余 括

（軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中鐵一院），西安710043）

0 引 言

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的推廣應(yīng)用，各大設(shè)計(jì)院都在嘗試基于BIM 的正向設(shè)計(jì)，單純基于Revit軟件無(wú)論是二次開(kāi)發(fā)還是自主研發(fā)都無(wú)法完美解決特殊建筑形式的各專(zhuān)業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)。而整合Autodesk、Bentley、Tekla、Lumion 各大平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)其開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口、實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)在多平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)，借助一套BIM 模型數(shù)據(jù)，完成站房BIM正向設(shè)計(jì)［1-4］。如圖1 所示的站房BIM 正向設(shè)計(jì)應(yīng)用流程。部分研究者使用Revit軟件中的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、漫游、碰撞等模塊建立相應(yīng)模型，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)及插件也實(shí)現(xiàn)了基于Revit的綜合模型創(chuàng)建。無(wú)論如何利用，開(kāi)發(fā)Revit都存在一個(gè)致命的問(wèn)題，即使是生成了BIM模型，但卻無(wú)法生成滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)制圖標(biāo)準(zhǔn)的二維設(shè)計(jì)成果，也無(wú)法與國(guó)際數(shù)控加工平臺(tái)對(duì)接的，實(shí)現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)全生命周期傳遞。對(duì)于具有地域特色的站房景觀效果體現(xiàn)單純基于Revit軟件也無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)意的效果。對(duì)于站房多平臺(tái)全專(zhuān)業(yè)BIM 模型整合、BIM 出圖、BIM效果展示尚未有實(shí)際工程進(jìn)行應(yīng)用研究。

圖1 站房BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用流程Fig.1 The application process of station building BIM forward design

以某站房工程為背景，首先基于Revit 的建筑、混凝土結(jié)構(gòu)、機(jī)電BIM 正向設(shè)計(jì)，并完成其各專(zhuān)業(yè)施工圖、工程量輸出；然后基于Staad 的屋面鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架BIM計(jì)算分析，并通過(guò)其與Tekla的數(shù)據(jù)接口輸出主體桿件模型到Tekla中，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)屋面網(wǎng)架細(xì)部節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)及出圖與材料統(tǒng)計(jì)［5-9］，如圖2 所示。最終將Tekla 模型輸出為.skp數(shù)據(jù)格式文件導(dǎo)入到Revit 中進(jìn)行機(jī)電BIM 管線(xiàn)綜合設(shè)計(jì)，輸出管線(xiàn)綜合圖紙。同時(shí)將Revit模型通過(guò)與Bentley 的接口i-model 云技術(shù)導(dǎo)出為*.i.dgn 數(shù)據(jù)格式，Tekla 模型通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到Navigator 中實(shí)現(xiàn)基于Bentley 平臺(tái)的數(shù)據(jù)無(wú)損整合，并保證BIM模型的輕量化傳遞，從而進(jìn)行碰撞檢測(cè)，為管線(xiàn)綜合提供數(shù)據(jù)支撐。完成以上所有工作后直接基于正向設(shè)計(jì)BIM 模型，將Revit模型導(dǎo)出為dae 格式、Tekla 模型導(dǎo)出為Skp 格式，最終扭轉(zhuǎn)到Lumion 軟件中創(chuàng)建最終站房基于BIM 正向設(shè)計(jì)成果的景觀模型及效果圖制作，如圖3所示。

圖2 Staad數(shù)據(jù)輸入到Tekla屬性映射設(shè)置Fig.2 Staad data is entered into Tekla property mapping Settings

