榮華金，　張偉林

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥　230601)

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基于BIM的某商業(yè)綜合體項(xiàng)目碰撞分析研究

榮華金，張偉林

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥230601)

摘要：研究BIM在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。使用Revit和Navisworks兩款BIM軟件對(duì)某商業(yè)綜合體項(xiàng)目進(jìn)行了工作模式和流程探索，主要對(duì)該項(xiàng)目中地下室部分的結(jié)構(gòu)專業(yè)、給排水專業(yè)和暖通專業(yè)的三維模型進(jìn)行搭建，同時(shí)對(duì)兩兩專業(yè)之間的模型進(jìn)行了碰撞分析。結(jié)果表明，基于BIM平臺(tái)的設(shè)計(jì)模式可以有效解決各專業(yè)模型的空間碰撞問(wèn)題，從而減少了施工過(guò)程中設(shè)計(jì)變更，避免人力和材料的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型；碰撞分析；協(xié)同設(shè)計(jì)；Revit

0引言

建筑信息模型( Building Information Modeling,BIM)作為一種全新的項(xiàng)目理念，正在成為消除“信息孤島”的重要手段。BIM通過(guò)計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)集成了建筑生命周期中的信息數(shù)據(jù)庫(kù)。BIM技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是信息的高度集成性、有效傳遞性和協(xié)同設(shè)計(jì)[1-3]。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法在平立面形式和空間位置關(guān)系簡(jiǎn)單的建筑工程項(xiàng)目中具有簡(jiǎn)單高效的優(yōu)越性，而難以表達(dá)出系統(tǒng)繁多，建筑形式復(fù)雜多變的空間幾何位置關(guān)系。BIM技術(shù)不僅僅是建筑三維表現(xiàn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)各專業(yè)進(jìn)行高效協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等專業(yè)的碰撞問(wèn)題，從而減少施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更，降低成本。

本文是在多功能，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的綜合體項(xiàng)目中綜合應(yīng)用BIM軟件Revit和Navisworks進(jìn)行碰撞分析，發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的碰撞問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行圖紙修改，減少設(shè)計(jì)變更引起不必要的浪費(fèi)。

本項(xiàng)目位于合肥市新城區(qū)，一座集商業(yè)、酒店和辦公于一體的綜合類建筑?？偨ㄖ娣e35662.9 m2，總高度99.95 m。地下室共二層，面積18094 m2；建筑占地面積7922 m2。地下室設(shè)置停車場(chǎng)、超市、設(shè)備間等，各專業(yè)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜。負(fù)一層為超市，需配套相應(yīng)的貨物儲(chǔ)藏間，并且有足夠的凈高；為便于安置停車位，需較大柱間距。為此，地下室結(jié)構(gòu)方案最

終采用帶柱帽的無(wú)梁樓蓋。鑒于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)不利于各專業(yè)間的溝通和協(xié)調(diào)，無(wú)法達(dá)到滿意的空間優(yōu)化效果，因此本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為碰撞檢測(cè)、管線空間優(yōu)化、設(shè)計(jì)出圖及關(guān)鍵施工工藝的指導(dǎo)提供新方法。

1BIM工作流程

Revit是由美國(guó)Autodesk公司開發(fā)的一款具有強(qiáng)大建模功能的BIM軟件。Revit2013將建筑、結(jié)構(gòu)及設(shè)備三個(gè)專業(yè)的建模界面集中在統(tǒng)一的Revit軟件平臺(tái)下，更有利于各專業(yè)的協(xié)同工作。Revit模型通過(guò)添加和繪制構(gòu)件形成項(xiàng)目參數(shù)，項(xiàng)目中的每個(gè)圖元通過(guò)“族”的形式來(lái)搭建。

Autodesk Navisworks是Autodesk出品的一個(gè)建筑工程管理軟件，具有強(qiáng)大模型整合能力。Naviswork使所有項(xiàng)目參與方都能夠整合和校審詳細(xì)設(shè)計(jì)模型，幫助設(shè)計(jì)人員在施工前預(yù)測(cè)和避免潛在問(wèn)題，從而減少錯(cuò)誤、提高質(zhì)量、節(jié)約時(shí)間與費(fèi)用。

本項(xiàng)目綜合利用上述兩種軟件的優(yōu)勢(shì)，制定工作流程如圖1所示。

2BIM模型創(chuàng)建

BIM技術(shù)理念并不同于傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)，形成BIM系統(tǒng)的首要條件是項(xiàng)目參與方能夠獲取、修改和添加本專業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。因此，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同工作的標(biāo)準(zhǔn)是形成BIM系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2.1　項(xiàng)目模型創(chuàng)建

