(廣東省建筑設(shè)計研究院，廣州 510010)

1 前言

BIM技術(shù)已得到建筑工程各參與方的重視。作為建筑工程項目的源頭，設(shè)計企業(yè)應(yīng)重視BIM技術(shù)和設(shè)計本身的結(jié)合，既要為上游的設(shè)計企業(yè)技術(shù)與管理創(chuàng)新服務(wù)，同時銜接好下游施工企業(yè)的BIM應(yīng)用。目前，翻模的技術(shù)思路占據(jù)著BIM技術(shù)領(lǐng)域的大半江山，除管線綜合有明顯的效益外，BIM技術(shù)在設(shè)計階段其他方面的應(yīng)用并不突出。應(yīng)從正向的角度去思考BIM技術(shù)與設(shè)計的結(jié)合，即從BIM正向設(shè)計去尋求設(shè)計本身更好的發(fā)展。

BIM正向設(shè)計通常是指基于BIM技術(shù)“先建模，后出圖”的設(shè)計方法。BIM正向設(shè)計是對傳統(tǒng)項目設(shè)計流程的再造，各專業(yè)設(shè)計師集中在三維信息化平臺實現(xiàn)工程設(shè)計，有別于以往的設(shè)計模式。新技術(shù)的應(yīng)用會對原有工程設(shè)計模式產(chǎn)生沖擊，引發(fā)人們對于BIM正向設(shè)計方法的思考。本文正是在這樣的大技術(shù)背景下，基于建筑工程項目實踐，對BIM正向設(shè)計分別從項目管理、企業(yè)ISO執(zhí)行標準、BIM技術(shù)標準、三維設(shè)計方法、BIM軟件應(yīng)用研發(fā)、協(xié)同管理平臺等方面進行研究探討，有針對性地提出解決方案或建議，如圖1。

圖1 BIM正向設(shè)計研究關(guān)系圖

2 BIM正向設(shè)計項目管理

項目管理在建筑工程實施過程中始終把控著工程的前進方向。項目管理對質(zhì)量體系、進度流程、人員架構(gòu)等多方面進行了規(guī)定[1]。因此，本文就這幾方面的內(nèi)容，對BIM正向設(shè)計過程中如何有效管理進行了探討。

2.1 設(shè)計企業(yè)ISO管理標準的衍生

提升工程設(shè)計管理質(zhì)量，提升企業(yè)服務(wù)信譽，贏得市場和發(fā)展是國內(nèi)眾多設(shè)計企業(yè)引進國際標準化組織(ISO)的質(zhì)量管理體系的主要目的?，F(xiàn)在設(shè)計企業(yè)引入質(zhì)量管理標準(ISO9001)的版本涉及設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)多個領(lǐng)域。這套標準主要包含八大原則：以顧客為關(guān)注焦點； 領(lǐng)導(dǎo)作用； 全員參與； 過程方法； 管理的系統(tǒng)方法； 持續(xù)改進； 基于事實的決策方法； 與供方互利關(guān)系[2]。

這些原則足以體現(xiàn)質(zhì)量管理的重要性，引入BIM正向設(shè)計，將會從人員架構(gòu)，工作流程，成果文件等方面產(chǎn)生影響，這將意味著質(zhì)量標準的管理內(nèi)容需要不斷衍生變化。設(shè)計企業(yè)ISO管理標準的衍生變化主要體現(xiàn)在以下幾個方面[3]：

1)交付成果：BIM技術(shù)所體現(xiàn)出來的三維可視化功能，將進一步要求各專業(yè)不僅要提交傳統(tǒng)的設(shè)計成果，還要提交BIM成果文件。而對于BIM成果文件，在技術(shù)標準中需要對各階段的模型精度和模型內(nèi)容進行規(guī)定[4]；

2)電子化辦公：交付BIM模型時，其中重要的一個環(huán)節(jié)是對BIM模型的質(zhì)量審核。另外BIM正向設(shè)計技術(shù)要求的是協(xié)同式辦公，要求質(zhì)量校審文件能在協(xié)同平臺上與模型進行關(guān)聯(lián)，便于實時查看相關(guān)審核文件。這將加快推進質(zhì)量管理體系的電子化辦公的全面覆蓋；

