張弘 韓冬辰 解丹 胡安 善印 / ZHAGN Hong, HAN Dongchen, XIE Dan, HU An, SHAN Yin

BIM技術在貴安新區(qū)清控人居科技示范樓中的應用

張弘 韓冬辰 解丹 胡安 善印 / ZHAGN Hong, HAN Dongchen, XIE Dan, HU An, SHAN Yin

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術的核心是一個基于三維模型的交互式數(shù)據(jù)庫，包含了從設計到建成，乃至全生命周期的所有信息。BIM能在數(shù)字環(huán)境中保持建筑信息的不斷更新并提供不同方式的訪問，使設計師、工程師、施工人員和業(yè)主等可以全面了解項目進展。在貴安新區(qū)清控人居科技示范樓（Tsinghua Eco-Studio，THE-Studio，以下簡稱“科技示范樓”）項目中，為了有效區(qū)分各工種的工作范疇，協(xié)調各專業(yè)間的配合，掌控設計和施工進度，全方位提高各專業(yè)的設計效率和工程質量，BIM團隊在施工圖設計階段引入了基于Revit和NavisWorks的BIM流工作平臺，力圖實現(xiàn)從設計到施工的全過程信息化。

1 全信息化模擬建造

針對科技示范樓面積小而復雜的特點，BIM團隊創(chuàng)建了細化至構件產品級別的全信息化模型，最大程度實現(xiàn)模擬建造，以配合設計深化和后期施工。

1.1 多種結構類型之間的協(xié)調

科技示范樓采用了4種結構體系，分別是位于地上的木、鋼、輕鋼和位于地下的混凝土結構體系。為了配合不同結構體系對應的廠商和施工方完成設計深化和后期施工，BIM團隊設置了更為細分的BIM模型工作集分類：第一級按專業(yè)分類，如建筑、結構、室內、MEP等；第二級按體系分類，如結構－木、結構－鋼、結構－輕鋼、結構－混凝土等。細化的工作集管理明確了團隊成員的工作界限，簡化了協(xié)調多種結構類型的設計交接過程，避免不同成員發(fā)生工作交叉。同時利用工作集和過濾器管理不同結構體系的視圖，以不同顏色和透明度區(qū)分不同體系（圖1），便于發(fā)現(xiàn)不同結構體系間的交接問題。

1.2 復雜構造節(jié)點的可視化推敲

鑒于此次BIM模型達到了構件產品級別的細度，建筑的各個構造節(jié)點可以直接在BIM模型中得到反映（圖2）。通過Revit軟件的族功能①可以創(chuàng)建各種建筑構件，豐富的材質和圖示信息可以使構造

節(jié)點在各個視圖中得到符合規(guī)范的顯示。BIM的三維可視化和平、立、剖面視圖聯(lián)動功能，使建筑師更便于推敲建筑的復雜構造節(jié)點，更利于推動項目的精細化設計。

圖1 不同結構體系的區(qū)分

圖2 中廳夾壁墻身大樣

1.3 建筑構件的產品信息匯總

BIM模型擺脫了傳統(tǒng)三維建模點、線、面、體的建構方式，以構件信息化為基礎實現(xiàn)模擬建造，便于后期和施工方、供貨商等進行對接。在此次項目的BIM模型創(chuàng)建初期，團隊便規(guī)范了各個族與類型的命名方式，以“位置－工種－類型－材料－尺寸”的命名邏輯區(qū)分各種構件，便于建模時的快速調用和后期明細表的準確統(tǒng)計。在構件的創(chuàng)建初期，可以設置其類型、材料、尺寸、位置、連接方式等信息，后期還可以向構件中添加制造商、用途、施工方等多種信息，使建筑構件的信息數(shù)據(jù)得到不斷完善。在后期施工階段，BIM模型便可導出完整的產品信息給工廠，從而實現(xiàn)建筑構件的預制化生產。

