基于BIM的某食堂配套用房工程协同设计研究

张淑娟，巩利军

（1.甘肃泓文建筑设计有限责任公司，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省长城建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

某食堂配套用房建筑面积2 916 m2，层数2层，地下一层，层高5.1 m，建筑高度10.2 m，塔楼高度18.85 m，结构型式框架结构，建筑外窗为玻璃幕墙，建筑功能包括变电所、超市、物业管理、物流房、员工办公室等；机电安装工程包括给水排水专业、采暖与通风、电气专业。

2 设计阶段BIM协同及模型深化方法

2.1 设计各阶段BIM协同流程

设计阶段BIM协同包括方案阶段、项目初设阶段和施工图设计阶段。

2.1.1 方案阶段

根据建设方设计意图和项目场地概况等相关资料，综合考虑建筑设计概念、规划布局、形体塑造等要求初步构思建筑方案，做好BIM设计应用策划，开始创建项目方案模型，项目深度以项目各性能化分析和评估要求为依据，为项目方案比选和确定提供方案模型，确定项目建筑设计方案，控制建筑规模及投资。

2.1.2 项目初设阶段

各专业设计人员在方案阶段设计模型基础上，各自细化设计项目各专业模型，进行可视化分析和碰撞检查，对分析结果和碰撞检查结果进行优化调整，形成初步设计模型，并导出初步设计图纸，各项性能分析报告及检查碰撞报告。

2.1.3 施工图设计阶段

继续积极争取监测经费，进一步提高监测点的代表性和覆盖率，完善浦口区耕地质量监测预警预报体系，动态监测全区的耕地质量状况和变化趋势，形成网络健全、层次分明、管理规范与现代高效农业相适应的耕地质量监测体系。常年性系统开展动态监测，全面掌握全区耕地质量变化趋势，建立耕地质量长期动态监测数据库。继续开展多层次的技术培训，加强监测队伍建设，提高耕地质量监管水平。

在初设模型的基础上进行深化设计，再次进行数字化分析和碰撞检查，对其结果进行优化调整，导出符合施工图设计阶段模型深度的图纸和各项性能分析报告。

2.2 设计各阶段模型深化方法

由于不同阶段对模型交付目的和交付要求不同，不同设计阶段根据设计意图创建模型设计深度和模型构件信息。

2.2.1 方案概念设计深化方法

方案概念设计阶段采用Autodesk REVIT（欧特克建筑设计和施工软件）、SKECHUP（草图大师）等三维软件中“放置体量”功能对建筑群进行整体布局，对各建筑群体量关系进行推敲后，形成初步的建筑项目方案概念体量，通过幕墙系统、屋顶、墙体、楼板和门窗等功能对建筑体量进行深化设计，创建具有建筑构件信息的初步模型；日照模拟计算，分析建筑日照优化设计布局及模型；渲染出建筑全方位效果图，展示各设计方案应用效果，生成各方案项目估算投资，供业主确定项目方案。

2.2.2 初步设计阶段深化方法

初步设计阶段模型是在方案概念设计模型的基础上进行深化设计，确定建筑群体项目原点和参照点，确定各单位工程的轴网及标高等，添加项目围护结构的材质、颜色等面层信息；各专业初步协调后，确定房间布置及其功能；建筑专业细化各房间所有门窗材质、洞口尺寸及定位，细化楼梯参数、台阶、栏杆扶手、屋面形式及构件样式、外立面造型等外装饰细节；结构专业按计算结果添加梁、柱、楼板等组件创建项目主体结构模型项目，并进行基础设计及模型创建；设备专业在建筑模型基础上添加各自类别的管网、设备和电气线路等，形成各专业模型。各专业模型整合，碰撞检查，各专业相互沟通、协调确定项目初步设计模型，生成项目二维CAD图纸、技术经济指标、各专业材料及设备表，细化标注完成初步设计图纸。

2.2.3 施工图设计阶段深化方法

施工图设计阶段在初步设计项目模型基础上对各专业细化设计，建筑专业细化设计建筑各部位节点构造、内外装修材料及构造要求，建筑结构敲定主体各构件截面、定位信息、配筋及细部节点连接要求，机电专业设计各管线及设备、大小、型号以及安装要求；各专业再次进行数字化分析和碰撞检查，相互沟通、协调、进行优化修改，形成项目最终施工图模型，导入CAD制图软件生成项目二维图纸，深化细节标注、说明等内容完成施工图出图。

3 协同设计方法

BIM协同设计方法常用的包括文件链接协同、文件集成协同和中心文件协同等多种方式，每种协同方式各具有优劣势，本文着重介绍较为常用的文件链接协同方式和文件集成协同方式。

3.1 文件链接协同方式

文件链接协同流程：在Autodesk Revit 2019中打开食堂配套用房工程结构模型，通过插入功能，链接Autodesk Revit模型，分别导入建筑模型、给排水模型、采暖与通风模型、电气模型，定位选择“自动-原点到原点”；为了确保导入模型在结构模型中可见而不被覆盖，在参照类型中选择“附着”，文件链接完成后，文件链接协同方式如图1所示。

