■ 魏英洪

地鐵車站設(shè)計中BIM三維協(xié)同設(shè)計模式探討

■ 魏英洪

通過對BIM技術(shù)的深入理解和研究，分析軌道交通行業(yè)建筑設(shè)計特點，探討如何將BIM技術(shù)應(yīng)用到地鐵車站的設(shè)計和建設(shè)中，闡述各專業(yè)之間三維協(xié)同設(shè)計模式的分析和對比。

BIM；三維協(xié)同設(shè)計；地鐵

0 引言

BIM技術(shù)從國外引入到我國，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚不能完全符合我國的規(guī)范要求，也造成了BIM技術(shù)的推廣受到阻礙，很多設(shè)計企業(yè)在設(shè)計中只利用了BIM過程中的一部分，例如三維建模、管線碰撞檢測、部分工程量的統(tǒng)計等，而其真正的參數(shù)化自動分析計算功能依然存在很多規(guī)范上的問題，無法完全發(fā)揮BIM的巨大作用。

BIM技術(shù)覆蓋了建筑的全生命周期，但在設(shè)計階段其作用是非常突出的。多專業(yè)協(xié)同設(shè)計一直是設(shè)計企業(yè)多年來努力突破的目標(biāo)，協(xié)同設(shè)計的優(yōu)點是傳統(tǒng)設(shè)計模式所無法比擬的。傳統(tǒng)的上下序設(shè)計模式無法解決上序?qū)I(yè)修改造成的下序?qū)I(yè)設(shè)計變更的困難，既影響工期又容易造成各專業(yè)間的設(shè)計沖突，許多設(shè)計沖突問題都留到施工階段由施工方現(xiàn)場解決，有時這些問題是工程要害。而三維協(xié)同設(shè)計是BIM的核心理念，各專業(yè)可以在一個統(tǒng)一的三維空間內(nèi)將自己的設(shè)計以三維空間模型狀態(tài)顯示，相關(guān)專業(yè)都可以實時參照，當(dāng)一個專業(yè)的設(shè)計發(fā)生變化時，其他專業(yè)可以及時獲悉，并作出相應(yīng)的變更或提出異議，這種工作模式打破了時間上的序列，將設(shè)計間的沖突以空間換取了時間，將設(shè)計沖突問題解決時機(jī)從施工階段前移至設(shè)計階段，這樣將大大減少施工變更量，從而使施工更加有序有保障。

1 BIM三維協(xié)同設(shè)計在地鐵車站設(shè)計中的應(yīng)用

軌道交通建設(shè)的特點是點、線相連，而軌道交通的點——車站設(shè)計，特別是地鐵車站的設(shè)計是關(guān)鍵之一。大量的地鐵車站都設(shè)立在城市繁華地區(qū)，車站布置受制于站點附近的建筑物，空間非常有限，然而地鐵需要在狹小的空間布置大量的管線及大型機(jī)電設(shè)備，對各專業(yè)提升空間利用效率提出了很高的要求。在采用傳統(tǒng)設(shè)計模式時，專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計常常無法做到細(xì)致，導(dǎo)致問題繁多，從而造成設(shè)計方與業(yè)主及施工方之間矛盾重重，許多問題需要反復(fù)協(xié)調(diào)才能解決，有時一些問題只能采用退而求其次的方法來處理，留下建筑設(shè)計遺憾。因而，在地鐵車站設(shè)計中引入BIM是非常必要的。

BIM的三維協(xié)同設(shè)計在地鐵車站設(shè)計的應(yīng)用將是一種開拓性的突破。在此以Revit軟件設(shè)計體系為例，分析各種協(xié)同設(shè)計模式的特點，探討更適合地鐵車站設(shè)計特點的三維協(xié)同設(shè)計模式。

