陳少偉 陳劍佳 焦 柯

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣州 510010）

1 背景

BIM技術(shù)在整個建筑行業(yè)中得到快速發(fā)展的同時，其起到的應(yīng)用效果也得到廣泛認(rèn)可，特別是在國家行業(yè)政策推動信息化建設(shè)等條件下，BIM技術(shù)漸漸在建筑行業(yè)中占據(jù)舉足輕重的地位。而BIM正向設(shè)計作為BIM技術(shù)全生命應(yīng)用周期的“源頭”[1]，其應(yīng)用深度影響著后續(xù)各實施階段的工作開展。開展BIM正向設(shè)計，除了提高整個設(shè)計階段的工作效率外，更是帶動整個建筑行業(yè)的信息化建設(shè)。

縱觀現(xiàn)在整個BIM技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀，大部分的應(yīng)用單位對于BIM技術(shù)的使用，幾乎都是采用翻模的形式[2]，即逆向設(shè)計的使用方法。在此基礎(chǔ)上，開展后續(xù)的BIM功能應(yīng)用，主要體現(xiàn)在設(shè)計方案的優(yōu)化、工藝工法的可視化交底，專業(yè)模型的碰撞檢查、模型數(shù)字化信息的集成調(diào)用等。這就引發(fā)了一個重要問題，設(shè)計師在完成原有CAD圖紙設(shè)計的任務(wù)后，還需要參照設(shè)計圖紙進(jìn)行翻模，才能實現(xiàn)各項BIM技術(shù)應(yīng)用，這無疑對設(shè)計人員造成負(fù)擔(dān)，使BIM技術(shù)的推廣在設(shè)計一開始就出現(xiàn)問題。因此有必要從“源頭”上使用合適的方法[1]——即BIM正向設(shè)計，解決問題。

BIM正向設(shè)計是依托三維模型環(huán)境，充分利用BIM軟件參數(shù)化功能的建模方式，搭建可視化三維模型，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計和二維平面自動出圖的設(shè)計方法。這是一種先有模型后有設(shè)計圖紙的設(shè)計方法，而BIM設(shè)計軟件作為搭建三維數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)，實現(xiàn)這一方法的首要技術(shù)手段就是選擇合適的 BIM設(shè)計軟件。

目前的BIM設(shè)計軟件種類繁多，有的用于滿足各建筑領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃需求，如民用建筑，市政基礎(chǔ)等；也有的用于滿足各專業(yè)功能的使用需求，如設(shè)計圖面表達(dá)，后期效果處理，結(jié)構(gòu)的受力計算，流水采光通風(fēng)分析等。在這樣一個林林總總的軟件環(huán)境下，配置合適的BIM軟件，對提高設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計表達(dá)、深化BIM技術(shù)應(yīng)用等方面，都將起到事半功倍的效果。

2 BIM設(shè)計軟件需求分析

工程設(shè)計項目在決定采用 BIM技術(shù)輔助設(shè)計同時，需要對相關(guān)的BIM設(shè)計軟件進(jìn)行調(diào)研分析，篩選合適的BIM設(shè)計軟件，以滿足工程設(shè)計項目的BIM設(shè)計應(yīng)用需求。下文從建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電三個設(shè)計專業(yè)出發(fā)，對相關(guān)的軟件需求展開分析，以此明確軟件使用需求分析應(yīng)綜合考慮的方向。

2.1 BIM基礎(chǔ)建模軟件

正向設(shè)計的應(yīng)用思路在于，先有設(shè)計模型，后有設(shè)計圖紙。BIM技術(shù)應(yīng)用的理想狀態(tài)就是在同一套基礎(chǔ)模型下繼承并展開應(yīng)用[3]。正向設(shè)計的應(yīng)用思路和理想狀態(tài)決定了基礎(chǔ)建模軟件的選用思路?？v觀BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，既有民用建筑工程領(lǐng)域，也有市政路橋基礎(chǔ)設(shè)施、航空航天機(jī)械設(shè)計等領(lǐng)域。行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展方向的定性同樣也決定了BIM技術(shù)基礎(chǔ)建模軟件的選用思路。目前市場上使用較為普遍的BIM軟件，按照使用領(lǐng)域的不同，主要分為以下類型[4]：

1）Autodesk公司的Revit系列軟件，包括建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電專業(yè)，主要應(yīng)用在民用建筑領(lǐng)域；

2）Graphisoft公司的ArchiCAD系列軟件，包括建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電專業(yè)，主要應(yīng)用在民用建筑領(lǐng)域；

3）Bentley公司的Bentley系列軟件，包括建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備專業(yè)，主要應(yīng)用在工廠設(shè)計和基礎(chǔ)實施領(lǐng)域；

4）Dassault System公司的CATIA系列軟件，主要應(yīng)用在航空、航天、汽車等度機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域；

