尤娜·張 金索·吉姆

(1.佐治亞理工學院，亞特蘭大市，佐治亞州，美國 30332;2.嘉富瑞設(shè)計公司，迪爾伯恩市，密歇根州，美國 48126)

編者按

近年來，BIM 技術(shù)(如3D 可視化和4D 施工模擬)逐漸成為建筑業(yè)界關(guān)注的熱點。在本文中，編者選取編譯了美國兩個典型的BIM 應(yīng)用案例，來展示如何應(yīng)用BIM 技術(shù)減少建筑能耗以及實現(xiàn)數(shù)字工廠。他山之石，可以攻玉，編者希望這兩個案例可以為國內(nèi)的讀者帶來有益的借鑒。

案例(一):BIM 實現(xiàn)建筑節(jié)能案例——美國克萊門森大學生命科學樓項目

1.1 項目基本信息

1.1.1 研究目標

美國克萊門森大學生命科學大樓案例研究的主要目標是深入探討分析整個過程中BIM 是如何協(xié)同作業(yè)的，因為BIM 的實施過程是一個多方組織或個人利用不同的專業(yè)知識和技能，努力去實現(xiàn)同一個項目目標的過程。本研究的目的是在當前的BIM 協(xié)同工作中確定什么是可行的，什么是不可行的，所以基于我們從建筑師方面得到的信息，決定把建筑公司和他們雇傭之間的工程咨詢公司之間的協(xié)作作為重點，著重研究工程咨詢公司是如何通過協(xié)同作業(yè)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化和促進項目的實施。

1.1.2 參與項目的公司

負責該項目建筑設(shè)計的公司是Pekins -Will 公司，由勞倫斯·帕金斯和菲利普·希爾在1935 年創(chuàng)建于美國芝加哥，目前在全美擁有23 個辦公室，約1 500 名員工，得到過包括美國建筑師學會的多個獎項。拉爾夫.約翰遜是公司的設(shè)計總監(jiān)。Servidyne Systems 是項目外包的工程設(shè)計咨詢公司，成立于1925 年，總部位于美國佐治亞州亞特蘭大市，并通過其全資擁有的子公司在全球范圍內(nèi)開展項目。公司提供全面的能效分析和需求響應(yīng)方案，商業(yè)能源審計，計算機輔助建筑運行維護系統(tǒng)(CMMS)的實施，可持續(xù)發(fā)展項目，以及可顯著提高現(xiàn)有建筑運行維護及財務(wù)績效的其他咨詢服務(wù)。

1.1.3 項目簡介

本項目位于美國南卡羅來納州的克萊門森大學的主校區(qū)，是生物科學系一棟四層的實驗室和教學設(shè)施，地上三層(含空調(diào)空間和屋頂上的機械電氣閣樓)及地下一層組成，總面積約96 000 平方英尺(如圖1 和圖2 所示)。業(yè)主克萊姆森大學追求該項目達到LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)TM所提出的設(shè)計與施工認證，因此Pekins-Willg 公司委托Servidyne System 對該建筑進行能耗建模與仿真，以此協(xié)助設(shè)計團隊評估潛在的節(jié)能措施的成本效益評(EEMS)，并將此納入建筑設(shè)計，協(xié)助設(shè)計團隊獲得建筑的LEED 認證。在進行此案例分析的時候，來自Servidyne System 公司的團隊給我們提供了他們有關(guān)建筑能耗分析的報告，這給我們研究該項目BIM 在團隊協(xié)作方面的應(yīng)用帶來了很有益的幫助。

圖1 克萊門森大學生命科學大樓項目位置圖

圖2 克萊門森大學生命科學大樓項目BIM 渲染圖

1.1.4 LEED 簡介

LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)是國際公認的綠色建筑認證系統(tǒng)，對建筑或社區(qū)的綠色可持續(xù)設(shè)計和使用提供第三方驗證，如節(jié)約能源，提升用水效率性能策略的建立，減少二氧化碳的排放量，改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和資源，以及對其影響的敏感性管理。LEED 由美國綠色建筑委員會(USGBC)開發(fā)，其重要目的是提供給建筑業(yè)主和運營商提供一個簡便的、實際的、可衡量的綠色建筑設(shè)計、施工、運營和維護解決方案的評估標準。

1.1.5 美國供暖制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)標準90.1

美國供暖制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)發(fā)表了很多建筑規(guī)范標準和指南，其中，ASHRAE 標準90.1(建筑物能源使用標準)是最重要的一個規(guī)范(圖3 所示)，其目的是提供有關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計的最低要求。建筑物如果要滿足LEED 認證要求，則該建筑即使沒有超過，也最少要滿足ASHRAE 標準90.1 的要求。