該方法探索了站房不同結(jié)構(gòu)形式構(gòu)件的計(jì)算分析及模型整合、出圖、算量的技術(shù)路線(xiàn)，其價(jià)值在于整合了目前市場(chǎng)針對(duì)各結(jié)構(gòu)形式國(guó)際主流的BIM 正向設(shè)計(jì)軟件，基于一套數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了碰撞檢測(cè)、景觀效果模擬，而不必單純基于Revit 軟件花費(fèi)大量的精力創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)族，而且生成的正向設(shè)計(jì)成果無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)出圖標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)數(shù)控機(jī)床的加工數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)少部分研究中通過(guò)購(gòu)買(mǎi)Bentley 全套軟件代替基于不同專(zhuān)業(yè)軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終解決了站房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算、出圖、工廠化加工數(shù)據(jù)、景觀效果模擬的綜合應(yīng)用問(wèn)題，但投入學(xué)習(xí)成本及軟件購(gòu)買(mǎi)成本較高，無(wú)法在站房BIM 正向設(shè)計(jì)中進(jìn)行推廣利用。

圖3 某站房BIM效果圖Fig.3 BIM rendering of ruoqiang station building

以上技術(shù)路線(xiàn)解決了目前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要基于PKPM、YJK、Sap建立鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架計(jì)算分析模型并計(jì)算完成后，生成粗略鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架圖紙，然后基于其在Tekla 中建立網(wǎng)架及節(jié)點(diǎn)模型，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，再輸出深化網(wǎng)架圖紙的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了直接基于多平臺(tái)，多數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后在Lumion 軟件中直接制作景觀模型、VR場(chǎng)景模型。解決了傳統(tǒng)效果圖只能基于圖紙建立3dmax 三維模型，進(jìn)行景觀及效果圖制作的問(wèn)題。

1 族庫(kù)管理系統(tǒng)

中小型鐵路旅客站房工程BIM正向設(shè)計(jì)過(guò)程中由于項(xiàng)目需要大量的族構(gòu)件，為從源頭解決BIM 正向設(shè)計(jì)的效率及設(shè)計(jì)成果的統(tǒng)一性、規(guī)范性，建立了企業(yè)族庫(kù)管理系統(tǒng)，如圖4 所示，并基于我院劃分的最小單元就結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行層級(jí)劃分，同時(shí)為族構(gòu)件添加后期需要出圖的圖例及計(jì)算工程量所需的參數(shù)，保證項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期完善的構(gòu)件庫(kù)對(duì)項(xiàng)目最大的效率提升。

圖4 族庫(kù)管理系統(tǒng)Fig.4 Family library management system

2 基于最小單元結(jié)構(gòu)樹(shù)的構(gòu)件編碼

通過(guò)族構(gòu)件進(jìn)行了基于最小單元結(jié)構(gòu)樹(shù)的構(gòu)件編碼，保證后期站房全生命周期數(shù)據(jù)字典，使設(shè)計(jì)BIM 模型能夠基于一套規(guī)則體系在施工、運(yùn)維階段進(jìn)行BIM 數(shù)據(jù)的傳遞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基于最小單元結(jié)構(gòu)樹(shù)的構(gòu)件編碼的構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)，并為后期將構(gòu)件工程量與國(guó)標(biāo)定額計(jì)價(jià)規(guī)范掛接提供數(shù)據(jù)支持，如圖5所示。

圖5 屋面鋼構(gòu)件最小單元構(gòu)件編碼Fig.5 Minimum element code for roofing steel members

3 站房BIM建模設(shè)計(jì)

本次站房BIM 正向設(shè)計(jì)建模采用了Autodesk Revit、Staad、Tekla、Lumion 創(chuàng)建各專(zhuān)業(yè)BIM 模型，實(shí)現(xiàn)了基于BIM模型的算量、出圖。

3.1 建筑BIM正向設(shè)計(jì)

建筑專(zhuān)業(yè)通過(guò)Revit 建立了建筑、內(nèi)裝、外裝BIM 模型。導(dǎo)入到模擬軟件Vasari 2 進(jìn)行通風(fēng)模擬、光照分析。并與其他專(zhuān)業(yè)BIM模型整合，生成了門(mén)窗及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)大樣，如圖6所示。

