王 茹 行 媛 聞華洲

(1.西安建筑科技大學 土木工程學院，西安 710055； 2.成都基準方中建筑設計有限公司西安分公司，西安 710054)

引言

近年來，隨著BIM技術自身的發(fā)展以及國家的相關要求，工程領域各方都在極力探索適用于自身的BIM技術應用。作為五方主體之一的設計方也一直在尋求標準化、規(guī)則化的BIM技術應用方法。然而，國內(nèi)設計方的BIM應用雖在推進中，但是推進速度很慢，效率很低，且只有一些大型的設計院在個別結構復雜的大型項目上運用BIM技術或者在某些特殊的專項設計上運用BIM技術，對于大量的一般性常規(guī)設計項目卻很少采用，很難體現(xiàn)BIM技術作為信息化數(shù)據(jù)模型所具有的優(yōu)勢，使得業(yè)主和相關各方對于BIM技術缺乏足夠的認知，進而失去用戶的信任。

BIM(Building Information Modelling)概念由Chuck Eastman教授首次提出[1]，具有直觀性、可分析性、可共享性、可管理性[2]。目前BIM技術已經(jīng)應用到房建、古建筑、隧道、橋梁道路等多個領域[3]，主要應用點在碰撞檢查、可視化、各專業(yè)協(xié)同作業(yè)、模擬性、建筑性能優(yōu)化以及綜合出圖[4]。

基于BIM技術的優(yōu)越性以及目前國內(nèi)設計院現(xiàn)狀，通過實際項目的實施情況，將建筑專業(yè)進行設計時能夠達到施工圖出圖要求的建模標準、模型精度、運用BIM正向設計的技術要點以及模型的質量控制進行說明，以使設計院在BIM正向設計的應用過程中，體驗到效率提升帶來的愉悅，而不是陷入遲遲未看到光明前景的相關人員成本增加、效率低下、進度延期的艱難境地。

1 工程案例

1.1 項目概況

該項目位于西安市西咸新區(qū)，毗鄰地鐵1號線，緊鄰西咸萬象城，周邊具有多種業(yè)態(tài)形式，項目效果圖如圖1。項目共有8棟地上超高層建筑，本文以首開區(qū)1、8、9號樓在施工圖設計階段的正向流程為依據(jù)，歸納總結出一套適用于設計院建筑專業(yè)進行正向設計的常規(guī)流程。

1、9號樓均屬一類高層公建性質，地上29層，地下兩層。層高5m，建筑高度145.05m，框架剪力墻結構，樁筏基礎。1號樓基底面積2 339.87m2，建筑總面積38 637.21m2。9號樓基底面積1 928.56m2，建筑總面積為37 329.12m2。首層和二層為商業(yè)業(yè)態(tài)，其他層為辦公，建筑高度超過限值，在第十層和第二十層設置避難層同時兼具設備用房功能。

8號樓為一類高層公建性質，地上30層，地下2層。層高4.5m，建筑高度136.55m，框架剪力墻結構，樁筏基礎。基底面積2 780.08m2，建筑地上總面積41 430.69m2。首層和二層為商業(yè)，其他層為LOFT公寓，第10層和第20層為避難層同時兼具設備用房功能。

圖1 項目效果圖(來自西安基準)

1.2 項目建筑專業(yè)內(nèi)組織與管理

在建筑專業(yè)內(nèi)部，設置設總一名、專業(yè)負責人一名、設計人員三名。層次架構簡單明了，對接和責任劃分比較明確。設計人員負責模型建立、和各專業(yè)子項人員的對接。專負負責統(tǒng)籌安排全專業(yè)的工作，進行進度、質量等的細部把關，同時對接甲方設計部門進行報審報建工作、以及現(xiàn)場施工單位。設總對整個項目進行進度、質量的把關，進行項目的校核和審定、對接甲方等工作。

