地铁车站设计中BIM三维协同设计模式探讨

2014-01-18魏英洪

铁路技术创新 2014年5期

关键词：设计模式设计者车站

■ 魏英洪

■ 魏英洪

通过对BIM技术的深入理解和研究，分析轨道交通行业建筑设计特点，探讨如何将BIM技术应用到地铁车站的设计和建设中，阐述各专业之间三维协同设计模式的分析和对比。

BIM；三维协同设计；地铁

0 引言

BIM技术从国外引入到我国，其设计标准和规范尚不能完全符合我国的规范要求，也造成了BIM技术的推广受到阻碍，很多设计企业在设计中只利用了BIM过程中的一部分，例如三维建模、管线碰撞检测、部分工程量的统计等，而其真正的参数化自动分析计算功能依然存在很多规范上的问题，无法完全发挥BIM的巨大作用。

BIM技术覆盖了建筑的全生命周期，但在设计阶段其作用是非常突出的。多专业协同设计一直是设计企业多年来努力突破的目标，协同设计的优点是传统设计模式所无法比拟的。传统的上下序设计模式无法解决上序专业修改造成的下序专业设计变更的困难，既影响工期又容易造成各专业间的设计冲突，许多设计冲突问题都留到施工阶段由施工方现场解决，有时这些问题是工程要害。而三维协同设计是BIM的核心理念，各专业可以在一个统一的三维空间内将自己的设计以三维空间模型状态显示，相关专业都可以实时参照，当一个专业的设计发生变化时，其他专业可以及时获悉，并作出相应的变更或提出异议，这种工作模式打破了时间上的序列，将设计间的冲突以空间换取了时间，将设计冲突问题解决时机从施工阶段前移至设计阶段，这样将大大减少施工变更量，从而使施工更加有序有保障。

1 BIM三维协同设计在地铁车站设计中的应用

轨道交通建设的特点是点、线相连，而轨道交通的点——车站设计，特别是地铁车站的设计是关键之一。大量的地铁车站都设立在城市繁华地区，车站布置受制于站点附近的建筑物，空间非常有限，然而地铁需要在狭小的空间布置大量的管线及大型机电设备，对各专业提升空间利用效率提出了很高的要求。在采用传统设计模式时，专业系统的设计常常无法做到细致，导致问题繁多，从而造成设计方与业主及施工方之间矛盾重重，许多问题需要反复协调才能解决，有时一些问题只能采用退而求其次的方法来处理，留下建筑设计遗憾。因而，在地铁车站设计中引入BIM是非常必要的。

BIM的三维协同设计在地铁车站设计的应用将是一种开拓性的突破。在此以Revit软件设计体系为例，分析各种协同设计模式的特点，探讨更适合地铁车站设计特点的三维协同设计模式。

地铁车站设计涉及到建筑、结构、通风、给排水、供电、通信、信号等众多专业，这些设计既包含专业内部的协同，也包含专业之间的协同。传统的设计由各专业按照统一的轴网和建筑设计形成各自的设计图纸，这些图纸是独立的，要想做好这些专业的协同是一项费时费力

的工作，经常由于设计师沉浸于大量的繁杂工作中，而无法做好专业综合的工作，遗留大量问题，业主也无法从大量图纸中及时发现问题。采用BIM技术后，设计由以往的二维数据转变为三维图形数据，并附带大量的关联信息，设计文件数据量也大幅增长。由于地铁车站的设计虽然专业较多，但其总体体量较小，所有专业的三维空间模型和信息集中在一个项目文件中也不会占用太大的计算机系统资源，而对于设计审核者或业主，这将提供非常全面的信息，通过软件的过滤功能，用户可以将不关注的信息关闭，从而获得更大的灵活性。典型的地铁车站BIM设计见图1。

在Revit中，基本的协同方式有链接和工作集两种模式。采用BIM技术后的工程专业设计协同工作模式在Revit中将通过工作共享（工作集）、链接文件、共享坐标等方法实现。在使用这些工具或功能的同时，需要考虑并研究根据项目实际情况进行区域划分、专业划分，以及区域与专业划分混用等策略。

2 专业内部之间的协同设计模式

一般情况下，地铁站设计各专业均由2～4人组成专业设计小组，各设计者分配不同的区域独立设计。

2.1 链接模式

三维协同的工作模式可以依照传统的思路来实现，即建立一个统一的项目模板文件，采用统一的轴网标高系统，各参加设计的人员可以按区域分别完成自己的部分，并把其他设计者的设计文件链接到自己的文件中作为参考，这样就可以及时参照其他设计者的设计状况，但参照的设计文件如果发生了变化，将无法实时地在设计中体现，需要设计者经常重新加载链接文件，需要设计者之间的紧密沟通。此外，当设计发生冲突时，设计者不能修改链接文件内容，这种模式的优点就是不会对其他设计者的设计产生误操作，引起责任纠纷。项目最终会形成若干个独立文件，每次使用时需将各独立文件链接至项目总文件中，如发生链接文件丢失或改名后将会丢失部分设计。专业内部分工链接协同模式见图2。

2.2 工作集模式

工作集模式是Revit软件提供的一种特殊的协同设计模式。其原理就是由项目负责人制定项目模板并生成一个中心文件，各设计者通过打开中心文件并生成本地文件副本，各自在本地副本文件中设计自己所分配的区域或类型（墙、柱），并将自己的设计成果与中心文件及时同步，这样中心文件将反映同步后的设计状态，此时，如果其他设计者也将自己的副本与中心文件同步，设计小组将能看到所有其他设计者的设计成果，设计冲突时将能及时被发现。

