基于BIM技術(shù)正向設(shè)計實踐和探索
——以哈爾濱劍橋?qū)W院圖書館為例

謝成帥 何宏偉* 楊書宇

（哈爾濱劍橋?qū)W院，黑龍江 哈爾濱 150069）

BIM技術(shù)時代的到來，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方法，BIM技術(shù)在原有二維設(shè)計的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化為三維可視化模型設(shè)計，能夠直觀地查看建筑、結(jié)構(gòu)和機電模型，在設(shè)計階段檢查項目模型的錯、碰、漏、缺等問題，在項目的施工前進行解決圖紙設(shè)計的相關(guān)問題，減少了項目圖紙的重復(fù)返工情況。

1 項目概況

本項目為哈爾濱劍橋?qū)W院圖書館，建設(shè)地點哈爾濱劍橋?qū)W院校內(nèi)，總建筑面積12930.69 平方米，建筑基地面積2521.86 平方米，建筑高度23.55 米，建筑層數(shù)、層高為地上5層，局部6層，一層4.2米，圖書館區(qū)二至四層4.5 米，五層5.4 米，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，建筑功能主要以公共服務(wù)、自習(xí)、秘籍、臨時書庫和閱覽室為主，效果圖如圖1所示。

圖1 效果圖

2 BIM技術(shù)設(shè)計工作流程

針對BIM正向設(shè)計，建筑設(shè)計師和結(jié)構(gòu)設(shè)計師按照業(yè)主要求，根據(jù)基本項目規(guī)模、項目性質(zhì)和項目紅線為基礎(chǔ)，先創(chuàng)建項目的定位信息，如項目標高和軸網(wǎng)。其次創(chuàng)建梁、板、柱、基礎(chǔ)，最后創(chuàng)建建筑模型中墻體、門窗、幕墻、樓梯和欄桿扶手等。

將建筑和結(jié)構(gòu)模型完成后發(fā)送給機電工程師，為項目創(chuàng)建系統(tǒng)模型，模型完成后對創(chuàng)建后的模型進行碰撞檢查，針對碰撞檢查點為項目碰撞點進行調(diào)整，將調(diào)整后的模型進行審查，無誤后輸出二維圖紙并報甲方，如圖2所示。

圖2 項目設(shè)計流程

3 項目設(shè)計過程

通過建模軟件對BIM模型進行搭建，針對不同專業(yè)模型創(chuàng)建不同的項目樣板和項目文件，模型完成后，根據(jù)鏈接模型調(diào)整相關(guān)參數(shù)，減少模型碰撞，節(jié)省了時間提高了效率。

3.1 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計過程。項目啟動后，根據(jù)項目建筑紅線尺寸對項目進行定位，通過建模軟件設(shè)計出項目層與層之間的高度值，水平方向軸網(wǎng)與軸網(wǎng)之間的間距值，對項目的基本位置進行確定，在創(chuàng)建模型前建筑與結(jié)構(gòu)工程師需要協(xié)商項目基點的具體位置，項目基點的作用是為了能夠讓更好的進行鏈接模型。

按照設(shè)計的先后順序，創(chuàng)建項目的基礎(chǔ)、墊層、矩形柱、矩形梁等承重構(gòu)件，針對不同的構(gòu)建需要創(chuàng)建不同種類的族和類型，按照軟件放置方法進行放置，結(jié)構(gòu)圖創(chuàng)建后如圖3所示。

圖3 圖書館結(jié)構(gòu)模型

針對完成后的模型，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范為項目的基礎(chǔ)、梁、柱子進行安裝鋼筋，安裝鋼筋選擇需要配筋構(gòu)建，按照梁上部通長筋、下部通長筋和箍筋的直徑和配筋形式進行選擇，配筋完成后的構(gòu)建，如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)配筋

3.2 建筑模型設(shè)計過程。結(jié)構(gòu)建模完成后，要匹配結(jié)構(gòu)項目中項目基點，按照結(jié)構(gòu)的標高增加50mm創(chuàng)建建筑標高，建筑模型中墻體、幕墻、門窗、樓梯、臺階和室外散水等，在創(chuàng)建模型時，針對不同的構(gòu)建依次創(chuàng)建不同的類型屬性和參數(shù)值，墻體在繪制時，選擇墻體定位線、定義墻體底部高度和頂部高度值；門和窗構(gòu)建需要修改門窗的底高度和頂高度；幕墻構(gòu)建創(chuàng)建需要修改幕墻網(wǎng)格線間距，為網(wǎng)格線添加不同的豎挺類型；樓梯構(gòu)建在創(chuàng)建前需要定樓梯參數(shù)信息，修改樓梯梯面數(shù)、樓梯起點標高、終點標高、實際踏板深度等參數(shù)，創(chuàng)建完成后的模型如圖5所示。

圖5 項目建筑圖

3.3 系統(tǒng)模型設(shè)計過程。系統(tǒng)模型也稱為機電模型，本項目在設(shè)計系統(tǒng)時包括采暖系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)等，在設(shè)計時軟件針對不同的專業(yè)需要創(chuàng)建不同系統(tǒng)的樣板文件，機電系統(tǒng)設(shè)計時需要修改管道的起始位置、管道起點和終點偏移量、管道坡度等，同時管道在安裝是需要調(diào)整管道的不同材質(zhì)和連接方式等，系統(tǒng)布置完成后如圖6所示。