BIM平臺(tái)在協(xié)同設(shè)計(jì)上的優(yōu)越性主要在于各專業(yè)建模過(guò)程中可以共享中心文件。結(jié)構(gòu)工程師可以在鏈接的建筑模型上直接布置梁、柱、墻、板等構(gòu)件而得到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，見圖1。設(shè)備模型同樣可通過(guò)鏈接中心文件在土建模型的基礎(chǔ)上布置設(shè)備管線和機(jī)械設(shè)備。各專業(yè)在建模的同時(shí)可監(jiān)視相應(yīng)的中心文件是否發(fā)生改動(dòng)，以便及時(shí)獲取中心文件變動(dòng)信息。

圖1商業(yè)綜合體項(xiàng)目BIM應(yīng)用流程圖

圖2商業(yè)綜合體項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)模型

2.2　土建模型創(chuàng)建

本項(xiàng)目屬于后BIM應(yīng)用，建模時(shí)可將二維CAD圖紙鏈接到Revit軟件中創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)模型。項(xiàng)目建立初期需準(zhǔn)備相關(guān)構(gòu)建“族”的制作。地下室采用無(wú)梁樓蓋，Revit軟件系統(tǒng)自帶族庫(kù)中無(wú)柱帽相關(guān)族。由于負(fù)二層空腹板厚度不均，邊柱和中間柱的柱帽形式及寬度尺寸不同，需自建帶有參數(shù)驅(qū)動(dòng)的柱帽族。選擇系統(tǒng)公制結(jié)構(gòu)加強(qiáng)板族文件為樣本文件建立參數(shù)驅(qū)動(dòng)柱帽尺寸的柱帽族，并加載到項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)試，如圖3、4所示。

2.3　給排水模型創(chuàng)建

在創(chuàng)建設(shè)備模型前，需對(duì)相關(guān)水電專業(yè)設(shè)備族進(jìn)行制作和準(zhǔn)備，并將它們加載到項(xiàng)目樣板文件中。水暖電設(shè)備系統(tǒng)所需的管件、配件和基本設(shè)備可以從軟件系統(tǒng)自帶的構(gòu)建族庫(kù)中找到，載入到項(xiàng)目樣板文件后，通過(guò)設(shè)置添加為BIM模型的設(shè)計(jì)基本信息。在BIM平臺(tái)下，水暖電各專業(yè)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法有很大不同。其本質(zhì)區(qū)別為，傳統(tǒng)的管路二維設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用不同線型和線寬以及相應(yīng)二維圖形符號(hào)表示不同管路系統(tǒng)。而BIM模型是信息模型，在創(chuàng)建BIM三維設(shè)備模型時(shí)不僅錄入管路設(shè)備的幾何尺寸信息，還要賦予相應(yīng)的屬性信息，如類型名稱、型號(hào)、材質(zhì)以及其他相關(guān)制造信息等，如圖5所示。

圖5管道系統(tǒng)信息設(shè)置

設(shè)備三維設(shè)計(jì)模型并不是在三維視圖的項(xiàng)目中進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是在三維模型相應(yīng)的平面視圖中進(jìn)行構(gòu)件布置。設(shè)備模型在視圖中的設(shè)計(jì)包括平面視圖和立面管路設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目屬于后BIM技術(shù)應(yīng)用，可以直接將二維DWG文件直接導(dǎo)入Revit MEP中進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。在平面視圖中布置管線設(shè)備時(shí)，要對(duì)其賦予立面上的參照標(biāo)高信息，通過(guò)三維視圖中不同視角觀察模型，粗略調(diào)整本專業(yè)模型與土建模型的空間位置關(guān)系。需在立面中布置的設(shè)備可以在平面視圖中通過(guò)設(shè)定起始點(diǎn)參照標(biāo)高來(lái)創(chuàng)建，也可以通過(guò)創(chuàng)建局部剖面進(jìn)行布置。布置立管的起點(diǎn)可自動(dòng)捕捉到水平管件末端或設(shè)備的鏈接件建立連接。給排水工程師在繪制管道系統(tǒng)前，可與暖通專業(yè)、電氣專業(yè)等溝通協(xié)定好各專業(yè)定位基準(zhǔn)標(biāo)高，這樣在各專業(yè)模型建好之后，可有效減少主管的碰撞，提高碰撞檢測(cè)速度，同時(shí)減少以后調(diào)整碰撞的工作量。

