BIM技术在贵安新区清控人居科技示范楼中的应用

张弘 韩冬辰 解丹 胡安 善印 / ZHAGN Hong, HAN Dongchen, XIE Dan, HU An, SHAN Yin

BIM技术在贵安新区清控人居科技示范楼中的应用

张弘 韩冬辰 解丹 胡安 善印 / ZHAGN Hong, HAN Dongchen, XIE Dan, HU An, SHAN Yin

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的核心是一个基于三维模型的交互式数据库，包含了从设计到建成，乃至全生命周期的所有信息。BIM能在数字环境中保持建筑信息的不断更新并提供不同方式的访问，使设计师、工程师、施工人员和业主等可以全面了解项目进展。在贵安新区清控人居科技示范楼（Tsinghua Eco-Studio，THE-Studio，以下简称“科技示范楼”）项目中，为了有效区分各工种的工作范畴，协调各专业间的配合，掌控设计和施工进度，全方位提高各专业的设计效率和工程质量，BIM团队在施工图设计阶段引入了基于Revit和NavisWorks的BIM流工作平台，力图实现从设计到施工的全过程信息化。

1 全信息化模拟建造

针对科技示范楼面积小而复杂的特点，BIM团队创建了细化至构件产品级别的全信息化模型，最大程度实现模拟建造，以配合设计深化和后期施工。

1.1 多种结构类型之间的协调

科技示范楼采用了4种结构体系，分别是位于地上的木、钢、轻钢和位于地下的混凝土结构体系。为了配合不同结构体系对应的厂商和施工方完成设计深化和后期施工，BIM团队设置了更为细分的BIM模型工作集分类：第一级按专业分类，如建筑、结构、室内、MEP等；第二级按体系分类，如结构－木、结构－钢、结构－轻钢、结构－混凝土等。细化的工作集管理明确了团队成员的工作界限，简化了协调多种结构类型的设计交接过程，避免不同成员发生工作交叉。同时利用工作集和过滤器管理不同结构体系的视图，以不同颜色和透明度区分不同体系（图1），便于发现不同结构体系间的交接问题。

1.2 复杂构造节点的可视化推敲

鉴于此次BIM模型达到了构件产品级别的细度，建筑的各个构造节点可以直接在BIM模型中得到反映（图2）。通过Revit软件的族功能①可以创建各种建筑构件，丰富的材质和图示信息可以使构造

节点在各个视图中得到符合规范的显示。BIM的三维可视化和平、立、剖面视图联动功能，使建筑师更便于推敲建筑的复杂构造节点，更利于推动项目的精细化设计。

图1 不同结构体系的区分

图2 中厅夹壁墙身大样

1.3 建筑构件的产品信息汇总

BIM模型摆脱了传统三维建模点、线、面、体的建构方式，以构件信息化为基础实现模拟建造，便于后期和施工方、供货商等进行对接。在此次项目的BIM模型创建初期，团队便规范了各个族与类型的命名方式，以“位置－工种－类型－材料－尺寸”的命名逻辑区分各种构件，便于建模时的快速调用和后期明细表的准确统计。在构件的创建初期，可以设置其类型、材料、尺寸、位置、连接方式等信息，后期还可以向构件中添加制造商、用途、施工方等多种信息，使建筑构件的信息数据得到不断完善。在后期施工阶段，BIM模型便可导出完整的产品信息给工厂，从而实现建筑构件的预制化生产。

由于项目并非在初始阶段引入BIM平台辅助设计，建筑设计团队仍旧采用AutoCAD加SketchUp的工作模式修改和深化方案。在施工图阶段BIM团队才介入项目，通过AutoCAD图纸与建筑设计团队对接，不断将建筑师反馈的内容加入BIM模型。这一工作模式导致建筑团队对项目的修改深化无法直接在BIM模型中实现信息更新。一旦与建筑设计团队沟通不畅或其反馈图纸信息不及时，BIM团队会创建重复和错误的族与类型等，导致BIM模型的无效信息增大。同时，建筑设计团队无法第一时间通过BIM模型的三维可视化来推敲方案的空间、形态和构造节点等问题，导致项目的修改更为频繁。此种配合模式无论对于BIM团队还是建筑设计团队而言都存在无效工作和浪费时间的问题， 只有当建筑设计全团队、全过程使用BIM平台，才能有效提高设计效率，充分发挥BIM模型全信息化的作用。

2 三维可视化的多专业协作设计

BIM平台使设计院中的各专业人员可以基于同一三维可视化模型工作，不仅便于各专业设计师直观了解设计情况，而且可以确保各专业间的信息及时、准确传递，最大程度提高各专业的设计和与其他专业的协作效率。