3)人員配置：BIM技術(shù)工種，BIM技術(shù)協(xié)調(diào)工種，BIM技術(shù)應(yīng)用成果文件審核，協(xié)同管理平臺工作權(quán)限的設(shè)置等內(nèi)容的新增，這意味著將產(chǎn)生新的職能崗位和職責；

4)策劃表格優(yōu)化：成果文件、技術(shù)工種以及辦公模式的演變都將要求對原有的ISO表格進行更新和優(yōu)化。比如，根據(jù)BIM正向設(shè)計需要增加ISO表格：BIM專項評審表、BIM模型檢測及校審表、BIM模型交付記錄表等。

2.2 設(shè)計流程的演變

設(shè)計流程的演變不僅體現(xiàn)在實施過程的變化，還包括工作模式、協(xié)同方法等方面變化。而BIM軟件的功能應(yīng)用、設(shè)計方法和協(xié)同平臺的迭代演化流程不同程度上影響著整個設(shè)計進程。如方案階段，利用多種BIM軟件，在概念設(shè)計階段建立真實的地形模型，由于設(shè)計的方案推敲、計算土方量、經(jīng)濟技術(shù)指標統(tǒng)計等內(nèi)容，并實時導(dǎo)出數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)內(nèi)容將支撐著整個協(xié)同平臺運行。

不管是SU+CAD模式還是BIM模式，都可以借助渲染軟件如lumion、escape等快速實現(xiàn)效果圖、分析圖、視頻的可視化效果，更好地幫助設(shè)計師和業(yè)主評估項目建成后的效果。整個過程都可以在方案協(xié)調(diào)節(jié)點會議中得到有效把控，方案階段工作流程見表1。

表1 方案階段BIM設(shè)計工作內(nèi)容及相關(guān)會議

階段專業(yè)設(shè)計內(nèi)容BIM工作方案設(shè)計啟動會概念及方案設(shè)計建筑建筑形體創(chuàng)作體量建筑方案平面及平立面設(shè)計體量到revit構(gòu)件建筑建筑綠建分析Revit導(dǎo)入綠建軟件方案比選會概念及方案設(shè)計結(jié)構(gòu)柱位布置結(jié)構(gòu)柱建筑機電設(shè)計指標數(shù)據(jù)體量&空間劃分方案深化會概念及方案設(shè)計機電接收建筑提供的機電指標數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)化體塊機電機房布置機房體量模型方案確定會

初步設(shè)計階段，借助方案模型和初步設(shè)計BIM模型，以及VR、視頻和動畫可以準確評估各類空間關(guān)系，幫助設(shè)計師更好地優(yōu)化設(shè)計方案。初步設(shè)計階段工作流程見表2。

表2 初步設(shè)計階段BIM設(shè)計工作內(nèi)容及相關(guān)會議

設(shè)計階段專業(yè)設(shè)計內(nèi)容BIM工作初步設(shè)計啟動會初步設(shè)計建筑平面布置墻、門、窗、立面、板初步設(shè)計結(jié)構(gòu)豎向及平面布置梁板柱初步設(shè)計協(xié)調(diào)會初步設(shè)計機電機房布置三維拉伸模型初步設(shè)計機電路由設(shè)計二維線初步設(shè)計機電管井布置拉伸模型初步設(shè)計階段成果協(xié)調(diào)會初步設(shè)計全專業(yè)凈高把控管線路由評估初步設(shè)計全專業(yè)管線預(yù)綜合管線路由評估初步設(shè)計成果驗收

施工圖設(shè)計階段，基于BIM正向設(shè)計的項目可以在整體層面提高設(shè)計效率，減少后期改圖、施工配合出現(xiàn)問題的可能。由于模型包含參與設(shè)計的所有專業(yè)，很多設(shè)計問題都可以及時被發(fā)現(xiàn)，有效提高了設(shè)計質(zhì)量。施工圖設(shè)計協(xié)調(diào)會將與實際項目實施深度和難度相結(jié)合，合理安排協(xié)調(diào)會次數(shù)。施工圖階段設(shè)計協(xié)調(diào)第一時段工作流程見表3。

