張晟熙

(湖南建工集團(tuán)裝飾工程有限公司，湖南 長沙 410002)

建筑信息模型(building information model; BIM)是用一個(gè)數(shù)據(jù)庫作為存放工程幾何、非幾何數(shù)據(jù)的唯一知識庫[1]。國內(nèi)大型建筑項(xiàng)目均運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行部分實(shí)踐和探索，也積累了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，但目前BIM應(yīng)用總體處于“重點(diǎn)突破，漸進(jìn)發(fā)展”的起步階段，一般以分專業(yè)、分階段、分項(xiàng)目的P-BIM概念(基于工程實(shí)踐的BIM應(yīng)用方式)作為實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)用的主要技術(shù)路線[2-4]。國外工程多為建筑和裝修裝飾一體化，無單獨(dú)裝修裝飾BIM技術(shù)分支，裝修裝飾屬于建筑設(shè)計(jì)或施工范圍內(nèi)的一部分；但國內(nèi)BIM技術(shù)主要應(yīng)用在建筑主體工程施工階段，建筑和裝修裝飾工程還達(dá)不到一體化程度，因此BIM技術(shù)在裝修裝飾工程處于“下游”不利位置，用于業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理各方的信息溝通協(xié)調(diào)，在裝修裝飾工程施工應(yīng)用上仍處于探索階段。梁家燁[5]在某項(xiàng)裝修裝飾工程施工階段嘗試應(yīng)用BIM技術(shù)，大大降低了施工管理的難度，有效控制了不可預(yù)見的施工風(fēng)險(xiǎn)。尹晶[6]認(rèn)為通過BIM 模型，可以將建筑裝飾行業(yè)與數(shù)字化處理聯(lián)系起來，使裝飾、結(jié)構(gòu)、建筑有效的設(shè)計(jì)統(tǒng)一。羅蘭等[7]將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝修裝飾工程總體方案設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)以及施工全過程，摸索出一些BIM 技術(shù)在裝飾工程全過程應(yīng)用的規(guī)則及方法。但由于BIM平臺軟件在裝修裝飾行業(yè)的適應(yīng)性不強(qiáng)，且更新速度快，短期內(nèi)難有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，Revit軟件普及程度不夠，對技術(shù)人員的素質(zhì)和技術(shù)水平有較高的要求等不理因素的存在；加之BIM技術(shù)的引入時(shí)間較晚，裝修裝飾施工企業(yè)的信息化基本保留在管理信息化和技術(shù)信息化互相孤立的階段，BIM應(yīng)用規(guī)劃、管理標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范文件的缺乏，無成熟案例可供借鑒[8-9]等諸多原因，一些有價(jià)值的應(yīng)用仍無法實(shí)現(xiàn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用效果不能充分發(fā)揮，從裝飾設(shè)計(jì)到裝飾施工一體化的BIM 技術(shù)仍處于探索階段。

本文結(jié)合湖南省博物館新館裝修裝飾工程實(shí)例，在裝修裝飾工程施工階段基于Revit軟件將BIM技術(shù)以P-BIM方式加以運(yùn)用，從BIM技術(shù)的角度研究和解決問題，將BIM技術(shù)與裝修裝飾工程施工階段相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)裝修裝飾工程施工階段BIM的集成應(yīng)用目標(biāo)。

1 BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建的前提、方法與流程

1.1 模型創(chuàng)建的前提

1.1.1 建筑實(shí)體完工

建筑主體完工是BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建的必要前提。因?yàn)闆]有滿足質(zhì)量要求的上游模型，所以創(chuàng)建BIM裝修裝飾模型需要對建筑實(shí)體(墻體、樓板、柱、梁等構(gòu)件)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)復(fù)測和采集，然后根據(jù)采集數(shù)據(jù)判定實(shí)體空間尺寸與圖紙空間尺寸的偏差，以及結(jié)合裝修設(shè)計(jì)圖紙對預(yù)留的裝修構(gòu)造空間尺度的可實(shí)施性程度進(jìn)行分析。如果滿足就可以根據(jù)裝修設(shè)計(jì)圖紙完成面尺寸進(jìn)行模型的創(chuàng)建，如不能滿足需要進(jìn)行裝修完成面尺度的調(diào)整?？臻g關(guān)系復(fù)雜的工程還需重新創(chuàng)建實(shí)體建筑模型。

