大型项目BIM模型组织方法与实践

何 波

(华中科技大学BIM工程中心，武汉 430074;广州优比建筑咨询有限公司，广州 510640)

BIM(建筑信息模型)是集成了建筑三维几何信息和建筑属性信息的多维信息模型。首先三维几何信息就比通常的二维图形信息量大，再加上其它的工程属性信息，同样一个项目，二维 CAD图与BIM模型相比，BIM模型的信息量要大的多，通常是二维CAD图的5—10倍以上，随着BIM模型的应用增多，这个数量还会增大。

此外，BIM模型在用软件打开和运行时，所占用的计算机资源还远大于上述所说的5—10倍的信息静态存储量。因为三维的表现要比二维的表现需要占用的资源也大的多。当BIM还有多维的应用时，对计算机的资源需求就变得非常大了。这也是目前我们在使用BIM软件时，总感觉计算机反应很慢，即使已经升级了电脑，运行CAD软件比以前快了很多了，但一旦使用BIM软件，电脑就马上慢下来。

以下是摘录自欧特克官方网站的关于Autodesk Revit Architecture的系统需求推荐:

·Microsoft® Windows®7 64位，包括企业版，旗舰版、专业版或家庭高级版

·四核英特尔®至强®处理器(2．50 GHz、2X6M L2、1333)或同等的AMD处理器

·8 GB或更大内存

·1，280×1，024真彩色显示屏

·1 GB(或更大)支持DirectX®9与Shader

Model 3的显卡。

上述这个电脑配置已经是目前比较高端的配置了，但从我们目前的实际使用情况看，只能处理大约20万平方米的2—3个专业模型协同，如果面积再大或整合更多专业模型，计算机的物理内存就要溢出，即使不死机，电脑的反应速度也已经下降到无法忍受的地步。

增加电脑物理内存可以避免内存溢出，但受目前电脑CPU的主频所限，短期内想通过硬件升级来大幅提高大型BIM模型下的电脑反应速度是不太可能的。

BIM与CAD的应用还有一个最大的不同是更强调“协同”和“团队”，没有有序和有效的组织，就难以准确和有效地整合成一个大型的BIM模型。

因此，针对大型BIM项目，如何在现阶段有限的软硬件条件下，有效地完成大型BIM模型的建模、协调和多维应用，我们进行了一些研究和实践。本文以某大型项目(图1)BIM应用为例，探讨大型项目BIM模型组织的方法:

1 项目概况

该项目建筑面积45万m2，一层为商业及配套服务区，二层为展区，成环状造型，分南北两环，共21个分区(图2)。

图1 二层(左上)、公交站场(左下)、展厅前厅(右上)、展厅(右下)

图2 一层(左)、二层(右)建筑BIM模型

2 模型组织

由于该项目建筑面积有45万m2，对于BIM模型而言是个比较大的规模了，必须对整个模型进行拆分，否则如此大的模型用目前的软硬件能力根本无法进行操作，所以，我们按区域、楼层、专业或系统拆分成21个区(图3)，每个区大约10个专业或系统。

经过这样拆分，每个区域大约面积是2万m2，即使在进行专业协调时整合该区域的所有专业或系统模型，在以下配置的电脑也可以比较畅顺地操作:

·Microsoft Windows 7 64位企业版

·四核英特尔或AMD处理器，主频3．00 GHz

·8GB

·1GB独立显卡

·两个20吋显示器

·千兆网络交换机

图3 分区示意

需要特别说明的是必须使用64位操作系统，因为32位操作系统的内存寻址空间是2的32次方，也就是4GB，即使电脑配置了4GB以上的内存也只是摆设，必须使用64位操作系统和相应的64位BIM软件才能发挥4GB以上的内存性能。

此外配备2台大屏幕显示器是提高工作效率的一个比较关键的条件。BIM是多维信息的集成，需要同时显示的信息量比传统的二维CAD要多，所以2个显示屏是强烈推荐的配置。

由于BIM模型都比较大，1万平方米面积的各专业模型文件大小合计大约100 MB。而数据文件都集中在共享的文件服务器上进行协同，所以，数据读写对网络的要求也比较高，选择千兆网络交换机比百兆网络交换机在数据读写速度上有明显的提升。图4是典型网络示意图。