圖3 美國供暖制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)標準90.1

1.1.6 建筑能耗模擬仿真工具

為了實現(xiàn)建筑節(jié)能目標，建筑師和工程設(shè)計師需要精密而有效的設(shè)計工具來分析和理解建筑能源利用的復(fù)雜行為。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助的模型模擬和仿真已被廣泛用于準確和詳細的評價建筑的節(jié)能性能。建筑能耗仿真是一個有用的工具，可以預(yù)測建筑的冷暖供應(yīng)以及電力負荷。在克萊門森大學項目中，詳細的計算機仿真模擬是通過建筑能源分析程序DOE -2 和EQUEST 共同完成的。DOE -2 是一個免費的，且被廣泛接受和使用的建筑能耗分析程序，可以預(yù)測各種類型建筑物的能源使用量及成本。DOE -2 通過利用用戶提供的建筑布局、結(jié)構(gòu)、操作計劃、空調(diào)系統(tǒng)(照明、空調(diào)等)和典型氣象年氣象數(shù)據(jù)，對建筑物進行逐時能耗模擬和成本估算。原生的DOE -2 是一個DOS 程序，學習和使用需要相當?shù)木幊探?jīng)驗，但是給專家和研究人員提供了極大的靈活性。EQUEST 則為DOE -2 提供了一個完整的交互式圖形用戶界面，方便了DOE -2 的使用。DOE -2 可以使用建筑項目所在位置的氣象數(shù)據(jù)一個小時一個小時的計算該建筑在整個一年中的能源消耗量。在該項目中，南卡羅來納州格林維爾典型氣象年數(shù)據(jù)用來進行建筑物性能分析。典型氣象年數(shù)據(jù)是一個選定的特定位置的長期天氣測量組合，包括實際每小時的平均溫度，濕度，風力和太陽能數(shù)據(jù)。這是精心挑選的，它既反映了選定項目位置的特定天氣現(xiàn)象，同時還給長期氣象平均水平一致。

1.2 BIM 建筑模型

1.2.1 建筑模型三維視圖

圖4 克萊門森大學生命科學大樓項目BIM 渲染圖(西立面)

圖5 克萊門森大學生命科學大樓項目eQUEST 模型(西立面)

圖6 克萊門森大學生命科學大樓項目BIM 渲染圖(東立面)

圖7 克萊門森大學生命科學大樓項目eQUEST 模型(東立面)

1.2.2 建筑模型平面圖

圖9 建筑地下層房間布置圖(eQUEST)

圖10 建筑第一層房間布置圖(BIM)

圖11 建筑第一層房間布置圖(eQUEST)

圖12 建筑第二層房間布置圖(BIM)

圖13 建筑第二層房間布置圖(eQUEST)

表1 克萊門森大學生命科學大樓建筑房間布置和面積

1.2.3 項目執(zhí)行任務(wù)總結(jié)

在這個項目中，一個基于2008 年3 月17 日收到的設(shè)計圖紙開發(fā)的建筑模型用來模擬該建筑的能源使用，其中相應(yīng)必須的信息來自設(shè)計團隊和項目組合理的假設(shè)。表2 列出了項目團隊選擇的測量建筑能源利用效率量度。能源效率的各種測度(EEMS)是在一個確定各備選設(shè)計方案的成本效益。這些測度包括各種備選的屋頂和玻璃類型，墻保溫層，光線傳感控制照明措施，電氣設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計和控制策略等。

表2 克萊門森大學生命科學大樓建筑能源利用效率量度

1.3.1 EEM-A1:照明節(jié)能措施

室內(nèi)照明設(shè)計在建筑模型開發(fā)的時候是不可用的，因此，假設(shè)該建筑設(shè)計的室內(nèi)照明功率密度和ASHARE90.1 -2004 標準規(guī)定一致，即1.2 瓦/平方英尺(大學類建筑)。這個節(jié)能措施是用來評價建筑照明設(shè)計的潛在能源使用和成本的節(jié)約，比如本項目照明設(shè)計可以達到1 瓦/平方英尺。根據(jù)DOE-2 能效模擬結(jié)果表明，該項目采用的照明節(jié)能措施可以每年節(jié)省55 900 千瓦時電力，115 mbtu蒸汽，和46 mbtu 冷凍水。能源節(jié)省的成本大概是每年1 310 美元。