1.1.2 上游模型質(zhì)量檢查

BIM裝修裝飾模型的創(chuàng)建在整個(gè)建設(shè)工程過程中屬于“后BIM”階段，“前BIM”建筑模型的精準(zhǔn)程度、真實(shí)反映程度等因素，以及建筑施工過程中設(shè)計(jì)變更或施工誤差情況有沒有完全地在上游BIM建筑模型中加以體現(xiàn)，都直接影響了上游BIM建筑模型能不能利用。而BIM裝修裝飾技術(shù)人員對上游模型質(zhì)量的檢查工作任務(wù)量大，且暫無可行的模型質(zhì)量檢查工具。一般工程都需重新創(chuàng)建符合裝修裝飾需求的建筑模型作為集成的子模型。

1.1.3 裝修裝飾初步設(shè)計(jì)已完成，構(gòu)造做法已確定

初步設(shè)計(jì)對空間造型關(guān)系和面層材料的確定是創(chuàng)建BIM裝修裝飾模型的依據(jù)，BIM建模師依據(jù)設(shè)計(jì)造型、面層材料和構(gòu)造做法進(jìn)行模型的創(chuàng)建。為確保BIM裝修裝飾模型的完成面與空間實(shí)體的準(zhǔn)確，BIM建模師需要對已完成的建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體情況、裝修初步設(shè)計(jì)圖紙以及裝修構(gòu)造做法確定進(jìn)行有機(jī)結(jié)合與分析，并根據(jù)現(xiàn)場綜合管線的情況進(jìn)行裝修完成面和構(gòu)造層尺度的優(yōu)化。

所以，建筑實(shí)體完成和裝修設(shè)計(jì)圖是創(chuàng)建BIM裝修裝飾模型的主要條件；對建筑實(shí)體復(fù)測和數(shù)據(jù)采集、裝修構(gòu)造做法確定以及相關(guān)專業(yè)綜合情況等之間關(guān)系的分析是保證BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建質(zhì)量的必要條件。

1.2 基于Revit軟件的BIM裝修裝飾模型的創(chuàng)建方法

目前，由于BIM裝修裝飾模型沒有成熟的創(chuàng)建方法，在湖南省博物館新館裝修裝飾工程的BIM技術(shù)運(yùn)用與實(shí)踐中得出BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建的主要方法如下：

1.2.1 分項(xiàng)子模型創(chuàng)建法

分項(xiàng)子模型創(chuàng)建是根據(jù)空間部位或材料進(jìn)行人員協(xié)同分工創(chuàng)建子模型文件，再將分項(xiàng)子模型集成鏈接成為一整體。它可有效降低軟件運(yùn)行對電腦硬件配置和運(yùn)行內(nèi)存帶來的不便，可根據(jù)需要對分項(xiàng)模型進(jìn)行單獨(dú)編輯和分項(xiàng)展現(xiàn)，是工程精細(xì)化管理在BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建中的體現(xiàn)；它也可根據(jù)建模師的專業(yè)水平進(jìn)行工作劃分，提高團(tuán)隊(duì)技術(shù)資源的整合和協(xié)同，有效降低建模所需時(shí)間。

1.2.2 反序創(chuàng)建法

裝配式分項(xiàng)子模型一般由面層材料與構(gòu)造龍骨系統(tǒng)組成，也是多個(gè)通用族的組成，創(chuàng)建裝配式分項(xiàng)子模型時(shí)，分項(xiàng)子模型的創(chuàng)建過程與實(shí)際施工順序相反，按飾面板→掛件→橫龍骨→豎龍骨→連墻件的順序依次進(jìn)行，此方法可有效保證裝修面層與構(gòu)造的準(zhǔn)確和邏輯關(guān)系的合理。

1.2.3 圖元替代法(簡化模型替代法)

在BIM裝修裝飾模型的創(chuàng)建過程中，裝修裝飾材料具有品種多、規(guī)格多、形式多、造型多等特性，Revit軟件自帶構(gòu)件元素或圖元符號不能很好的服務(wù)于BIM建模師以及正確的表達(dá)意識。在暫無完全適用于BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建軟件的階段，可采取圖元替代法解決遇到的無構(gòu)件元素的情形。圖元替代法適用于以下情形：

