项目建设中综合机电建筑信息模型标准化管理研究

2022-12-22 06:07俞仲春

科技创新与应用 2022年35期

俞仲春

（天津市美银房地产开发有限公司，天津 300000）

近些年来，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的出现，给业界带来一种新的处理复杂建设项目的单位法，开启了建筑信息化新革命的序幕，即从二维设计到三维设计过渡。

建筑信息模型（BIM）是一个流程，该流程从创建智能三维设计模型开始，然后使用三维模型来实现协作、仿真和可视化，并帮助业主和服务提供者更好地规划、设计、构建和管理建筑与基础设施[1]。建筑物中的具体信息通过数字信息仿真记录下来，这些数字信息不仅包括建筑物的几何信息，也包括材料的属性、性能、厂家及设备的使用时间和采购信息等。BIM应该具有可视化、可协调、可模拟、可优化和可出图性等特征，并且可以在不同软件、不同项目参与单位之间进行综合协调，提高生产效率、改善沟通效果及加强质量控制等。最终目的是要通过BIM实现整个建设工程项目在设计、施工和运营等各阶段都能有效节省能源、降低成本、减少污染和提高效率[2]。

1 建立标准化BIM模型的目标及目的

建筑信息模型（BIM）的实施目标为改善沟通、深化设计及项目的工程管理、协调和审批流程。综合机电BIM负责单位应根据项目的要求使用虚拟设计与施工（VDC）、BIM或三维建模软件协调不同专业；理解工作范围、装配及工作计划；解决冲突，方便项目实施及预制造。此外，通过可视化、数量提取、四维模拟排序和虚拟样板实现合作团队成员之间更高层次的沟通和协调。

2 构建和实现标准化BIM模型

建立设计与施工（VDC）—跨专业的流程，通过建模软件和技术进行设计，从而对可能的施工过程进行评估，需使用BIM、四维工作计划和协同工作流程。

2.1 建筑信息模型（BIM）流程

（1）BIM是在设计阶段最初开发的整合数字三维模型，在施工阶段用于协调，在识别场外预制加工可能性的同时，允许不同专业在协作环境中辨别空间冲突，进行工作协调、明确及规划。

（2）使用BIM的目的是确保合作团队成员之间进行更高层次的沟通和协调，包含可视化、数量提取、四维建模排序和虚拟样板，以及帮助理解设计意向、复杂性及装配流程。

（3）BIM总负责单位汇总及协调模型：由BIM总负责单位提供，在综合机电BIM负责单位定标之后，BIM总负责单位会将汇总及协调模型发给综合机电BIM负责单位，BIM总负责单位会完成多个版本的模型，其中每个版本会反映当期不同专业的信息，最终整体上的内容会汇总建筑、结构、机电及幕墙的专业信息。综合机电BIM负责单位使用这些模型作为不同专业间详细协调的出发点，使用深化设计模型（简称深化模型）处理施工图深化，并最终从BIM模型中自动生成综合管线图纸（CSD）及施工图深化。

（4）问题解决记录（IRL）：综合机电BIM负责单位在项目施工期间建立并保存的文件。该文件记录了所有单个空间冲突、需要使BIM成为完全协调模型（FCM）及达到未来维护程度的行动项。定期更新，在BIM总负责单位设定的云平台上完成。

（5）四维模拟：将BIM与进度相整合，使用模型准确地为施工活动进行排序。

2.2 基本模型的细致程度（LOD）[3]

（1）LOD 100：该模型元素可在采用符号或其他通用表达单位式的模型中形象地进行表达，但不满足LOD 200要求。与模型元素相关的信息（如每平单位英尺的成本、暖通制冷量等）可从其他模型元素中获得。

（2）LOD 200：该模型元素在具有粗略工程量、尺寸、外型、位置及朝向的通用系统、物体或装配件模型中形象地进行表达。可为该模型元素附上非图表信息。

（3）LOD 300：该模型元素在按照工程量、尺寸、外型、位置及朝向确定的具体系统、物体或装配件模型中形象地进行表达。也可为该模型元素附上非图表信息。

（4）LOD 350：该模型元素在按照工程量、尺寸、外型、朝向及与其他建筑系统界面确定的具体系统、物体或装配件模型中形象地进行表达。也可为该模型元素附上非图表信息。

（5）LOD 400：该模型元素在按照与细节、制造、装配及安装信息相关的尺寸、外型、位置、工程量及朝向确定的具体系统、物体或装配件模型中形象地进行表达。也可为该模型元素附上非图表信息。

