建設(shè)工程機(jī)電安裝中的BIM 協(xié)同與輕量化應(yīng)用

王欣亮

(福建省建筑設(shè)計研究院有限公司)

在國家大力推進(jìn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的背景下，BIM 技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用，為提高工程建設(shè)的效率、質(zhì)量及精度，當(dāng)下大部分項目均要求BIM 技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計、施工、運(yùn)維等階段，并對BIM 建模精度、多專業(yè)協(xié)同深化效果要求高。而現(xiàn)階段BIM 模型的應(yīng)用較多停留在單專業(yè)建模、樣板段建模演示、精細(xì)化節(jié)點(diǎn)及3D效果圖漫游動畫等，且因軟件安裝繁雜，眾多軟件版權(quán)費(fèi)用高，BIM 軟件對電腦配置要求高等因素，導(dǎo)致BIM 模型建而無用，各專業(yè)模型質(zhì)量不統(tǒng)一，沒有采用協(xié)同軟件或者輕量化平臺開展協(xié)同。而隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建設(shè)工程的復(fù)雜性不斷地提高，專業(yè)多，綜合體量大，使BIM 模型更加難以把控和應(yīng)用，這些嚴(yán)重阻礙了BIM 技術(shù)的發(fā)展。本文以BIM 輕量化協(xié)同管控的項目應(yīng)用實例，探討機(jī)電工程基于項目BIM 協(xié)同+輕量化的應(yīng)用。

1.BIM 輕量化技術(shù)概述

BIM 輕量化技術(shù)是指將建筑信息模型進(jìn)行輕量化處理，以減少數(shù)據(jù)量和提高計算效率，BIM 輕量化技術(shù)是BIM 輕量化引擎產(chǎn)品的核心技術(shù)，BIM 輕量化云平臺是集成BIM模型數(shù)據(jù)分析處理、模型可視化寫實顯示、多終端自由交互、接口二次開發(fā)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境平臺，采用GPU 虛擬化技術(shù)，真正實現(xiàn)BIM 模型的用戶體驗“輕量化”，讓項目多端用戶“感覺很輕”的用戶體驗，即不管BIM 用戶的終端設(shè)備配置多么低，都可以多用戶同步并流暢使用大規(guī)模BIM 信息模型，且無需安裝任何軟件，避免了BIM 模型建而無用，實現(xiàn)零基礎(chǔ)用模型。

1.1 BIM 輕量化模型轉(zhuǎn)換的方法

BIM 輕量化模型是在不損失太多細(xì)節(jié)的情況下，將BIM 模型轉(zhuǎn)化為可以在瀏覽器中查看的格式。在瀏覽器查看BIM 輕量化模型，有許多軟件可以用來將BIM 模型進(jìn)行輕量化模型格式的轉(zhuǎn)換，這些軟件通常會提供一個可導(dǎo)出的輕量化文件格式如.glb 或.gltf，在輕量化軟件中，可以選擇各種模型優(yōu)化選項，以在保持模型細(xì)節(jié)和減少文件大小之間找到一個平衡，優(yōu)化后的BIM 模型將被轉(zhuǎn)換為可以在瀏覽器中查看的格式，如WebGL 或Three.js，可以將模型導(dǎo)出為一個可以在瀏覽器中打開的文件，通常這個文件是一個.html 或.js 文件，其包含了可以在網(wǎng)頁上加載和查看的3D 模型，最后使用網(wǎng)頁瀏覽器打開導(dǎo)出的文件，即可在無需安裝軟件，網(wǎng)頁上查看和交互式地探索BIM 輕量化模型。