由于項目并非在初始階段引入BIM平臺輔助設計，建筑設計團隊仍舊采用AutoCAD加SketchUp的工作模式修改和深化方案。在施工圖階段BIM團隊才介入項目，通過AutoCAD圖紙與建筑設計團隊對接，不斷將建筑師反饋的內容加入BIM模型。這一工作模式導致建筑團隊對項目的修改深化無法直接在BIM模型中實現(xiàn)信息更新。一旦與建筑設計團隊溝通不暢或其反饋圖紙信息不及時，BIM團隊會創(chuàng)建重復和錯誤的族與類型等，導致BIM模型的無效信息增大。同時，建筑設計團隊無法第一時間通過BIM模型的三維可視化來推敲方案的空間、形態(tài)和構造節(jié)點等問題，導致項目的修改更為頻繁。此種配合模式無論對于BIM團隊還是建筑設計團隊而言都存在無效工作和浪費時間的問題， 只有當建筑設計全團隊、全過程使用BIM平臺，才能有效提高設計效率，充分發(fā)揮BIM模型全信息化的作用。

2 三維可視化的多專業(yè)協(xié)作設計

BIM平臺使設計院中的各專業(yè)人員可以基于同一三維可視化模型工作，不僅便于各專業(yè)設計師直觀了解設計情況，而且可以確保各專業(yè)間的信息及時、準確傳遞，最大程度提高各專業(yè)的設計和與其他專業(yè)的協(xié)作效率。

2.1 全專業(yè)的三維可視化建模

在基于AutoCAD和SketchUp的傳統(tǒng)設計模式中，建筑、結構等專業(yè)的三維設計已十分普遍，但水、電、暖通等專業(yè)的三維可視化建模仍未普及。在此次科技示范樓項目中，BIM團隊實現(xiàn)了全工種的三維可視化（圖3、4），讓各專業(yè)的設計師以最直觀的方式了解自身的設計內容，便于查找深化設計中產生的問題。在出圖和匯報階段，各專業(yè)設計師都可以從BIM模型中獲取所需要的二維、三維、分析等不同視圖信息，從而節(jié)省大量圖紙整理和匯報文件制作的時間，便于設計師將精力和時間集中于設計創(chuàng)作。

2.2 不同專業(yè)間的交互式協(xié)作

科技示范樓由于結構類型多樣，在后期需要與較多不同的承包商、施工方、專業(yè)咨詢顧問等協(xié)同合作。加上結構、給排水、暖通、供配電等各專業(yè)設計師、工程技術人員和建筑師的協(xié)調、溝通任務繁重。在此次項目中，BIM團隊創(chuàng)建的信息化模型為不同專業(yè)提供了一個完整的三維數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)交互式協(xié)作（圖5），解決設計和施工階段出現(xiàn)的溝通低效問題。各專業(yè)在同一平臺上傳遞、處理、更新不同專業(yè)信息，可以有效避免傳統(tǒng)協(xié)作模式下因遺漏或更新不及時導致的重復勞動。Revit特有的監(jiān)視協(xié)調功能可以監(jiān)視和協(xié)調對影響團隊遵循不同規(guī)程的圖元進行的修改，例如在衛(wèi)生間設計中，當建筑設計團隊移動或修改了受監(jiān)視的潔具，給排水團隊則會收到通知，及時調整自己的管線布局，隨后建筑設計團隊便會得到反饋，有效提高相關專

業(yè)的協(xié)作效率。

圖3 MEP全專業(yè)BIM模型

圖4 地暖的可視化設計

圖5 鏈接于建筑BIM模型的MEP工作環(huán)境

2.3 不同專業(yè)間的碰撞檢查

檢查和解決不同專業(yè)間的設計沖突是后期施工圖階段的重要工作部分。按照傳統(tǒng)的工作模式，建筑師需要通過其他專業(yè)提供的CAD圖紙來校驗建筑結構構件和MEP管線間的交叉沖突，然后再向其他專業(yè)設計師反饋問題，再由建筑師協(xié)調，以此循環(huán)往復。當項目復雜，工種較多的時候，這種工作模式無疑會浪費建筑師大量時間，并且無法保證完全解決不同專業(yè)的交叉沖突。在科技示范樓項目中，BIM團隊通過基于信息化模型的后期處理，很好地解決了不同專業(yè)的沖突問題。通過運行Revit的碰撞檢查功能，軟件可以自動發(fā)現(xiàn)建筑、結構部分與水、電、暖通部分間彼此相交的圖元。通過隨后導出的檢查報告，可以提供不同類型圖元間無效交點的具體信息（圖6），并在平面中標出準確位置（圖7）。不同專業(yè)可以在BIM平臺中同步獲取碰撞信息，從而協(xié)調修改交叉沖突。