圖14 光線傳感控制照明系統(tǒng)

1.3.2 EEM-A2:光線傳感控制照明措施

在本項目中，教學實驗室周邊，實驗室和辦公室采用光線傳感控制照明措施。DOE -2 仿真結(jié)果照明，該項節(jié)能措施可以每年節(jié)省39 000 千瓦時地理，62 mbtu 蒸汽，和56 mbtu 冷凍水。能源節(jié)省的成本大概是每年1 260 美元。

1.3.3 增加屋面保溫層

這個措施是通過增加當前屋面保溫層設(shè)計厚度的50%和100%來測試建筑節(jié)能效應(yīng)。當前屋面設(shè)計是由4 英寸混凝土屋面板，4 英寸剛性屋面保溫層，及熱塑性聚烯烴(TPO)屋面卷材構(gòu)成。當前設(shè)計屋面整體傳熱系數(shù)約是0.059.當前設(shè)計以及增加屋面保溫層厚度后不同的傳熱系數(shù)比較如表3 所示。

表3 屋面保溫層節(jié)能效應(yīng)

建筑能耗模擬結(jié)果顯示，通過增加屋面保溫層厚度50%，可以節(jié)省240 千瓦時電力，17mbtu 蒸汽，和7mbtu 冷凍水。而通過增加屋面保溫層厚度100%，可以節(jié)省380 千瓦時電力，27mbtu 蒸汽，和11mbtu 冷凍水。

1.3.4 高反射屋面

在原設(shè)計中屋頂?shù)谋砻娣瓷渎适?.30，為了提高屋頂?shù)臒岱瓷湫?，新的高反射?0.70)的屋頂卷材涂料被采用。根據(jù)DOE -2 仿真結(jié)果證明，通過該項提高能效的措施，每年可以650 千瓦時電力，14mbtu 熱蒸汽，和139mbtu 冷凍水。但是該項設(shè)計每年會帶來額外的390 美元成本。通常為了實現(xiàn)高反射率屋頂，最簡單的方法是把屋頂漆成白色，如圖15 所示。

圖15 高反射屋面節(jié)能措施

1.3.5 EEM A6:替換所有的玻璃為Solarban -60節(jié)能玻璃

Solarban-60 節(jié)能玻璃是理想的節(jié)能窗材，可以阻止太陽直曬，減少太陽能產(chǎn)生的熱量，降低建筑空調(diào)的成本，并在冬天提供更合適的環(huán)境。典型的Solarban 60 窗戶由三部分組成:底部陰影箱，絕緣低輻射板和幕墻玻璃，如圖16 所示。

根據(jù)DOE-2 仿真結(jié)果證明，通過使用Solarban 60 玻璃，每年可以11 620 千瓦時電力，39mbtu 熱蒸汽，和239mbtu 冷凍水。但是該項設(shè)計每年會帶來額外的2070 美元的成本。

1.3.6 EMM -H1a＆b:空調(diào)空氣處理機組面速度設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)原設(shè)計，空調(diào)空氣處理機組的設(shè)計面速度是450 英尺/分鐘，性能優(yōu)于500 英尺/分鐘的典型值。項目團隊對400 英尺/分鐘和500 英尺/分鐘的兩種空調(diào)機組進行比較，發(fā)現(xiàn)和原450 英尺/分鐘設(shè)計來說，400 英尺/分鐘設(shè)計可以降低空氣處理機組內(nèi)靜壓的21%，而500 英尺/分鐘設(shè)計則增加靜壓的23%?？照{(diào)空氣處理機組的風機設(shè)計如圖所示。根據(jù)DOE-2 模擬的結(jié)果表明，機組選擇從原設(shè)計的450 英尺/分鐘變更到400 英尺/分鐘，每年可以節(jié)省33 020 千瓦時電力，相對于原設(shè)計模型而言可以每年節(jié)約能源成本2 185 美元。當機組從原設(shè)計的450 英尺/分鐘變更到500 英尺/分鐘，每年增加36130 千瓦時電力，相對于原設(shè)計模型而言可以每年能源成本增加2 440 美元。

1.3.7 EEM H2:增加通風管尺寸10%

根據(jù)這個項目的工程設(shè)計顧問公司(紐科姆和博伊德)，對實驗室空氣處理機組和兩處辦公室空調(diào)機組送風風道尺寸是大約2 英寸。通過增加供風管橫截面積10% 可以降低供應(yīng)管道系統(tǒng)靜壓約20%。根據(jù)DOE-2 的仿真結(jié)果表明，這種改變可以每年節(jié)省21 420 千萬時電力，和原設(shè)計相比每年可以節(jié)省能源成本1 420 美元。

