BIM技术在牧场设计中的应用

2015-12-25杨东宁丁一明

建筑设计管理 2015年3期

关键词：牧场主牧场可视化

杨东宁，丁亮，丁一明，宋爽

（中国建筑东北设计研究院有限公司绿建所，沈阳 110006）

BIM技术在牧场设计中的应用

杨东宁，丁亮，丁一明，宋爽

（中国建筑东北设计研究院有限公司绿建所，沈阳 110006）

随着人们对建筑品质的不断追求，新产品、新技术被广泛应用于地产开发的各个领域，对于工程项目来说：质量、工期、造价、运维成本等都是项目利润实现的重要因素。而BIM技术正是针对以上应运而生的时代产物。BIM技术在牧场设计中的应用，是笔者及团队做的初次尝试，在国内也应该是先例。针对牧场设计领域，牧场主对工程建设的陌生，BIM技术将会发挥其优势特点，使采购、成本、质量、时间、运维等一切变得可控。笔者以某牛舍的工程为例，来剖析BIM技术在牧场设计中的应用。

BIM；建筑信息模型；全生命周期；可视化；协调性；模拟性；优化性；可出图性

0 引言

随着国内建筑设计市场的需求，各个工程项目复杂程度的千变万化，国际建筑设计行业的快速步伐，BIM正在悄然地覆盖着整个建筑设计行业，BIM设计取代传统的二维CAD设计仅仅是个时间问题。BIM（Building Information Modeling），国内较为一致的中文翻译为：建筑信息模型。它是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。

BIM技术是时代产物，为工程项目的概念设计、施工图设计、分析与模拟、出图、材料预制、施工、运营维护、改建翻修甚至拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据保障。在项目的各个阶段，各利益相关方通过在BIM模型中插入、提取、修改和更新信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。

1 BIM技术为什么要应用于牧场设计中

在北上广深等一线大城市，广有BIM技术的实际应用，普遍为超高、超大、异型或管线错综等复杂的工程项目。而BIM技术在牧场设计中的应用，是笔者及团队做的初次尝试，在国内也应该是先例。牧场设计作为建筑设计的一个分支，也正以其惊人的速度在国内发展，目前较为成熟的牧场设计国家有美国、加拿大等，他们在牧场设计领域积累了丰富的经验。国内的牧场设计市场较为不规范，由于牧场主并没有房地产开发商那样系统、正规的机构部门，他们更希望直接交给他们使用的是一个设施齐全、质量过硬的现代化牧场。这样以设备厂家为龙头，组织一批设计人员，同时聘请国外专家团队来指导，最终以“交钥匙工程”的牧场设计模式适应国内市场需求。笔者针对这种“交钥匙工程”模式，提出几点疑问：第一，以设备厂家为首成立的牧业设计公司，能按照牧场主的要求来选购优质的设备而不推荐自己的东西吗——采购不可控；第二，设计施工过程中用钢量的多与少及浪费情况，牧场主能面面俱到地了解吗——成本不可控；第三，对于设计或加工或施工过程中的错漏碰缺造成的后果，甚至工程质量问题，牧场主又能清楚地看到多少呢——质量不可控；第四，任何的理由乃至天气的因素都是拖延工期的借口——时间不可控；第五，一切完成交钥匙给牧场主，后期维护、设备更换、扩大翻建等是否还需要找到之前的承建方呢——运维不可控。BIM技术在牧场设计中应用，将会让一切变得可控。

2 BIM的特点及在牧场设计中的应用

笔者及团队结合BIM的特点，充分发挥BIM的优势，以某牧场的牛舍为例实际建造出BIM模型。本项目应用软件是Revit和Navisworks，这两款软件均为Autodesk公司旗下的产品，所以其兼容性非常可靠。Revit软件主要实现建筑信息模型的建立，Navisworks软件主要整合、模拟和审阅三维设计模型，从而优化从规划设计、方案决策、建筑施工、性能预测直至设施管理和运营等各个环节。

在整个设计过程中，团队也遇到一些问题及瓶颈，通过与兄弟部门建立交流平台，并积极向已取得实战经验的同仁学习，攻克了大部分的问题，突破了自身的瓶颈，实现81.5%的出图率，但仍遗留一些问题，现将其阐述出来，供大家交流讨论。

2.1 可视化

可视化即“所见所得”（图1、2），传统二维CAD设计出来的施工图纸，只是各个构件信息在平面图纸上的线条绘制式表达，其真实的构件样式就需要自行想象了。形式简单的构件通过想象可以实现施工，但随着社会发展，各个工程项目复杂程度的千变万化，复杂造型的不断推出，再通过人的大脑想象来实现施工就有点困难了。BIM的可视化，让我们将传统二维线条绘制式的构件以三维立体形式的图形展现出来，这种BIM模型区别于通过3Dmax、SketchUp等软件设计制作出的线条式的三维效果图，它是通过建筑构件的信息数据自动生成的三维模型，同时具有同构件之间的互动性和反馈性。可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及信息数据报表的生成，更重要的是，工程项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