2 BIM正向設計流程

2.1 建模標準和精度

目前我國已經(jīng)出臺了《建筑工程設計信息模型交付標準》，標準對于設計階段中的BIM模型的命名規(guī)則、模型精度、模型下一階段的交付內(nèi)容都做出了詳細的規(guī)定。根據(jù)項目的進度，設計人員在不同時期可以對應標準的具體要求進行設計。在此國家級統(tǒng)一的交付標準之下，個別大型設計院編寫了適用于本院的企業(yè)級BIM建模標準和模型精度要求，企業(yè)級的BIM標準往往都是通過實際工程經(jīng)驗的積累產(chǎn)生，更貼近工程實際，更能夠滿足業(yè)主要求，更能夠進行落地操作。它們結合了二維施工圖的出圖要求和公司自己的慣例表達，在建模的過程中，能夠有效地建立需要建立的模型，方便后期出圖。

LOD是衡量模型精細程度的指標，《交付標準》中明確模型的精細程度宜分別選用信息粒度和建模精度的等級[5]。模型詳細程度等級越高則體現(xiàn)的信息越精細也越完整，但內(nèi)存也會越大，對計算機性能的要求也越高，所以構件信息深度應遵循“適度原則”[6]。本項目在“適度原則”的基礎上，采用了LOD400級信息粒度，3級建模精度，最大程度地反映關鍵性的設計意圖和施工要求，滿足建造安裝流程、采購等精細識別需求。

2.2 BIM模型質量控制

對于模型的質量管理，目前國家還沒有出具相關的標準和要求，絕大多數(shù)的設計院基于二維CAD圖紙建立了質量管理體系，對于三維模型的質量監(jiān)管大都處于空白，各大軟件廠商也都在此領域進行探索。本項目在公司自有質量管理平臺上進行模型的質量控制，質管平臺頁面如圖2所示。

圖2 項目質量管理平臺頁面(來自西安基準)

2.3 建筑專業(yè)正向設計流程[7]

本項目設計單位擁有公司級的BIM建模標準族庫，并通過公司服務器進行共享，通過自主開發(fā)后的Revit插件進行調用，如圖3(a)、(b)所示，且標準族庫中的族只能使用，不能在服務器上進行修改保存，如圖3(c)所示。根據(jù)不同設計師的使用習慣以及不同項目的參數(shù)不同，設計師可進行相近族文件本地保存編輯。因此，本流程中，族庫部分不再贅述。

(a)公司級的BIM建模標準族庫 (b)族庫菜單 (c)公司級的BIM建模標準族庫的使用

(1)項目樣板的制作

為滿足標準施工圖的出圖要求，且強調BIM模型的良性傳遞和復用，公司制定了適用于方案設計、初步設計、施工圖設計和全過程設計的通用施工圖樣板文件，如圖4所示。在項目啟動之后，由各項目子項設計人員對項目樣板進行適用于本項目的深化，作為子項創(chuàng)建時的基礎文件使用。項目樣板為新開項目提供了包括視圖樣板(如圖5所示)、已載入族、已定義的設置(單位、填充樣式、線樣式、線寬、視圖比例等)和幾何圖形，文件擴展名“rte”。

圖4 通用施工圖樣板文件(來自西安基準)

圖5 視圖樣板(部分)

(2)標準層正向全過程(其余層流程相同)

在BIM模型建立的過程中，根據(jù)實際的項目工作量以及后期出圖的需要，采用了類似二維CAD的“拆分—參照”思維，對模型進行了“拆分—組裝”建模。同時，本項目基于公司自有協(xié)同服務器。

本項目地上部分為功能結構簡單的塔樓，主要的難點在于超限高度下核心筒的剪力墻布置以及設備專業(yè)的預留洞口。因此核心筒獨立建模，中心文件同步更新。除核心筒外的部分，建筑設計師基于以往的工作經(jīng)驗和建筑專業(yè)的出圖要求，將其拆分為土建部分和標注部分。在標準層建模過程中，因其大量的重復構件，采用了編組方式進行建模，將多次重復使用的模型構件進行編組，然后復制到相同的其他樓層，便于修改。本流程從施工圖項目啟動會后開始，如圖6所示。

1)由項目專負根據(jù)公司通用樣板進行項目樣板深化。根據(jù)項目信息，進行項目設置，如圖7所示。主要是進行項目適用的材質庫、填充樣式、線樣式、線寬、對象樣式、注釋樣式、標注設置等信息。同時，根據(jù)節(jié)能報告，設置本項目的保溫材質，所有的材質設置都應該考慮后期出圖表達的需要，視圖樣板根據(jù)出圖需求進行添加或者刪除。墻的設置在項目中需要詳細設置，模型中主要考慮保溫問題、外立面分色問題和墻體厚度問題。此項目為單側保溫，外立面包含四種填充材質，如圖8所示。