表3 施工圖階段設(shè)計協(xié)調(diào)會第一時段工作內(nèi)容

專業(yè)配合工作提出專業(yè)接收專業(yè)設(shè)計內(nèi)容BIM工作建筑提第一版提資視圖,防火分區(qū)建筑各專業(yè)作為機電專業(yè)設(shè)計的參照底圖;結(jié)構(gòu)專業(yè)配合依據(jù)建筑鏈接結(jié)構(gòu)建筑視圖分三層,建模視圖、配合底圖視圖、出圖視圖。其中配合底圖視圖與出圖視圖為關(guān)聯(lián)視圖設(shè)備專業(yè)給各專業(yè)提機房、管井機電建筑管井、機房定位、面積需求請注意在提資視圖結(jié)構(gòu)提資,梁柱資料結(jié)構(gòu)各專業(yè)明確開洞情況、梁高,機電專業(yè)在設(shè)計過程中應(yīng)規(guī)避大梁及時更新鏈接管線初步綜合設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)機電建筑根據(jù)初步設(shè)計對凈高要求復(fù)核各專業(yè)現(xiàn)有設(shè)計成果是否滿足需求。同時對建筑平面設(shè)計進行優(yōu)化BIM負責人協(xié)助建筑專業(yè)解決發(fā)現(xiàn)的問題

2.3 項目崗位與職責

BIM正向設(shè)計能夠有效解決設(shè)計中常見的碰撞、設(shè)計深度不夠等問題，但綜合考慮現(xiàn)有設(shè)計人員對BIM軟件的熟悉程度和設(shè)計效率，可在BIM設(shè)計中增設(shè)BIM負責人。在原設(shè)計體系的基礎(chǔ)上，對原有設(shè)計人、工種負責、審核人的工作內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整。BIM技術(shù)負責人的主要工作內(nèi)容如下：

1)總體負責項目BIM應(yīng)用的規(guī)劃和實施；

2)解決項目實施中可能遇到的各類BIM問題；

3)組織各專業(yè)劃分工作集，組織各專業(yè)統(tǒng)一各專業(yè)模型深度，組織各專業(yè)BIM視圖樹，控制各專業(yè)鏈接關(guān)系，統(tǒng)一各專業(yè)視圖樣板；

4)負責模型技術(shù)交底、模型維護及通過建模對項目的質(zhì)量、效率提升等問題做分析總結(jié)報告；

5)負責模型深度控制，滿足合同或設(shè)計、施工需求；

6)參與模型碰撞問題協(xié)調(diào)會，匯總具體問題，記錄會議確定的碰撞解決方案并跟進核查管線碰撞問題的落實情況；

7)組織并完成各項擴展BIM應(yīng)用。

2.4 正向設(shè)計的進階措施

為推進BIM正向設(shè)計技術(shù)在設(shè)計企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以及促進各專業(yè)工程設(shè)計人員加快適應(yīng)BIM正向設(shè)計的工作模式，應(yīng)逐層深入加大對設(shè)計人員的培訓(xùn)力度，見圖2。

圖2 BIM正向設(shè)計技術(shù)門檻

第一個層級是熟悉軟件，要求各專業(yè)設(shè)計人員熟練掌握建模軟件，并將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型。第二個層級是實現(xiàn)模型到圖紙，懂得各專業(yè)的三維設(shè)計方法，以及建模軟件轉(zhuǎn)化為二維CAD圖紙?zhí)幚矸椒ā５谌齻€層級是利用模型實現(xiàn)設(shè)計配合，掌握三維設(shè)計流程，充分利用三維模型實現(xiàn)各專業(yè)的設(shè)計提資。第四個層級是掌握各專業(yè)間的協(xié)同處理方法，通過多次設(shè)計協(xié)調(diào)實現(xiàn)組織層面的設(shè)計效率提升。

針對各專業(yè)工程設(shè)計人員的BIM培訓(xùn)內(nèi)容主要包括建模培訓(xùn)和出圖培訓(xùn)。培訓(xùn)計劃可參考表4。此外，也可以從ISO質(zhì)量管理標準、協(xié)同管理模式等多個方向展開培訓(xùn)。