在科技示范樓中，BIM團隊實現(xiàn)了建筑、結構、給排水、電氣和暖通等專業(yè)的信息化，但在與木業(yè)、輕鋼廂房、幕墻、設備等廠商的設計對接中，仍需要通過AutoCAD二維圖紙信息進行協(xié)作，無法完全擺脫傳統(tǒng)的設計協(xié)作模式。由此可見，只有當建筑項目從設計到施工全產業(yè)鏈實現(xiàn)BIM化，才能最大程度發(fā)揮BIM信息模型的作用，

最大程度提高相關設計、產品預制和施工控制等的效率和品質。

圖6 碰撞檢查的具體信息

圖7 由碰撞檢查亮顯表示管道與墻的沖突

圖8 NavisWorks的實境漫游

3 基于NavisWorks的后期信息處理

同樣作為歐特克公司（Autodesk，Inc.）的BIM產品，NavisWorks在BIM工作流中緊接Revit，用來處理建筑項目的后期信息。BIM團隊將前期創(chuàng)建的信息化模型導入NavisWorks中進行后期處理，從而實現(xiàn)施工周期的可視化模擬和管理，便于施工人員根據(jù)問題迅速調整施工計劃，預防現(xiàn)場施工錯誤。

3.1 三維可視化漫游和表現(xiàn)圖生成

在科技示范樓的各種技術會議中，BIM團隊使用NavisWorks制作了表現(xiàn)力較強的動畫視頻和表現(xiàn)圖，各專業(yè)均可基于BIM模型生成的各種信息進行協(xié)調交流和展示匯報。NavisWorks預設有多種場景，可以實現(xiàn)實時的三維渲染，在真實的環(huán)境中體驗所設計的項目。設計師可以通過漫游體驗來發(fā)現(xiàn)細節(jié)問題（圖8），全面地評估和驗證所用材質是否符合設計意圖。同時內置的視頻制作功能可以根據(jù)漫游路線創(chuàng)建第一人稱視點動畫。NavisWorks和Revit一樣具有光影追蹤和渲染功能，不僅便于快速生成整體效果圖，各專業(yè)還可以通過集合功能的控制獲取不同工種內容的表現(xiàn)圖。相比于Revit的表現(xiàn)功能，NavisWorks可以在無需高性能硬件和復雜參數(shù)設置的情況下快速生成動畫視頻和表現(xiàn)圖，非常有利于項目的后期匯報和展示。

圖9 基于NavisWorks的甘特圖創(chuàng)建

3.2 施工模擬及時間管理

通過不同工種的集合創(chuàng)建和相應的施工周期設定，BIM團隊利用NavisWorks的Manage和Timeliner功能詳細模擬了科技示范樓的施工進程。渲染窗口可以實時反映設定的甘特圖（Gantt Chart，圖9）的工種和時間信息，從而制作出模擬現(xiàn)場施工進程的視頻動畫。根據(jù)施工模擬動畫，設計師和施工方可以檢查并調整施工工序和各工種的進場時間等問題，保證項目的進度和質量，節(jié)省建造中的材料和人工成本。

3.3 后期檢查及問題標識

BIM團隊利用NavisWorks進行了更為細致的碰撞檢查，可以通過詳細的設置避免Revit中的無效碰撞結果?；谟才鲎?、間隙碰撞、副本碰撞等不同碰撞類型的檢查，設計師和施工方可以提前預判項目施工過程中的各種專業(yè)沖突和錯誤信息。當建筑師在三維漫游中發(fā)現(xiàn)問題時，NavisWorks的三維校審可以提供測量和紅線批注標記等功能，方便建筑師記錄問題并和施工方協(xié)作。