（6）LOD 500：该模型元素对尺寸、外形、位置、数量及朝向进行现场核查，还需包括设备调试信息。也可为该模型元素附上非图表信息。

（7）具体：可直接从模型上测量模型元素与设计相关的工程量、尺寸、外形、位置及朝向，而无需参考非模型信息，如备注或尺寸说明。

（8）实际：该模型元素包含一个具体元素的所有质量，并能代表制造商的型号安装或装配施工意图。

范例-灯具

（1）LOD 100：与楼板有关的每平米单位成本。（2）LOD 200：灯具，通用/大约尺寸/形状/位置。

（3）LOD 300：设计指定的2×4暗灯槽、具体尺寸/形状/位置。

（4）LOD 350：实际模型、LIGHTOLIER DPA2G12L S232、具体尺寸/形状/位置。

（5）LOD 400：如LOD 350加特定安装细节，安装于装饰性层间板中。

3 项目坐标系统设定

所有BIM数据库及二维AUTOCAD数据库均采用实尺寸（比例为1∶1）制作。项目工作点与计算机数据库中的X=0，Y=0，Z=0坐标相对应。所有BIM文件及AUTOCAD平面文件在项目工作点中具有相同的项目原点。

4 项目文件

（1）按照以下4种格式提供施工项目（RCCQ）设计文件：技术规格、二维图纸打印版、二维AUTOCAD数据库及各种格式的三维数据库（IFC，RVT，DWF，NWD，NWF，CGR，STP，IGES）。所有这4种格式互为补充，所有这4种文件共同明确项目范围、设计意向及其他项目要求。项目数据库的其他信息请参见项目技术规格。

（2）三维数据库（最终指BIM模型）非整个项目的综合性三维虚拟模型。有选择性地对项目部分进行了建模，以提供高效进行项目协调及记录用于尺寸控制几何形状的单位式。必须与其他相应设计文件协调三维数据库中的信息，如二维AUTOCAD数据库、技术说明书及详图。综合机电BIM负责单位必须在收到BIM总负责单位汇总及协调模型后核查所含资料，任何疑问综合机电BIM负责单位需要提出给BIM总负责单位。

（3）三维数据库是用来产生部分二维数据库的平面图，剖面图及立面图。二维AUTOCAD数据库包含明确三维数据范围和内容一起完成合同文件所需的其他详细信息。

5 项目专业安排

项目的三维BIM数据库及二维AUTOCAD数据库互为补充，按照以下单位式进行使用。

（1）三维数据库为尺寸控制及项目以下各部分协调的主要来源：①项目网格和原点；②塔楼位置；③外表面几何图形、图案及建筑物的外表。

（2）所有建筑系统由各种BIM工具（如REVIT及DIGITAL PROJECTTM或其他BIM工具）建模的曲面代表，都充分在二维表及大样图说明。二维图纸可通过工作点的使用来参考三维几何模型。

（3）二维大样图进一步界定了工作表面及相邻结构装配（展示密封胶和接缝）之间的关系。

6 项目元素

（1）一个项目完整的三维数据库（项目装配）被分成了多个BIM模型。而所有这些模型共同组成了项目总体三维数据库。

（2）项目总体三维数据库文件根据专业进行整理，比如建筑（ARC）、结构（STR）、幕墙（FCA）及机电（MEP）。

（4）专业子项：这将由REVIT的“工作集”这个功能来区分。对于建筑专业来说，专业子项为隔墙、窗户、门、建筑完成面、墙体完成面、天花和楼梯。这些子项将会在一个文件中由不同的工作集来区分。

（5）建筑元素根据各子元素进一步进行整理，比如设计曲面建筑元素被细分为：玻璃（GLA）、窗户（WIN）、竖框（MUL_GROUP）、光井（LIG）及门（DOR）。

7 BIM文件命名标准设定

BIM数据库命名系统为十一级域名系统。文件名结构同BIM工具及其Windows文件系统的模型组织结构模式密切相关。

域名1：项目名称|为项目的缩写。

域名2：建筑分区名称|建筑为分区的缩写。BULD为塔楼/地下室/裙楼。

域名3：元素|该部分代表模型中包含的某部分项目开发。BLK为塔楼/观光区/东西裙楼。

域名4：分区|该部分用于对塔楼进行3层分组，以便协调之用。ZOX为塔楼将根据其楼层进行分区，但对于地下室、裙楼和观光区，都将归类于“ALL”。

域名5：层|该部分为本项目楼层部分。LOX为塔楼、裙楼和地下室楼层都将包括。

域名6：专业|本域用以描述该项目每个楼层的专业。建筑为ARC；结构为STR；通风及空调，电气、给排水和消防为MEP；幕墙为FCA。

域名7：专业子项|该域描述了细分类型。比如建筑，将分为2个专业，室内和其他。钢结构包括钢筋混凝土，钢结构（或主体钢结构）；机电有暖通，管道，消防，电气，设备；幕墙有外部和玻璃专业。

域名8：细部元素|描述各建筑物内的元素类型。GLZ为玻璃；WAL为墙；SLB为楼板；COR为核心筒；STA为楼梯；BEM为横梁；COL为柱。

域名9为状态|描述文件的当前批准状态。STU为研究，融入过程模型之前的可选研究文件；WIP为过程模型，将要用于创建三维模型的工作文件（按照专业分类）；MST为主模型，作为最终成果进行质量控制的存档节点模型；REF为参考，某些文件发出仅用于参考。