表4 BIM正向設(shè)計培訓(xùn)計劃

培訓(xùn)專項建模培訓(xùn)出圖培訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容在明確BIM基礎(chǔ)建模軟件平臺的條件下,懂得各專業(yè)模型的三維設(shè)計方法。視圖管理器的控制,圖框的制作與修改,模型不同版本的對比,視圖樣板的制作與選用,出圖管理等。培訓(xùn)教程《BIM正向設(shè)計項目管理指引》和《BIM正向設(shè)計技術(shù)標準》等企業(yè)標準?？己藘?nèi)容在規(guī)定時間內(nèi)根據(jù)圖紙建立Revit模型。能夠在規(guī)定時時間內(nèi)完成模型的出圖,能夠正確應(yīng)用和修改視圖樣板。

3 BIM設(shè)計企業(yè)技術(shù)標準

本文所介紹的設(shè)計企業(yè)BIM技術(shù)標準主要包括模型管理，不同設(shè)計階段BIM流程管理，以及三維設(shè)計方法三個方面的內(nèi)容，希望為設(shè)計企業(yè)應(yīng)用BIM進行正向設(shè)計提供成套的、可實踐的技術(shù)標準及細則，以提升在BIM設(shè)計模式下的工作效率和工作質(zhì)量。

3.1 BIM模型管理

BIM正向設(shè)計最終的成果文件除了傳統(tǒng)內(nèi)容外，還包括BIM技術(shù)應(yīng)用所得到的成果內(nèi)容。這些成果文件大部分都將通過BIM技術(shù)來實現(xiàn)，所以有必要對成果的數(shù)據(jù)來源，即BIM數(shù)據(jù)模型進行管理。模型管理的目的在于為整個三維設(shè)計制定統(tǒng)一的模型標準，實現(xiàn)上下游設(shè)計階段的模型對接，避免數(shù)據(jù)在繼承過程中丟失。在協(xié)同平臺中傳遞可參照的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

Revit通過各類族來搭建三維模型，包括設(shè)計圖面表達也是需要通過族來實現(xiàn)。工程項目類型的千差萬別決定了三維模型需要龐大的族來支撐。BIM模型最為基礎(chǔ)的就是對族進行管理，本文結(jié)合工程設(shè)計的需求，提出了新型族庫管理工具的建設(shè)架構(gòu)[5]。主要功能需求見圖3。

圖3 族庫管理工具功能需求

在Revit平臺上各專業(yè)工種的協(xié)同方法，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是通過中心文件進行協(xié)同，主要應(yīng)用于專業(yè)內(nèi)的協(xié)同操作和部分專業(yè)間的協(xié)同操作。另外一個是通過鏈接文件進行協(xié)同，它與傳統(tǒng)的CAD協(xié)同方式較為接近，可將各專業(yè)模型文件作為獨立的文件提資。

除了以上內(nèi)容外，BIM模型管理還包括項目樣板管理、命名規(guī)則、色彩規(guī)則、模型內(nèi)容、模型拆分、成果管理和模型深度等級等內(nèi)容。

3.2 BIM設(shè)計流程

以項目管理指引所制定的各設(shè)計階段的流程為基礎(chǔ)，企業(yè)技術(shù)標準從工作內(nèi)容、BIM應(yīng)用要點等方面精細拆分和細化。與初始、中間和最終模型的劃分方式[6]不同的是，模型將以項目管理中制定的主要協(xié)調(diào)會為劃分依據(jù)，結(jié)合設(shè)計進度逐步完善設(shè)計模型和提取設(shè)計成果。

結(jié)合時段的劃分概念，在每個設(shè)計階段模型深度和表達方式也將按劃分時段來體現(xiàn)。比如，初步設(shè)計階段主要流程包括：初步設(shè)計第一時段模型的建立、初步設(shè)計第二時段模型的建立、初步設(shè)計最終版模型的建立。在此時間范圍內(nèi)各專業(yè)應(yīng)根據(jù)工程復(fù)雜程度按進度計劃分批次完成該時段設(shè)計的工作。時段模型的劃分以各設(shè)計階段流程所劃分的設(shè)計協(xié)調(diào)會為節(jié)點。如圖4為初步設(shè)計階段管線預(yù)綜合流程。