圖6 機電模型

4 碰撞檢測

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，對于項目上的BIM技術(shù)的措施將更嚴格，運用碰撞檢查軟件可以提前查找模型的各個碰撞問題，通過不同的模型進行檢查，方便項目各個參數(shù)提取，碰撞檢查軟件在項目的設(shè)計初期會非常有用的，它可以對當(dāng)前的模型進行查缺補漏，碰撞檢查實際上是對當(dāng)前模型進行全方面檢查和更新，碰撞檢查軟件可以對當(dāng)前模型的精細化管理進行操控，能更好地輔助建筑工程師們展開交流，對于碰撞檢測來說對整個建筑行業(yè)是有意義的。將創(chuàng)建完后的模型分別進行保存，點擊建模軟件中左上角圖標，選擇“導(dǎo)出-NWC文件”，對當(dāng)前項目文件進行保存，打開碰撞檢查軟件，對導(dǎo)出后的.Nwc文件進行添加，需要對碰撞沖突檢檢測項目進行添加，選擇“ClashDective”后，通過底部“添加測試”按鈕并加入測試的項目，在選擇兩組圖元后，根據(jù)設(shè)計要求在窗口底部“設(shè)置”選項卡點擊“類型”命令，在下拉列表中選擇碰撞的類型，點擊“硬碰撞”命令，“公差”為0.1 毫米，運行檢測即可。碰撞檢查運行完成后，針對碰撞點進行輸出，輸出后的碰撞點可以通過鼠標進行雙擊，查看碰撞檢查位置，對碰撞檢查點進行修改，修改完成后針對模型二次運行碰撞檢測，直至項目的碰撞點消失，表示項目三維模型修改合格。

5 圖紙輸出

傳統(tǒng)的二維設(shè)計出圖存在一定的弊端，針對圖紙中每個線條需要逐一進行繪制，這種設(shè)計方法既浪費時間又浪費人力，根據(jù)創(chuàng)建后的模型，按照統(tǒng)一的制圖標準進行輸出CAD格式圖紙，能夠形成完整的平面、立面、剖面圖和大樣圖等，Revit建模軟件可直接創(chuàng)建圖紙進行導(dǎo)出，輸出的圖紙格式pdf、.Dwg相應(yīng)文件，在出圖過程中，建議輸出pdf圖紙，可以防止圖元在輸出時丟失。依據(jù)三維模型，在輸出剖面時，僅需要創(chuàng)建一個剖面符號，在項目瀏覽器中會展示剖面視圖，通過鼠標左鍵拖拽圖紙放置到繪圖區(qū)域，選擇應(yīng)用程序菜單按鈕，輸出命令，輸出.dwg文件或pdf文件。BIM建模環(huán)境中，每個專業(yè)需要保持相互的溝通和協(xié)調(diào)，保持項目信息的共享和及時更新，最大限度地可以解決項目模型與各專業(yè)圖紙不匹配現(xiàn)象，BIM技術(shù)和CAD相互結(jié)合，可以達到模型和圖紙相互關(guān)聯(lián)，模型更新能夠帶動圖紙進行更新，達到快速創(chuàng)建模型，快速出圖的效果。

6 BIM正向設(shè)計存在問題及整改措施

目前，BIM技術(shù)的正向設(shè)計雖能提高效率，仍有一些不足：

6.1 建模人員要求：針對使用此款軟件的新人來說，上手不是很容易，在使用前需要對操作人員進行系統(tǒng)的培訓(xùn)，可以提高建模速度和建模準確率。

6.2 人工成本：BIM技術(shù)建模能夠解決快速出圖、提高效率和建模精度等問題，對于人員建模的要求較高，除了掌握設(shè)計規(guī)范和設(shè)計要求外，仍要掌握軟件的基本操作，三維建模設(shè)計人員與傳統(tǒng)的二維設(shè)計人員薪資成本要高出很多。

6.3 時間成本：通過正向設(shè)計進行建模時，需要使用的時間是二維設(shè)計時間的2倍，出圖效率是二維設(shè)計出圖效率的4倍。二維設(shè)計工作主要針對是項目的繪圖，軟件的出圖效率較為成熟，三維設(shè)計主要工作是建模和繪圖，所有的設(shè)計內(nèi)容都是通過三維模型進行完成，整個軟件操作過程較為復(fù)雜，需要投入時間成本較多。

6.4 專業(yè)較多，溝通難度較大：BIM三維模型所涉及機電專業(yè)較多，協(xié)調(diào)工作難度大，需要針對不同專業(yè)的工程師進行協(xié)同辦公，現(xiàn)場協(xié)調(diào)各個專業(yè)的管道沖突問題，可以很好地解決碰撞檢查問題，減少項目返工，保證按照項目節(jié)點完整。

7 結(jié)論

BIM技術(shù)的到來，雖然改變的傳統(tǒng)的設(shè)計方式，仍然存在一些不足需要進行探索，建模中以系統(tǒng)化、標準化作為目標，可以大大解決建筑、結(jié)構(gòu)和機電的碰撞問題，有效減少工作的返工，針對此次哈爾濱劍橋?qū)W院圖書館的正向設(shè)計，增強了項目的質(zhì)量關(guān)和品質(zhì)關(guān)，通過碰撞檢測，有效將圖紙的錯誤降到零。BIM技術(shù)隨著國家大力推進，前景是很好的，就像手繪制圖轉(zhuǎn)向CAD時代一樣，是一個逐步的過程，希望建筑行業(yè)能夠抓住此次機會，進行設(shè)計轉(zhuǎn)型，將數(shù)字三維設(shè)計作為未來的發(fā)展方向，有效推動設(shè)計行業(yè)越來越好。