高 華

廣州城建職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510925

0 引言

自20世紀(jì)初BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)革新和發(fā)展的信息化技術(shù)，經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國建設(shè)行業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用已日趨成熟系統(tǒng)。2017年以來中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后頒布了5本BIM國家標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)、施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和制圖標(biāo)準(zhǔn)等，建筑項目全壽命周期不同階段標(biāo)準(zhǔn)的制定，為建筑信息模型的全專業(yè)交付打通了設(shè)計、施工、運維各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用，帶來了建筑設(shè)計思維模式與技術(shù)應(yīng)用的變革，傳統(tǒng)的建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)各自獨立的設(shè)計模式已不符合現(xiàn)在的的信息化發(fā)展需求，建筑、結(jié)構(gòu)多專業(yè)模型的協(xié)同創(chuàng)建是BIM技術(shù)革新的一個主要方向，也是BIM價值的重要體現(xiàn)。

目前國內(nèi)對于結(jié)構(gòu)與機(jī)電管線多專業(yè)模型的協(xié)同工作，碰撞優(yōu)化處理技術(shù)已較為成熟，而如何將建筑模型與結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理融合，如何利用結(jié)構(gòu)模型快速搭建建筑模型，提高建筑模型創(chuàng)建效率仍存在不同做法；將BIM的物理模型與結(jié)構(gòu)計算分析軟件進(jìn)行有效組合，共享計算數(shù)據(jù)，使BIM模型的不必要的修改和重復(fù)建模大大減少，達(dá)到 BIM一次建模，結(jié)構(gòu)分析各軟件同步更新修改數(shù)據(jù)效果，這將是 BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢。

1 結(jié)構(gòu)BIM模型在國內(nèi)的應(yīng)用情況

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計基于CAD二維平面，缺少Z向數(shù)據(jù)，空間表達(dá)能力較弱，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為后期全專業(yè)全過程生命周期的信息利用率較低。目前國內(nèi)利用BIM軟件創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型主要為基于Revit創(chuàng)建的三維結(jié)構(gòu)模型，不僅有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的空間表現(xiàn)力，作為一個完整有效的信息載體，結(jié)構(gòu)模型為后期的全專業(yè)BIM軟件融合提供了基礎(chǔ)。基于Revit建立建筑項目的結(jié)構(gòu)模型，一般框架建筑建模的基本流程為：選擇樣板-建立新項目-軸網(wǎng)建立-樓層標(biāo)高設(shè)定-結(jié)構(gòu)柱-混凝土梁-混凝土樓板-樓梯-基礎(chǔ)層模型。在Revit軟件中，基礎(chǔ)構(gòu)件會自動關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)柱的底部信息，實現(xiàn)基礎(chǔ)構(gòu)件與框架構(gòu)件的聯(lián)動，實現(xiàn)模型的一處修改，全視圖都自動匹配修改，保證了結(jié)構(gòu)模型的高度統(tǒng)一。

國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計需要結(jié)合平法施工圖進(jìn)行標(biāo)注，設(shè)計過程中一個構(gòu)件的修改需要對應(yīng)不同的圖紙，導(dǎo)致設(shè)計審圖難度提高，效率降低。利用Revit創(chuàng)建的三維結(jié)構(gòu)模型利用共享參數(shù)和自制標(biāo)簽族等等保證構(gòu)建信息參數(shù)的共享，實現(xiàn)一處信息修改后其他位置信息聯(lián)動修改，保證信息的一致性，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模型與平法之間的結(jié)合，使得數(shù)據(jù)信息能夠服務(wù)于整個壽命周期，有效提高了工作效率。