采用工作集的协同模式，需要研究项目中心文件和各设计者本地文件的存储模式，中心文件所放置的服务器与各设计者使用的计算机之间的网络权属关系，制作中心文件样板的人员，初始工作集的划分和分配，各设计人员的权限获取与释放，本地与中心同步的工作规定等问题。

图1 典型的地铁车站BIM设计

图2 专业内部分工链接协同模式

与链接模式不同的是，每个设计者都被安排在特定建立的工作集内开展设计，只有在自己的工作集内才有修改权限，但设计者可对他人的设计提出修改请求，在得到对方允许后，设计者可以对设计元素进行修改，并在修改完成后释放临时权限，交回给原设计者，这样就达到了在统一的设计空间内，设计冲突双方都能同时查看修改效果的作用，避免了靠语言沟通产生的理解偏差。当所有设计者都完成了各自任务后，中心文件将汇集全部的设计成果。

这种协同模式是一种较先进的沟通模式，大大提高了设计的效率和质量。

图3表现的是一个建筑被分割为不同元素类型，并分配给不同的设计者去完成，这些分开设计的内容被中心文件同步到统一的空间内。专业内部分工工作集协同模式见图4。

3 专业之间的协同设计模式

3.1 链接模式

传统的设计模式下，专业之间是分上下序的，专业之间的设计参考也是采用参照链接的方法，但下序很少参照上序设计进行中的文件，并依此来做自己的设计，必须上序的设计通过审核后才能流转到下序，因此，在时间上造成下序设计工期紧张。此外，当需要上序修改时，这个过程又要重来一次，使得设计者疲于修改调整。此外，传统设计采用二维计算机辅助制图，虽然解决了手绘图板之苦，但依然无法解决二维图纸空间表现乏力的情况，因此，在各专业设计上，必须每个专业精心设计，仔细审核，避免出现漏洞，影响到下序反复。在BIM技术体系下，由于采用三维设计方法，设计之间发生的冲突及设计漏洞能直观地反映给设计者，不再需要原来上下序的设计流程，只需各专业设计者之间做好沟通即可，专业间的时间序概念被打破。

链接参照文件的模式是大多数设计者都能接受的模式。在Revit中，采用链接模式也是一种常用的方法。这种模式对建筑物体量规模的适应性很高，无论是大体量还是小体量的建筑物，都适合使用该模式。只是大体量的建筑物由于空间模型数量巨多，当把所有专业的设计都链接到一个文件中时，将有可能造成计算机系统资源崩溃而无法打开文件，但链接模式可以做到有选择性的链接，对于不关注的专业文件，可以不进行链接，这样将大大减少系统的负荷。对于小体量的建筑，这个问题就不存在了。地铁车站就属于小体量的设计类型，采用链接的方法完全可以达到协同设计的目标，由于采用了三维设计技术，专业冲突能够及时发现，采用链接的方法还可以利用软件提供的复制与监视功能，将设计者需要关注的元素（发生改变将引起本专业设计变更的内容）进行监视，一旦发现链接文件的变化，将能及时得到提醒，从而及时调整自己的设计。不同专业间链接协同模式见图5。

图3 建筑被分割为不同元素类型

图4 专业内部分工工作集协同模式

图5 不同专业间链接协同模式

3.2 工作集模式

从功能开发的目的来说，工作集模式是为了解决单个专业设计小组内部分工，以满足多个设计者分配不同区域或元素类型设计时协同的需要。但通过对软件的理解，工作集模式依然可以应用于多专业间的协同。

采用的方法是利用Revit Architecture建立中心文件，各专业设计者采用相应的软件（Revit Architecture、Structure、MEP），以中心文件建立各自的本地文件，

独立设计各专业自己的内容。打开中心文件后建立本地副本后，设计者需要建立属于自己规程的视图，建立自己的工作集，并在工作集中把视图的权限设定为自己所有，在专属的工作集内开展设计。由于地铁车站体量小，各个专业的内容并不太多，一般情况下单个专业由一个设计者来完成，因此，建立的工作集可以按专业分类。如果一个专业有多人参加设计，也可将工作集细分，建立各专业细分的工作集，这样也可以开展多人设计。这种模式可以很好地融合多专业间的协同，也可以适合单专业多人协同的需要。专业之间可以相互提出修改请求，专业内部也可提出修改请求，在网络环境中就可及时调整设计。由于采用工作集模式所有设计都将同步到中心文件中，因此，中心文件将承载着所有设计信息，如果项目体量巨大，将不适合工作集模式。一般情况下，项目文件大于200 MB，采用4 GB内存的笔记本将无法打开文件，而8 GB内存的工作站其移动性是很差的。而地铁车站这类体量较小的建筑项目不会出现这种情况，采用工作集的中心文件，如果使用4 GB内存的笔记本完全能够满足要求，对于项目的审核和各方的沟通具有很大的便利性。不同专业间工作集协同模式见图6。

4 结束语

通过对Revit协同设计模式的分析，无论是链接模式还是工作集模式都能很好地实现在同一个网络环境、同一个空间环境中的协同，但两者各有侧重，链接模式更能让设计者理解和接受，也更适合大体量的建筑项目。工作集模式更能突出实时协作的特点，设计者之间的交流和沟通更快捷，但需要项目规划和管理做得更细致，否则将会产生设计元素最后丢失控制的情况，该模式也更适合小团队中小体量的建筑设计任务。