地鐵車站設(shè)計涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、給排水、供電、通信、信號等眾多專業(yè)，這些設(shè)計既包含專業(yè)內(nèi)部的協(xié)同，也包含專業(yè)之間的協(xié)同。傳統(tǒng)的設(shè)計由各專業(yè)按照統(tǒng)一的軸網(wǎng)和建筑設(shè)計形成各自的設(shè)計圖紙，這些圖紙是獨立的，要想做好這些專業(yè)的協(xié)同是一項費時費力

的工作，經(jīng)常由于設(shè)計師沉浸于大量的繁雜工作中，而無法做好專業(yè)綜合的工作，遺留大量問題，業(yè)主也無法從大量圖紙中及時發(fā)現(xiàn)問題。采用BIM技術(shù)后，設(shè)計由以往的二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S圖形數(shù)據(jù)，并附帶大量的關(guān)聯(lián)信息，設(shè)計文件數(shù)據(jù)量也大幅增長。由于地鐵車站的設(shè)計雖然專業(yè)較多，但其總體體量較小，所有專業(yè)的三維空間模型和信息集中在一個項目文件中也不會占用太大的計算機(jī)系統(tǒng)資源，而對于設(shè)計審核者或業(yè)主，這將提供非常全面的信息，通過軟件的過濾功能，用戶可以將不關(guān)注的信息關(guān)閉，從而獲得更大的靈活性。典型的地鐵車站BIM設(shè)計見圖1。

在Revit中，基本的協(xié)同方式有鏈接和工作集兩種模式。采用BIM技術(shù)后的工程專業(yè)設(shè)計協(xié)同工作模式在Revit中將通過工作共享（工作集）、鏈接文件、共享坐標(biāo)等方法實現(xiàn)。在使用這些工具或功能的同時，需要考慮并研究根據(jù)項目實際情況進(jìn)行區(qū)域劃分、專業(yè)劃分，以及區(qū)域與專業(yè)劃分混用等策略。

2 專業(yè)內(nèi)部之間的協(xié)同設(shè)計模式

一般情況下，地鐵站設(shè)計各專業(yè)均由2～4人組成專業(yè)設(shè)計小組，各設(shè)計者分配不同的區(qū)域獨立設(shè)計。

2.1 鏈接模式

三維協(xié)同的工作模式可以依照傳統(tǒng)的思路來實現(xiàn)，即建立一個統(tǒng)一的項目模板文件，采用統(tǒng)一的軸網(wǎng)標(biāo)高系統(tǒng)，各參加設(shè)計的人員可以按區(qū)域分別完成自己的部分，并把其他設(shè)計者的設(shè)計文件鏈接到自己的文件中作為參考，這樣就可以及時參照其他設(shè)計者的設(shè)計狀況，但參照的設(shè)計文件如果發(fā)生了變化，將無法實時地在設(shè)計中體現(xiàn)，需要設(shè)計者經(jīng)常重新加載鏈接文件，需要設(shè)計者之間的緊密溝通。此外，當(dāng)設(shè)計發(fā)生沖突時，設(shè)計者不能修改鏈接文件內(nèi)容，這種模式的優(yōu)點就是不會對其他設(shè)計者的設(shè)計產(chǎn)生誤操作，引起責(zé)任糾紛。項目最終會形成若干個獨立文件，每次使用時需將各獨立文件鏈接至項目總文件中，如發(fā)生鏈接文件丟失或改名后將會丟失部分設(shè)計。專業(yè)內(nèi)部分工鏈接協(xié)同模式見圖2。

2.2 工作集模式

工作集模式是Revit軟件提供的一種特殊的協(xié)同設(shè)計模式。其原理就是由項目負(fù)責(zé)人制定項目模板并生成一個中心文件，各設(shè)計者通過打開中心文件并生成本地文件副本，各自在本地副本文件中設(shè)計自己所分配的區(qū)域或類型（墻、柱），并將自己的設(shè)計成果與中心文件及時同步，這樣中心文件將反映同步后的設(shè)計狀態(tài)，此時，如果其他設(shè)計者也將自己的副本與中心文件同步，設(shè)計小組將能看到所有其他設(shè)計者的設(shè)計成果，設(shè)計沖突時將能及時被發(fā)現(xiàn)。