2 建筑模型與結(jié)構(gòu)模型的區(qū)別分析

基于Revit創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型主要呈現(xiàn)受力構(gòu)件的表達(dá)，而建筑模型重在展示不同精度的建筑項目建模效果。除了主要框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件模型之外，建筑模型需要詳細(xì)表達(dá)門窗尺寸位置造型、間隔圍護(hù)墻體欄桿構(gòu)件的位置參數(shù)、內(nèi)外墻面裝飾裝修做法、樓地面天花板裝修做法，依據(jù)制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理標(biāo)注、線型設(shè)置等。相較于結(jié)構(gòu)模型，建筑模型需要按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)和制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)件模型創(chuàng)建、合理優(yōu)化平立剖面視圖構(gòu)件的線型顯示樣式和可見性的設(shè)置等，使得BIM工程師需要消耗大量的精力在建筑模型施工圖優(yōu)化工作中，下文以某商業(yè)廣場利用Revit軟件進(jìn)行BIM協(xié)同設(shè)計為案例，如下圖1，就如何利用已有的結(jié)構(gòu)模型來進(jìn)行建筑-結(jié)構(gòu)BIM模型協(xié)同創(chuàng)建，利用不同的創(chuàng)建思路進(jìn)行實踐分析，考慮如何為下游施工圖設(shè)計優(yōu)化的工作爭取到充裕的工作時間，進(jìn)行詳細(xì)的分析和介紹。

圖1 某商場結(jié)構(gòu)模型與建筑模型完成對比圖

3 建筑-結(jié)構(gòu)BIM模型協(xié)同創(chuàng)建的思路分析

自BIM技術(shù)在國內(nèi)推廣以來，基于Revit平臺的結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)的使用力度相比建筑、機(jī)電專業(yè)略顯單薄，近幾年隨著全專業(yè)BIM正向設(shè)計理念在國內(nèi)的普及，對結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用能力要求不斷提高。在項目實踐中如何提高結(jié)構(gòu)模型在多專業(yè)協(xié)同設(shè)計中的應(yīng)用價值成為越來越多結(jié)構(gòu)工程師研究的方向，而Revit軟件作為一個全專業(yè)融合的BIM軟件，為建筑-結(jié)構(gòu)BIM模型協(xié)同創(chuàng)建提供了較好的實踐平臺，基于結(jié)構(gòu)專業(yè)的BIM模型不需要二次修改和調(diào)整可以直接進(jìn)行建筑專業(yè)模型的創(chuàng)建和修改，具有較大的便利性。

（1）基于結(jié)構(gòu)模型直接修改完善形成建筑模型

在Revit軟件中創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型主要完成框架構(gòu)件的創(chuàng)建，在協(xié)同設(shè)計中，一般會利用已有的框架模型，直接增設(shè)飾面層來達(dá)到快速完成建筑模型的目的。利用飾面層材質(zhì)編輯中的圖形參數(shù)和外觀參數(shù)設(shè)置，控制整體模型的精度LOD值和項目整體的可視化效果。

在創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建過程中，工作人員需要考慮后期建筑模型的融入，模型創(chuàng)建精細(xì)度、專業(yè)融合度等以達(dá)到后期多專業(yè)的高度協(xié)同；建筑結(jié)構(gòu)模型的無縫銜接，為后期機(jī)電模型與建筑模型融合后的全專業(yè)模型碰撞檢測帶來了便利，在項目時間充裕，專業(yè)融合度高、BIM技術(shù)虛擬仿真施工和全過程工程造價控制的項目中應(yīng)用優(yōu)勢明顯；但此種多專業(yè)模型協(xié)同思路必須優(yōu)先完成結(jié)構(gòu)模型，這將不利于整個項目的協(xié)同分工，不適用于項目進(jìn)度緊張、團(tuán)隊人員充足的情況。下面以建筑樓板和隔墻創(chuàng)建的操作方法具體介紹基于結(jié)構(gòu)模型直接修改完善為建筑模型的思路。

1）為已有框架構(gòu)件增設(shè)飾面層

依據(jù)項目專業(yè)協(xié)同設(shè)計好的項目標(biāo)高基數(shù)，確定結(jié)構(gòu)模型與建筑模型的共同標(biāo)高，利用Revit軟件建筑-結(jié)構(gòu)-機(jī)電系統(tǒng)全專業(yè)集于一身的優(yōu)勢，將創(chuàng)建完成的結(jié)構(gòu)模型復(fù)制重命名為建筑模型，利用已有的結(jié)構(gòu)模型，按照LOD400進(jìn)行補(bǔ)充完善為建筑模型。