圖4 初步設(shè)計階段管線預(yù)綜合流程

3.3 三維模型的設(shè)計方法

三維模型是BIM正向設(shè)計中基本的數(shù)據(jù)載體，通過分析現(xiàn)階段BIM軟件的使用情況[7]，以及參照協(xié)同設(shè)計平臺對基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，對于搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型的設(shè)計方法展開描述，將對基于Revit的正向設(shè)計軟件研發(fā)提供基礎(chǔ)理論方法。本文以Revit為基礎(chǔ)軟件平臺，結(jié)合對建筑、結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)BIM正向設(shè)計需求、流程和方法的研究分析，對BIM正向設(shè)計中的Revit模型搭建、非幾何信息添加、施工圖生成提出相應(yīng)的解決方案。

1)建筑三維設(shè)計

在利用Revit軟件進行建筑設(shè)計時，流程和設(shè)計階段的時間分配將會與傳統(tǒng)的模式有較大區(qū)別。Revit建筑設(shè)計是以三維模型為基礎(chǔ)的，圖紙作為設(shè)計的衍生品。Revit為建筑設(shè)計提供了部分常見的構(gòu)件。企業(yè)技術(shù)標準給出了軸網(wǎng)、標高、普通墻、疊合墻、幕墻、屋頂、樓梯等建筑基本構(gòu)件的建模方法。在施工圖繪制方面，可通過“詳圖線”、“模型線”、“線處理”、“平面區(qū)域”等命令來深化處理平立剖等圖紙視圖。

2)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計

樁基承臺、梁、剪力墻、結(jié)構(gòu)柱等作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本組成構(gòu)件，Revit中提供了對應(yīng)的構(gòu)件創(chuàng)建命令，可直接調(diào)用。從細節(jié)處理上來講，如，剪力墻樓板開洞，可通過無實體窗的窗族去表達，并在該窗族的平面視圖上增加詳圖線，以滿足剪力墻開洞的平面表達[5]，見圖5。

圖5 剪力墻細節(jié)處理

結(jié)構(gòu)中最為復(fù)雜的要屬鋼筋這一塊，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計過程中都需要表達鋼筋。對此，企業(yè)標準針對每一種構(gòu)件的鋼筋模型都提出相應(yīng)的表達方法，如外立面飾線的結(jié)構(gòu)部分，通過利用Revit中提供的“輪廓族”，再利用“內(nèi)置模型”搭建實體建模，并利用剖切視圖建立視圖鋼筋[8-10]，見圖6。

圖6 結(jié)構(gòu)天溝模型和鋼筋表達

模型搭建后，最終都是要服務(wù)于設(shè)計出圖。通過分析CAD出圖和Revit出圖兩者的效益，以及分析BIM軟件的出圖功能，企業(yè)標準對結(jié)構(gòu)專業(yè)各類設(shè)計圖紙?zhí)岢鱿鄳?yīng)的成圖方法，如表5所示，為模板圖組成繪制方法。

表5 模板圖組成繪制方法

項目推薦做法結(jié)構(gòu)構(gòu)件輪廓三維建模后配合可見性設(shè)置進行顯示梁截面標記采用標簽族進行注釋梁編號標記采用標簽族進行注釋板截面標記采用標簽族進行注釋板填充通過過濾器設(shè)置相應(yīng)的條件后配合可見性設(shè)置進行填充定位標注采用“尺寸標注”命令進行標注標高標注采用“標高”命令進行標注

3)機電三維設(shè)計

暖通、電氣、給排水各專業(yè)模型搭建方面，各專業(yè)工作內(nèi)容主要體現(xiàn)在管道類型、管材選用和連接、閥門組件、末端設(shè)計，機組設(shè)備等方面。單一的軟件使用并非高效的設(shè)計方法，可借助第三方設(shè)計軟件來完成，如天正、鴻業(yè)等，圖7為天正消防水“布置噴頭”命令窗口，通過添加相應(yīng)的噴頭布置設(shè)計參數(shù)，滿足設(shè)計人員快速建模需求。