1.2 BIM 輕量化協(xié)同的存儲架構(gòu)

BIM 輕量化模型協(xié)同的存儲，需滿足各方同步訪問的需求，因此可以在公有云和私有云中進(jìn)行架設(shè)，可以選擇一家提供BIM 輕量化模型的云服務(wù)提供商，這些提供商通常會提供詳細(xì)的文檔和指南，以幫助用戶在其平臺上部署和管理BIM 輕量化模型，根據(jù)云服務(wù)提供商的文檔和指南，將BIM 輕量化模型部署到公有云中，通常這涉及創(chuàng)建一個虛擬機(jī)實例，安裝必要的軟件和庫，并將BIM 輕量化模型上傳到云存儲，根據(jù)需要配置公有云環(huán)境的安全性，設(shè)置訪問控制列表、加密通信和數(shù)據(jù)存儲等。而私有云架設(shè)費(fèi)用與設(shè)備維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)大于公有云，本文不過多贅述，無論選擇公有云還是私有云架設(shè)方式，都應(yīng)該考慮安全性、可擴(kuò)展性、靈活性和成本等因素。另外，一些BIM 輕量化軟件提供商可能提供專門的解決方案，這些解決方案可以簡化在公有云和私有云中部署和管理BIM 輕量化模型的過程。

1.3 BIM 輕量化協(xié)同的應(yīng)用模式

BIM 輕量化協(xié)同平臺可以將大型BIM 模型轉(zhuǎn)化為輕量化格式，使其能夠在瀏覽器中流暢展示，方便各方參與者進(jìn)行模型瀏覽、分析和討論。通過BIM 輕量化協(xié)同平臺，不同專業(yè)的工程師可以在同一平臺上進(jìn)行模型創(chuàng)建、編輯和審核，可以集成多種數(shù)據(jù)源，對項目數(shù)據(jù)進(jìn)行全面管理和分析，支持項目決策和優(yōu)化。而現(xiàn)國內(nèi)市場輕量化協(xié)同平臺較多，往往設(shè)計階段與施工階段因各方各持己見，均使用不同的輕量化協(xié)同平臺，導(dǎo)致項目數(shù)據(jù)無法階段性傳遞，因此輕量化協(xié)同管理平臺由建設(shè)單位統(tǒng)籌采購，費(fèi)用由各階段使用單位均攤最為妥當(dāng)，要求各階段必須沿用指定的輕量化協(xié)同平臺，有助于實現(xiàn)統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)集成和管理、高效溝通和協(xié)作、降低成本和提高效益等目標(biāo)。

2.項目BIM 協(xié)同+輕量化應(yīng)用案例介紹

由于建筑業(yè)市場環(huán)境嚴(yán)峻，施工單位都采用各種精益化管理手段控制成本。如應(yīng)用好BIM 技術(shù)與施工階段結(jié)合，統(tǒng)籌規(guī)劃以減少較多的返工及不確定性，因此項目在施工準(zhǔn)備階段應(yīng)定制好BIM 實施方案，規(guī)劃BIM 的應(yīng)用方向及目標(biāo)（流程如圖1 所示）。

圖1 應(yīng)用目標(biāo)及流程

項目之初BIM 應(yīng)用目標(biāo)就定義了先優(yōu)化，后深化出圖，所有問題直接呈現(xiàn)在三維空間。以設(shè)計模型為基礎(chǔ)模型，開展施工優(yōu)化，施工交底及施工深化，工程算量提取，形成數(shù)據(jù)與智能建造融合的管理模式。

2.1 設(shè)計階段BIM 傳遞至施工階段的BIM 核查及優(yōu)化

在傳統(tǒng)項目中，施工準(zhǔn)備階段，施工單位各專業(yè)負(fù)責(zé)人通過熟悉圖紙、設(shè)計說明、準(zhǔn)備圖紙繪審和技術(shù)交底，編制特殊過程作業(yè)指導(dǎo)書及設(shè)備、材料周轉(zhuǎn)、半成品供應(yīng)和加工計劃，往往花費(fèi)大量精力在梳理圖紙中，而且施工階段遇到圖紙問題往往糾集大量項目參與人員召開協(xié)調(diào)會。因此項目之初為確保落實一套模型貫穿到底的理念，通過BIM 模型核查機(jī)電工程設(shè)計階段傳遞至施工階段的模型與圖紙一致性，并記錄圖紙有疑問的區(qū)域，做好技術(shù)交底及問題排查等工作（核查記錄表見圖2）。