3 文件目录组织

模型按分区和专业进行拆分后，产生的文件个数多达500多个。BIM与传统CAD的工作最大的不同是模型之间的关联性，该项目这几百个文件都不是孤立的，在整个工作过程中需要相互利用，所以必须进行有效的文件目录组织，工作才能有序地进行。

国外的BIM标准在这方面都有相应的要求，图5是Los Angeles Community College District的BIM标准中关于项目文件的目录结构:

当然，不同的应用其目录组织会有区别。从图5这个目录结构指引来看，偏向设计阶段应用，是以专业为主线进行目录组织。而该项目的应用是在施工和运营阶段，所以在目录组织上我们采用了以区域为主线进行目录组织，避免各专业模型整合时要跨目录链接的问题，在一个区域里存放所有专业的文件，更容易管理，见图6:

BIM的应用目标是项目全生命周期管理，BIM模型从设计、施工到竣工后的运维管理都将可以发挥作用。

结构清晰易于理解的文件目录结构，不但在模型创建期间易于管理，更重要的是在后续的使用中可以更继续发挥其作用。

4 文件命名

有了清晰的文件目录组织，还需要有清晰的文件命名规则。如前所述，为了拆分大模型，本项目仅模型文件数量就达500多个，必须严格规定文件的命名方式。香港房屋署(Hong Kong Housing Authority)的BIM标准手册里，把文件命名分8个字段24个字符进行命名，见图7:

从文件名就可以很容易地解读出该文件的来源，例如:

TM18__BLKAA-M-1F________

该文件名的来源解读见表1。

表1 文件名解读

图6 本项目文件目录组织

图7 香港房屋署BIM标准手册文件命名规则

当然文件名也不宜过长，否则适得其反，上述这个文件命名规则在描述文件的清晰度和文件名长度的平衡上还是把握得比较好。由于香港特区政府文件习惯沿用英语，用英文字母做缩写可以满足命名要求。但如果文件命名使用中文做缩写就有些困难，所以，我们在参照这个文件命名规则的同时，结合中文的特点，制定了如下规则:

项目简称-区域-专业-系统-楼层

与英文缩写不同，使用中文字段不好控制长度，所以不规定字段长度，但用“-”区分，以分隔出字段含义，例如:某项目-1区-空调-空调水-2层。

机电设备专业涉及到系统，需要在相同专业下再区分系统，如空调专业可能要区分:空调水和风管，有必要的话空调水还可以细分为空调供水、空调回水、冷凝水、热水供水、热水回水等等。对于大型项目，模型划分越细，后续的模型应用就越灵活。而在建模过程中，划分系统几乎不会增加多少工作量，却为后续模型管理和应用带来极大的便利。

系统的区分还可以不通过文件来区分而是在模型文件内部用设备类型来分系统，这样可以减少文件数量而保持细分模型的规则，本项目考虑到模型文件比较多，为了减少文件数量，采用了后者。

对于一些小型项目，可能一个模型文件就包括了一个项目的所有内容，“项目简称”是必须的，但本项目模型都拆分得比较细，文件很多，在严格按照文件目录组织的框架下，文件命名取消了“项目简称”字段，以减少文件名长度。

总之，模型文件命名和模型划分是密不可分，我们需要在清晰度和管理的有效性、便利性上取得平衡。所以，在项目前期需要对项目规模、专业组成，尤其是BIM应用目标进行充分的研究，才能确保项目顺利进行。

5 协同方法

该项目模型量比较大，需要按分区和专业进行划分，再分别进行模型的建立。协同建模通常有两种工作模式:“工作共享”和“模型链接”，或者两种方式混合。这两种方式各有优缺点，但最根本的区别是:“工作共享”允许多人同时编辑相同模型，而“模型链接”是独享模型，当某个模型被打开时，其他人只能“读”而不能“改”。