圖6 站房建筑BIM正向設(shè)計(jì)Fig.6 Forward design of station building BIM

3.2 結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)前期利用YJK建立結(jié)構(gòu)分析模型進(jìn)行整體計(jì)算，滿(mǎn)足要求后通過(guò)YJK for Revit導(dǎo)入Revit生成混凝土結(jié)構(gòu)。

3.2.1 混凝土結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)

采用Revit建立了詳圖大樣聯(lián)動(dòng)機(jī)制，通過(guò)修改構(gòu)件界面尺寸，相應(yīng)的詳圖大樣自動(dòng)變化，避免了由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)重復(fù)修改帶來(lái)的設(shè)計(jì)錯(cuò)漏碰撞問(wèn)題。同時(shí)建立了二、三維聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在構(gòu)件屬性中關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)鋼筋信息，后期調(diào)整時(shí)只需要修改構(gòu)件屬性中的數(shù)值、鋼筋標(biāo)注及工程量統(tǒng)計(jì)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)變化，提高了設(shè)計(jì)效率。同時(shí)通過(guò)導(dǎo)入計(jì)算鋼筋數(shù)據(jù)，利用BIM 模型數(shù)據(jù)的承載性直接框選需要生成三維鋼筋的模型直接為構(gòu)件創(chuàng)建三維鋼筋實(shí)體并自動(dòng)計(jì)算滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的錨固長(zhǎng)度、搭接長(zhǎng)度，使設(shè)計(jì)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)鋼筋存在的碰撞、鋼筋過(guò)密等設(shè)計(jì)問(wèn)題，也為后期施工復(fù)雜鋼筋節(jié)點(diǎn)交底提供了可視化三維數(shù)據(jù)，極大地解放了生產(chǎn)力。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用YJK建立混凝土結(jié)構(gòu)模型并通過(guò)YJK for revit，將混凝土結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入Revit 中進(jìn)行圖紙輸出，由于Revit 建立圖紙時(shí)需要大量的填充圖案，在Revit 中制作相當(dāng)麻煩，本項(xiàng)目探索了直接在cad 中利用成熟的二維設(shè)計(jì)手段創(chuàng)建大量的填充樣式，直接將含有大量填充圖案的cad 圖紙導(dǎo)入到Revit 中，并炸開(kāi)圖紙，即在Revit 填充圖案類(lèi)型中自動(dòng)創(chuàng)建與二維圖案一致的圖案詳圖，從而進(jìn)行施工圖的制作。最終導(dǎo)入后的BIM 模型直接繼承了結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)，通過(guò)一鍵生成三維鋼筋功能，如圖7 所示。在三維視圖中選取需要生成鋼筋的構(gòu)件，即自動(dòng)根據(jù)配筋計(jì)算數(shù)據(jù)生成三維鋼筋，且同時(shí)滿(mǎn)足規(guī)范要求的搭接長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度等。

圖7 可視化三維鋼筋模型Fig.7 Visualized 3d steel bar model

3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)

由于Bentley staad 具備強(qiáng)大的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)形體建模分析功能，借助staad 建立了本項(xiàng)目屋面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型，如圖8 所示，并通過(guò)不斷調(diào)整BIM 模型構(gòu)件尺寸及相關(guān)數(shù)據(jù)，使計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如圖9-圖12所示，證明了復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)直接基于BIM模型進(jìn)行計(jì)算分析的可行性、便捷性并為今后同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)提供參考。應(yīng)用此解決方案解決了目前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法基于PKPM、YJK、Sap2000在設(shè)計(jì)計(jì)算分析前期建立同時(shí)滿(mǎn)足后期要求的BIM 模型的問(wèn)題，導(dǎo)致在計(jì)算分析時(shí)需要建立計(jì)算分析模型，后期重復(fù)建立鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型，也無(wú)法為鋼結(jié)構(gòu)深化加工提供滿(mǎn)足要求的BIM模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖8 Staad鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析數(shù)據(jù)Fig.8 Staad steel structure calculation and analysis data

圖9 Staad鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析報(bào)告書(shū)Fig.9 Staad steel structure analysis report