圖6 正向設計流程圖

圖7 項目設置窗口

圖8 填充材質

2)由專負建立項目標高軸網(wǎng)、建筑用地紅線、子項定位坐標，出圖用圖框，項目KEY PIAN等，此處圖框和KEY PIAN子項人員可進行選擇和填充。設置完成后，將此作為中心文件上傳至協(xié)同平臺并進行中心文件建立，流程如圖9所示。

圖9 中心文件創(chuàng)建流程

3)子項人員調用平臺中深化后的項目樣板，根據(jù)拆分依據(jù)，設計人員分別進行土建類和注釋標注類模型建立。

4)建筑專業(yè)第一次提資其他專業(yè)。在全專業(yè)三維模型正向設計背景下，提資時建筑專業(yè)提資平面視圖即可。本項目僅探索建筑專業(yè)應用，其他專業(yè)均以二維考慮。將建筑模型以DWG格式導出，提資其他專業(yè)。本項目提資時，采用了公司自行研發(fā)的插件“一鍵提資”，將文件導入到指定文件夾，如圖10所示。

圖10 “一鍵提資”插件窗口

5)其他專業(yè)提資建筑專業(yè)。將其他專業(yè)提資資料，按層鏈接并進行可見性設置。其中，電、暖專業(yè)留洞內(nèi)容直接使用族構件在模型中表達。

6)建筑專業(yè)進行二次提資。二次提資要求達到施工圖深度，包括平、立、剖、工程做法、防火分區(qū)等。

7)其他專業(yè)進行二次提資。根據(jù)建筑專業(yè)的二次提資，其他專業(yè)進行設計深化。同時，各專業(yè)負責人就本項目組織第一輪校對，此校對過程基于公司的質量管理平臺，校對中，設計深化不斷進行。

8)各專業(yè)校對無誤后，設總進行審核、審定。同時，各專業(yè)做出圖相關部署和準備。

9)出施工圖。其他專業(yè)負責人組織進行二輪校對過程并出圖，建筑專業(yè)可直接出圖。

10)各專業(yè)將圖紙發(fā)送發(fā)行中心，進行圖紙打印、發(fā)甲方等后續(xù)工作。

本項目在設計過程中，發(fā)生過大規(guī)模方案變更問題以及多次的施工變更問題，主要是甲方需求變更非設計方問題，因此在此流程中，此過程并未體現(xiàn)。其他非標準層正向過程與標準層一致，值得注意的是，在標準層建模的過程中，要注意兩個避難層，不可盲目使用標準層模型。

3 建筑專業(yè)BIM技術應用要點

3.1 建筑專業(yè)技術要點

在建筑設計過程中，建筑專業(yè)從初設開始至整個建筑設計階段結束，始終占據(jù)著主導地位。因此，對于正向設計過程中建筑專業(yè)的Revit應用的技術要點，有必要進行相應的明確和控制。以一個完整項目的最終出圖成果為目標，將技術應用點按照基本模型、圖紙與視圖、屬性與數(shù)據(jù)、項目管理和其他分為五大類，如圖11所示。在設計過程中，建筑設計人員依照五大類劃分的內(nèi)容要點，進行模型建立。同時，技術應用點的詳細劃分對于設計人員后期進行模型問題自校提供了依據(jù)。