以樓板為例，首先在建筑樣板里按照項目設(shè)計要求，重新定義一個裝飾樓板類型，如下圖2，基于機(jī)構(gòu)模型的建筑模型，不需要考慮樓板的混凝土結(jié)構(gòu)層，直接按照商鋪樓板裝修層的構(gòu)造層次分別給定裝飾板基層、找平層、結(jié)合層、附加層和面層的材質(zhì)與厚度。為了便于樓板構(gòu)造層次的區(qū)分，直接將底板基層設(shè)置為結(jié)構(gòu)層，形成此處結(jié)構(gòu)混凝土樓板對應(yīng)的裝飾面板，接著對照混凝土樓板創(chuàng)建位置直接繪制對應(yīng)的裝飾面板，完成建筑樓板的創(chuàng)建。創(chuàng)建過程中，利用Revit軟件“視圖平鋪”的功能，實時進(jìn)行模型比對，保證建筑模型創(chuàng)建的精確度，避免二次修改，提高設(shè)計效率。

圖2 利用已有結(jié)構(gòu)板創(chuàng)建裝飾面板BIM模型對比圖

同裝飾樓板做法，后續(xù)繼續(xù)定義天花板、屋面防水構(gòu)造層、墻體內(nèi)外飾面板等裝飾面板，對照結(jié)構(gòu)模型逐一繪制于結(jié)構(gòu)模型對應(yīng)構(gòu)件面層，利用結(jié)構(gòu)模型快速完成建筑飾面層的創(chuàng)建。

2）隔墻模型創(chuàng)建方法

完成飾面層增設(shè)后的建筑模型已經(jīng)初具雛形，前期結(jié)構(gòu)模型里中缺乏分隔維護(hù)的建筑墻體，繼續(xù)依據(jù)建筑設(shè)計要求創(chuàng)建新的墻體構(gòu)件類型，在創(chuàng)建好的隔墻上布置門窗欄桿等，形成完整的建筑模型。創(chuàng)建建筑墻體的方法有多重，第一種為直接將墻體的主要材料層和內(nèi)外飾面作為一個構(gòu)件進(jìn)行創(chuàng)建，這種創(chuàng)建方法優(yōu)點在于精度高，建?？?，可視化整體性強(qiáng)；但對于后期材料消耗量統(tǒng)計不能按照砌筑工程和墻體裝飾面層的實際消耗量進(jìn)行工程實物量計算，工程量計算誤差較大；第二種為，基于BIM模型貫穿設(shè)計-造價-施工-管理全過程信息數(shù)據(jù)的目的，可以將建筑隔墻的內(nèi)飾面層、砌體層、外飾面層依次分開按照對應(yīng)位置創(chuàng)建墻體類型，疊加繪制墻體模型，此種建模方法前期建模略耗時間，顯得效率降低，但將大大提高BIM模型在下游造價工作中的利用度，有效提高BIM協(xié)同的價值。圖下圖，砌體層加飾面構(gòu)造層總厚度為100mm的衛(wèi)生間墻體，按照單一整體創(chuàng)建只需要繪制一道墻體即可。而按照材料進(jìn)行區(qū)分的第二種創(chuàng)建方法，至少需要在同一位置創(chuàng)建3個墻體模型，為了對比區(qū)分，本圖將飾面層和砌體層之間預(yù)留了空隙，項目實踐中，需要將各個飾面層表面進(jìn)行對齊，通過數(shù)據(jù)計算，可以確定墻體總厚度保持不變。具體建模過程的構(gòu)造區(qū)分見下圖3。