圖10 Staad鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析數(shù)據(jù)Fig.10 Staad steel structure calculation and analysis data

圖11 Tekla鋼結(jié)構(gòu)深化網(wǎng)架模型Fig.11 Tekla steel structure deepen mesh model

Tekla建立螺栓球節(jié)點(diǎn)模型包括以下步驟：

首先創(chuàng)建一個(gè)大球，再創(chuàng)建一個(gè)小球，然后用小球切大球，最后把小球刪除掉，再為該節(jié)點(diǎn)添加上桿件連接的零件即可完成網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。

圖12 網(wǎng)架螺栓球深化節(jié)點(diǎn)Fig.12 Grid bolt ball to deepen the node

通過(guò)宏對(duì)Tekla組件零件、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)解決了空間網(wǎng)架建模過(guò)程中節(jié)點(diǎn)處理問(wèn)題，并且可以批量快速創(chuàng)建螺栓球及切割，而且還提供了多種不同的選擇項(xiàng)供設(shè)計(jì)人選擇，大大提高了詳圖技術(shù)工作者建模的技術(shù)實(shí)力，減少了網(wǎng)架建模的工作量，避免了因工作繁雜帶來(lái)的不必要誤差。

圖13 網(wǎng)架螺栓球深化步驟Fig.13 Grid bolt ball deepening steps

圖14 網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)類(lèi)型Fig.14 Type of grid bolt ball joint

圖15 網(wǎng)架螺栓球宏編譯界面Fig.15 Macro compiling interface of grid bolt sphere

傳統(tǒng)CAD 圖紙表達(dá)信息缺乏直觀性，同時(shí)當(dāng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，圖紙表達(dá)較為繁瑣。目前螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究還存在很大局限，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者要么僅得到結(jié)構(gòu)外觀模型，要么僅建立力學(xué)分析模型，大多缺乏BIM思維，從而忽視了BIM模型的真正含義。建模是BIM 的核心，但BIM 不等于建模，BIM 模型集成了“仿真”和“信息化”兩大要點(diǎn)。遍歷國(guó)內(nèi)外研究成果，并無(wú)任何有關(guān)空間網(wǎng)架BIM“仿真”建模的有效研究，多數(shù)模型僅做外觀處理，并無(wú)細(xì)節(jié)可言，形成的空間網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)并無(wú)區(qū)分螺栓球節(jié)點(diǎn)和焊接球節(jié)點(diǎn)，模型所有節(jié)點(diǎn)相同并無(wú)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)參數(shù)，缺乏BIM模型“仿真”要點(diǎn)，無(wú)法將模型應(yīng)有的信息傳遞到施工、運(yùn)維階段，使BIM后期操作變得無(wú)力。

從最初簡(jiǎn)單的幾何體組合發(fā)展到現(xiàn)如今復(fù)雜的三維曲面造型，實(shí)體模型是當(dāng)前各主流BIM 軟件的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)BIM 而言，三維實(shí)體建模的最大優(yōu)點(diǎn)除可進(jìn)行布爾運(yùn)算和剪切運(yùn)算外，更加適合鋼結(jié)構(gòu)工程信息在模型上的集成、施工詳圖同模型的智能化關(guān)聯(lián)、參數(shù)化數(shù)字建模等。

鑒于此，使用該項(xiàng)目研究的方法創(chuàng)建球及球切割的功能，通過(guò)對(duì)空間網(wǎng)架BIM 仿真建模進(jìn)行研究，擴(kuò)展了BIM在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的功能，并且完成了空間網(wǎng)架仿真建模以及基于Tekla 原有節(jié)點(diǎn)庫(kù)螺栓球節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)充，重新詮釋了鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型的意義，為今后鋼結(jié)構(gòu)BIM 網(wǎng)架部分的建模提供參考和理論依據(jù)。

該站房為BIM 正向試點(diǎn)工程，旨在通過(guò)該試點(diǎn)打通BIM正向設(shè)計(jì)的技術(shù)路線(xiàn)，總結(jié)其問(wèn)題，為今后更好地在鐵路建筑中應(yīng)用BIM 技術(shù)，從而推動(dòng)國(guó)家BIM政策的發(fā)展，其具有代表性與探索性。