由于科技示范樓項目工期較緊，因此BIM團隊尚未完成基于NavisWorks的后期信息處理便已開始施工。同時由于現(xiàn)場施工方缺乏與BIM團隊的緊密交流，因此未完全發(fā)揮BIM模型的檢查與管理作用。

4 結語

通過基于Revit、NavisWorks等BIM流工作平臺的項目實踐，BIM團隊積累了從初期的信息化模型創(chuàng)建、相關專業(yè)設計反饋與協(xié)調，到后期的匯報圖紙信息生成、施工進程模擬與管理等BIM流工作模式的相關經驗。BIM技術在設計和施工中展現(xiàn)出的效率提升和錯誤預估能力，對將全生命周期的生態(tài)特性作為重要考核標準的科技示范樓項目而言具有重大意義。通過與傳統(tǒng)設計工作模式比較，BIM技術的核心在于項目全過程中，創(chuàng)建并使用與建筑相關所有專業(yè)相互一致且可交互協(xié)作的數(shù)據(jù)信息。因此在科技示范樓項目中，僅實現(xiàn)建筑、結構、給排水、電氣和暖通等相關專業(yè)的設計BIM化是不夠的，還應擴大至施工方、設備商、材料廠商等相關全產業(yè)鏈的全過程，BIM協(xié)作才能發(fā)揮技術信息化、交互化、模擬化的巨大優(yōu)勢。

注釋

① “族”是Revit軟件中使用的一個功能強大的概念，有助于使用者更輕松地管理和修改數(shù)據(jù)。每個族圖元能夠在其內定義多種類型，根據(jù)族創(chuàng)建者的設計，每種類型可以具有不同的尺寸、形狀、材質設置或其他參數(shù)變量。

張弘，清華大學建筑學院，清華大學建筑學院BIM工作室

韓冬辰，清華大學建筑學院，清華大學建筑學院BIM工作室

解丹，清控人居建設（集團）有限公司

胡安，清華大學建筑學院BIM工作室

善印，清華大學建筑學院BIM工作室

2015-06-04

APPLICATION OF BIM IN THE-STUDIO IN GUI'AN NEW AREA

清控人居科技示范樓項目在施工圖設計階段引入了BIM流工作平臺，試圖實現(xiàn)從設計到施工的全過程信息化。BIM團隊前期使用Revit創(chuàng)建了細化至構件產品級別的全信息化模型，最大程度實現(xiàn)模擬建造；后期則使用NavisWorks實現(xiàn)施工階段的可視化模擬和信息化管理。在項目全過程中，BIM平臺使所有相關人員基于同一三維可視化模型工作，確保各專業(yè)間信息的準確對接，最大程度提高多專業(yè)的協(xié)作效率。因此從設計階段到施工階段以至到后期運營階段，BIM技術可以實現(xiàn)項目全過程的信息化、交互化、模擬化，對以全生命周期的生態(tài)特性作為重要考核標準的貴安新區(qū)清控人居科技示范樓項目而言具有重大意義。

The THE-STUDIO (Tsinghua Eco-Studio) in Gui'an New Area uses BIM as a working platform in construction documents design phase to achieve the digitalization of all the phases from design to construction. At the early stage, the BIM team uses Revit to create an information model which is ref ned to construction components so that it can imitate construction to the greatest extent. At the later stage, the BIM team uses NavisWorks to simulate and manage the construction cycle visually. In all the progress of the project, the BIM platform enables all the related people to work based on one 3D model so that all the information can be conveyed correctly and that multi-disciplinary teamwork eff ciency can be greatly improved. Therefore, the BIM can help to achieve the digitalization, interaction and simulation of the whole process of the project from design, construction and post-operational phases, which is of great signif cance to the THE-STUDIO in Gui'an New Area, a project taking the ecological standard as an important assessment criterion.

信息化模擬建造 多專業(yè)協(xié)作設計 施工模擬與管理

Construction of Informatization, Multi-Disciplinary Design, Simulation and Management

本文由國家自然科學基金項目支持（項目編號：51208276）。