1.3.8 EEM -H3:辦公室空調(diào)機組熱回收排氣熱能量輪

本節(jié)能措施是通過安裝一個4 000 立方英尺的回收排氣能量輪來達到節(jié)省建筑能耗的效果。根據(jù)DOE-2 的仿真結(jié)果表明，通過熱回收排氣能量輪，建筑可以每年節(jié)省3 390 千瓦時電力，與原設(shè)計相比每年可以節(jié)省能源成本1 700 美元。

圖16 Solarban-60 節(jié)能玻璃

圖17 空調(diào)空氣處理機組面速度設(shè)計優(yōu)化

圖18 熱回收排氣熱能量輪及其工作原理

1.4 結(jié)論

通過評估以上各種節(jié)能措施且根據(jù)DOE -2 軟件仿真模擬結(jié)果，原有設(shè)計(基準設(shè)計)和新提出設(shè)計在節(jié)約能源消耗的比較，如表4 所示。

表4 建筑節(jié)能DOE-2 軟件仿真模擬結(jié)果

案例二:BIM 技術(shù)如何實現(xiàn)數(shù)字化工廠——美國通用汽車公司俄亥俄州托萊多變速器廠擴建工程

2.1 簡介

在汽車工業(yè)中，三維建模技術(shù)已廣泛的用于車輛的設(shè)計和制造中，帶來了不可否認的生產(chǎn)效率的提高。然而，應(yīng)用三維建模技術(shù)在設(shè)計和建造汽車工廠還并沒有很長時間。通用汽車公司從他們在生產(chǎn)和設(shè)計汽車中得到靈感，將BIM 技術(shù)引入到其生產(chǎn)基地的設(shè)計流程和建設(shè)過程中。通用汽車公司把汽車生產(chǎn)中應(yīng)用三維制造工具改造為設(shè)計和風險管理工具，并將其應(yīng)用在工廠的建設(shè)中，從而通過集成化的工具和設(shè)計技術(shù)，以節(jié)省時間，并最大限度地提高人力資源和生產(chǎn)力，實現(xiàn)精益施工，這也符合通用汽車一貫的“精益設(shè)計/建造”的經(jīng)營理念。

為實現(xiàn)“精益設(shè)計/建造”這一目標，GHAFARI Associates LLC 公司在通用汽車公司之前的項目中從最初的開發(fā)三維模型來完成結(jié)構(gòu)，管道和電氣系統(tǒng)到模型集成設(shè)計起到了重要的作用。他們應(yīng)用三維BIM 建模工具為汽車生產(chǎn)工廠制作了一個高度仿真的模型，并創(chuàng)建了快速反應(yīng)和協(xié)同工作環(huán)境，這樣在三維模型的制作和修改中，項目所涉及到的工程設(shè)計及建造的每個參與者都會及時的接收到相關(guān)的修改及更新。GHAFARI 充分利用BIM工具的優(yōu)勢，并通過以前工廠設(shè)計的豐富經(jīng)驗使自己的工作流程更加明確，及知道如何通過合適的方式完成設(shè)計。在該項目中，他們拓寬了BIM 工具在各個工廠設(shè)計階段的早期潛能，其中包含了該項目獨有的具體和復(fù)雜的要求。

2.1.1 項目背景

通用汽車公司正在著手計劃增建一個用來生產(chǎn)全尺寸SUV 和卡車的六速后輪驅(qū)動自動變速器的新的工廠。該項目位于美國俄亥俄州托萊多亞歷克西大道1455 號，場地的初步規(guī)劃設(shè)計已經(jīng)由通用汽車旗下全球設(shè)施集團完成，并提供了相關(guān)的設(shè)計文件。該項目涉及到475 000 平方英尺的新建筑和275 000 平方英尺設(shè)施改造，目標是提供一個全功能的新的設(shè)計/建造設(shè)施及整修現(xiàn)有的工廠設(shè)施。