理论上讲“工作共享”是更理想的工作方式，既解决了一个大型模型多人同时分区域建模的问题，又解决了同一模型可被多人同时编辑的问题。而“模型链接”只解决了多人同时分区域建模的问题，无法实现多人同时编辑同一模型。虽然“工作共享”是理想的工作方式，但由于“工作共享”方式在软件实现上比较复杂，我们使用的Revit软件目前在性能稳定性和速度上都存在一些问题，而“模型链接”技术成熟、性能稳定，尤其是对于大型模型在协同工作时，性能表现优异，特别是在软件的操作响应上。我们做个一个测试，把该项目的2个区使用“工作共享”的方式模型进行编辑，与打开一个区，另一个区则是通过链接方式链接进来，在性能上链接的方式速度要得快的多。

由于“模型链接”方式对于链接模型只是作为可视化和空间定位参考，不用考虑对其进行编辑，所以在软件实现上就简单得多，占有硬件和软件资源都少，性能相对提高。

为了更进一步测试“模型链接”的性能，我们还做了一个测试，就是也不使用“工作共享”方式，纯粹就是把该项目的两个区合并成一个模型，与“模型链接”方式比较，在性能上链接的方式速度要快得多。

通过上述的测试和分析，我们在该项目全部采用“模型链接”工作方式，从实际的使用情况来看是比较成功的，主要有一下几点:

·性能稳定，没有出现任何由于模型链接产生的问题;

·响应速度快，采用之前提到的软硬件配置，工作时还是比较流畅;

·数据迁移方便，由于工作地点发生过多次的变化，甚至还到项目地点进行现场建模，共享文件夹通过复制就可以实现了;

·项目成员进出方便，只需要设置成员的访问服务器权限即可，没有“工作共享”方式经常发生的权限问题。

6 模型详细程度

BIM模型的详细程度，既要满足项目应用的要求，又要充分评估模型的详细度对计算机软硬的承受能力，尤其是大型项目，BIM模型规模较大时，如果模型详细程度过细，会带来计算机负荷过大，反应速度和稳定性都会下降，最终可能增加成本，延误项目交付。所以，在BIM模型创建之前，应根据项目的应用要求，界定比较明确的模型详细程度。美国建筑师学会(AIA)定义了5个级别来界定BIM模型的详细程度——LOD(Level of Detail):

·LOD 100:概念(Conceptual)

·LOD 200:粗模(Approximate geometry)

·LOD 300:精模(Precise geometry)

·LOD 400:加工制造(Fabrication)

·LOD 500:建成竣工(As-built)

模型详细程度需要根据实际项目的应用目标而定，表2是在项目各阶段的应用所对应使用的模型详细程度参考:

7 模型质量控制

为保障模型的正确性，除了通过常规的校审制度进行质量控制这一必经流程外，还需要通过一些建模的方法和原则来保障模型的正确性，以下是一些建模时采用的方法和原则:

·使用高质量的元素和组件，控制;

·使用参数控制;

·不使用无关联的2D文件。所有图纸视图都从模型中提取。

·使用正确的对象定义建模:例如使用结构柱对象建立柱子 ，而不是要用墙体来代替。虽然它可能看起来造型是对的，但对于与之配合的其它软件将无法进行正确的分析、统计或交互操作;

·进行准确的建模，例如消除对象重叠，正确地闭合墙体等等。模型需要不论是看上去是对的而且还应该实际就是对的。不准确的模型对象可能导致问题的出现;

·建立和执行企业自己内部的标准;

·使用业界公认的命名对象和空间;

·使用适当的和可互操作的视图、检查和输出文件格式。

由于BIM模型已经具备了比较丰富的属性信息，还可以通过使用软件工具来检测模型的合理性和准确性，例如 Solibri公司的 Model Checker，Autodesk Revit Model Review等。

Solibri公司的Model Checker是目前为数不多的BIM模型检查工具，可以通过自定义规则，对BIM模型进行规则检查，例如安全疏散距离(图8)、疏散宽度、未定义空间(图9)等。