图1 文件链接协同方式图

3.2 文件集成协同方式

文件集成协同方式是利用Autodesk Revit中文件导出功能，将不同专业的BIM模型转换成集成软件支持的数据格式，例如Autodesk Navisworks（欧特克可视化和仿真软件）支持整合.nwc、.ifc等多种数据格式，食堂配套用房工程文件集成协同方式如图2所示。

图2 文件集成协同方式图

4 专业内BIM协同设计

4.1 建筑专业内部BIM协同

建筑专业建模采用的建模软件有Autodesk Revit、Sketchup、Catia（交互式CAD/CAE/CAM系统）、Bentley建筑（Bentley软件是一种基于图形服务平台构建3D模型的软件）和ArchiCAD（建筑设计的三维CAD软件）等软件；某食堂配套用房工程建筑设计开始时，建立初步模型时，计划后期协同方式采用文件链接协同方式，为其他幕墙等建筑专业共享坐标系及轴网；创建模型时选择统一的建筑样板文件，统一建模规则和建模深度。建筑专业内部协同模型如图3所示。

图3 建筑专业内部协同模型

4.2 结构专业内部BIM协同

结构专业内部协同主要有计算分析软件间的协同、结构计算软件与BIM平台间的协同、BIM平台协同三大部分[1]。其中结构分析主流软件包括YJK（盈建科结构分析软件）、ANSYS（有限元分析软件）、ABAQUS（有限元分析软件）、PKPM（结构分析软件）等软件，其中YJK已内嵌了PKPM、MIDAS（有限元分析软件）、ABAQUS、REVIT等软件接口程序，可实现一模多用，避免了重复建模，提高了设计效率；对于群体性工程一般多由多名设计人员协作共同完成，在采用REVIT平台协同设计时，结构专业负责人根据工程特点，对项目按结构单元拆分、按地上地下部分拆分、按标准组件拆分、按标准户型拆分和按结构专业（钢结构、钢筋混凝土、网架结构等）等拆分。某食堂配套用房工程采用REVIT模型进行结构专业内部协同，如图4所示。

图4 结构专业内部协同模型

4.3 各机电专业内部BIM协同

机电专业设计时，各专业负责人选择相应的项目样板，如给水排水项目样板、采暖通风样板、电气样板；且不同专业应选用同一版本的BIM软件创建模型，设计模型时复制建筑专业设计的轴网、标高及坐标原点，以保证后期协同时各专业间的一致性。

机电管线排布遵循原则：电气管线在上，水管线在下；给水管线在上，排污水管线在下；风管尽可能贴梁底布置；管线排布综合考虑安装控件、运行操作空间和检修空间；管线排布综合考虑支吊架位置。机电管线调整避让遵循原则：水管避让风管；有压管道避让无压（自流）管道；可弯管道避让不可弯管道；小管径管道避让大管径管道；冷水管道避让热水管道。喷淋管道安装标高控制原则：水流指示器后喷淋配水管道穿梁敷设安装，喷淋主干管及支管均穿梁敷设；根据本项目给水排水专业、采暖通风专业、电气专业图纸采用翻模软件实现模型的快速翻模，其中，喷淋采用上喷头，距离上部楼板板底≤150 mm；屋面设有变频多联室外机；各机电专业内部协同模型如图5所示。

图5 各机电专业内部协同模型

5 专业间BIM协同设计

5.1 阶段性定时协同

设计团队在项目阶段性设计完成后，通过各专业BIM模型的链接协同和集成协同，对项目进行阶段性的综合协调；由于不同专业采用不同的设计建模软件，链接或集成模型前需统一坐标原点，各专业先行转换数据格式，采用通用的IFC等格式进行链接文件。

5.2 设计阶段连续协同

在项目设计过程中，各专业分别创建自己专业的BIM模型，为了及时接收其他专业模型资料，本专业做好自己模型提资标记，链接所需专业的模型，及时更新项目项目提资内容；建筑专业和结构专业模型墙、柱、梁、板、梯共用，可考虑建筑和结构专业共用一个模型；某食堂配套用房工程建筑专业包含幕墙和装饰工程，故将建筑和结构专业分开建模。在初步设计阶段和施工图设计阶段，各接收专业根据基于BIM的设计协同从提资专业提取所需信息，如土建专业需提供房间功能、净空高度、轴网尺寸及标高、构件几何尺寸，机电专业根据土建信息提所需条件，包括机械设备规格型号、管线预留洞口位置及尺寸、管线走向及标高、特殊工艺的工艺要求。

6 结论

（1）基于BIM的某食堂配套用房工程协同设计方式选择是关键；可供各专业间进行直观的项目信息交流与沟通，减少和消除了设计过程中各专业间设计阶段模型存在的错、漏、碰、缺等设计问题。

（2）设计各阶段BIM协同和专业内BIM协同优化了建筑性能、结构布局，房间功能等，机电安装工程专业间BIM协同优化了管线综合布置，提高了管线的净高空间，提高了设计单位工作效率和出图质量。

（3）基于BIM的协同设计符合绿色建筑设计要求，为建设单位节约投资，提高设计单位工作效率和各环节出图质量，为施工单位节约了工程成本，为确保项目工程质量、安全和进度顺利实施奠定了基础，符合项目提质增效和“双碳”目标的要求。