GHAFARI Associates LLC 公司被選擇全程負責此工程項目，領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計/建造團隊，提供工程設(shè)計和施工服務(wù)，包括規(guī)劃、設(shè)計、工程、調(diào)度、監(jiān)督、協(xié)調(diào)合同、勞動、工廠設(shè)備的供應(yīng)/安裝、材料、清理、調(diào)試、檢驗和測試、GM 員工培訓(xùn)以及設(shè)施啟動。該項目是由一個由多家公司的建筑師、工程師、承包商、制造商、設(shè)備商等組成的大型的多學科團隊合作設(shè)計和建造。在這個項目中最具挑戰(zhàn)性的部分是，項目的施工工地上同時有其他施工活動的發(fā)生，以及在新的廠房及舊設(shè)施裝修工程中業(yè)主方通用汽車公司正常的運營活動的開展。這意味著在該項目過程中需要業(yè)主和建筑承包商進行事前及事中進行充分的協(xié)調(diào)和合作。項目具體信息如表5 所示。

表5 美國通用汽車公司俄亥俄州托萊多變速器廠擴建工程概況

2.1.2 項目團隊

在這個項目中GHAFARI 公司擔任建筑師/工程師的角色，以及負責三維模型集成工作，這是因為他們在通用汽車公司以往的六個項目中領(lǐng)導(dǎo)了三維設(shè)計建造方法以及相關(guān)技術(shù)的實施和部署。本項目需要項目團隊的各參與方，包括GHAFARI的工程團隊，通用汽車公司的工程師，以及非GHAFARI 團隊(總承包商、分包商及制造商)，聯(lián)合努力進行高度的協(xié)作。項目團隊主要使用Bentley BIM綜合解決方案，與AutoCAD 的2D 繪圖文件和ProjectWise 協(xié)作服務(wù)器按照設(shè)計及建造進度每日進行通信，以此在建筑、結(jié)構(gòu)及主要設(shè)施系統(tǒng)模型之間充分協(xié)調(diào)，消除施工前的設(shè)計沖突，并產(chǎn)生高度協(xié)調(diào)的施工文件、建筑、結(jié)構(gòu)和MEP 系統(tǒng)安裝圖紙。

和其他類型的項目相比，工廠類項目的設(shè)計有顯著的不同點，因為它有兩個平行的流程-產(chǎn)品和工藝規(guī)劃和工廠規(guī)劃過程。工廠項目的生命周期由五個階段組成，包括場地規(guī)劃階段-廠房及基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計階段-施工階段-安裝生產(chǎn)設(shè)備階段-開始生產(chǎn)階段，如圖19 所示。項目設(shè)計/建造團隊通過采用Bentley 的工廠綜合解決方案，來全面實現(xiàn)數(shù)字化工廠的愿景:在工廠設(shè)施的全生命周期中聯(lián)合協(xié)調(diào)規(guī)劃師、設(shè)計師、建筑師、工程師、承包商、分包商和業(yè)主/運營商。要確保每個人總是有準確的信息，以便他們作出最好的決定，無論他們所處的位置，時區(qū)或相關(guān)設(shè)計或建造類別。所有設(shè)計建造的智慧資源都統(tǒng)一在一個可訪問的形式下，工廠規(guī)劃設(shè)計成為一個中心的，企業(yè)級的信息資源平臺，而不是為單一事件所驅(qū)動的設(shè)計工具。

圖19 美國通用汽車公司俄亥俄州托萊多變速器廠擴建工程全周期工作流程

圖20 現(xiàn)有建筑設(shè)施激光掃描點陣

一個由數(shù)字模型、方法及應(yīng)用構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)被用來集成工廠生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計以及制造工藝本身，亦即所謂的新興“數(shù)字化工廠”的定義。為了實現(xiàn)這一目標，GHAFARI 把所有的信息都引入集成到Bentley 的工廠BIM 綜合解決方案，這已成為事實上的大多數(shù)汽車制造商的標準。他們輸入的信息包括:所有可用的竣工資料，完整的工廠信息，最后規(guī)劃階段的信息，制造業(yè)務(wù)運行信息，等等。所有這些信息都是由通用汽車公司旗下的全球設(shè)施部根據(jù)他們保存好的工廠信息檔案中提供的。當前的“數(shù)字化工廠”的概念側(cè)重于綜合規(guī)劃的過程，縮短了這些步驟之間及不同的規(guī)劃小組之間的延誤。它提供了專門的工具，使準確和最新的信息在最初的規(guī)劃階段，到項目建造運營階段，都能夠在項目組成員之間傳播共享。