图8 安全疏散距离检查

但BIM应用基本上是群体应用，而且为了数据的唯一性，更需要数据的集中管理，因此数据安全成为BIM应用必须重视的问题，欧美国家的各类BIM标准或指引，都对数据安全提出了明确的要求，必须对BIM项目应用的数据进行数据安全保障措施。

8 数据安全

数据安全是信息化的基本要求，但在CAD应用非常普及的今天，由于CAD可以个体地使用，出现文件数据损坏往往也只影响个体，不像数据库的应用那样会导致大面积的影响，所以对于CAD的数据安全不像数据库的应用那样受到重视。

从IT管理层面考虑，主要是通过专业的服务器和冗余存储设备进行数据保护，通过以下3个层面保障数据安全:

1)冗余存储

采用由2个以上可热插拔的硬盘组成的磁盘阵列设备，利用RAID技术保障数据的安全。磁盘阵列(RAID)技术主要包含RAID 0～RAID 50等数种方式，常用的有如下2种:

·RAID 1:两组以上的N个磁盘相互作镜像，速度快。Size=min(S1，S2)，见图10;

·RAID 5:至少需要三块硬盘，把数据和相对应的奇偶校验信息分别存储于不同的磁盘上，磁盘空间利用率要比RAID 1高，但速度稍慢。Size=(N －1)x min(S1，S2，…，Sn)。是目前采用较多、性价比较好的技术，见图11。本项目我们采用了RAID 5方式，使用了3块每块1TB容量的硬盘，可用硬盘空间为:Size=(3－1)×1 TB=2 TB。

2)备份

采用了上述冗余存储技术只解决了数据本身的安全，但数据的内容安全例如数据的版本、软件故障导致数据无法打开等非硬件故障问题，则需要通过定期的备份措施来解决，一旦正在使用的数据内容出现故障，可以通过备份的数据得以恢复。

3)异地容灾

上述1)和2)解决了本地的数据安全。但如果万一存放服务器和数据存储设备的房间出现意外，诸如火灾、水淹、房屋坍塌等情况，数据可能就被彻底损坏。所以，异地容灾是应该考虑的。数据量小可以通过移动存储设备进行备份后存放到异地，对于大型数据可以使用磁带机进行备份后存放到异地。有条件的话还可以通过异地服务器进行数据备份和同步。

9 总结

通过该大型项目的BIM建模和应用，深刻体会到在BIM模型建立之前的规划、组织的重要性，由于前期已经充分估计到BIM模型量的巨大，我们参考了欧美及香港地区BIM标准和指引，对模型的组织进行了仔细的划分，并结合中文特点建立了文件命名规则并严格执行，最后顺利完成了45万m2的包括建筑、结构、水暖电个专业BIM模型(图12)，数据总量50GB，其中BIM模型总量30GB，2500多个模型文件。

在建模过程中，多次出现软件出错导致文件损坏，也发生过人为操作失误导致文件损坏，由于采用了定期备份的机制，文件得以及时恢复，多次化险为夷，因此，数据安全必须作为一个重要的环节进行管理。

由于模型量大，为确保最终模型能够进行总装，在模型详细程度的控制上，参考AIA的LOD标准，以LOD 300为主，部分采用LOD 200，最终转换成Autodesk NavisWorks模型后总装，采用上述第2小节的电脑配置可以比较流畅地任意浏览漫游，满足项目的可视化、查询、专业协调检查等应用，最终的BIM模型用于业主的运维管理，为此，我们还利用该模型进行了运维管理的系统开发，为项目今后运维管理发挥长期的作用。

［1］何关培新浪博客，http://blog．sina．com．cn/heguanpei．

［2］何关培主编:《BIM总论》．

［3］Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks，Kathleen Liston:《BIM Handbook》．

［4］Los Angeles Community College District:《Building Information Modeling Standards》．

［5］Hong Kong Housing Authority:《Building Information Modelling(BIM)Standards Manual》．