圖7 天正消防水“布置噴頭”工具

4 BIM正向設(shè)計協(xié)同管理平臺

從應(yīng)用功能方面考慮，BIM正向設(shè)計協(xié)同管理平臺的功能應(yīng)包含基于模型的協(xié)同、文件管理、權(quán)限管理、非幾何信息的存儲、一校兩審的需求等方面； 從協(xié)同流程模式方面考慮，BIM正向設(shè)計協(xié)同管理平臺應(yīng)能夠在基本業(yè)務(wù)、設(shè)計迭代及成果輸出、協(xié)同提資、質(zhì)量控制、會審及碰撞過程中得到體現(xiàn)； 從現(xiàn)有的CAD協(xié)同管理模式方面考慮，當前的工程設(shè)計協(xié)同管理模式應(yīng)滿足BIM技術(shù)背景下的工程設(shè)計。這些都是在搭建BIM正向設(shè)計管理平臺所需要考慮的方向。

4.1 數(shù)模分離架構(gòu)平臺

目前主流的BIM設(shè)計平臺有Autodesk AutoCAD、Autodesk Revit、Bently Microstation、Trimble Tekla，ArchiCAD等。建模及操作軟件均基于上述5套軟件，并在其基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)實現(xiàn)各類擴展功能。然而，設(shè)計過程中的關(guān)鍵流程，如圖紙管理、校對批注、歸檔、詳細的權(quán)限控制等功能，均無法直接在BIM平臺進行實現(xiàn)。因此，如何高效契合現(xiàn)有BIM核心軟件、通過內(nèi)外部數(shù)據(jù)交互使得BIM管理與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理有機結(jié)合，是推行協(xié)同平臺的關(guān)鍵。

Revit等BIM基礎(chǔ)建模平臺中，對于每一個幾何模型都分配唯一的ID值。正向設(shè)計平臺可充分利用這一數(shù)據(jù)值進行跟蹤，并在獨立的數(shù)據(jù)庫中，對版本、狀態(tài)等信息進行單獨存儲，以實現(xiàn)校對、審核審定、工作量統(tǒng)計等功能。因此，當僅對構(gòu)件的非幾何屬性(如批注、狀態(tài)參數(shù)、強度屬性)進行編輯時，僅修改MySQL數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)鍵值，而不對具體Revit模型中的參數(shù)進行修改，能極大降低Revit運算復(fù)雜度，提高BIM模型設(shè)計效率。這正是“數(shù)模分離”的核心所在。結(jié)合設(shè)計企業(yè)的設(shè)計管理工作模式，可建設(shè)如圖8所示的BIM正向設(shè)計平臺架構(gòu)。

該架構(gòu)中，數(shù)據(jù)層分別對二三維模型文件、構(gòu)件非幾何數(shù)據(jù)分別存儲，通過中間層完成整合后，在應(yīng)用層提供統(tǒng)一的功能，避免工作過程中反復(fù)調(diào)用不同的軟件、平臺，而造成數(shù)據(jù)的不一致。

從搭建細節(jié)上考慮，平臺數(shù)據(jù)層將參照項目管理規(guī)定中制定的人員崗位職責，設(shè)置平臺人員組織角色并劃分角色權(quán)限； 參照技術(shù)標準規(guī)定中BIM模型管理等內(nèi)容，合理提取模型數(shù)據(jù)，平臺文件層間參照整體的BIM設(shè)計流程，劃分整體的圖檔架構(gòu)； 企業(yè)管理對接層將從設(shè)計、質(zhì)量、經(jīng)營、圖檔等方面實現(xiàn)對接。在協(xié)同實施過程中將逐步優(yōu)化相關(guān)管理和技術(shù)標準的內(nèi)容。

4.2 業(yè)務(wù)流程迭代演化

平臺的建設(shè)開發(fā)過程除了把握“數(shù)模分離”這一關(guān)鍵存儲技術(shù)外，另外一點就是要考慮如何將平臺功能融入到整個BIM正向設(shè)計流程中去，形成高效的設(shè)計業(yè)務(wù)流程。

項目基本流程，前期階段主要是錄入基本的工程數(shù)據(jù)信息，計劃進度安排； 設(shè)計階段主要是完成設(shè)計成果的圖檔管理，進度協(xié)調(diào)； 出圖階段主要是將成圖文件、BIM模型，通過ISO相關(guān)資料進行復(fù)核，完成出圖蓋章和圖文歸檔。

