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BIM协同技术在建筑设计阶段的应用实践

2021-03-19饶仕贵王鹃鹃

四川建筑 2021年6期
关键词:协同建筑设计阶段

饶仕贵 王鹃鹃

基于对国内建筑设计阶段BIM应用现状及其协同技术的优势分析,文章结合实际工程,阐述在建筑设计阶段的多专业、多环节、多软件、多数据的BIM协同技术的应用情况。

BIM; 建筑信息模型; 协同技术

TP391.99   A

[定稿日期]2021-07-02

[作者简介]饶仕贵(1988~),男,本科,工程师,主要从事建筑设计行业工作;王鹃鹃(1987~),女,硕士,工程师,主要从事建筑设计行业工作。

随着我国建筑发展的产业升级和模式迭代,能够有效的实现建筑工程领域的信息集成、交互及协同办公的BIM(全称“建筑信息模型”,Building Information Modeling),在建筑全生命周期的运用彰显压倒性的优势。其中设计阶段是项目实施的起点,也很大程度上决定了项目品质,设计阶段即采用BIM技术,更利于项目全生命周期的信息化管理。基于此,本文重点研究BIM协同技术在建筑设计阶段的应用。

1 BIM在建筑设计行业的应用现状

近年来因物价上涨及市场竞争致使设计企业发展困难,如何实现质量和效率的最大化、减少企业成本和设计周期,一直是设计公司的重大攻破难点。传统的基于CAD操作平台的建筑设计工作,多种设计条件叠加,各专业反复提资,即使经过综合校对工作,也不可避免造成各专业的错漏碰缺,甚至因为设计问题引发工程延误及事故。

BIM概念的提出及推广,无疑给传统低效、繁琐的设计流程带来里程碑式的变革。随着BIM技术的价值红利日益凸显,设计企业普及BIM的充分性和必要性也日渐增长。但经过近十多年的发酵和成长,BIM在国内建筑设计行业的应用仍存在以下问题:

(1)受限于软件、服务器、人力等成本限制,在中小型设计公司普及度偏低。

(2)大部分建筑设计人员和BIM技术人员分化,各自存在知识盲区,未形成统一。

(3)BIM更多应用于复杂异形或参数化设计的建筑,但普通建筑的使用率很低。

(4)为应对部分地区政策上对BIM的强制要求,设计企业仅提供简单粗略的BIM文件应付审查,但未实现数字化移交,与后续施工阶段的设计深化脱节。

2 BIM协同技术在建筑设计阶段的特点及优势

BIM的协同技术包括两种维度的理解:一是横向协同,即在各专业领域的协同,包括规划、建筑、结构、电气、给排水、暖通、装饰、造价、施工、采购、管理、运维等板块;二是纵向协同,即时间轴线上的协同,包括立项、设计、施工、运维等流程。

BIM既是贯穿始终沟通的主体,也是多重信息协调的平台,其协同技术在建筑设计阶段的优势主要表现在以下几大方面:

(1)高水平的空间可视化,利于不同专业的理解。

(2)多元参数信息的高度整合,利于信息交换、标准化与集成管理。

(3)各专业间的无缝对接,实时更新,加快效率。

(4)数据共享,避免重复操作。

(5)最大限度保證设计正确性,提高设计质量。

3 建筑设计阶段的BIM协同应用

BIM在建筑设计阶段主要应用于规划设计、方案设计、施工图设计、设计优化或深化、既有建筑改造、管线综合利用、施工模拟等方面。本文以四川某高校综合教学楼为例,用BIM协同技术实现前期分析—方案—施工图—造价的全过程,并进行施工模拟。

项目位于四川成都某高校,为新建的多层综合性教学楼。校方有三大诉求:一是保证四个学院使用功能的合理分区与资源共享,二是建成校园中轴线上的标志性建筑;三是在安全高效的基础上最优化建筑与环境的空间关系。基于此,本项目从前期分析阶段开始运用多种BIM软件,协同解决各种技术问题,并不断优化设计方案。项目中运用到的BIM及相关软件如表1所示。

3.1 方案设计与分析

(1)利用CIVIL 3D软件分析场地条件,同时使用Autodesk及Infraworks模拟项目周边的环境信息,以直观的数据和漫游的场景信息得出场地环境和用地条件分析结论:交通便利,场地富余,南北两侧道路存在4.5 m高差;地处位置重要,利于标志性的打造;周边绿化丰富、景观良好,利于开敞空间的营造。

(2)结合温度场、相对湿度、风频、太阳辐射、建筑朝向及Vasari风洞分析,参考成都风玫瑰数据资料,通过体量研究对比,设置大尺度开放中庭,同时在建筑背风面形成大片静风区,营造出舒适的室外活动场所;通过建筑体量的分布组合设计,有效控制风道,更加利于新风量摄入,形成良好的自然通风效果。这个过程主要使用Sketchup软件进行前期的建筑体量推敲及深化(图1)。

(3)基本确定设计雏形后,在Revit软件中完成方案设计深化,并通过Lumion及Infraworks制作漫游视频,便于业主对项目的空间效果有更直观的理解。其中,使用云渲染技术,实现不同角度的建筑效果展示。