采用工作集的協(xié)同模式，需要研究項目中心文件和各設(shè)計者本地文件的存儲模式，中心文件所放置的服務(wù)器與各設(shè)計者使用的計算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)權(quán)屬關(guān)系，制作中心文件樣板的人員，初始工作集的劃分和分配，各設(shè)計人員的權(quán)限獲取與釋放，本地與中心同步的工作規(guī)定等問題。

圖1 典型的地鐵車站BIM設(shè)計

圖2 專業(yè)內(nèi)部分工鏈接協(xié)同模式

與鏈接模式不同的是，每個設(shè)計者都被安排在特定建立的工作集內(nèi)開展設(shè)計，只有在自己的工作集內(nèi)才有修改權(quán)限，但設(shè)計者可對他人的設(shè)計提出修改請求，在得到對方允許后，設(shè)計者可以對設(shè)計元素進(jìn)行修改，并在修改完成后釋放臨時權(quán)限，交回給原設(shè)計者，這樣就達(dá)到了在統(tǒng)一的設(shè)計空間內(nèi)，設(shè)計沖突雙方都能同時查看修改效果的作用，避免了靠語言溝通產(chǎn)生的理解偏差。當(dāng)所有設(shè)計者都完成了各自任務(wù)后，中心文件將匯集全部的設(shè)計成果。

這種協(xié)同模式是一種較先進(jìn)的溝通模式，大大提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量。

圖3表現(xiàn)的是一個建筑被分割為不同元素類型，并分配給不同的設(shè)計者去完成，這些分開設(shè)計的內(nèi)容被中心文件同步到統(tǒng)一的空間內(nèi)。專業(yè)內(nèi)部分工工作集協(xié)同模式見圖4。

3 專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計模式

3.1 鏈接模式

傳統(tǒng)的設(shè)計模式下，專業(yè)之間是分上下序的，專業(yè)之間的設(shè)計參考也是采用參照鏈接的方法，但下序很少參照上序設(shè)計進(jìn)行中的文件，并依此來做自己的設(shè)計，必須上序的設(shè)計通過審核后才能流轉(zhuǎn)到下序，因此，在時間上造成下序設(shè)計工期緊張。此外，當(dāng)需要上序修改時，這個過程又要重來一次，使得設(shè)計者疲于修改調(diào)整。此外，傳統(tǒng)設(shè)計采用二維計算機(jī)輔助制圖，雖然解決了手繪圖板之苦，但依然無法解決二維圖紙空間表現(xiàn)乏力的情況，因此，在各專業(yè)設(shè)計上，必須每個專業(yè)精心設(shè)計，仔細(xì)審核，避免出現(xiàn)漏洞，影響到下序反復(fù)。在BIM技術(shù)體系下，由于采用三維設(shè)計方法，設(shè)計之間發(fā)生的沖突及設(shè)計漏洞能直觀地反映給設(shè)計者，不再需要原來上下序的設(shè)計流程，只需各專業(yè)設(shè)計者之間做好溝通即可，專業(yè)間的時間序概念被打破。

鏈接參照文件的模式是大多數(shù)設(shè)計者都能接受的模式。在Revit中，采用鏈接模式也是一種常用的方法。這種模式對建筑物體量規(guī)模的適應(yīng)性很高，無論是大體量還是小體量的建筑物，都適合使用該模式。只是大體量的建筑物由于空間模型數(shù)量巨多，當(dāng)把所有專業(yè)的設(shè)計都鏈接到一個文件中時，將有可能造成計算機(jī)系統(tǒng)資源崩潰而無法打開文件，但鏈接模式可以做到有選擇性的鏈接，對于不關(guān)注的專業(yè)文件，可以不進(jìn)行鏈接，這樣將大大減少系統(tǒng)的負(fù)荷。對于小體量的建筑，這個問題就不存在了。地鐵車站就屬于小體量的設(shè)計類型，采用鏈接的方法完全可以達(dá)到協(xié)同設(shè)計的目標(biāo)，由于采用了三維設(shè)計技術(shù)，專業(yè)沖突能夠及時發(fā)現(xiàn)，采用鏈接的方法還可以利用軟件提供的復(fù)制與監(jiān)視功能，將設(shè)計者需要關(guān)注的元素（發(fā)生改變將引起本專業(yè)設(shè)計變更的內(nèi)容）進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)鏈接文件的變化，將能及時得到提醒，從而及時調(diào)整自己的設(shè)計。不同專業(yè)間鏈接協(xié)同模式見圖5。