圖11 建筑專業(yè)技術應用要點分類

在基本模型部分，主要是依據(jù)模型的基本組成部分的構件進行詳細劃分，包括了標高軸網(wǎng)、門、窗、柱、樓梯、樓板、屋面、梁、場地等31項應用點，并對各個應用點突出了具體的規(guī)定，詳見表1。在圖紙與視圖部分，為了方便模型的建立和后期的出圖，按照國家規(guī)定的施工圖表達標準，在建立模型時就創(chuàng)建相關的視圖，包括了樓層平面、天花平面、剖面、放大圖、立面、詳圖節(jié)點等相關視圖。與此同時，為了輔助圖紙的表達，在此部分的應用技術中還包括了視圖的裁剪、過濾、樣板、可見性、范圍框、圖示比例以及注釋族、標注族、顏色圖例、建筑紅線以及提資處理等27項技術應用點，詳見表2。在對模型的屬性及數(shù)據(jù)的控制上，主要細分為4項技術應用點，包括了明細表、面積統(tǒng)計和指標計算、防火分區(qū)圖及疏散計算表應用、設計選項使用。明細表和面積統(tǒng)計基于軟件自身完成，防火分區(qū)圖及疏散計算表需要就面積平面進行進一步的防火分區(qū)設計，并結合明細表進行疏散距離計算。設計選項主要用來管理多種設計方案，進行設計控制，詳見表3。建筑專業(yè)設計人員對于項目管理的控制主要體現(xiàn)在工作集、項目標準傳遞、材質、構造做法、門窗精細化表達、對象樣式、共享參數(shù)等11個應用點，詳見表4。其他部分主要包含了將Revit軟件進行二次開發(fā)所形成的擴展工具，以及Revit軟件和其軟件的交互方式，包括導入外部模型、導出數(shù)據(jù)到Lumion、Navisworks、導出GBXML到Ecotect等，此分類的重點在于擴展工具的開發(fā)和應用，以輔助完成三維施工圖的設計，提高設計人員的建模速度和質量為最終目標，詳見表5。

表1 基本模型包含的技術要點(部分)

表2 圖紙與視圖包含的技術要點(部分)

表3 屬性與數(shù)據(jù)包含的技術要點(部分)

表4 項目管理包含的技術要點(部分)

表5 其他包含的技術要點(部分)

基于以上詳細的技術要點劃分，建筑專業(yè)在此基礎上，按照此技術要點對照表進行項目建模。同時，結合BIM技術的特點和建筑設計過程中的表達方式，對技術要點的重要性等級進行標示。結合設計院在建筑設計的過程中，項目的人員組織架構，明確了各層級人員的BIM能力要求。通過對BIM應用技術要點的分析歸納總結，形成一套完整的建筑專業(yè)BIM技術應用要點對照表，不僅僅可以用來指導初設BIM正向設計的人員快速找到對應的切入點，而且有助于BIM正向設計在設計院的發(fā)展，起到很好的示范效應。

3.2 BIM正向設計族庫的建立

基于對建筑專業(yè)的BIM技術應用要點的分類，結合Revit軟件自身的性能，建立了以企業(yè)級應用為目標的BIM族庫。此BIM族庫的建立主要是為了規(guī)范建筑設計的表達，方便相關專業(yè)在建筑設計過程能夠進行調用，提高設計效率。根據(jù)四個大類的劃分，族庫主要就設計過程中運用的、而Revit自身并不支持的構件進行建族，例如造型構件、輪廓、定制樣式欄桿、異形幕墻、注釋和標記族等。豐富的標準族庫有助于后期項目在建模過程中效率的提升，進而加快設計進度滿足節(jié)點要求。

4 結論與展望

本文通過同個項目的三棟不同類型的子項在施工圖設計階段運用BIM技術進行正向設計的過程，總結出一套適用于設計院的建筑專業(yè)進行一般性常規(guī)設計的BIM應用流程，通過該流程能有效幫助涉及內(nèi)容龐雜的建筑專業(yè)提高設計效率。同時，根據(jù)實際項目和建筑專業(yè)的特點，將建筑專業(yè)正向設計過程中的技術要點進行了總結、分類，形成建筑專業(yè)BIM技術正向設計技術對照要點表，幫助設計人員和校審人員進行設計和審核。根據(jù)目前項目進行過程中的反饋，該流程路線幫助項目組有效地節(jié)約了時間，降低了各專業(yè)間進行配合的次數(shù)，相較于二維成圖來說，對于立面、剖面等圖紙的成圖具有良好效果，表明了該線路的合理性和有效性。

本文所制定的流程是相對于建筑專業(yè)而言，對于結構、設備專業(yè)的的全流程三維設計在此并未描述。同時，本文三棟子項為同一項目具有類似性，不同項目之間如何協(xié)作，具有多種業(yè)態(tài)的綜合項目如何優(yōu)化，流程如何安排，將是進一步研究的重點。因此之后的研究方向應在全專業(yè)協(xié)同的流程優(yōu)化，以及建筑群的BIM正向設計流程線路研究，以期BIM正向設計能夠真正提高設計人員的效率，讓設計者有更多的時間去思考。