以上幾大主流BIM軟件都有屬于自己的BIM系統(tǒng)平臺和交換數(shù)據(jù)接口，各專業(yè)數(shù)據(jù)模型在同一平臺上的數(shù)據(jù)交換較為流暢，功能應(yīng)用較為成熟。因此，可以選擇對應(yīng)工程領(lǐng)域的BIM軟件搭建基礎(chǔ)模型。但這并不限定整個工程設(shè)計過程一定要完全使用同一軟件廠商配套的BIM軟件，借助其他軟件廠商的個別BIM軟件，或許能取到更好的表達(dá)效果，不過這都是在同一基礎(chǔ)模型上實現(xiàn)使用功能。

2.2 設(shè)計軟件類型

基礎(chǔ)建模軟件的選用，是對行業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的定向選擇，也是專業(yè)應(yīng)用和功能考慮的結(jié)果。同一平臺的BIM設(shè)計軟件在繼承基礎(chǔ)建模軟件的 BIM模后開展BIM技術(shù)應(yīng)用。即使在同一軟件平臺，只是選用一款軟件產(chǎn)品來實現(xiàn)一個項目所有專業(yè)的BIM正向設(shè)計也是比較困難的，需要考慮其他軟件的輔助作用。例如對于復(fù)雜造型的設(shè)計方案，可以運用 Rhino或其他輔助軟件進(jìn)行表達(dá)[5]，視頻的動畫效果可以使用 Lumion進(jìn)行表達(dá)，但要注意軟件與軟件之間端口的對接問題。

綜合考慮整個工程設(shè)計實施過程，在選用BIM設(shè)計軟件時，除了需要考慮專業(yè)類型，同時也需要考慮各專業(yè)軟件的基礎(chǔ)使用功能。BIM設(shè)計軟件按照專業(yè)類型和使用功能的不同可以有以下劃分：

1）按照專業(yè)類型可以分為：建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣；

2）按照使用功能分為：專業(yè)設(shè)計、計算、可視化、日照、風(fēng)環(huán)境分析等；部分BIM設(shè)計軟件和基礎(chǔ)功能如表1所示。

表1 BIM設(shè)計軟件類型

2.3 軟件性能分析

目前市面上存在的基于Revit平臺的BIM設(shè)計軟件種類較多，如 Autodesk、廣廈、天正、鴻業(yè)等。每款軟件都有它本身的優(yōu)越性和局限性。在選擇合適軟件進(jìn)行各階段設(shè)計時，需要綜合考慮工程設(shè)計項目的實際情況和不同階段的的專業(yè)使用需求。當(dāng)軟件的使用功能無法完整地表達(dá)設(shè)計所要涵蓋的內(nèi)容或無法涵蓋設(shè)計的各個階段時，需要考慮多種軟件的配合使用，同時，需要考慮軟件與軟件之間使用性能的差異和模型數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換等問題，使得設(shè)計軟件能在工程設(shè)計項目中發(fā)揮最大的實際效用。

綜合考慮工程設(shè)計項目的使用需求后，主要從以下幾個方面去分析各類設(shè)計軟件的使用性能：多專業(yè)協(xié)調(diào)性、軟件兼容性、參數(shù)化功能、可出圖性、渲染能力。從好、較好和一般三個等級進(jìn)行評估，部分建筑專業(yè)設(shè)計軟件分析如表2所示。

1）專業(yè)的協(xié)調(diào)性主要強調(diào)的是工程設(shè)計過程中，專業(yè)與專業(yè)之間在同一個使用平臺上的協(xié)同配合能力；

2）軟件兼容性主要強調(diào)的是使用不同平臺設(shè)計軟件時，設(shè)計模型在不同階段、不同軟件之間的可繼承性和交互實用性；

3）參數(shù)化功能主要強調(diào)的是BIM設(shè)計軟件在建模過程中，模型構(gòu)件的參數(shù)化調(diào)整和設(shè)計能力；

4）可出圖性主要強調(diào)的是 BIM 設(shè)計軟件在建模后，生成二維CAD圖紙的自動出圖能力；

5）渲染能力主要強調(diào)的是BIM設(shè)計軟件生成渲染圖的能力。

3 BIM設(shè)計硬件需求分析

BIM正向設(shè)計打破了傳統(tǒng)的設(shè)計流程，使得設(shè)計不再是專業(yè)本身的獨立設(shè)計，更強調(diào)專業(yè)間的高度協(xié)同。而協(xié)同設(shè)計很大程度是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計溝通交流手段[6]，形成這種交流手段的硬件設(shè)施包括兩個方面——支持BIM設(shè)計軟件的個人計算機(jī)和實現(xiàn)各專業(yè)交流的中心服務(wù)器。