2.2 BIM 應(yīng)用過程

2.2.1 前期設(shè)計階段

·激光掃描

項目組在開始工程的時候就考慮到在現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的條件下盡量減少施工活動對工廠運行的影響。設(shè)計團隊采用激光掃描的方法確定現(xiàn)有建筑情況，以此來確保工廠的所有正常功能在實地測量，建筑拆除，清理，和建造的過程中得以保持，同時也符合激光掃描安全性和危險性評估的指導(dǎo)原則。項目的總面積是750000 平方英尺，其中150000 平方英尺的現(xiàn)有建筑和設(shè)備都通過激光掃描技術(shù)捕捉下來用來三維建模使用。通過使用激光掃描，工程師可以獲取設(shè)備的尺寸，設(shè)施的位置，及它空間數(shù)據(jù)的可視化的測量。

針對該項目的實地測繪，通用汽車公司指定了由Leica Gesosystems 生產(chǎn)的CYRA HDS -3000激光系統(tǒng)作為唯一使用的激光掃描工具。一旦測量員定位了所定義的范圍之內(nèi)的設(shè)備和控制點的位置，掃描儀即使用可以識別控制點對指定區(qū)域進行預(yù)先設(shè)定的高密度掃描。Leica 測量系統(tǒng)支持云陣的中性文件格式(COE)，這種文件格式能夠?qū)牒蛯?dǎo)出到MicroStation 和AutoCAD中。在該項目中，Ghafari Associates 設(shè)計團隊使用Bentley -CloudWorx 軟件進行三維建模來匹配通過激光掃描得到的點陣。而且他們也可以很輕松把掃描得到的三維點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到的MicroStatio 里面來創(chuàng)建精確的竣工模型和檢查現(xiàn)有的建筑設(shè)施和設(shè)計的新的建筑，以及比較施工進度。這種三維模型在檢查和查找現(xiàn)有數(shù)據(jù)之間的偏差和干擾給項目團隊帶了更高的效率。

2.2.2 設(shè)計階段

·文件交互的格式標準

通用汽車全球設(shè)施部已經(jīng)為所有的通用汽車公司相關(guān)業(yè)務(wù)建立了自己的圖形標準，基于這些嚴格的標準和指定的文件格式，所有電子文檔可以無需任何轉(zhuǎn)換的在各個部門之間高效的傳輸。因此，GHAFARI 在進行從二維圖紙?zhí)崛⌒畔⑦M行建模時，也嚴格遵循了WFG 的文件標準，如表6 所示。

表6 美國通用汽車公司全球設(shè)施管理部(WFG)文件標準

·網(wǎng)格定位

每一個新建的和現(xiàn)有的WFG 管理的通用汽車公司設(shè)施的標準的網(wǎng)格定位文件都可以從WFG 地區(qū)工程部門得到。標準網(wǎng)格定位文件是基于一個10＇x10＇的網(wǎng)格系統(tǒng)，將被插入到所有的主體圖紙中。在WFG 的自有工具包中，包含一個AutoCAD 的工具，成為“網(wǎng)格生成器”，可以自動創(chuàng)建符合所有WFG 圖形標準的網(wǎng)格定位文件。目前約75%的工程數(shù)據(jù)被創(chuàng)建為MicroStation 的DGN 文件或Auto-CAD 的DWG 文件。通用汽車公司W(wǎng)FG 部門決定使用MicroStation 作為公司的標準應(yīng)用能夠程序，因為MicroStation 可以兼容AutoCAD 的DWG 文件，以此有足夠的能力讀寫兩種文件格式，可以使設(shè)計人員方便的訪問已經(jīng)存在的圖紙數(shù)據(jù)，作為下一步設(shè)計的起點。此外，基于MicroStation 使項目團隊從一個單一的工作主圖模式，使來自不同部門的團隊成員——土木工程，建筑，結(jié)構(gòu)，管道系統(tǒng)和暖通空調(diào)——可以看到他們相對于整體的個人貢獻，因此，更容易識別出設(shè)計缺陷。見圖21。

圖21 典型的網(wǎng)格定位文件

圖22 基于網(wǎng)絡(luò)的ProjectWise 項目協(xié)作平臺

·設(shè)計工程中的協(xié)調(diào)

在這個項目中，GHAFARI 主要擔任主持協(xié)調(diào)各個部門的角色，在整個過程中綜合審查多個設(shè)計部門生產(chǎn)的模型，而這些協(xié)調(diào)會議在三維模型最后的產(chǎn)生中發(fā)揮了重要的作用。項目協(xié)調(diào)會議以每周1-2 小時例會的形式召開，審查設(shè)計文件，工程文件，模型文件，表文件，規(guī)范要求，以及適用于項目的任何其他信息，其中所有的數(shù)據(jù)都必須與Navisworks 軟件兼容，以便進一步利用沖突檢測。最重要的是，他們往往設(shè)置了視頻電話會議，這樣業(yè)主/承包商/加工商/等等都可以參與到項目的決策過程中來。