圖2 圖模一致性核查記錄

2.2 專項承包商協(xié)同管理

依據(jù)各專項分包商拆分BIM 模型工作面，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化（組織結(jié)構(gòu)見圖3）。因維修機(jī)庫項目的特殊性，涉及較多的工藝設(shè)備廠家，以及眾多甲指甲控的承包商，專項設(shè)計均需要在施工階段完成，因此項目在前期就通過模型以工作集形式的拆分，劃分好各區(qū)域的工作面，通過BIM 云平臺上的逐步完善更新的BIM 輕量化模型（如圖4 所示），把項目更新的圖紙與相關(guān)信息即時呈現(xiàn)給項目所有的參與者。此外可以根據(jù)各方的需求，在任何位置提供重要節(jié)點(diǎn)的剖面圖和立面圖信息，便于后續(xù)專項設(shè)計模型繼承至施工深化階段的傳遞，實現(xiàn)同步綜合協(xié)同優(yōu)化的管控。

圖3 協(xié)同管理組織結(jié)構(gòu)

2.3 明確各專項承包商BIM 模型交付標(biāo)準(zhǔn)及深度

在各承包商進(jìn)場前進(jìn)行約定，要求統(tǒng)一模型建立的標(biāo)準(zhǔn)，如構(gòu)件命名要求、統(tǒng)一各單體及總平的高程信息、模型提交精度、系統(tǒng)分類原則、系統(tǒng)顏色區(qū)分、構(gòu)件參數(shù)信息等（如圖5 所示）。所有構(gòu)件均有明確詳細(xì)、完整規(guī)范的幾何信息以及非幾何信息，避免累贅[1]。并要求各供應(yīng)商提供的BIM 模型到輕量化平臺中構(gòu)件信息的完整性，需在Revit和輕量化平臺中直接查看到重要的設(shè)備屬性信息。要求在Revit 項目模型中能直接選中嵌套共享族的設(shè)備模型，查看嵌套設(shè)備模型屬性信息；實現(xiàn)設(shè)備模型中嵌套族構(gòu)件與真實產(chǎn)品一一對應(yīng)。

2.4 輕量化協(xié)同綜合模型可視化分析可行性

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

可視化分析需要各方依據(jù)工作面拆分的模型數(shù)據(jù)，專項深化后，作為輸入數(shù)據(jù)，因此需要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。如果數(shù)據(jù)質(zhì)量不高或者缺失，可視化分析的結(jié)果可能會受到影響，因此根據(jù)模型交付標(biāo)準(zhǔn)及深度約定提交模型，總承包單位審核并上傳輕量化平臺作為全專業(yè)綜合的依據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)分析技能

輕量化協(xié)同綜合模型的可視化分析需要具備一定的數(shù)據(jù)分析技能和工程施工經(jīng)驗。因此，需要具備相關(guān)技能和經(jīng)驗的人員進(jìn)行操作和分析，并具備相應(yīng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型選擇、可視化工具選擇和數(shù)據(jù)分析技能等方面的準(zhǔn)備。

（3）階段性的模型綜合

不同的輕量化協(xié)同綜合模型適用于不同的數(shù)據(jù)類型和分析任務(wù)。因此，需要根據(jù)具體的問題選擇對應(yīng)的專項模型進(jìn)行可視化分析，施工深化階段的綜合協(xié)同一樣需要逐序漸進(jìn)的進(jìn)行，依據(jù)各專項提交各自工作面的深化時間節(jié)點(diǎn)開展綜合分析（如圖6、圖7 所示）。