1)構(gòu)配件精細(xì)復(fù)雜的，短時(shí)間內(nèi)無法完成創(chuàng)建的情形，如雕花構(gòu)件等；

2)構(gòu)配件不復(fù)雜，但在模型中使用數(shù)量大，對硬件配置要求高的情形，如隔墻輕鋼龍骨等；

3)構(gòu)件體量極小的情形，如螺絲、釘子等。

圖1 BIM裝修裝飾模型或子模型創(chuàng)建流程圖Fig.1 Flow chart of BIM decoration model and sub-model

1.3 BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建的流程

創(chuàng)建BIM裝修裝飾模型首先須要熟悉設(shè)計(jì)方案、構(gòu)造做法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，確定工程分項(xiàng)或者部位創(chuàng)建的子模型內(nèi)容，需要自主創(chuàng)建族元素的項(xiàng)目，確定需要采用圖元替代法的圖形元素。模型可按構(gòu)造分為覆蓋式和裝配式兩種類型分別進(jìn)行創(chuàng)建。覆蓋式構(gòu)造模型可選用軟件中已有的元素進(jìn)行創(chuàng)建，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置可完成；構(gòu)造式構(gòu)造模型創(chuàng)建需要根據(jù)設(shè)計(jì)要素(如面板分格、間距、排列等)進(jìn)行相應(yīng)制作，再根據(jù)面材的情況進(jìn)行綜合分析后進(jìn)行基層骨架元素的創(chuàng)建，最后創(chuàng)建連墻件、安裝件等構(gòu)配件的子模型。覆蓋式和裝配式構(gòu)造模型創(chuàng)建完成后，需要進(jìn)行模型質(zhì)量檢查，不合格者需進(jìn)行調(diào)整或者重建，質(zhì)量合格的模型可作為裝修裝飾分項(xiàng)或部分子模型存檔。BIM模型創(chuàng)建流程如圖1所示。

2 BIM技術(shù)在裝修裝飾工程中的運(yùn)用與實(shí)踐

2.1 BIM技術(shù)在裝修裝飾工程施工階段的運(yùn)用步驟

圖2 學(xué)術(shù)報(bào)告廳效果圖Fig.2 Effect of the Lecture Hall

以湖南省博物館學(xué)術(shù)報(bào)告廳(圖2)的裝修裝飾工程為例，BIM技術(shù)在施工實(shí)踐中的具體操作流程如下：

2.1.1 選定需創(chuàng)建模型的部位及內(nèi)容

學(xué)術(shù)報(bào)告廳位于博物館的建筑大屋頂內(nèi)，地面材質(zhì)為木地板，墻面和天棚材質(zhì)為鋁合金條板，空間造型不規(guī)正。其中木地板構(gòu)造類型為覆蓋式，鋁合金條板構(gòu)造類型為裝配式，且鋁合金條板的規(guī)格及型號都是非標(biāo)的，其細(xì)部構(gòu)造需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和深化設(shè)計(jì)，所以將地面和墻面作為需要創(chuàng)建的分項(xiàng)子模型，內(nèi)容為木地板和鋁合金條板構(gòu)造。

2.1.2 創(chuàng)建裝飾構(gòu)件通用族，并充實(shí)‘通用BIM族’知識庫

確定鋁合金條板構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)方案后，根據(jù)需要進(jìn)行鋁合金條板構(gòu)造組成所需的通用族創(chuàng)建，包括鋁合金條板族、異型龍骨族、安裝件族、緊固螺釘族、方鋼族、連墻件族等。同時(shí)，將創(chuàng)建的通用族文件歸檔于企業(yè)的“通用BIM族”知識庫，因?yàn)橥ㄓ米寮仁瞧髽I(yè)技術(shù)資源整合的體現(xiàn)，也能夠?yàn)槠髽I(yè)其他類似項(xiàng)目提供技術(shù)支撐，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)BIM的應(yīng)用價(jià)值。