圖3 建筑隔墻一體化建模與分構(gòu)造層次模型對比圖

（2）建筑、結(jié)構(gòu)模型分專業(yè)獨立創(chuàng)建

國內(nèi)項目在BIM技術(shù)應(yīng)用的實踐中，建筑模型和結(jié)構(gòu)模型彼此獨立，各自建模的情況也較為普遍，建筑組按照初步設(shè)計創(chuàng)建建筑模型，結(jié)構(gòu)組依據(jù)施工圖初步設(shè)計完成結(jié)構(gòu)模型。分開獨立的操作可以實現(xiàn)專業(yè)分工、加快各專業(yè)模型完成進(jìn)度；建筑模型創(chuàng)建過程中不需要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的干擾，碰撞構(gòu)件可以在建筑模型中統(tǒng)一協(xié)調(diào)，對于建筑團(tuán)隊而言模型精度高，利用率和周轉(zhuǎn)率較高。

結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵工作之一是將結(jié)構(gòu)設(shè)計模型轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)分析模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算。通過對比分析，基于Revit創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析，與將Revit建立的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入專業(yè)結(jié)構(gòu)分析計算軟件的結(jié)果基本準(zhǔn)確，也能在后期結(jié)構(gòu)分析計算軟件中導(dǎo)出結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)，但復(fù)雜構(gòu)件和異形構(gòu)件數(shù)據(jù)等容易出現(xiàn)識別不了的狀況，導(dǎo)致在建筑、結(jié)構(gòu)分專業(yè)建立BIM模型時，基于Revit的結(jié)構(gòu)模型后期利用率不高，影響同一軟件創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型的積極性，使得后期多專業(yè)協(xié)同匹配度降低。

利用Revit軟件完成建筑-結(jié)構(gòu)多專業(yè)模型創(chuàng)建的項目，在后期專業(yè)協(xié)同過程中，利用鏈接合成的全專業(yè)模型構(gòu)件重復(fù)率較第一種方式要高，建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)在主要手里構(gòu)件處碰撞點較多，后期依據(jù)結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)調(diào)整優(yōu)化建筑模型，提高了結(jié)構(gòu)模型在專業(yè)協(xié)同過程中的定位，從項目設(shè)計精確度上使得設(shè)計質(zhì)量有效提高，但從時間成本降低了建筑模型創(chuàng)建的工作效率；使得結(jié)構(gòu)模型在設(shè)計階段價值較低，僅服務(wù)于后期施工模擬過程中，進(jìn)行4D施工進(jìn)度模擬分析，不能有效的實現(xiàn)專業(yè)協(xié)同設(shè)計，整個項目多專業(yè)協(xié)同設(shè)計中的人工消耗成本較高。

（3）分樓層建筑-結(jié)構(gòu)專業(yè)同步進(jìn)行

目前國際國內(nèi)智慧城市建設(shè)如火如荼，隨著CIM平臺研發(fā)應(yīng)用的日益完善，分樓層的BIM模型能夠提供精度更高，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)，信息更全的一體化數(shù)據(jù)，使得建筑空間由外向內(nèi)切換時可視化數(shù)據(jù)更完善。因此，按照建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)模型可依據(jù)實際情況按建筑分區(qū)、按子項、按施工縫、按樓層劃分的模型拆分規(guī)定，近幾年有部分BIM技術(shù)人員結(jié)合CIM平臺的應(yīng)用要求提出一種分樓層多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的思路。本項目案例分樓層建筑-結(jié)構(gòu)模型對比圖，如下圖4。