在此项目中，BIM三维设计大大地优于传统的二维CAD设计，使我们与业主交流讨论更为直观，牧场主对工程建设的陌生。

2.2 协调性

在工程项目中，无论是业主、施工方还是设计方，无不在做着协调及配合的工作。传统工程项目建设过程中遇到了问题，必将组织相关人员开会协调，找原因，想办法，最后出变更单，做相应补救措施来解决问题。BIM的协调性服务可以避免这种“亡羊补牢”的事后补救方式，即BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据。

图1 BIM信息模型

图2 现场实际照片

根据本项目的工程特性，笔者及团队前期利用Revit软件强大协同设计功能，建立了工作集（图3），使建筑、结构、设备各个专业同时在中心文件上协同设计，实时更新中心文件，这样大大降低了错漏碰缺情况的发生概率，摒弃了以往在施工阶段发现问题以修改单的形式弥补，避免了返工浪费，节约成本及时间。工作集的建立十分重要，根据项目的实际情况可建立一个或多个中心文件，任何一个中心文件的大小不宜大于120 M，中心文件过大会影响协同设计的速度。

在此项目中管线并不复杂（图4），因此BIM的优势也未全面体现，但是在钢结构设计过程中，BIM还是发挥自身的特点，使得一些不必要的碰撞在设计前期就已消化掉，这也为牧场主节省了用钢量，在成本控制方面是可以量化出来的（图5、6）。

2.3 模拟性

利用BIM模型可以模拟真实世界中的一些状况，例如日照模拟、噪声模拟、风环境模拟、热岛效应模拟、节能模拟、火灾疏散模拟等，这样便可在设计阶段把控方向，将不合理的项目方案扼杀在前期概念设计中。在工程项目招标和施工阶段还可以进行4D模拟（BIM模型+工程项目的发展时间），即根据施工方案及工期进度模拟实际施工，从而确定合理的方案指导施工。同时还可以进行5D模拟（基于BIM模型的造价控制），从而实现成本控制。

图3 工作集模型

图4 管线综合图

图5 隅撑与梁柱端板碰撞示意图

图6 墙檩与梁柱端板碰撞示意图

由于牛舍内部环境对牛生长及产奶量影响十分巨大，尤其是风环境及温湿度的控制，直接关系到牧场主的盈利。为此笔者针对牛舍虚拟了几种工况进行了风环境模拟（图7），最终得出较适宜北方地区奶牛生长的牛舍模式，解决夏季通风及冬季保温。

图7 牛舍风环境模拟图

同时笔者也根据业主要求，基于施工单位的施工方案及工期进度，做了一个4D施工模拟（图8），经过几轮的协调及修改，让业主与施工单位达成一致。

图8 施工模拟进程图

4D施工模拟是利用Navisworks软件，导入建筑信息模型，输入工期进度即可，比较顺利。但是风环境模拟是通过清华斯维尔软件来实现的，目前与Revit之间的接口并不完善，直接导入会丢失模型数据，笔者先将Revit导出dwg格式，然后再二次导入斯维尔软件，进行模型处理。最后进行风模拟计算，比较复杂，希望相应的软件公司可尽快解决软件接口问题，使用户操作方便。

5D模拟是对BIM模型的造价控制，在此笔者对BIM模型的造价结果也有疑问。目前国内市场普遍认可的造价软件是广联达和鲁班，Revit软件应该更加符合美国的造价计算规则，针对该项目的造价结果有一定误差，但是仅项目自身纵向比较还是比较直观的。还有一个影响造价的因素，就是本项目属于门式钢架结构，整体柱、梁、檩条等用钢量的结果可以按材质分类直接得出；但对于基础的用钢量，由于结构专业设计人员未将钢筋植入基础，此项目无法计算出来，设计未植入钢筋的原因是因为植入钢筋的基础平均一个大小约1.3 M，对整个模型的大小影响十分巨大，协同设计时制约制图速度。这个问题在土建项目（梁、柱、板等均为钢筋混凝土）中更为突出。

2.4 优化性

工程项目的整个设计、建造、运营过程就是一个不断优化的过程，优化受信息、复杂程度和时间的制约。BIM可以把项目设计和投资回报分析结合起来，任何设计变化都可以实时在投资收益方面显现出来，这样业主不仅仅从建筑形状，还可以从投资收益方面或者更多元化的因素对设计方案进行选择，确定哪种项目设计方案更有利于自身的需求。

我们通过该项目的BIM模型，纵向比较成本造价，调整设计方案，实时得出结论，系统直观地进行多元化分析比较，因地制宜的为业主量身打造适于自身需求的现代化牧场。

2.5 可出图性

BIM并不仅为建筑信息模型，它除了可以出正常的建筑施工图纸及构件加工图纸外，通过对建筑进行可视化、协调、模拟、优化后，还可以出以下图纸：管线综合图、结构留洞图、碰撞检查侦错报告和改进方案建议。

本项目通过Revit直接出图率达到81.5%，建筑专业的节点图未用Revit出，出图率为：95%；结构专业的节点图及配筋图未用Revit出，出图率为：75%；设备专业的系统图未用Revit出，水道专业出图率为：75%，暖通专业出图率为：81%，电气专业出图率为：81%。随着BIM技术普及，Revit软件的熟练应用，100%的出图率相信指日可待。

最终我们将该BIM模型成果交给业主，指导构件加工、现场施工以及后期运营维护，与同期通过CAD设计的牛舍相比，各方面优势十分显著。