2.1 全专业的三维可视化建模

在基于AutoCAD和SketchUp的传统设计模式中，建筑、结构等专业的三维设计已十分普遍，但水、电、暖通等专业的三维可视化建模仍未普及。在此次科技示范楼项目中，BIM团队实现了全工种的三维可视化（图3、4），让各专业的设计师以最直观的方式了解自身的设计内容，便于查找深化设计中产生的问题。在出图和汇报阶段，各专业设计师都可以从BIM模型中获取所需要的二维、三维、分析等不同视图信息，从而节省大量图纸整理和汇报文件制作的时间，便于设计师将精力和时间集中于设计创作。

2.2 不同专业间的交互式协作

科技示范楼由于结构类型多样，在后期需要与较多不同的承包商、施工方、专业咨询顾问等协同合作。加上结构、给排水、暖通、供配电等各专业设计师、工程技术人员和建筑师的协调、沟通任务繁重。在此次项目中，BIM团队创建的信息化模型为不同专业提供了一个完整的三维数据库来实现交互式协作（图5），解决设计和施工阶段出现的沟通低效问题。各专业在同一平台上传递、处理、更新不同专业信息，可以有效避免传统协作模式下因遗漏或更新不及时导致的重复劳动。Revit特有的监视协调功能可以监视和协调对影响团队遵循不同规程的图元进行的修改，例如在卫生间设计中，当建筑设计团队移动或修改了受监视的洁具，给排水团队则会收到通知，及时调整自己的管线布局，随后建筑设计团队便会得到反馈，有效提高相关专

业的协作效率。

图3 MEP全专业BIM模型

图4 地暖的可视化设计

图5 链接于建筑BIM模型的MEP工作环境

2.3 不同专业间的碰撞检查

检查和解决不同专业间的设计冲突是后期施工图阶段的重要工作部分。按照传统的工作模式，建筑师需要通过其他专业提供的CAD图纸来校验建筑结构构件和MEP管线间的交叉冲突，然后再向其他专业设计师反馈问题，再由建筑师协调，以此循环往复。当项目复杂，工种较多的时候，这种工作模式无疑会浪费建筑师大量时间，并且无法保证完全解决不同专业的交叉冲突。在科技示范楼项目中，BIM团队通过基于信息化模型的后期处理，很好地解决了不同专业的冲突问题。通过运行Revit的碰撞检查功能，软件可以自动发现建筑、结构部分与水、电、暖通部分间彼此相交的图元。通过随后导出的检查报告，可以提供不同类型图元间无效交点的具体信息（图6），并在平面中标出准确位置（图7）。不同专业可以在BIM平台中同步获取碰撞信息，从而协调修改交叉冲突。

在科技示范楼中，BIM团队实现了建筑、结构、给排水、电气和暖通等专业的信息化，但在与木业、轻钢厢房、幕墙、设备等厂商的设计对接中，仍需要通过AutoCAD二维图纸信息进行协作，无法完全摆脱传统的设计协作模式。由此可见，只有当建筑项目从设计到施工全产业链实现BIM化，才能最大程度发挥BIM信息模型的作用，

最大程度提高相关设计、产品预制和施工控制等的效率和品质。

图6 碰撞检查的具体信息

图7 由碰撞检查亮显表示管道与墙的冲突

图8 NavisWorks的实境漫游

3 基于NavisWorks的后期信息处理

同样作为欧特克公司（Autodesk，Inc.）的BIM产品，NavisWorks在BIM工作流中紧接Revit，用来处理建筑项目的后期信息。BIM团队将前期创建的信息化模型导入NavisWorks中进行后期处理，从而实现施工周期的可视化模拟和管理，便于施工人员根据问题迅速调整施工计划，预防现场施工错误。

3.1 三维可视化漫游和表现图生成

在科技示范楼的各种技术会议中，BIM团队使用NavisWorks制作了表现力较强的动画视频和表现图，各专业均可基于BIM模型生成的各种信息进行协调交流和展示汇报。NavisWorks预设有多种场景，可以实现实时的三维渲染，在真实的环境中体验所设计的项目。设计师可以通过漫游体验来发现细节问题（图8），全面地评估和验证所用材质是否符合设计意图。同时内置的视频制作功能可以根据漫游路线创建第一人称视点动画。NavisWorks和Revit一样具有光影追踪和渲染功能，不仅便于快速生成整体效果图，各专业还可以通过集合功能的控制获取不同工种内容的表现图。相比于Revit的表现功能，NavisWorks可以在无需高性能硬件和复杂参数设置的情况下快速生成动画视频和表现图，非常有利于项目的后期汇报和展示。