圖7 工藝設(shè)備廠家的專項深化綜合分析

（4）碰撞可視化分析及問題解決方案

通過各專項深化模型的綜合分析后，在輕量化平臺記錄問題點(diǎn)并發(fā)起協(xié)同流程，并以周例會形式協(xié)同討論各方解決方案，優(yōu)化個專項深化設(shè)計的避讓問題。

2.5 輕量化綜合協(xié)同與傳統(tǒng)CAD 疊圖工作方式的對比

（1）工作流程

傳統(tǒng)的項目工作模式中DWG、Word、PDF 等文檔需要安裝軟件下載文件后本地電腦查閱。而BIM 輕量化協(xié)同平臺，僅需上傳上述文檔，各方均可在網(wǎng)頁端瀏覽、實現(xiàn)多版本DWG 圖紙疊圖對比、圖紙問題反饋等一系列工作。

（2）工作方式

傳統(tǒng)的CAD 疊圖協(xié)同方式是通過將多個CAD 文件疊加在一起，形成一個完整的平面圖。而BIM 輕量化協(xié)同則是通過多個專項深化模型，以輕量化形式整合至一個模型中，進(jìn)行三維空間的協(xié)同深化。

（3）工作效率

傳統(tǒng)的CAD 疊圖后，各專業(yè)各自完成修改，且并不能完全解決問題，往往需要多個環(huán)節(jié)反復(fù)對接，工作效率低下。而輕量化協(xié)同可以通過一個整合的模型文件進(jìn)行多個子模型的輕量化協(xié)同優(yōu)化，工作效率更高。

（4）精度和準(zhǔn)確性

傳統(tǒng)的CAD 疊圖方式可能會因為人為操作和文件轉(zhuǎn)換等因素導(dǎo)致精度和準(zhǔn)確性下降。而BIM 輕量化綜合協(xié)同模型采用的是與施工圖一致的，按約定要求交付的高精度模型，可以保證模型的精度和準(zhǔn)確性。

綜上所述，輕量化協(xié)同綜合模型相比于傳統(tǒng)的CAD 疊圖方式具有更高的工作效率和精度、準(zhǔn)確度，適用于復(fù)雜的項目模型優(yōu)化。

2.6 全專業(yè)協(xié)同后的預(yù)留預(yù)埋BIM 出圖及二維碼分享

通過上述全專業(yè)綜合后的BIM 輕量化協(xié)同，開展項目的預(yù)留預(yù)埋出白圖，是指對建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、消防等專業(yè)并結(jié)合后續(xù)進(jìn)場的各專項供應(yīng)商深化的BIM 模型預(yù)留后，生成的預(yù)留預(yù)埋BIM 模型的白圖（見圖8、圖9 所示）。通過對這些信息進(jìn)行綜合和分析及排布定稿，可以生成預(yù)留預(yù)埋BIM 模型的白圖，通過BIM 輕量化協(xié)同平臺的文件分享功能生成二維碼，粘貼至實施區(qū)域，可用于指導(dǎo)實際施工中的預(yù)留預(yù)埋工作，提高施工效率和質(zhì)量。

圖8 區(qū)域三維剖切圖

圖9 圖紙分享二維碼

2.7 BIM 協(xié)同綜合后的管綜出圖及AR 復(fù)核實踐

BIM 協(xié)同綜合將各個專業(yè)的BIM 模型進(jìn)行集成和協(xié)調(diào)，管綜出圖是BIM 協(xié)同綜合的重要輸出之一，它包含了各個專業(yè)的管道綜合布置圖和施工圖紙等信息，通過多個專業(yè)會共同協(xié)作，對建筑內(nèi)部的各種管道進(jìn)行綜合布局和優(yōu)化，基于預(yù)留預(yù)埋的管線敷設(shè)位置、工藝設(shè)備的布置、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件避讓、空間的凈高舒適性、室內(nèi)空間的美觀性、施工階段的經(jīng)濟(jì)性、施工及檢修的便捷性以確保BIM 模型與現(xiàn)場實際情況保持一致（見圖10 所示）。而結(jié)合AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）復(fù)核則是利用AR 技術(shù)對BIM 模型進(jìn)行現(xiàn)場校核和調(diào)整，通過移動端應(yīng)用程序開啟攝像頭對比現(xiàn)場完成情況（見圖11 所示）。