模型創(chuàng)建過(guò)程中，可通過(guò)設(shè)置工作集和過(guò)濾器，將每一個(gè)系統(tǒng)如風(fēng)管系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置為不同的管道系統(tǒng)。同時(shí)配合使用視圖顯示模式將不同的系統(tǒng)顯示為不同的顏色或樣式。Revit自動(dòng)將與不同管道系統(tǒng)連接的管道附件或設(shè)備賦予所對(duì)應(yīng)的管道系統(tǒng)屬性，將視圖設(shè)置為不同的管道系統(tǒng)設(shè)置為不同的線型樣式，顏色以及顯示模式等，見圖6。

圖6地下負(fù)二層消防系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)Revit MEP模型

3結(jié)構(gòu)與設(shè)備碰撞檢測(cè)

在項(xiàng)目準(zhǔn)備階段，設(shè)置樣板文件為中心共享文件，這樣就確立了項(xiàng)目的基準(zhǔn)原點(diǎn)。各專業(yè)在同一空間坐標(biāo)下建模，各專業(yè)模型通過(guò)鏈接文件具有設(shè)計(jì)師所表達(dá)的相對(duì)空間位置關(guān)系，如圖7所示。

圖7鏈接結(jié)構(gòu)模型后的風(fēng)管模型

進(jìn)行碰撞分析前，通過(guò)在Navisworks中進(jìn)行漫游預(yù)覽各專業(yè)模型之間的空間位置關(guān)系，再返回到Revit模型中查找由于基準(zhǔn)標(biāo)高引起明顯的碰撞，并通過(guò)整體軸網(wǎng)和標(biāo)高的調(diào)整，可大大減小碰撞分析的工作量，如圖8。

圖8Navisworks中各專業(yè)整合后的模型

為對(duì)碰撞結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，將碰撞分析分專業(yè)、分區(qū)域進(jìn)行。地下室共兩層，可將碰撞分析工作分成兩個(gè)檢測(cè)區(qū)域。同時(shí)，檢測(cè)過(guò)程中需將三個(gè)專業(yè)合并成一個(gè)Navisworks模型中去，進(jìn)行兩兩專業(yè)之間的碰撞檢測(cè)。在各專業(yè)間碰撞檢測(cè)過(guò)程中，可通過(guò)設(shè)置碰撞類型調(diào)整碰撞模式。碰撞檢測(cè)時(shí)，一般有兩種類型：

(1)硬碰撞：當(dāng)兩個(gè)圖元構(gòu)建在三維空間中占用相同的位置時(shí)，即產(chǎn)生所謂的硬碰撞。

(2)軟碰撞：當(dāng)某些構(gòu)建需要足夠的外擴(kuò)空間時(shí)，布置這些構(gòu)建所需的空間就不僅僅是本身體積的大小。如安裝和維護(hù)設(shè)備需要的空間以及特殊設(shè)備需要外延空間等。當(dāng)外擴(kuò)空間不夠時(shí)就會(huì)造成軟碰撞。

Navisworks軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于軟碰撞和硬碰撞的檢測(cè)功能，它可以通過(guò)自定義設(shè)置選項(xiàng)來(lái)滿足規(guī)范和實(shí)際對(duì)構(gòu)件規(guī)定的空間距離大小。通過(guò)不同的碰撞參數(shù)設(shè)置，共檢測(cè)出不同專業(yè)模型間近120處碰撞，如擋土墻與管路的碰撞，結(jié)構(gòu)梁板柱與水管的碰撞以及水管管件安裝空間不足等碰撞問(wèn)題。

3.1　結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目檢測(cè)的給排水系統(tǒng)主要包括消防噴淋系統(tǒng)、污水排水系統(tǒng)和循環(huán)供水系統(tǒng)?？紤]多系統(tǒng)采用法蘭連接，故將碰撞模式調(diào)整為軟碰撞(即間隙碰撞)具體設(shè)置參數(shù)可視調(diào)整修改的系統(tǒng)不同，設(shè)置不同的碰撞間隙大小如圖(9)所示。

圖9結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)碰撞檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

碰撞檢測(cè)結(jié)果如圖(10)所示，通過(guò)瀏覽每一個(gè)碰撞點(diǎn)預(yù)覽碰撞發(fā)生的位置，同時(shí)可以對(duì)這些碰撞點(diǎn)進(jìn)行備注以便后期的調(diào)整任務(wù)分工。通過(guò)檢測(cè)不僅發(fā)現(xiàn)了穿墻管、穿梁管以及穿柱管等問(wèn)題，同時(shí)檢測(cè)出了水管在轉(zhuǎn)角處空間距離過(guò)小等問(wèn)題，說(shuō)明初始設(shè)置的碰撞間隙是行之有效的。