图9 基于NavisWorks的甘特图创建

3.2 施工模拟及时间管理

通过不同工种的集合创建和相应的施工周期设定，BIM团队利用NavisWorks的Manage和Timeliner功能详细模拟了科技示范楼的施工进程。渲染窗口可以实时反映设定的甘特图（Gantt Chart，图9）的工种和时间信息，从而制作出模拟现场施工进程的视频动画。根据施工模拟动画，设计师和施工方可以检查并调整施工工序和各工种的进场时间等问题，保证项目的进度和质量，节省建造中的材料和人工成本。

3.3 后期检查及问题标识

BIM团队利用NavisWorks进行了更为细致的碰撞检查，可以通过详细的设置避免Revit中的无效碰撞结果。基于硬碰撞、间隙碰撞、副本碰撞等不同碰撞类型的检查，设计师和施工方可以提前预判项目施工过程中的各种专业冲突和错误信息。当建筑师在三维漫游中发现问题时，NavisWorks的三维校审可以提供测量和红线批注标记等功能，方便建筑师记录问题并和施工方协作。

由于科技示范楼项目工期较紧，因此BIM团队尚未完成基于NavisWorks的后期信息处理便已开始施工。同时由于现场施工方缺乏与BIM团队的紧密交流，因此未完全发挥BIM模型的检查与管理作用。

4 结语

通过基于Revit、NavisWorks等BIM流工作平台的项目实践，BIM团队积累了从初期的信息化模型创建、相关专业设计反馈与协调，到后期的汇报图纸信息生成、施工进程模拟与管理等BIM流工作模式的相关经验。BIM技术在设计和施工中展现出的效率提升和错误预估能力，对将全生命周期的生态特性作为重要考核标准的科技示范楼项目而言具有重大意义。通过与传统设计工作模式比较，BIM技术的核心在于项目全过程中，创建并使用与建筑相关所有专业相互一致且可交互协作的数据信息。因此在科技示范楼项目中，仅实现建筑、结构、给排水、电气和暖通等相关专业的设计BIM化是不够的，还应扩大至施工方、设备商、材料厂商等相关全产业链的全过程，BIM协作才能发挥技术信息化、交互化、模拟化的巨大优势。

注释

① “族”是Revit软件中使用的一个功能强大的概念，有助于使用者更轻松地管理和修改数据。每个族图元能够在其内定义多种类型，根据族创建者的设计，每种类型可以具有不同的尺寸、形状、材质设置或其他参数变量。

张弘，清华大学建筑学院，清华大学建筑学院BIM工作室

韩冬辰，清华大学建筑学院，清华大学建筑学院BIM工作室

解丹，清控人居建设（集团）有限公司

胡安，清华大学建筑学院BIM工作室

善印，清华大学建筑学院BIM工作室

2015-06-04

APPLICATION OF BIM IN THE-STUDIO IN GUI'AN NEW AREA

清控人居科技示范楼项目在施工图设计阶段引入了BIM流工作平台，试图实现从设计到施工的全过程信息化。BIM团队前期使用Revit创建了细化至构件产品级别的全信息化模型，最大程度实现模拟建造；后期则使用NavisWorks实现施工阶段的可视化模拟和信息化管理。在项目全过程中，BIM平台使所有相关人员基于同一三维可视化模型工作，确保各专业间信息的准确对接，最大程度提高多专业的协作效率。因此从设计阶段到施工阶段以至到后期运营阶段，BIM技术可以实现项目全过程的信息化、交互化、模拟化，对以全生命周期的生态特性作为重要考核标准的贵安新区清控人居科技示范楼项目而言具有重大意义。

The THE-STUDIO (Tsinghua Eco-Studio) in Gui'an New Area uses BIM as a working platform in construction documents design phase to achieve the digitalization of all the phases from design to construction. At the early stage, the BIM team uses Revit to create an information model which is ref ned to construction components so that it can imitate construction to the greatest extent. At the later stage, the BIM team uses NavisWorks to simulate and manage the construction cycle visually. In all the progress of the project, the BIM platform enables all the related people to work based on one 3D model so that all the information can be conveyed correctly and that multi-disciplinary teamwork eff ciency can be greatly improved. Therefore, the BIM can help to achieve the digitalization, interaction and simulation of the whole process of the project from design, construction and post-operational phases, which is of great signif cance to the THE-STUDIO in Gui'an New Area, a project taking the ecological standard as an important assessment criterion.

信息化模拟建造 多专业协作设计 施工模拟与管理

Construction of Informatization, Multi-Disciplinary Design, Simulation and Management

本文由国家自然科学基金项目支持（项目编号：51208276）。