基于Revit的建筑施工圖正向設(shè)計流程

王 茹 行 媛 聞華洲

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

引言

近年來，隨著BIM技術(shù)自身的發(fā)展以及國家的相關(guān)要求，工程領(lǐng)域各方都在極力探索適用于自身的BIM技術(shù)應(yīng)用。作為五方主體之一的設(shè)計方也一直在尋求標準化、規(guī)則化的BIM技術(shù)應(yīng)用方法。然而，國內(nèi)設(shè)計方的BIM應(yīng)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(shè)計院在個別結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型項目上運用BIM技術(shù)或者在某些特殊的專項設(shè)計上運用BIM技術(shù)，對于大量的一般性常規(guī)設(shè)計項目卻很少采用，很難體現(xiàn)BIM技術(shù)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(guān)各方對于BIM技術(shù)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(shù)已經(jīng)應(yīng)用到房建、古建筑、隧道、橋梁道路等多個領(lǐng)域[3]，主要應(yīng)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(shù)的優(yōu)越性以及目前國內(nèi)設(shè)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(shè)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(shè)計的技術(shù)要點以及模型的質(zhì)量控制進行說明，以使設(shè)計院在BIM正向設(shè)計的應(yīng)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(guān)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(shè)計階段的正向流程為依據(jù)，歸納總結(jié)出一套適用于設(shè)計院建筑專業(yè)進行正向設(shè)計的常規(guī)流程。

1、9號樓均屬一類高層公建性質(zhì)，地上29層，地下兩層。層高5m，建筑高度145.05m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)。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(shè)置避難層同時兼具設(shè)備用房功能。

8號樓為一類高層公建性質(zhì)，地上30層，地下2層。層高4.5m，建筑高度136.55m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)。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(shè)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(shè)置設(shè)總一名、專業(yè)負責(zé)人一名、設(shè)計人員三名。層次架構(gòu)簡單明了，對接和責(zé)任劃分比較明確。設(shè)計人員負責(zé)模型建立、和各專業(yè)子項人員的對接。專負負責(zé)統(tǒng)籌安排全專業(yè)的工作，進行進度、質(zhì)量等的細部把關(guān)，同時對接甲方設(shè)計部門進行報審報建工作、以及現(xiàn)場施工單位。設(shè)總對整個項目進行進度、質(zhì)量的把關(guān)，進行項目的校核和審定、對接甲方等工作。

2 BIM正向設(shè)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(shè)計信息模型交付標準》，標準對于設(shè)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(shè)計人員在不同時期可以對應(yīng)標準的具體要求進行設(shè)計。在此國家級統(tǒng)一的交付標準之下，個別大型設(shè)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(jié)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(gòu)件信息深度應(yīng)遵循“適度原則”[6]。本項目在“適度原則”的基礎(chǔ)上，采用了LOD400級信息粒度，3級建模精度，最大程度地反映關(guān)鍵性的設(shè)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(zhì)量控制

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

圖2 項目質(zhì)量管理平臺頁面(來自西安基準)

2.3 建筑專業(yè)正向設(shè)計流程[7]

本項目設(shè)計單位擁有公司級的BIM建模標準族庫，并通過公司服務(wù)器進行共享，通過自主開發(fā)后的Revit插件進行調(diào)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(wù)器上進行修改保存，如圖3(c)所示。根據(jù)不同設(shè)計師的使用習(xí)慣以及不同項目的參數(shù)不同，設(shè)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(diào)BIM模型的良性傳遞和復(fù)用，公司制定了適用于方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和全過程設(shè)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(shè)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(chǔ)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(shè)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(wù)器。

本項目地上部分為功能結(jié)構(gòu)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(shè)備專業(yè)的預(yù)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(shè)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(fù)構(gòu)件，采用了編組方式進行建模，將多次重復(fù)使用的模型構(gòu)件進行編組，然后復(fù)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(shè)置，如圖7所示。主要是進行項目適用的材質(zhì)庫、填充樣式、線樣式、線寬、對象樣式、注釋樣式、標注設(shè)置等信息。同時，根據(jù)節(jié)能報告，設(shè)置本項目的保溫材質(zhì)，所有的材質(zhì)設(shè)置都應(yīng)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(shè)置在項目中需要詳細設(shè)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(cè)保溫，外立面包含四種填充材質(zhì)，如圖8所示。