圖10結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)碰撞檢測(cè)結(jié)果

3.2　結(jié)構(gòu)與暖通系統(tǒng)碰撞檢測(cè)

地下停車庫(kù)暖通系統(tǒng)的特點(diǎn)是供暖系統(tǒng)較少，通風(fēng)系統(tǒng)較多。風(fēng)管系統(tǒng)中帶有較多的送風(fēng)設(shè)備，所以在設(shè)置碰撞間隙時(shí)，需考慮風(fēng)機(jī)的暗轉(zhuǎn)和風(fēng)管搭接空間。其碰撞間隙參數(shù)設(shè)置如圖(11)所示。結(jié)構(gòu)與暖通系統(tǒng)碰撞的最大優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)碰撞檢測(cè)得到的圖元ID地址可以搜索到碰撞發(fā)生結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是便于結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)墻、結(jié)構(gòu)梁以及結(jié)構(gòu)樓板中預(yù)留洞口。如圖(12)所示。

圖11結(jié)構(gòu)與風(fēng)管系統(tǒng)碰撞檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

圖12結(jié)構(gòu)與風(fēng)管系統(tǒng)碰撞檢測(cè)結(jié)果

3.3　暖通與給排水系統(tǒng)碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目需要對(duì)地下室進(jìn)行空間盡高進(jìn)行優(yōu)化，風(fēng)管系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)的構(gòu)件布置較為復(fù)雜，調(diào)整工作量大如圖(14)所示。初次碰撞檢測(cè)可以碰撞間隙設(shè)置較小值，查找出盡可能多的碰撞點(diǎn)，如圖(13)所示。根據(jù)每次調(diào)整的工作量設(shè)置碰撞間隙，逐步優(yōu)化使得建筑空間得到充分利用。

圖13給排水管件與風(fēng)管系統(tǒng)碰撞檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

圖14給排水管件與風(fēng)管系統(tǒng)碰撞檢測(cè)結(jié)果

4結(jié)論

(1)采用BIM模型設(shè)計(jì)，各專業(yè)技術(shù)人員面對(duì)的將不再是繁多復(fù)雜的二維CAD圖形，而是通過(guò)三維模型來(lái)清晰了解建筑物的具體形態(tài)表達(dá)、各專業(yè)構(gòu)件的空間定位關(guān)系等，使項(xiàng)目各參與方的認(rèn)識(shí)達(dá)到高度統(tǒng)一，提高各方對(duì)項(xiàng)目的理解能力。

(2)Revit軟件對(duì)硬件的要求較高。對(duì)于當(dāng)前用于BIM系統(tǒng)的電腦主流配置來(lái)說(shuō)，Revit軟件的運(yùn)行繪圖速度遠(yuǎn)低于CAD軟件。

(3)各專業(yè)模型接口問(wèn)題復(fù)雜，建模耗時(shí)較長(zhǎng)。Revit API二次開發(fā)還有待于工程設(shè)計(jì)人員和軟件開發(fā)人員深入研究。

(4)由于Revit系列軟件沒(méi)有結(jié)合中國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)制圖規(guī)范，無(wú)法自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)平法施工圖。但Revit軟件支持參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能，其菜單欄中的標(biāo)記注視族和項(xiàng)目中的構(gòu)建是相關(guān)聯(lián)的，故可通過(guò)自建共享參數(shù)族間接實(shí)現(xiàn)墻、梁、柱的平法施工圖繪制。

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6Autodesk Asia Pte．Ltd Autodesk Revit structure.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.

7Autodesk Asia Pte ．Ltd Autodesk Revit 2012族.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.

Collision Analysis and Research of a Commercial

Comprehensive Project Based on BIM

RONG Huajin,ZHANG Weilin

(Anhui Jianzhu University, Civil Engineering School, Anhui, Hefei, 230601)

Abstract:In this paper，the application of BIM in project design phase was reported. Using two kinds of BIM software, Revit and Navisworks to carry out work pattern and process exploring in a commercial comprehensive project, mainly built 3D models of structure, water supply and drainage, HVAC, meanwhile crash analysis of the two professional models was done. The results show that, design model based on BIM can effectively solve the space collision problem of professional models, thus design changes during construction process is reduced and manpower, and material, machine wasting etc. could be avoided.

Key words:Building Information Model； Collision Analysis； collaborative Design； Revit

中圖分類號(hào)：TU411.01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8382(2015)02-082-06

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150218

作者簡(jiǎn)介：榮華金(1987-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)抗震理論。

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(2011BAJ03B04)

收稿日期：2015-03-01