為了實現(xiàn)整個工作流程更加有效的通信，ProjectWise，一個基于網(wǎng)絡(luò)的工程項目團隊協(xié)作系統(tǒng)應(yīng)用于該項目。所有項目的信息被放在ProjectWise平臺上，從而使所有的項目團隊成員，包括那些在遠程辦公室的工作人員可以在項目協(xié)調(diào)會議時訪問到最新版本的可用的項目圖紙和文件。此外，它還允許支持多種行業(yè)標準文件格式，包括DGN，DWG，PDF，JPEG，TIFF，以及IGES，STEP，3DS 等格式文件，并且可以自動生成2D 或3D 的數(shù)字施工圖紙，在建筑承包商和異地預(yù)制工廠之間傳輸，不僅可以加快審批過程，也可以在施工現(xiàn)場更準確的理解設(shè)計圖紙。ProjectWise 平臺還允許所有的項目參與者通過數(shù)字模型視圖，幻燈片，圖紙等形式共享及發(fā)布服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，使得這一過程更加實時高效。

2.2.3 預(yù)建造階段

·4D 建造調(diào)度

通過精益施工方法，通用汽車公司全面收緊整個建造過程的時間表，它允許設(shè)計/施工隊伍識別并消除項目過程中不必要的步驟，并允許各團隊合并步驟和簡化程序。為了實現(xiàn)這個目標，設(shè)計和施工團隊采用Vico Software Control 軟件來實行是一個基于位置的施工管理制度。在設(shè)計階段產(chǎn)生的3D BIM 主模型中的每一個建筑構(gòu)件都可以被轉(zhuǎn)譯成4D 建造調(diào)度信息。通過Vico Software Control，施工進度規(guī)劃者可以在規(guī)劃初期就可以引入定位信息，工程量信息和生產(chǎn)效率信息，以此顯著壓縮施工規(guī)劃時間，從而制定出更加清晰，明確和可行的時間表。

BIM 4D 技術(shù)可以有助于模擬施工進程，預(yù)見沖突和估算項目完成時間。因為GHAFARI 在以前的項目中并沒有應(yīng)用BIM 4D 技術(shù)到施工管理或設(shè)備安裝協(xié)調(diào)階段，這也就是為什么他們需要花費時間來設(shè)置好4D 技術(shù)的實施，因為這是一個非常復(fù)雜的過程?？傮w而言，在該項目中4D 技術(shù)等到了很好的應(yīng)用，因此也使的整個建造過程更快，更好，更便宜和更安全，是初始規(guī)劃的建造時間縮短了26%，節(jié)省了建設(shè)成本21%。

2.3 結(jié)論及經(jīng)驗教訓(xùn)

2.3.1 經(jīng)驗教訓(xùn)

該項目的最大的挑戰(zhàn)是在建造新建筑及翻修已有設(shè)施的同時保持工廠正常的操作和維護，這一進程中應(yīng)許設(shè)計和建造團隊便利的訪問來自多種來源的信息，包括現(xiàn)有的文件，模型和已有設(shè)施有關(guān)的數(shù)據(jù)。業(yè)主方，通用汽車全球設(shè)施管理部深知如何預(yù)先設(shè)定該項目，并在支持高效的工作流程提供所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和標準方面發(fā)揮適當?shù)淖饔?。該項目另外一個挑戰(zhàn)是現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的2D 圖紙?zhí)^抽象，其中只包含了有限的信息，結(jié)果導(dǎo)致了后期設(shè)計中大量的修改和返工。然而，設(shè)計/建造團隊通過使用激光掃描技術(shù)，更有效和準確的收集了3D數(shù)據(jù)，這也為汽車工廠這種復(fù)雜的系統(tǒng)提供了一種有效的解決方案。隨著項目的推進，各個步驟之間的依賴關(guān)系通常需要團隊成員訪問先前或并行任務(wù)中的相關(guān)信息。但是，在實踐中分享這些信息卻是很難的。通過BIM 技術(shù)，基于主模型的3D 數(shù)字化進程可以使整個團隊通過在線評論改進整個項目的通信，從而最大限度地減少變更和返工。除了在3D 主模型的層次上工作，項目團隊也可以在多個級別上的查看設(shè)施的設(shè)計和從整體上分析單獨的組件。