圖10 管綜出圖

圖11 BIM 結(jié)合AR 復(fù)核一致性

3.實證研究

由于建設(shè)方并未計劃專用資金投入施工BIM 應(yīng)用，大部分BIM 技術(shù)應(yīng)用都會要求施工單位完成，如軟件采購、培訓(xùn)、模型繪制、模型修改等，都投入了大量的勞動力及時間周期。經(jīng)過多個項目應(yīng)用，證實施工總承包單位在整個BIM 協(xié)同管理模式中都無法主導(dǎo)項目進(jìn)展，現(xiàn)僅停留在BIM 數(shù)據(jù)框架，運(yùn)用數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)、優(yōu)化協(xié)同施工、規(guī)劃好各工作面施工進(jìn)場順序，從而降低成本等。

控制成本的降低主要有兩個方面，一是因為近幾年國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)及各地應(yīng)用要求的統(tǒng)一，設(shè)計院均在設(shè)計階段提交設(shè)計BIM 模型，施工單位依據(jù)設(shè)計BIM 模型開展會審，提高了圖紙理解、施組編制、物資采購的效率。如本文提到的BIM 全專業(yè)綜合出圖應(yīng)用，是被認(rèn)為將數(shù)據(jù)模型輕量化后最實際的應(yīng)用，既提高了各專業(yè)圖紙理解效率，又避免了因各專業(yè)沖突導(dǎo)致反復(fù)拆改的問題。二是BIM 協(xié)同工作模式在搭建模型之后不再需要周期性地計算工程量，而是在已有BIM 數(shù)據(jù)模型上直接按照形象進(jìn)度提取模型工程量作為參考[2]。由于參建各方使用的是平臺上的同一數(shù)據(jù)源，故輸出的施工模型工程量也是和現(xiàn)場一致的，不存在爭議，使項目推進(jìn)有著明顯的提升。

4.未來發(fā)展趨勢和前景

（1）移動端BIM 應(yīng)用成熟化

在建筑施工領(lǐng)域，參建各方的管理人員將在未來配備這些移動設(shè)備，可以在工作現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用及指導(dǎo)，運(yùn)用手機(jī)、平板等功能愈發(fā)成熟，如AR、MR 等技術(shù)的引入，可快速讓項目參與者理解項目整體的數(shù)字化建造過程及工藝工法[3]。

（2）無線傳感器+5G 網(wǎng)絡(luò)的普及

將傳感器植入建筑中，可以實時監(jiān)測建筑的溫度、濕度、光照等參數(shù)，為建筑節(jié)能及安全等方面提供保障，如智慧工地的普及。

（3）扁平化BIM 協(xié)同模式

扁平化協(xié)同模式要建設(shè)完善的BIM 實施策劃，必須通過制定協(xié)同工作流程來保障和協(xié)同，使BIM 可以在項目生命周期內(nèi)實現(xiàn)總價值的最大化[4]。

（4）BIM+精益化管理

在BIM 輕量化協(xié)同管理的基礎(chǔ)上增加各自企業(yè)的管理流程及審批流程，并提供數(shù)據(jù)傳遞至企業(yè)EPR 系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)管理的精細(xì)化管控[5]。

5.總結(jié)

總之，BIM 協(xié)同+輕量化應(yīng)用將會在建筑行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和企業(yè)的核心競爭能力的提升提供更有效的手段。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來BIM 協(xié)同將更加注重多方參與和信息共享，輕量化應(yīng)用將更加注重模型的真實性和操作便捷性，同時BIM 協(xié)同與輕量化應(yīng)用的結(jié)合將會為建設(shè)工程施工帶來更多的創(chuàng)新和變革。