圖6 正向設(shè)計流程圖

圖7 項目設(shè)置窗口

圖8 填充材質(zhì)

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(shè)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(diào)用平臺中深化后的項目樣板，根據(jù)拆分依據(jù)，設(shè)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(shè)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(yīng)用，其他專業(yè)均以二維考慮。將建筑模型以DWG格式導(dǎo)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(dǎo)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(shè)置。其中，電、暖專業(yè)留洞內(nèi)容直接使用族構(gòu)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(shè)計深化。同時，各專業(yè)負責(zé)人就本項目組織第一輪校對，此校對過程基于公司的質(zhì)量管理平臺，校對中，設(shè)計深化不斷進行。

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

9)出施工圖。其他專業(yè)負責(zé)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(shè)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(shè)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(shù)應(yīng)用要點

3.1 建筑專業(yè)技術(shù)要點

在建筑設(shè)計過程中，建筑專業(yè)從初設(shè)開始至整個建筑設(shè)計階段結(jié)束，始終占據(jù)著主導(dǎo)地位。因此，對于正向設(shè)計過程中建筑專業(yè)的Revit應(yīng)用的技術(shù)要點，有必要進行相應(yīng)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(shù)應(yīng)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(shè)計過程中，建筑設(shè)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(shù)應(yīng)用點的詳細劃分對于設(shè)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(shù)應(yīng)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(gòu)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(yīng)用點，并對各個應(yīng)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(guān)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(guān)視圖。與此同時，為了輔助圖紙的表達，在此部分的應(yīng)用技術(shù)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(shù)應(yīng)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(shù)應(yīng)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(yīng)用、設(shè)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(shè)計，并結(jié)合明細表進行疏散距離計算。設(shè)計選項主要用來管理多種設(shè)計方案，進行設(shè)計控制，詳見表3。建筑專業(yè)設(shè)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(zhì)、構(gòu)造做法、門窗精細化表達、對象樣式、共享參數(shù)等11個應(yīng)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(dǎo)入外部模型、導(dǎo)出數(shù)據(jù)到Lumion、Navisworks、導(dǎo)出GBXML到Ecotect等，此分類的重點在于擴展工具的開發(fā)和應(yīng)用，以輔助完成三維施工圖的設(shè)計，提高設(shè)計人員的建模速度和質(zhì)量為最終目標，詳見表5。

表1 基本模型包含的技術(shù)要點(部分)

表2 圖紙與視圖包含的技術(shù)要點(部分)

表3 屬性與數(shù)據(jù)包含的技術(shù)要點(部分)

表4 項目管理包含的技術(shù)要點(部分)

表5 其他包含的技術(shù)要點(部分)

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

3.2 BIM正向設(shè)計族庫的建立

基于對建筑專業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用要點的分類，結(jié)合Revit軟件自身的性能，建立了以企業(yè)級應(yīng)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(shè)計的表達，方便相關(guān)專業(yè)在建筑設(shè)計過程能夠進行調(diào)用，提高設(shè)計效率。根據(jù)四個大類的劃分，族庫主要就設(shè)計過程中運用的、而Revit自身并不支持的構(gòu)件進行建族，例如造型構(gòu)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(shè)計進度滿足節(jié)點要求。

4 結(jié)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(shè)計階段運用BIM技術(shù)進行正向設(shè)計的過程，總結(jié)出一套適用于設(shè)計院的建筑專業(yè)進行一般性常規(guī)設(shè)計的BIM應(yīng)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(shè)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(shè)計過程中的技術(shù)要點進行了總結(jié)、分類，形成建筑專業(yè)BIM技術(shù)正向設(shè)計技術(shù)對照要點表，幫助設(shè)計人員和校審人員進行設(shè)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(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)的的全流程三維設(shè)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(yīng)在全專業(yè)協(xié)同的流程優(yōu)化，以及建筑群的BIM正向設(shè)計流程線路研究，以期BIM正向設(shè)計能夠真正提高設(shè)計人員的效率，讓設(shè)計者有更多的時間去思考。