本工程所處氣候條件較惡劣，為避免今后因長(zhǎng)期服役引起的鋼構(gòu)件材料退化及在氣候變化引起溫度變化幅度不斷增大的雙重因素作用，考慮到空間結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定性對(duì)施工荷載作用比較敏感和鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝要求比較嚴(yán)格，同時(shí)兼顧加固施工不能影響結(jié)構(gòu)正常使用，該站房機(jī)電工程采用裝配式設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝安裝，鋼網(wǎng)架屋面中存在給排水及消防管線(xiàn)穿越，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)只能承受節(jié)點(diǎn)荷載，桿件一般不能承受橫向荷載，在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮碰撞發(fā)生在網(wǎng)架邊緣節(jié)點(diǎn)位置，且節(jié)點(diǎn)碰撞接觸后應(yīng)阻止網(wǎng)架繼續(xù)移動(dòng)?，F(xiàn)有的螺栓球節(jié)點(diǎn)都為圓鋼球，圓鋼球之間接觸為點(diǎn)點(diǎn)接觸，接觸面積太小往往在碰撞接觸后不能阻止網(wǎng)架繼續(xù)移動(dòng)，最終桿件相碰導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞?；贐IM技術(shù)建立了螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三維實(shí)體并與其他專(zhuān)業(yè)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，有效避免了管線(xiàn)與網(wǎng)架及球節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生碰撞，解決了螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與主體混凝土結(jié)構(gòu)、虹吸雨水系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)的沖突問(wèn)題。

在后期工程竣工后交付BIM 模型，并將用于站房的智能化運(yùn)營(yíng)管理，減少了后期難于檢查、清潔、涂漆和容易積灰的死角，及時(shí)對(duì)球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)不同于其他鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型，普通技術(shù)路線(xiàn)需要結(jié)合Tekla、3D3S、MST等不同軟件來(lái)共同完成，要求設(shè)計(jì)人員更加全面，能利用不同的工具軟件對(duì)各細(xì)部的深化設(shè)計(jì)無(wú)縫對(duì)接。而本文只通過(guò)Staad建立計(jì)算分析模型，直接導(dǎo)入到Tekla中進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、出圖、工程量統(tǒng)計(jì)、預(yù)制加工，極大降低了設(shè)計(jì)人員對(duì)不同深化軟件的掌握性，同時(shí)項(xiàng)目中借助Tekla的開(kāi)放性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了本項(xiàng)目特有的參數(shù)化鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)庫(kù)、構(gòu)件材料表、公司數(shù)據(jù)庫(kù)等企業(yè)資源文件，為今后大型、特大型站房等復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)形式提供解決方案。

通過(guò)BIM 建模與深化單位進(jìn)行對(duì)接，直接將三維模型輸出到數(shù)控八軸方管圓管相貫線(xiàn)切割機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于Tekla軟件的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架桁架加工套料。真正實(shí)現(xiàn)了批量選擇批量輸出，一鍵生成加工代碼，避免Tekla轉(zhuǎn)換CAD復(fù)雜建模程序提高生產(chǎn)效率。通過(guò)與傳統(tǒng)二維圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，提高了工廠加工的排料速度和利用率，并能根據(jù)工程提前預(yù)算工程所需原材料，直接節(jié)約成本。

該項(xiàng)目通過(guò)探索基于計(jì)算分析線(xiàn)模，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)三維模型的快速建立，極大地提高建模效率。模型精度要求達(dá)到構(gòu)件加工級(jí)別，可精確統(tǒng)計(jì)每個(gè)構(gòu)件的信息，達(dá)到高精度建模的目的。基于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)三維模型能進(jìn)行空間碰撞檢查，規(guī)避網(wǎng)殼的錯(cuò)、漏、碰、缺。三維模型能夠應(yīng)用到構(gòu)件加工下料和現(xiàn)場(chǎng)施工安裝定位，到達(dá)提高生產(chǎn)效率、指導(dǎo)網(wǎng)殼施工的目的。

