地概況等相關(guān)資料，綜合考慮建筑設(shè)計概念、規(guī)劃布局、形體塑造等要求初步構(gòu)思建筑方案，做好BIM設(shè)計應(yīng)用策劃，開始創(chuàng)建項目方案模型，項目深度以項目各性能化分析和評估要求為依據(jù)，為項目方案比選和確定提供方案模型，確定項目建筑設(shè)計方案，控制建筑規(guī)模及投資。

2.1.2 項目初設(shè)階段

各專業(yè)設(shè)計人員在方案階段設(shè)計模型基礎(chǔ)上，各自細化設(shè)計項目各專業(yè)模型，進行可視化分析和碰撞檢查，對分析結(jié)果和碰撞檢查結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，形成初步設(shè)計模型，并導(dǎo)出初步設(shè)計圖紙，各項性能分析報告及檢查碰撞報告。

2.1.3 施工圖設(shè)計階段

繼續(xù)積極爭取監(jiān)測經(jīng)費，進一步提高監(jiān)測點的代表性和覆蓋率，完善浦口區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測預(yù)警預(yù)報體系，動態(tài)監(jiān)測全區(qū)的耕地質(zhì)量狀況和變化趨勢，形成網(wǎng)絡(luò)健全、層次分明、管理規(guī)范與現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)相適應(yīng)的耕地質(zhì)量監(jiān)測體系。常年性系統(tǒng)開展動態(tài)監(jiān)測，全面掌握全區(qū)耕地質(zhì)量變化趨勢，建立耕地質(zhì)量長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。繼續(xù)開展多層次的技術(shù)培訓(xùn)，加強監(jiān)測隊伍建設(shè)，提高耕地質(zhì)量監(jiān)管水平。

在初設(shè)模型的基礎(chǔ)上進行深化設(shè)計，再次進行數(shù)字化分析和碰撞檢查，對其結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，導(dǎo)出符合施工圖設(shè)計階段模型深度的圖紙和各項性能分析報告。

2.2 設(shè)計各階段模型深化方法

由于不同階段對模型交付目的和交付要求不同，不同設(shè)計階段根據(jù)設(shè)計意圖創(chuàng)建模型設(shè)計深度和模型構(gòu)件信息。

2.2.1 方案概念設(shè)計深化方法

方案概念設(shè)計階段采用Autodesk REVIT（歐特克建筑設(shè)計和施工軟件）、SKECHUP（草圖大師）等三維軟件中“放置體量”功能對建筑群進行整體布局，對各建筑群體量關(guān)系進行推敲后，形成初步的建筑項目方案概念體量，通過幕墻系統(tǒng)、屋頂、墻體、樓板和門窗等功能對建筑體量進行深化設(shè)計，創(chuàng)建具有建筑構(gòu)件信息的初步模型；日照模擬計算，分析建筑日照優(yōu)化設(shè)計布局及模型；渲染出建筑全方位效果圖，展示各設(shè)計方案應(yīng)用效果，生成各方案項目估算投資，供業(yè)主確定項目方案。

2.2.2 初步設(shè)計階段深化方法

初步設(shè)計階段模型是在方案概念設(shè)計模型的基礎(chǔ)上進行深化設(shè)計，確定建筑群體項目原點和參照點，確定各單位工程的軸網(wǎng)及標(biāo)高等，添加項目圍護結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、顏色等面層信息；各專業(yè)初步協(xié)調(diào)后，確定房間布置及其功能；建筑專業(yè)細化各房間所有門窗材質(zhì)、洞口尺寸及定位，細化樓梯參數(shù)、臺階、欄桿扶手、屋面形式及構(gòu)件樣式、外立面造型等外裝飾細節(jié)；結(jié)構(gòu)專業(yè)按計算結(jié)果添加梁、柱、樓板等組件創(chuàng)建項目主體結(jié)構(gòu)模型項目，并進行基礎(chǔ)設(shè)計及模型創(chuàng)建；設(shè)備專業(yè)在建筑模型基礎(chǔ)上添加各自類別的管網(wǎng)、設(shè)備和電氣線路等，形成各專業(yè)模型。各專業(yè)模型整合，碰撞檢查，各專業(yè)相互溝通、協(xié)調(diào)確定項目初步設(shè)計模型，生成項目二維CAD圖紙、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、各專業(yè)材料及設(shè)備表，細化標(biāo)注完成初步設(shè)計圖紙。

