BIM协同设计在建筑工程中的应用

沈维龙

南京长江都市建筑设计股份有限公司

BIM协同设计在建筑工程中的应用

沈维龙

南京长江都市建筑设计股份有限公司

本文以BIM技术为基础，结合中国移动淮安呼叫转移中心工程实例，从revit在暖通信息模型构建和Navisworks在管道综合设计中的运用为出发点，由点到面全面阐述BIM协同设计的思维在工程项目中的运用以及对BIM后期发展的展望。

BIM 暖通 管道综合 协同

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是由Autodesk公司创立的，将项目的前期规划、中期建设、后期运营管理集成于一体，涵盖项目的所有参数（包括建筑信息、设备信息、施工周期规划、物业运营管理等）的体量模型[1]。它将传统的二维CAD线性矢量图形转换为直观可视化的三维信息模型。依据此平台设计师可将设计成果进行实时共享：甲方可根据建模的进度为即将到来的施工提前办好各种行政审批手续以防延误预定的施工进度；对一些用Rhino、SketchUp等软件建立的复杂异形建筑模型，施工方可依此模型对这些区域进行三维无缝对接模拟检查，为这些区域在后期施工实现无缝对接提出可行的方案，防止施工中出现大量返工；业主方可根据建筑所处的具体功能对模型内部空间提出实时修改意见，在工程动工之前就能依虚拟模型完成各方的协调部署工作，最终达到依模而建，无需返工。BIM的协同价值从宏观方面来讲就是在项目的设计、建造、运营管理整个流程中各方的协商决策都在可视化的模型之下完成的，微观来说是各专业（包括建筑、结构、暖通、给排水、电气）在施工之前就可以完成整个建筑的所有碰撞检查并且依Navisworks的碰撞报告对模型进行一一调整，避免后期施工中的返工现象，在可视化的基础上真正做到了有模可依，有样可调。

1 工程概况

中国移动淮安呼叫转移中心，位于江苏淮安，总建筑面积56151m2，地上55351m2，地下800m2，在满足业主具体建筑功能需要的同时，从其所处的地理位置出发以《绿色建筑评价标准》（LEED认证）为基准进行各种方案的被动式日照采光节能分析[2]，以节能的优劣最终将该特殊类型办公建筑的主体部分设计成斜向E造型，餐厅为旋转上升的圆盘。

结合建筑内部使用功能及业主意见，客服区、会议室、办公室等设置两管制风机盘管加新风系统，东侧中庭设置两管制风机盘管系统。UPS间、强弱电间采用风冷型机房专用空调，有特殊要求的数据机房采用风冷型恒温恒湿空调系统，该建筑的变配电机组较大，因此设置通风及空调系统，在通风系统达不到要求时采用空调系统而且通风系统肩负气灭排烟的功能，整个建筑的空调总冷负荷为7819kW，单位建筑面积冷负荷指标为139.3W/m2。从节能和工程投资方面考虑，本工程的空调冷热源由位于园区东南角的能源中心提供，不单独为建筑设置能源站。

本项目中BIM技术主要应用于前期方案认证和后期施工阶段协助总承包单位对地下空间的机电管线进行施工前地校验，达到减少变更，缩短工期的效果。地上外形复杂，传统施工难度大，利用BIM技术可以有效解决放线、构件定位等一系列复杂空间施工问题。

2 建模中的协同

2.1 统一的边界参数

由BIM团队中的一员依据项目的CAD图纸在revit中为该项目建立标高轴网，然后通过360协同云平台将此分享给不同地区参与设计的水暖电（Mechanical Systems Electrical Plumbing，MEP）及建筑结构的BIM工程师确保接下来的建模在统一的标高和轴网之下进行，可以有效地保证后期各专业模型在统一的边界参数下进行链接整合，然后各设计师将统一了的轴网链接到本专业的revit建模模版中，利用“复制/监视”功能里的“使用当前链接”将链接轴网转为自己的模型轴网进行建模。

2.2 各专业内部的协调

将CAD图纸导入revit软件进行建模，把二维图纸中错综复杂的线条转化为具有参数化、信息化、可视化特点的三维模型，每个MEP设计师在建本专业模型时应首先避免本专业内部综合管线的碰撞，如在同一标高同一轴线上出现风管、水管及其他管线或者设备时宜适当翻转避让，基本的原则是小管让大管、风管让水管、无压管线让有压管线、水管不得翻越桥架[3]，同时水暖电管线应避开穿插风井和梁柱，建筑建模师应当为CAD图纸上有要求的部位预留孔洞，保证后期管线放样能顺利通过，减少错漏碰缺和变更发生，提高后期工程的质量和效率（如图1）。

图1 水、暖、电、管线与梁柱间的互相避让

2.3 统一协调

将建好的各专业revit模型导出dwfx格式的文件（此格式可保证原始模型中各组分的材质颜色不变，方便后期查找碰撞点的位置及出施工效果图），用来对不同专业的模型进行碰撞检查。