圖8 BIM平臺架構(gòu)

圖9 BIM正向設(shè)計基本業(yè)務(wù)流程

從圖9迭代業(yè)務(wù)流程可以看出，整個協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)來源于質(zhì)量管理、設(shè)計團隊、經(jīng)營管理等工程模塊，通過錄入各模塊數(shù)據(jù)信息至協(xié)同平臺中，實時查看了解工程項目的人員、進度、設(shè)計圖紙模型、ISO質(zhì)量、圖檔歸檔等內(nèi)容。使得平臺架構(gòu)流程與項目管理、技術(shù)標準的內(nèi)容更契合。而整個業(yè)務(wù)流程的迭代演化也將體現(xiàn)在圖檔管理、質(zhì)量管理、提資管理等方面。

協(xié)同平臺的圖檔歸檔作用就在于，通過建立相應(yīng)的文件層級目錄，存儲不同階段的提資單、校審意見等文件，并通過BIM模型中構(gòu)件ID值一一對應(yīng)關(guān)系，在校審單中可直接查閱對應(yīng)構(gòu)件的局部三維視圖、二維圖紙、查閱構(gòu)件參數(shù)等功能。

在項目質(zhì)量全流程控制環(huán)節(jié)，基于協(xié)同平臺后，在傳統(tǒng)的一校兩審、施工監(jiān)測等環(huán)節(jié)，可采用模型校審、模型批注及修改跟蹤。在對質(zhì)量控制上，也可根據(jù)BIM應(yīng)用深度，對相關(guān)強條、技術(shù)措施，通過技術(shù)手段直接寫入到BIM模型參數(shù)中，對出圖成果進行強制要求，在出圖校對時進行相應(yīng)的提醒。

與現(xiàn)有ISO管理中的提資過程相同，設(shè)計人員在提資時，也需要填寫提資單并提交相應(yīng)的提資成果至接收人。而在應(yīng)用BIM模型進行提資后，設(shè)計人員可直接勾選相應(yīng)構(gòu)件、模型視圖、模型視圖內(nèi)對應(yīng)的云線對象后，直接生成電子版的提資單，并通過對模型信息的存儲以滿足提資資料留痕的要求。當接收人接收提資單后，可直接定位到對應(yīng)的模型視圖中進行查閱。

5 BIM正向設(shè)計軟件GSRevit研發(fā)

圖10 板荷載管理界面

分析BIM技術(shù)軟件在民用建筑領(lǐng)域的使用情況，Revit軟件作為基礎(chǔ)建模平臺的情況占多數(shù)。故以Revit軟件，作為正向設(shè)計GSRevit系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺。結(jié)合技術(shù)標準中提及的建筑結(jié)構(gòu)三維設(shè)計方法，用于支撐基礎(chǔ)功能的研發(fā)。GSRevit系統(tǒng)的研發(fā)過程主要從三個方面展開需求分析：

1)能夠在Revit直接建模、結(jié)構(gòu)計算和生成施工圖，包括了模型及荷載輸入、生成有限元計算模型、自動成圖、裝配式設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計等功能。

2)能夠?qū)崿F(xiàn)滾動式結(jié)構(gòu)設(shè)計：三維結(jié)構(gòu)模型隨著設(shè)計深度的變化，可不斷添加需要的信息，譬如加偏心、加荷載、加鋼筋信息等。

3)秉承著一個三維模型往下傳遞延伸的理念，模型中只保存一套墻柱梁板信息，即使施工圖階段修改了模型，仍可進行結(jié)構(gòu)計算。

GSRevit系統(tǒng)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)快速建模、幾何模型直接用于結(jié)構(gòu)計算、自動成圖及裝配式設(shè)計等功能，大大降低BIM應(yīng)用門檻，有力地推動了BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用，幫助工程師從AutoCAD走向Revit完成BIM結(jié)構(gòu)正向設(shè)計[11]。