3.3 機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)

目前BIM 行業(yè)機(jī)電應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)最高，BIM 應(yīng)用成果最顯著，本項(xiàng)目直接基于Revit借助鴻業(yè)機(jī)電插件、Magicad創(chuàng)建了機(jī)電施工圖設(shè)計(jì)BIM 模型并進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算分析。通過(guò)BIM 的可視化、可協(xié)調(diào)性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一性基于機(jī)電模型鏈接建筑、結(jié)構(gòu)BIM 模型進(jìn)行調(diào)整管線(xiàn)排布，避免碰撞。如圖16所示，多專(zhuān)業(yè)協(xié)同，保證成果的統(tǒng)一性，解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無(wú)法表達(dá)設(shè)備管線(xiàn)空間排布、施工單位無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確管線(xiàn)敷設(shè)帶來(lái)的安全、質(zhì)量、返工等問(wèn)題。

圖16 機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)Fig.16 Forward design of electromechanical BIM

3.4 模型組裝

由于各軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，目前BIM正向設(shè)計(jì)需要提交基于同一平臺(tái)的數(shù)據(jù)格式，本項(xiàng)目將各專(zhuān)業(yè)Revit 模型通過(guò)與Bentley 的接口imodel云技術(shù)導(dǎo)出為*.i.dgn數(shù)據(jù)格式，即可快速實(shí)現(xiàn)A 平臺(tái)向B 平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸。利用Navigator 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了BIM 數(shù)據(jù)的無(wú)損傳遞，并解決了多專(zhuān)業(yè)、多平臺(tái)數(shù)據(jù)的整合。并基于Navigator進(jìn)行碰撞檢測(cè)，生成碰撞檢測(cè)報(bào)告，反饋給設(shè)計(jì)者，及時(shí)調(diào)整方案，尤其對(duì)BIM機(jī)電管線(xiàn)綜合提供碰撞點(diǎn)的位置及碰撞構(gòu)件信息，通過(guò)管線(xiàn)綜合解決設(shè)計(jì)中存在的碰撞問(wèn)題，發(fā)揮BIM 正向設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，如圖17所示。

圖17 模型整合與碰撞檢測(cè)Fig.17 Model integration and collision detection

4 BIM應(yīng)用研究

4.1 工程量統(tǒng)計(jì)

基于BIM正向設(shè)計(jì)BIM模型數(shù)據(jù)的承載性及三維圖形物理參數(shù)獲取的便捷性，直接提取構(gòu)件工程量參數(shù)并根據(jù)我院工程量計(jì)算表格生成滿(mǎn)足要求的工程量數(shù)據(jù)。如圖18 所示，解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)人員需要基于二維圖形計(jì)算工程量浪費(fèi)重復(fù)的生產(chǎn)力。

4.2 輕量化協(xié)同設(shè)計(jì)審核

圖18 機(jī)電BIM設(shè)備材料表Fig.18 Mechanical and electrical BIM equipment materials list

基于鐵路工程房建BIM正向設(shè)計(jì)文件審核平臺(tái)是利用BIM 技術(shù)，通過(guò)三維模型數(shù)據(jù)化、可視化，將審核界面分為左右兩部分，分別展示三維模型以及依據(jù)模型生成的二維圖形的方式，可以使審核人員對(duì)于被審核的房建設(shè)計(jì)文件從方案布置、空間尺寸等宏觀層面得到較為直觀的感知。如圖19 所示，也可快速準(zhǔn)確并且全面地檢查出細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題，較大地提高工程設(shè)計(jì)文件質(zhì)量。