3 碰撞中的协同

通过Navisworks软件对管线、墙、梁柱进行综合碰撞检查，首先将整个项目的模型（建筑、结构、水暖电）链接到一起（图2），根据实际情况做硬碰撞或者间隙碰撞，间隙碰撞又称软碰撞可以为两个构建做定间距碰撞检查，多用于检查局部区域的净高是否达到要求，如复杂能源站机房内部设备间距是否满足后期维护间距的要求、地下车库的净高是否便于往来车辆自由出入。Navisworks中软碰撞的功能极大地弥补了revit中碰撞检查在空间协同上的不足，利用此功能可以在虚拟三维建筑模型中检查各项设计参数，这样，以往CAD图纸上纷繁复杂的管线综合排布在可视化的模型之下就显得清晰明了，施工方可依此从任意方位查看管线及构件的空间排布情况，便于施工。

图2 各专业模型综合后的局部剖切图

依据Navisworks导出的碰撞报告（表1）再重新对模型进行协调更改，对报告中出现碰撞较多的一些节点，BIM工程师需要从施工实际出发互相协调找出问题的解决方法。当revit模型较复杂无法快速定位碰撞点时可依碰撞报告中碰撞点的ID号用“查找/替换”命令进行准确定位，然后修改。修改的基本原则是管线、设备应避开与柱子的碰撞，当防火卷帘与机械设备相冲突时在不违反防火规范的前提下对其作适当的调整避免碰撞，为无法穿墙的管件重新在模型上打洞使其顺利通过，这样可以有效地避免土建施工方竣工后安装风管设备时出现返工凿洞的情况，模型的建立修改都应为真实的施工做准备，尽量多地提前解决施工中可能会遇到的隐患问题。

表1 某碰撞点的详细报告

根据Navisworks漫游的功能选“真实效果”中的“第三人”的命令从建筑的底层场地走到楼顶做一个实时的动漫模拟视频，并将其从软件中导出来发给甲方、施工方、业主方，让他们体验下即将施工建成的建筑的内外体量构造、家具摆放、装潢材质渲染的效果，以可视化的模型为依托，这样便于业主方根据需要提出贴近实际应用的修改意见。

4 后期的协同

4.1 能耗对比中的协同

将赋予参数化了的revit模型导出IFC格式的文件，再通过转化插件IFCtoIDF将IFC转化为IDF格式的文件导入Energyplus中，Energyplus是集建筑负荷、空调选型、设备性能于一体的能耗模拟内核分析软件[4]，它能自动提取IDF格式中revit模型的参数无需另外建立体量模型，依据revit建模时划分好的热区信息和建筑构件信息对整栋建筑和两管制风机盘管加新风系统及机房专用风冷型空调进行实时模拟运行能耗分析，根据实时运行的数据与最初设计时的能耗参数进行比对分析，然后根据LEED认证的具体标准对各类因数（如窗墙体、地板材质及室内温湿度、通风方式）进行优化改进（图3）。

图3 能耗优化流程图

4.2 协同中的运营维护

将BIM建筑信息模型导入archifm.net中根据开发商提供的自助云服务利用CAFM软件实现对建筑的全生命周期进行管理。

根据与租户所签合同的具体要求将模型图按需进行划分，做到每个模型空间都能落实到户实现以模式定位的租赁管理；依模型中设备的内置信息参数生成设备保养维护周期表，制定出维护的工程量清单然后按周期进行批量维护，实现参数化的维护管理；archifm中的财务管理可以与Oracle ERP等财务系统整合管理CAFM合同，形成以总投入（前期建设、后期运营）为核心的预算造价图以此进行项目回收期的综合评估分析。

5 结论与展望

BIM可以有效地解决二维CAD图纸在空间放样融合协调方面的不足，它的协同设计可以将杂乱的线条图纸赋予三维立体条理清晰的虚拟模型，给参与项目的各方带来真实的建筑体量信息模型。但也存在着一些不足之处：现有BIM软件revit中族库文件不全，在一些大型项目（比如能源站）的建模中需要耗费BIM工程师大量时间去建不同的族文件来适应项目模型的需要，从而降低了协同设计的整体效率，期待软件厂家不断更新出适应模型需要的本地化族库[5]；设计院建模的最终目的是用来指导施工单位施工，这对施工方项目负责人的BIM软件操作水平以及施工现场电脑软硬件要求都比较高，一时还难以普及推广；建筑行业内关于BIM的规范性条文较少，有待进一步完善。

[1]董大纲,蔡悠笛,张杰.BIM技术在暖通空调设计中的应用初探[J].暖通空调,2013,43(12):104-109

[2]绿色建筑评价标准(GB/T50378-2006)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006

[3]汽车库建筑设计规范(JGJ100-98)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006

[4]Fumo N,Mago P,Luck R.Methodology to estimate building ener gy consumption using EnergyPlus Benchmark Models[J].Energy and Buildings,2010,42(12):2331-2337

[5]吴吉明.建筑信息模型系统（BIM）的本土化策略研究[D].北京:清华大学,2011

Applie d Colla bora tive De s ign in the Cons truc tion Proje c t

SHEN Wei-long
Nanjing Yangtze River Urban Architectural Design Co.,Ltd.

Based on BIM technology,the application of revit in HVAC information model built and Navisworks in pipeline integrated design of China Mobile Huaian Call Transfer Center project was introduced,including the application of collaborative design BIM thinking in engineering project.Finally,the development of BIM was introduced too.

BIM HVAC,ductinter integration,collaborative

1003-0344（2015）05-077-3

2014-6-1

沈维龙（1989～），男，硕士，助工；江苏省南京市秦淮区洪武路328号南京长江都市建筑设计股份有限公司（210000）；E-mail:434358575@qq.com