(4)基于BIM软件导出的工程量,采用CECS374-2014《建筑碳排放计量标准》指出的清单统计法,采集本建筑在材料生产阶段的活动水平数据,确定各类材料生产阶段的碳排放因子,计算出该阶段的碳排放量。同时使用PKPM-pbeca、斯维尔等软件,对项目进行节能计算和分析。这个过程中不断利用绿建分析结果优化建筑性能,以确定正式的方案设计。

3.2 施工图设计

施工图设计的各个专业通过中心服务器搭建的平台完成BIM协同设计工作(图2、图3),Revit的工作界面可在二维和三维试图中随时切换,便于设计人员提高精确度和效率,具体如下:

(1)建筑专业设计人员将方案阶段的Revit模型进行初步深化,在服务器上建立中心文件。

(2)结构、电气、给排水、暖通等专业通过外部链接方式进行相关设计,随时与中心文件同步,及时获取各专业最新资料,各工种共享元素数据,并于不同的专业角度操作该构件元素,发现错漏碰缺及时沟通修改。其中结构专业因Revit结构计算短板问题,需现在PKPM中进行计算确定结构方案后再融合于协同文件。

(3)采用FUZOR、Navisworks等软件进行虚拟现实漫游,在三维中检查设计文件中的错漏碰缺,发现问题可及时修改或标注,比如管道穿梁、管综交错碰撞、设备尺寸不满足吊顶净高等问题。

(4)对于异形的批量构件及图纸需要的标注等,采用自定义族的方式解决。

(5)造价专业在设计阶段及时跟进,快速统计不同阶段的工程量及计算造价,协同各专业设计,确保概预算控制在投资规模内。

3.3 造价

造价控制,首先依照最新清单计价规范划分规则编制BIM建模编码清单。BIM建模編码清单实质上是一本可查询的“字典”,为设计人员提供了构件划分规则。当设计人员设计构件时,按照编码清单要求对构件进行分类并提供所需信息,为所绘构件赋予族、类型、族编码和型号四个属性。这四个属性保证了该构件在项目上种类的唯一性。

设计完成后,以清单方式从Revit快速导出工程量明细表,数据经过整理加工后,导入宏业计价软件,进行投资估算、概预算工作。但BIM模型的工程量受软件影响,其精确性有待提升,解决方式为从造价角度对数据精度进行对比研究,以校核数据准确性,为BIM建模标准以及输出工程量清单提供依据,根据不同阶段的不同数据精度要求,快速输出工程量。其中方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段的误差精度分别为±10 %、±5 %、±3 %。

3.4 施工模拟

在项目建设过程中,传统的施工管理模式比较粗放,水、电浪费比较严重,建造过程中产生的余料及废料管理混乱,施工场地的噪声、污水、扬尘等也给周围环境造成了一定的不利影响。据研究测算,采取绿色施工方式,每1 m2可以减少能耗20 %,水耗63 %,施工垃圾90 %。因此在设计阶段进行施工模拟,根据项目特点及周边环境提前规划,拟定各项管理规定和措施,做好节能、节水、节地、节材以及环保措施,数字化移交给业主后,有利于指导施工降低建造成本以及对环境的不利影响,实现建筑全生命周期的绿色节能目标,具体如下:

(1)根据确定的施工工法和工序进行施工组织设计,制定进度计划。

(2)通过软件的模拟和统计功能,结合BIM模型形成阶段性工程量、人工、设备的需求量,计划及采购部门即可据此编制人材机计划,合理安排采购、人工及设备进场时间,使资金的利用率最高,减少因材料堆积、人工设备闲置造成的浪费,从而做好建设期资金安排工作,降低建造成本,规避资金风险。

(3)施工总图布置:当施工工法和工艺确定后,根据施工现场的场地、临时用地范围,以及需要的人、材、机配置情况,即可设计施工总平面图,合理布置办公区、生活区、加工堆放区、施工区、场地内交通流线等,并检查吊车碰撞半径等,做好施工安全防范工作。

4 结束语

通过在建筑设计阶段对BIM协同技术的实践,亦发现BIM技术应用的一些短板,比如无法在BIM软件中进行结构计算、在设计初期阶段方案推敲缺乏灵活性、大规模建筑对硬件设备的高要求等。在如今BIM软件百花齐放的时代,设计行业逐步实现了从单机分离式的单打独斗走向基于中心服务器的的协同合作,接下来BIM技术的发展趋势极大可能类似于华为鸿蒙操作系统的“万物互联”内核,将从“数据及技术孤岛”走向云端服务,以减少企业在各种软硬件设备及人力的投入成本,使BIM的普及成为设计行业的常态。

参考文献

[1] 黄强. 重塑BIM协同与创新[J]. 建筑,2020(22):25-27.

[2] 徐慧明. 基于BIM原理多专业协同设计及应用的研究[D]. 沈阳:沈阳建筑大学,2020年.

[3] 李虎. BIM 应用的优势、风险和挑战研究[J/OL].经营与管理. https://doi.org/10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.20210511. 001

[4] 陈光,刘纪超,马云飞.数字化技术在装配式建筑设计、生产、施工全过程中的应用——以国家合成生物技术创新中心项目为例[J/OL].土木建筑工程信息技术. ttps://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5823.TU.20210527.0904.010.html

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