2.2.3 施工圖設(shè)計階段深化方法

施工圖設(shè)計階段在初步設(shè)計項目模型基礎(chǔ)上對各專業(yè)細化設(shè)計，建筑專業(yè)細化設(shè)計建筑各部位節(jié)點構(gòu)造、內(nèi)外裝修材料及構(gòu)造要求，建筑結(jié)構(gòu)敲定主體各構(gòu)件截面、定位信息、配筋及細部節(jié)點連接要求，機電專業(yè)設(shè)計各管線及設(shè)備、大小、型號以及安裝要求；各專業(yè)再次進行數(shù)字化分析和碰撞檢查，相互溝通、協(xié)調(diào)、進行優(yōu)化修改，形成項目最終施工圖模型，導(dǎo)入CAD制圖軟件生成項目二維圖紙，深化細節(jié)標(biāo)注、說明等內(nèi)容完成施工圖出圖。

3 協(xié)同設(shè)計方法

BIM協(xié)同設(shè)計方法常用的包括文件鏈接協(xié)同、文件集成協(xié)同和中心文件協(xié)同等多種方式，每種協(xié)同方式各具有優(yōu)劣勢，本文著重介紹較為常用的文件鏈接協(xié)同方式和文件集成協(xié)同方式。

3.1 文件鏈接協(xié)同方式

文件鏈接協(xié)同流程：在Autodesk Revit 2019中打開食堂配套用房工程結(jié)構(gòu)模型，通過插入功能，鏈接Autodesk Revit模型，分別導(dǎo)入建筑模型、給排水模型、采暖與通風(fēng)模型、電氣模型，定位選擇“自動-原點到原點”；為了確保導(dǎo)入模型在結(jié)構(gòu)模型中可見而不被覆蓋，在參照類型中選擇“附著”，文件鏈接完成后，文件鏈接協(xié)同方式如圖1所示。

圖1 文件鏈接協(xié)同方式圖

3.2 文件集成協(xié)同方式

文件集成協(xié)同方式是利用Autodesk Revit中文件導(dǎo)出功能，將不同專業(yè)的BIM模型轉(zhuǎn)換成集成軟件支持的數(shù)據(jù)格式，例如Autodesk Navisworks（歐特克可視化和仿真軟件）支持整合.nwc、.ifc等多種數(shù)據(jù)格式，食堂配套用房工程文件集成協(xié)同方式如圖2所示。

圖2 文件集成協(xié)同方式圖

4 專業(yè)內(nèi)BIM協(xié)同設(shè)計

4.1 建筑專業(yè)內(nèi)部BIM協(xié)同

建筑專業(yè)建模采用的建模軟件有Autodesk Revit、Sketchup、Catia（交互式CAD/CAE/CAM系統(tǒng)）、Bentley建筑（Bentley軟件是一種基于圖形服務(wù)平臺構(gòu)建3D模型的軟件）和ArchiCAD（建筑設(shè)計的三維CAD軟件）等軟件；某食堂配套用房工程建筑設(shè)計開始時，建立初步模型時，計劃后期協(xié)同方式采用文件鏈接協(xié)同方式，為其他幕墻等建筑專業(yè)共享坐標(biāo)系及軸網(wǎng)；創(chuàng)建模型時選擇統(tǒng)一的建筑樣板文件，統(tǒng)一建模規(guī)則和建模深度。建筑專業(yè)內(nèi)部協(xié)同模型如圖3所示。

圖3 建筑專業(yè)內(nèi)部協(xié)同模型

4.2 結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部BIM協(xié)同

結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部協(xié)同主要有計算分析軟件間的協(xié)同、結(jié)構(gòu)計算軟件與BIM平臺間的協(xié)同、BIM平臺協(xié)同三大部分[1]。其中結(jié)構(gòu)分析主流軟件包括YJK（盈建科結(jié)構(gòu)分析軟件）、ANSYS（有限元分析軟件）、ABAQUS（有限元分析軟件）、PKPM（結(jié)構(gòu)分析軟件）等軟件，其中YJK已內(nèi)嵌了PKPM、MIDAS（有限元分析軟件）、ABAQUS、REVIT等軟件接口程序，可實現(xiàn)一模多用，避免了重復(fù)建模，提高了設(shè)計效率；對于群體性工程一般多由多名設(shè)計人員協(xié)作共同完成，在采用REVIT平臺協(xié)同設(shè)計時，結(jié)構(gòu)專業(yè)負責(zé)人根據(jù)工程特點，對項目按結(jié)構(gòu)單元拆分、按地上地下部分拆分、按標(biāo)準(zhǔn)組件拆分、按標(biāo)準(zhǔn)戶型拆分和按結(jié)構(gòu)專業(yè)（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等）等拆分。某食堂配套用房工程采用REVIT模型進行結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部協(xié)同，如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部協(xié)同模型