BIM設(shè)計軟件即包括三維的模型軟件，也包括二維的平面軟件，其實現(xiàn)的功能比較多，軟件的性能比較高，因此對于計算機(jī)的配置要求較高，主要體現(xiàn)在圖形圖像的顯示能力、后臺數(shù)據(jù)的運算能力和信息交互處理能力。從各專業(yè)設(shè)計對功能使用要求考慮，建議從以下兩個層級[7]進(jìn)行區(qū)分：

標(biāo)準(zhǔn)層級：滿足各設(shè)計專業(yè)建模，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、管線綜合、采光日照性能分析；

高級配置：高端建筑性能分析，精細(xì)渲染。

表3為當(dāng)前版本Revit軟件平臺硬件基本配置的建議。

表2 建筑專業(yè)設(shè)計軟件分析

表3 個人計算機(jī)硬件配置

表4 服務(wù)器硬件配置

BIM正向設(shè)計需要應(yīng)用到多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。Revit軟件中的工作集協(xié)同方法是通過局域網(wǎng)進(jìn)行，當(dāng)工程設(shè)計項目體量較小或資源配置有限時，可以以某臺個人計算機(jī)為服務(wù)器，實現(xiàn)BIM軟件數(shù)據(jù)和信息的存儲共享。當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲容量、用戶數(shù)量、使用頻率、數(shù)據(jù)吞吐量較大時，需要考慮搭建中心服務(wù)器[7]。表4為搭建數(shù)據(jù)服務(wù)器小于100個并發(fā)用戶硬件基本配置。

4 軟件的配置其他因素

綜合上文分析，配置合適的BIM設(shè)計軟件主要考慮軟件使用平臺、企業(yè)發(fā)展方向、專業(yè)設(shè)計類型，專業(yè)實現(xiàn)功能等。除了這幾類因素外，也可以從以下幾個角度的出發(fā)，對軟件進(jìn)行分析和評估：

從工作效率進(jìn)行分析和評估：BIM軟件的開發(fā)除了滿足基本的設(shè)計使用功能外，是否還包括配套的使用工具，配套工具是否能夠高效的提高工作效率。

從軟件的市場使用情況進(jìn)行分析和評估：BIM軟件的開發(fā)速度比較快，市場的占有率也有所差異，市場需求的不同，反應(yīng)了BIM軟件本地化的使用要求和數(shù)據(jù)交換需求。

從軟件的可開發(fā)性進(jìn)行分析和評估：BIM軟件提供的功能有時候并不能完全滿足設(shè)計師的使用要求，需要二次開發(fā)人員不斷完善軟件的使用功能。

從契合的建筑類型進(jìn)行分析和評估；利用BIM軟件進(jìn)行模擬建造時，建筑的使用功能、結(jié)構(gòu)承重體系和外部裝飾效果等因素，直接影響到模型的設(shè)計和表達(dá)效果。需要借助不同的軟件，滿足不同建筑類型建筑的表達(dá)需要。

5 工程應(yīng)用

某項目為29層的超高層建筑，總建筑面積為164 552㎡，主要用于商業(yè)辦公，結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒設(shè)計，外立面采用鋁合板玻璃幕墻設(shè)計。運用BIM技術(shù)服務(wù)于全過程設(shè)計和是施工管理，主要涉及專業(yè)包括，建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和幕墻。

結(jié)構(gòu)混凝土的基礎(chǔ)模型主要是利用YJK的計算模型，鋼結(jié)構(gòu)模型主要是利用Tekla的計算模型，再將兩者的模型導(dǎo)入到Revit中，避免了設(shè)計人員多次重復(fù)繪制模型，提高工作效率。建筑和機(jī)電專業(yè)的BIM基礎(chǔ)模型都是在Revit上實現(xiàn)建模。在Revit和中Navisworks進(jìn)一步完成管線綜合的優(yōu)化調(diào)整，提前解決綜合管線的碰撞。同時，利用3D Max模擬幕墻安裝節(jié)點和幕墻吊裝工藝，指導(dǎo)幕墻施工安裝。

在設(shè)計階段主要使用的 BIM軟件包括 Revit和SketchUp等，詳見表5中BIM設(shè)計軟件配置表。

表5 BIM設(shè)計軟件配置表

6 結(jié)論

BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用優(yōu)勢已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，如何推動BIM技術(shù)在設(shè)計階段的進(jìn)一步發(fā)展——即BIM正向設(shè)計，首要環(huán)節(jié)就是選用合適的BIM設(shè)計軟件。如何在這樣一個軟件種類繁多、平臺使用類型多樣、各地方BIM思想和BIM應(yīng)用軟件水平參差不齊的軟件使用環(huán)境因素中，使用合適的設(shè)計軟件，提高設(shè)計效率和推廣BIM應(yīng)用，即離不開軟件廠商對軟件使用功能的優(yōu)化，也需要軟件使用者對軟件使用性能、硬件配置條件等內(nèi)容的研究探索。