2.3.2 結(jié)論

基于計算機輔助設(shè)計(CAD)的3D 建模，可以使得工程師在一個虛擬的環(huán)境中建立一個汽車生產(chǎn)工廠，從而對施工前和施工中的設(shè)計建造活動產(chǎn)生影響。隨著3D BIM 技術(shù)的實施，通用汽車的全新的設(shè)計和施工的口號是“從建筑物前進到模型”——BIM 模型可以用于驗證在現(xiàn)場安裝及施工。這種設(shè)計/建造團隊通過激活所有參與的供應(yīng)商、承包商，安裝基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)和定期召開審查會議，足以消除項目中的信息孤島，然后生成三維集成模型，該模型也能夠?qū)λ袇⑴c方的工作進行存檔成功以及對未來的設(shè)施運營維護管理做出貢獻。通過這個項目的展示，通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，建筑設(shè)計的過程從項目的初始階段拓展到整個建筑的全生命周期中。

譯者注:

［1］文章所示觀點僅代表原著作者，與譯者及出版社無關(guān)。譯者對原文略有刪減，不承擔翻譯中的任何錯誤、遺漏或表達不當引起的責任。任何人士或企業(yè)需自行承擔使用翻譯內(nèi)容的風險。

［2］美國Leadership in Energy and Environmental Design(LEED)綠色建筑認證，是美國綠色建筑委員會U.S Green Building Council 建立并推行的“綠色建筑評估體系”，LEED 主要為建筑及社區(qū)提供第三方的認證。建筑或社區(qū)若在節(jié)能、節(jié)水、減少二氧化碳排放、提高室內(nèi)生活品建筑的評價指標體系。材質(zhì)及節(jié)能方面有突出的性能，則有機會獲得LEED 認證。

［3］通用汽車公司(GM)成立于1908 年9 月16 日，自從威廉·杜蘭特創(chuàng)建了美國通用汽車公司以來，通用汽車在全球生產(chǎn)和銷售包括雪佛蘭、別克、GMC、凱迪拉克、寶駿、霍頓、歐寶、沃克斯豪爾以及五菱等一系列品牌車型并提供服務(wù)。2014 年，通用汽車旗下多個品牌全系列車型暢銷于全球120 多個國家和地區(qū)，包括電動車、微車、重型全尺寸卡車、緊湊型車及敞篷車。公司下屬的分部達二十多個，擁有員工202，000 名。分布在六大洲158 個工作地點，其產(chǎn)品銷售于全球120 多個國家和地區(qū)。

［4］Bentley 公司是一家全球領(lǐng)先企業(yè)，致力于提供全面的可持續(xù)性基礎(chǔ)設(shè)施軟件解決方案。要改善我們的世界和生活質(zhì)量，建筑師、工程師、施工人員和業(yè)主運營商是必不可少的;該公司的使命就是提高他們的項目績效，以及他們所設(shè)計、建造和運營的資產(chǎn)的性能。Bentley 通過幫助基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)充分利用信息技術(shù)、學習、最佳實踐和全球協(xié)作以及推動專注于這項重要工作的職業(yè)人的發(fā)展，為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)提供長久支持。

［5］MicroStation 是國際上和AutoCAD 齊名的二維和三維CAD 設(shè)計軟件，第一個版本由Bentley 在1986 年開發(fā)完成。其專用格式是DGN，并兼容AutoCAD 的DWG/DXF 等格式。MicroStation 是Bentley 工程軟件系統(tǒng)有限公司在建筑、土木工程、交通運輸、加工工廠、離散制造業(yè)、政府部門、公用事業(yè)和電訊網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域解決方案的基礎(chǔ)平臺。ProjectWise 是一個工程項目團隊協(xié)作系統(tǒng)，用于幫助團隊提高質(zhì)量、減少返工并確保項目按時完成。

［6］徠卡測量系統(tǒng)(Leica Geosystem)在測量解決方案的創(chuàng)新設(shè)計方面擁有近200 年的歷史，其產(chǎn)品和服務(wù)深受全球?qū)I(yè)人士信賴，能夠幫助用戶采集、分析和顯示空間信息。每天使用徠卡產(chǎn)品的用戶都充分信賴產(chǎn)品的獨立性，以及它們提供的高價值和出色的客戶支持。徠卡測量系統(tǒng)是一家全球性公司，總部位于瑞士Heerbrugg。公司在23 個國家擁有2400 多名員工，在全球120 多個國家擁有數(shù)百家合作伙伴，并通過他們?yōu)槿繑?shù)萬名用戶提供支持。徠卡測量系統(tǒng)在瑞士證券交易市場掛牌上市。