圖3 鋁合金條形板通用族模型圖Fig.3 Model of common family aluminum alloy strip

分析所需創(chuàng)建的各個(gè)通用族的幾何信息、材質(zhì)信息，選擇合適的方法進(jìn)行族文件的創(chuàng)建。例如鋁合金條板族采用“幕墻嵌板”樣板創(chuàng)建，異型龍骨族采用“基于線的公制常規(guī)模型”樣板創(chuàng)建，安裝件族采用“基于面的公制常規(guī)模型”樣板創(chuàng)建。其間，部分族的創(chuàng)建需用到“圖元替代法”，例如緊固螺釘族，螺釘由釘頭、釘柱、螺紋組成，螺釘體量相對裝飾工程中屬于細(xì)微件，螺釘使用數(shù)量大，致使模型中螺紋創(chuàng)建占用內(nèi)存非常大，可將其幾何造型適當(dāng)簡化且不影響信息的運(yùn)用。通過相應(yīng)基準(zhǔn)和數(shù)值的設(shè)置，使創(chuàng)建的族能夠?qū)崿F(xiàn)幾何信息、材質(zhì)信息、計(jì)量信息等元素的二次編輯和一體化調(diào)整。以鋁合金條板通用族為例，鋁合金條板通用族模型如圖3所示,元素信息組成見表1。

表1 鋁合金條形板通用族元素信息組成表Table 1 Information for common family elements for aluminum alloy strip

2.1.3 創(chuàng)建各個(gè)子模型并集成完整的空間模型

完成所需通用族文件的創(chuàng)建后，采用“反序創(chuàng)建法”創(chuàng)建學(xué)術(shù)報(bào)告廳的鋁合金條形板墻面分項(xiàng)子模型。利用Revit的幕墻系統(tǒng)創(chuàng)建墻面，面板使用創(chuàng)建好的“鋁合金條形板族”，導(dǎo)入CAD設(shè)計(jì)圖按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行墻面的分格，同時(shí)完成墻面所有的鋁合金條形板生成，接著利用創(chuàng)建好的族進(jìn)行墻面安裝件和異型龍骨的搭建，再進(jìn)行方鋼龍骨架的搭建，最后根據(jù)龍骨架的布設(shè)位置進(jìn)行連墻件的放置，完成如圖4所示的墻面分項(xiàng)子模型的創(chuàng)建。

圖4 墻面子模型圖Fig.4 Sub model of wall surface

導(dǎo)入CAD設(shè)計(jì)平面圖，拾取學(xué)術(shù)報(bào)告廳的木地板平面輪廓線并形成封閉圈，創(chuàng)建“覆蓋式”樓地面，進(jìn)行木地板構(gòu)造信息(如構(gòu)造層數(shù)、順序、名稱、厚度等)的設(shè)置，完成地面分項(xiàng)子模型。地面“覆蓋式”構(gòu)造圖如圖5所示。

圖5 地面“覆蓋式”構(gòu)造圖Fig.5 Ground cover-type structure

將所創(chuàng)建的質(zhì)量合格的墻面、地面和天棚分項(xiàng)子模型進(jìn)行鏈接集成，形成完整的空間模型，以便設(shè)計(jì)人員直觀感知裝修裝飾空間的墻、天、地等的體量和空間尺度關(guān)系，有效解決設(shè)計(jì)人員的空間思維不全面、體量感不正確等問題。在細(xì)部構(gòu)造深化設(shè)計(jì)時(shí)，鏈接集成的可視化功能可更好地為方案的選擇和技術(shù)可行性判定提供有利支撐。以鋁型材條形板墻面細(xì)部構(gòu)造深化設(shè)計(jì)為例，其BIM模型圖及現(xiàn)場如圖6所示。

圖6 鋁合金條形板墻面構(gòu)造深化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場Fig.6 Deep wall structure design and realization

2.2 BIM技術(shù)在施工階段的運(yùn)用點(diǎn)

基于Revit軟件創(chuàng)建的建筑信息模型可廣泛運(yùn)用于工程的預(yù)制加工、細(xì)部構(gòu)造技術(shù)交底、3D打印和工程計(jì)量等各階段。

2.2.1 預(yù)制加工階段

湖南省博物館貴賓廳墻面石材下單過程中，通過自建“干掛黃銹石”通用族的運(yùn)用，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)創(chuàng)建了滿足石材加工與現(xiàn)場施工要求的石材墻面分項(xiàng)子模型，并使用模型中的“分析/明細(xì)表”功能對墻面石材的加工尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并自動生成詳單。墻面石材的BIM模型、加工尺寸詳單等都可如圖7(a)那樣顯示，現(xiàn)場圖見圖7(b)。

圖7 墻面石材的BIM模型、加工尺寸詳單及現(xiàn)場圖Fig.7 BIM model of BIM model,processing specifications and realization