4.3 各機電專業(yè)內(nèi)部BIM協(xié)同

機電專業(yè)設(shè)計時，各專業(yè)負責(zé)人選擇相應(yīng)的項目樣板，如給水排水項目樣板、采暖通風(fēng)樣板、電氣樣板；且不同專業(yè)應(yīng)選用同一版本的BIM軟件創(chuàng)建模型，設(shè)計模型時復(fù)制建筑專業(yè)設(shè)計的軸網(wǎng)、標(biāo)高及坐標(biāo)原點，以保證后期協(xié)同時各專業(yè)間的一致性。

機電管線排布遵循原則：電氣管線在上，水管線在下；給水管線在上，排污水管線在下；風(fēng)管盡可能貼梁底布置；管線排布綜合考慮安裝控件、運行操作空間和檢修空間；管線排布綜合考慮支吊架位置。機電管線調(diào)整避讓遵循原則：水管避讓風(fēng)管；有壓管道避讓無壓（自流）管道；可彎管道避讓不可彎管道；小管徑管道避讓大管徑管道；冷水管道避讓熱水管道。噴淋管道安裝標(biāo)高控制原則：水流指示器后噴淋配水管道穿梁敷設(shè)安裝，噴淋主干管及支管均穿梁敷設(shè)；根據(jù)本項目給水排水專業(yè)、采暖通風(fēng)專業(yè)、電氣專業(yè)圖紙采用翻模軟件實現(xiàn)模型的快速翻模，其中，噴淋采用上噴頭，距離上部樓板板底≤150 mm；屋面設(shè)有變頻多聯(lián)室外機；各機電專業(yè)內(nèi)部協(xié)同模型如圖5所示。

圖5 各機電專業(yè)內(nèi)部協(xié)同模型

5 專業(yè)間BIM協(xié)同設(shè)計

5.1 階段性定時協(xié)同

設(shè)計團隊在項目階段性設(shè)計完成后，通過各專業(yè)BIM模型的鏈接協(xié)同和集成協(xié)同，對項目進行階段性的綜合協(xié)調(diào)；由于不同專業(yè)采用不同的設(shè)計建模軟件，鏈接或集成模型前需統(tǒng)一坐標(biāo)原點，各專業(yè)先行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，采用通用的IFC等格式進行鏈接文件。

5.2 設(shè)計階段連續(xù)協(xié)同

在項目設(shè)計過程中，各專業(yè)分別創(chuàng)建自己專業(yè)的BIM模型，為了及時接收其他專業(yè)模型資料，本專業(yè)做好自己模型提資標(biāo)記，鏈接所需專業(yè)的模型，及時更新項目項目提資內(nèi)容；建筑專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)模型墻、柱、梁、板、梯共用，可考慮建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)共用一個模型；某食堂配套用房工程建筑專業(yè)包含幕墻和裝飾工程，故將建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)分開建模。在初步設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段，各接收專業(yè)根據(jù)基于BIM的設(shè)計協(xié)同從提資專業(yè)提取所需信息，如土建專業(yè)需提供房間功能、凈空高度、軸網(wǎng)尺寸及標(biāo)高、構(gòu)件幾何尺寸，機電專業(yè)根據(jù)土建信息提所需條件，包括機械設(shè)備規(guī)格型號、管線預(yù)留洞口位置及尺寸、管線走向及標(biāo)高、特殊工藝的工藝要求。

6 結(jié)論

（1）基于BIM的某食堂配套用房工程協(xié)同設(shè)計方式選擇是關(guān)鍵；可供各專業(yè)間進行直觀的項目信息交流與溝通，減少和消除了設(shè)計過程中各專業(yè)間設(shè)計階段模型存在的錯、漏、碰、缺等設(shè)計問題。

（2）設(shè)計各階段BIM協(xié)同和專業(yè)內(nèi)BIM協(xié)同優(yōu)化了建筑性能、結(jié)構(gòu)布局，房間功能等，機電安裝工程專業(yè)間BIM協(xié)同優(yōu)化了管線綜合布置，提高了管線的凈高空間，提高了設(shè)計單位工作效率和出圖質(zhì)量。

（3）基于BIM的協(xié)同設(shè)計符合綠色建筑設(shè)計要求，為建設(shè)單位節(jié)約投資，提高設(shè)計單位工作效率和各環(huán)節(jié)出圖質(zhì)量，為施工單位節(jié)約了工程成本，為確保項目工程質(zhì)量、安全和進度順利實施奠定了基礎(chǔ)，符合項目提質(zhì)增效和“雙碳”目標(biāo)的要求。