圖3 建筑被分割為不同元素類型

圖4 專業(yè)內(nèi)部分工工作集協(xié)同模式

圖5 不同專業(yè)間鏈接協(xié)同模式

3.2 工作集模式

從功能開發(fā)的目的來說，工作集模式是為了解決單個專業(yè)設(shè)計小組內(nèi)部分工，以滿足多個設(shè)計者分配不同區(qū)域或元素類型設(shè)計時協(xié)同的需要。但通過對軟件的理解，工作集模式依然可以應(yīng)用于多專業(yè)間的協(xié)同。

采用的方法是利用Revit Architecture建立中心文件，各專業(yè)設(shè)計者采用相應(yīng)的軟件（Revit Architecture、Structure、MEP），以中心文件建立各自的本地文件，

獨立設(shè)計各專業(yè)自己的內(nèi)容。打開中心文件后建立本地副本后，設(shè)計者需要建立屬于自己規(guī)程的視圖，建立自己的工作集，并在工作集中把視圖的權(quán)限設(shè)定為自己所有，在專屬的工作集內(nèi)開展設(shè)計。由于地鐵車站體量小，各個專業(yè)的內(nèi)容并不太多，一般情況下單個專業(yè)由一個設(shè)計者來完成，因此，建立的工作集可以按專業(yè)分類。如果一個專業(yè)有多人參加設(shè)計，也可將工作集細(xì)分，建立各專業(yè)細(xì)分的工作集，這樣也可以開展多人設(shè)計。這種模式可以很好地融合多專業(yè)間的協(xié)同，也可以適合單專業(yè)多人協(xié)同的需要。專業(yè)之間可以相互提出修改請求，專業(yè)內(nèi)部也可提出修改請求，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中就可及時調(diào)整設(shè)計。由于采用工作集模式所有設(shè)計都將同步到中心文件中，因此，中心文件將承載著所有設(shè)計信息，如果項目體量巨大，將不適合工作集模式。一般情況下，項目文件大于200 MB，采用4 GB內(nèi)存的筆記本將無法打開文件，而8 GB內(nèi)存的工作站其移動性是很差的。而地鐵車站這類體量較小的建筑項目不會出現(xiàn)這種情況，采用工作集的中心文件，如果使用4 GB內(nèi)存的筆記本完全能夠滿足要求，對于項目的審核和各方的溝通具有很大的便利性。不同專業(yè)間工作集協(xié)同模式見圖6。

4 結(jié)束語

通過對Revit協(xié)同設(shè)計模式的分析，無論是鏈接模式還是工作集模式都能很好地實現(xiàn)在同一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、同一個空間環(huán)境中的協(xié)同，但兩者各有側(cè)重，鏈接模式更能讓設(shè)計者理解和接受，也更適合大體量的建筑項目。工作集模式更能突出實時協(xié)作的特點，設(shè)計者之間的交流和溝通更快捷，但需要項目規(guī)劃和管理做得更細(xì)致，否則將會產(chǎn)生設(shè)計元素最后丟失控制的情況，該模式也更適合小團(tuán)隊中小體量的建筑設(shè)計任務(wù)。

圖6 不同專業(yè)間工作集協(xié)同模式

魏英洪：鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司信息中心，高級工程師，天津，300142

責(zé)任編輯盧敏

U231+.4；TP319

A

1672-061X（2014）05-0049-04