圖19 基于BIM輕量化平臺(tái)的文件審核Fig.19 Document review based on BIM lightweight platform

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)行國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院都在進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)的研究，但主要研究都在基于Revit 解決全專(zhuān)業(yè)、全過(guò)程設(shè)計(jì)BIM 模型的創(chuàng)建及出圖的問(wèn)題，但忽視了BIM 發(fā)展過(guò)程中各軟件平臺(tái)的專(zhuān)業(yè)性、獨(dú)特性、無(wú)法替代性。

Revit 廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)、機(jī)電的BIM 正向設(shè)計(jì)；staad 適合大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)直接基于BIM 模型的計(jì)算與分析，并與國(guó)際接軌，無(wú)需BIM 數(shù)據(jù)與鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)的重復(fù)建模；Tekla 適合解決復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的深化，并具有強(qiáng)大的開(kāi)放性、開(kāi)發(fā)性、與鋼結(jié)構(gòu)加工廠數(shù)據(jù)對(duì)接性應(yīng)用；Bentley Navigator 軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)包容性、模型輕量化、便捷的操作性，從而實(shí)現(xiàn)BIM模型的數(shù)據(jù)整合與碰撞檢測(cè)。Lumion 軟件可快速完成景觀模型創(chuàng)建，避免傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)重新制作效果帶來(lái)的資源浪費(fèi)。某站房工程綜合采用國(guó)際化的主流BIM 軟件進(jìn)行BIM 正向設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了Revit、Staad、Bentley Navigator、Tekla、Lumion 等BIM 軟件的綜合應(yīng)用，無(wú)須花費(fèi)大量的精力基于Revit二次開(kāi)發(fā)插件即可解決站房多專(zhuān)業(yè)、多建筑形式的BIM正向設(shè)計(jì)問(wèn)題。

通過(guò)此次站房BIM 正向設(shè)計(jì)，通過(guò)各軟件的專(zhuān)業(yè)性并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)損整合，說(shuō)明要進(jìn)行站房各專(zhuān)業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)，不必執(zhí)著于單一的軟件的問(wèn)題，取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合應(yīng)用各軟件的優(yōu)勢(shì)，然后解決數(shù)據(jù)的整合及數(shù)據(jù)傳遞。此次站房BIM正向設(shè)計(jì)探索取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及可操作性，不失為一條思路清晰、技術(shù)可行的技術(shù)路線(xiàn)。

6 結(jié) 論

基于BIM設(shè)計(jì)通過(guò)構(gòu)建參數(shù)化三維模型并與構(gòu)件幾何關(guān)系相關(guān)聯(lián)，只需對(duì)三維模型剖切進(jìn)行標(biāo)注后，其相關(guān)的圖紙大樣即可聯(lián)動(dòng)生成，大大提高了設(shè)計(jì)效率，且生成的圖紙?jiān)谌S模型發(fā)生變化會(huì)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)變化，有效避免了二維設(shè)計(jì)的重復(fù)修改帶來(lái)的錯(cuò)漏碰缺等問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)了通過(guò)構(gòu)件參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)模型的變化，達(dá)到一處變、處處同步修改的目的，從而提高建模效率，縮短建模工期。

某 站 房 工 程 依 托 于Revit、Staad、Bentley Navigator、Tekla、Lumion 等軟件進(jìn)行了全專(zhuān)業(yè)、全過(guò)程的站房BIM 正向設(shè)計(jì)，解決了多平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，多結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算分析，多數(shù)據(jù)的無(wú)損整合。施工和運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用還有待開(kāi)展。研究結(jié)果表明，綜合采用多平臺(tái)的BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行站房各專(zhuān)業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)是切實(shí)可行、符合工程設(shè)計(jì)的，輸出的工程量滿(mǎn)足實(shí)際需求，采用多平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同上設(shè)計(jì)，并完成在統(tǒng)一平臺(tái)的數(shù)據(jù)整合，基于同一套數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)、景觀表現(xiàn)、漫游可視化、VR虛擬現(xiàn)實(shí)模擬，提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程存在的錯(cuò)漏碰撞，提高了BIM 模型資源利用率。為以后復(fù)雜建筑形式的站房的BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用與推廣打下良好的基礎(chǔ)。