圖4 分樓層建筑-結(jié)構(gòu)協(xié)同模型對比圖

《建筑工程設(shè)計信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定施工圖設(shè)計階段對應(yīng)的模型精細(xì)度等級不宜低于LOD300，以框架柱為例，要求柱子按照施工工法分層建模?？紤]全專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計的應(yīng)用深度，在項目實施初期，BIM項目負(fù)責(zé)人需要統(tǒng)一整個設(shè)計團(tuán)隊全專業(yè)的項目樣板，確定建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同一體化高程坐標(biāo)，確定建筑-結(jié)構(gòu)專業(yè)構(gòu)件劃分原則及權(quán)限，保證項目進(jìn)行過程中協(xié)同數(shù)據(jù)的一致性。具體實施過程中，根據(jù)項目體量將團(tuán)隊成員依據(jù)進(jìn)度安排進(jìn)行任務(wù)量的劃分，一般同一樓層的建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)由同一人執(zhí)行。此執(zhí)行模式對項目參與人員的專業(yè)能力要求更高，設(shè)計人員不僅要考慮實際工程設(shè)計需求，還需要具備一定的軟件應(yīng)用水平，同時還需要具備不同軟件之間的信息共享與雙向交互的能力。

分樓層多專業(yè)協(xié)同產(chǎn)生文件數(shù)量較多，對儲存空間要求高，同時在后期整個項目合成過程中，文件鏈接數(shù)量過多，為保證協(xié)同數(shù)據(jù)處理，在項目完成時需要針對每一樓層進(jìn)行綁定鏈接-復(fù)制-監(jiān)視，重復(fù)工作量加大，導(dǎo)致整體效率降低。但是分樓層建筑-結(jié)構(gòu)專業(yè)模型協(xié)同設(shè)計的思路，能夠?qū)⒔ㄖ畔?shù)據(jù)有效結(jié)合，做到了實時驗算建筑凈空高、合理進(jìn)行室內(nèi)空間布局，減少了不同專業(yè)技術(shù)人員修改設(shè)計方案的沖突性，保證了建筑施工圖紙的一致性和準(zhǔn)確性。

（4）“工作集”協(xié)同建筑-結(jié)構(gòu)模型同步進(jìn)行

Revit軟件針對BIM協(xié)同工作提出的“工作集”概念其實就是一種工作共享的工作模式。針對同一項目的的BIM模型數(shù)據(jù)，要求在同一局域網(wǎng)利用工作集的方式對中心文件進(jìn)行劃分，一般按照專業(yè)設(shè)定工作組成員，建筑-結(jié)構(gòu)專業(yè)組成員可以各自在自己的終端，對服務(wù)器的中心文件進(jìn)行同步設(shè)計，過程中實時將自己的文件同步到中心文件，不同專業(yè)組的成員按照設(shè)定的權(quán)限可以相互查看對方設(shè)計進(jìn)度與成果，中心文件可以在服務(wù)器終端對整個項目進(jìn)行實時監(jiān)控與調(diào)整優(yōu)化，此過程中項目工作人員實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的實時傳遞與共享，對項目的協(xié)同應(yīng)用效果明顯。此時不論是采用以上三種建筑-結(jié)構(gòu)設(shè)計中的任何一種方式都能夠滿足協(xié)同設(shè)計的目的。

但工作集協(xié)同模式在項目實施過程中，所有參與者的過程文件都需要按照時間進(jìn)度節(jié)點及時傳遞到中心文件，對承載中心文件的終端設(shè)備要求較高，導(dǎo)致終端設(shè)備造價較高；各參與者的應(yīng)用管理權(quán)限設(shè)定必須清晰，否則容易出現(xiàn)文件被誤改誤刪的現(xiàn)象；且必須在同一局域網(wǎng)內(nèi)部實施，對于異地同步工作不能充分發(fā)揮作用。

4 結(jié)束語

近幾年來，我國建筑行業(yè)隨著BIM技術(shù)推廣力度的逐步加大，應(yīng)用能力日益成熟，基于BIM的多專業(yè)協(xié)同正向設(shè)計成為根本追求。在項目實踐過程中，不斷對比分析論證不同協(xié)同模式的優(yōu)缺點，建立具有推廣性的多專業(yè)協(xié)同思路以及標(biāo)準(zhǔn)化文件；利用協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用過程中數(shù)據(jù)共享、全專業(yè)一體化信息集成，真正發(fā)揮BIM技術(shù)在項目全壽命周期中的作用，助力智慧城市的發(fā)展與建設(shè)，是每一個BIM工作者不斷前行和努力的方向。