5.1 幾何模型及荷載輸入

GSRevit軟件在Revit中，對各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件獨立開發(fā)出荷載輸入模塊，設(shè)計師在針對某一項結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載輸入時，可通過對話框輸入各種類型的結(jié)構(gòu)荷載，荷載輸入后程序?qū)⒁怨蚕韰?shù)和擴展數(shù)據(jù)形式存于Revit文件中。在墻柱梁板荷載對話框中可看到，一個荷載由4項內(nèi)容組成：荷載類型、荷載方向、荷載值和所屬工況。

圖11 梁鋼筋圖

荷載類型有10種，可選擇的12種工況為：重力恒、重力活、水壓力、土壓力、預(yù)應(yīng)力、雪、升溫、降溫、人防、施工、消防和風荷載。如圖10為板荷載管理界面。

5.2 Revit模型計算分析

利用Revit模型進行計算分析的設(shè)計思路主要是，將搭建的三維模型通過構(gòu)件剖分形成有限元模型，并生成相應(yīng)格式標準的計算數(shù)據(jù)，存儲于模型文件中。計算完成后，將有限元模型再次轉(zhuǎn)換為三維模型，整個過程不會對原有的三維模型產(chǎn)生影響。實現(xiàn)這一過程需要先解決計算模型與施工圖模型的統(tǒng)一問題。GSRevit通過在形成有限元模型時智能判斷如何分段來實現(xiàn)施工圖模型的直接計算，保證計算模型和施工圖模型的統(tǒng)一。

5.3 自動成圖編制

結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過計算軟件進行計算分析后，再進行設(shè)計圖紙的表達。利用計算數(shù)據(jù)自動形成設(shè)計圖的技術(shù)要點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)讀取GSSAP、PKPM、YJK等結(jié)構(gòu)計算軟件的計算結(jié)果；

2)將構(gòu)件計算內(nèi)力、配筋信息參數(shù)數(shù)據(jù)存儲到結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，并利用Revit標簽工具表達到設(shè)計圖面中；

3)根據(jù)計算結(jié)果實現(xiàn)梁、墻構(gòu)件的自動分段，對屬于同一跨梁或同一墻肢的構(gòu)件自動合并；

4)為梁、墻、板、柱各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件創(chuàng)建鋼筋標記族，利用共享參數(shù)功能將鋼筋信息表達到設(shè)計圖面中；

收集了全國各地設(shè)計企業(yè)的繪圖方法，開發(fā)了出圖習(xí)慣設(shè)置和一套施工圖自動成圖功能，用于滿足不同地區(qū)的圖面表達要求。如圖11所示，為軟件自動生成梁鋼筋圖的表達樣例。

6 小結(jié)

本文針對設(shè)計企業(yè)開展BIM正向設(shè)計工作存在的困難，結(jié)合現(xiàn)階段BIM軟件發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計企業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用水平、CAD模式下的專業(yè)協(xié)同情況，對實現(xiàn)BIM正向設(shè)計的若干關(guān)鍵技術(shù)展開研究。主要工作包括以下幾個方面：

1)編制設(shè)計企業(yè)《BIM正向設(shè)計項目管理指引》，引領(lǐng)工程設(shè)計管理人員，從BIM設(shè)計流程、設(shè)計崗位職責、質(zhì)量管理體系等多個層面，在BIM正向設(shè)計實施過程，思考和建設(shè)有效管理機制。

2)編制設(shè)計企業(yè)《BIM正向設(shè)計技術(shù)標準》，將從模型管理、設(shè)計流程內(nèi)容、三維設(shè)計方法等方面，指導(dǎo)專業(yè)設(shè)計人員快速掌握BIM正向設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)BIM正向設(shè)計過程的逐層進階。

3)研發(fā)出基于Revit平臺的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)GSRevit。主要用于解決結(jié)構(gòu)快速建模、直接計算、自動成圖及裝配式結(jié)構(gòu)深化設(shè)計等需求，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計需要。

4)提出的基于BIM正向設(shè)計的新型信息化管理平臺及業(yè)務(wù)邏輯，以及數(shù)模分離式的存儲架構(gòu)及業(yè)務(wù)信息流轉(zhuǎn)的方法，將為BIM正向設(shè)計協(xié)調(diào)平臺的建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。