2.2.2 細(xì)部構(gòu)造技術(shù)交底階段

湖南省博物館藝術(shù)大廳主背景墻的藝術(shù)品漆畫板制作及安裝施工時(shí)，運(yùn)用BIM裝修裝飾構(gòu)造模型進(jìn)行了三維技術(shù)交底，讓交底從二維圖紙變?yōu)槿S可旋轉(zhuǎn)多視角模型，增加了圖元的辨識和可視化程度，便于施工人員在短時(shí)間內(nèi)讀懂圖中反映的技術(shù)特點(diǎn)和要求；同時(shí)，工人在施工現(xiàn)場通過移動設(shè)備便可查閱模型，從而有效提高現(xiàn)場施工效率。主背景墻藝術(shù)品漆畫板構(gòu)造模型及施工現(xiàn)場如圖8所示。

圖8 主背景墻的藝術(shù)品漆畫板構(gòu)造深化設(shè)計(jì)及施工Fig.8 Deep design and construction of lacquer paneled wall decoration

2.2.3 3D打印階段

運(yùn)用BIM+3D打印技術(shù)，可使設(shè)計(jì)思想與產(chǎn)品加工的溝通交流更有效率，便于實(shí)現(xiàn)深化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品加工的同步化。模型是用二維設(shè)計(jì)圖表達(dá)三維理念，再繪制三視圖加軸測圖形式的加工圖，此過程是“三維理念→二維設(shè)計(jì)圖→三維空間構(gòu)想→二維加工圖→三維制作”的一個(gè)二維圖紙與三維構(gòu)想的反復(fù)過程。以國賓廳墻面的圓環(huán)型燈罩深化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制作加工為例，圓環(huán)型燈罩二維加工模型如圖9(a)，實(shí)現(xiàn)三維產(chǎn)品的3D打印件見圖9(b)。BIM+3D技術(shù)的運(yùn)用，讓這個(gè)過程更加簡單和直接，深化設(shè)計(jì)完成就意味著產(chǎn)品加工圖完成，使設(shè)計(jì)與加工之間的工作效率大大提升。

圖9 圓環(huán)型燈罩深化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制作加工圖Fig.9 Deep design and processing of round lamp cover

2.2.4 工程計(jì)量階段

采用BIM技術(shù)在已創(chuàng)建的模型中可選擇提取、統(tǒng)計(jì)和生成工程量，可利用它為裝修裝飾工程施工備料、部品加工、工程預(yù)結(jié)算等提供較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)，可作為成本控制的基礎(chǔ)，也是實(shí)際成本核算和差異對比的前提。

3 結(jié)語

運(yùn)用BIM技術(shù)提升裝修裝飾施工企業(yè)整體實(shí)力是當(dāng)前整個(gè)裝修裝飾行業(yè)面臨的一項(xiàng)核心難題，裝修裝飾工程必將依托BIM技術(shù)構(gòu)建出BIM信息化集成的BIM平臺，堅(jiān)持創(chuàng)新應(yīng)用之路。在湖南省博物館新館裝修裝飾工程項(xiàng)目中，基于Revit軟件采用分項(xiàng)子模型、反序創(chuàng)建法、圖元替代法等模型綜合創(chuàng)建方法，在裝修裝飾項(xiàng)目中進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、預(yù)制加工、工程計(jì)量、三維交底及3D打印的多方位運(yùn)用與實(shí)踐，取得了較好的成果和經(jīng)驗(yàn)的積累，今后力求將BIM技術(shù)與裝修裝飾項(xiàng)目施工階段相融合，實(shí)現(xiàn)裝修裝飾項(xiàng)目施工階段BIM技術(shù)集成應(yīng)用目標(biāo)。

雖然很多問題制約著BIM技術(shù)在裝修裝飾工程中的運(yùn)用，如培訓(xùn)與普及難，上下游模型軟件的不匹配，創(chuàng)建人員觀念的顛覆，沒有成熟的BIM裝修裝飾模型創(chuàng)建方法，現(xiàn)有各地各部門標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，以及項(xiàng)目全生命期內(nèi)的信息斷層、信息分布離散、信息孤島、信息損失等。但BIM技術(shù)在裝修裝飾施工企業(yè)中的應(yīng)用遠(yuǎn)景無疑是光明的，相信隨著科研人員的不懈努力，裝修裝飾BIM時(shí)代會很快到來。