域名10：发布/修改跟踪|跟踪特定的模型发布情况。

域名11：发布日期|用于记录单个文件盖章的日期。

8 BIM主文件标准

8.1 文件分类

8.1.1 主模型（MST）

所有合同文件采用的BIM数据都被归类为主模型，即上述BIM文件命名标准域名6中的“MST”。该分类反映在文件名中。所有的项目文件共同形成“项目三维总数据库”。数据的适当使用单位法参见各模型发布版本中的注释。项目总数据库视为合同文件的一部分。

8.1.2 过程模型（WIP）

这部分的文件处于工作进展中。这些文件的类别为“待解决的任务”，见上文BIM文件命名标准域名6中的“WIP”。这些文件或者澄清信息，或者是供审核评论，以便解决问题。所提供的信息尚未得到彻底的解决和协调，尚未发布到同步分类中，一般也未向BIM团队发布。

8.1.3 参考模型（REF）

仅用于参考的部分文件。这些文件的分类为“参考文件”，见上文BIM文件命名标准域名6中的“REF”。这些文件有助于将某些项目和元素视觉化。按照文件命名惯例，一般属于“参考文件”分类。这类文件的信息须经综合机电BIM负责单位检查确认，并且由综合机电BIM负责单位承担全部的使用风险。

8.2 三维数据库专业类型

MEP：通风及空调、给排水、电气、消防、电梯、扶梯及其他机电专业。

这部分文件仅用于参考和协调。这部分文件显示建筑物特定区域内对尺寸控制和协调起关键作用的的通风及空调、给排水、电气和消防管道及/或空间布局。管线和设备的三维数据并不代表全部的管道详细信息。管道建模仅用于同机械房、阁楼、沟槽和其他关键设施协调。机电文件也并不包含机电/消防系统的全部信息。关于管道工程的具体信息，参见机电图纸。

9 BIM流程

（1）要求综合机BIM负责单位使用BIM软件，如AUTODESK REVIT，GEHRY DIGITAL PROJECTTM及/或其他软件。综合机电BIM负责单位必须获得经授权的三维建模软件包，并全面了解软件操作及三维设计模型如何应用。综合机电BIM负责单位必须负责所有BIM团队、许可费、硬件、设备、设置、维护、技术培训、协调及技术支持费及其他相关费用。

（2）施工图送审图纸完成后，BIM主模型将进入新的状态，即“汇总设计模型”（CDM）的阶段，BIM总负责这个阶段的模型将汇总各专业送审图纸上的内容，但是并不包括各专业之间的协调工作。

（3）BIM总负责单位将发给综合机电BIM负责单位汇总及协调模型，主要用于不同专业积极合作，检查空间矛盾时的冲突检查、可视化以及排序，同时协调并细化各专业之间的综合管线图纸（CSD）、施工图及施工。如图1所示。

图1 综合机电BIM负责单位BIM操作流程图

（4）综合机电BIM负责单位必须负责提交BIM执行计划及流程图，作为投标文件的一部分，并描述和详细阐述所采用的BIM策略如何达到发包单位确定的现有BIM标准及工程做法。

（5）在制作任何的深化图之前，综合机电BIM负责单位必须采用经批准同意的三维建模工具深化三维模型，但责任仍然由综合机电BIM负责单位承担。三维深化模型应严格符合三维设计模型的几何设计。

机电：由综合机电BIM负责单位需要完成以下建模。

市政综合管网；电梯和扶梯；暖通空调系统，VRV空调系统和地暖；电气系统，泛光照明和装饰灯具；给排水，供水，污水排放,泳池水景系统；消防系统；所有弱电系统、安保系统和停车管理系统；楼宇自动化；燃气系统；二次供水系统；高压供电系统。

（6）综合机电BIM负责单位将采用批准的BIM软件并按照BIM顾问设立的BIM标准在现场进行三维建模。不同专业间的协调都应采用BIM编辑软件及在线协作平台。

（7）综合机电BIM负责单位所建BIM模型应参照COBie（Construction Operation Building information exchange）标准，以便之后单位物业管理。

（8）综合机电BIM负责单位负责协调所有的精装BIM模型，包括跟精装分包的所有协调。

（9）作为通用指南，以下说明为整合顺序：第一步为锁定混凝土/钢工程几何结构，然后其他专业单位可开始协调作业。首先为机电，其次为建筑设计、室内设计及其他设计。在所有专业完成协调及综合管线图纸（CSD）深化设计后，BIM将达到一个被称为“完全协调模型（FCM）”的全新水平。综合机电BIM负责单位有责任协调发包单位、设计顾问、BIM顾问及BIM总负责所有有关三维深化模型细节及深化的问题。

（10）深化模型完成定型后，综合机电BIM负责单位应根据三维深化模型中提取的几何模型编制二维深化图。

（11）在施工安装图制作和现场安装阶段，综合机电BIM负责单位需依照招标技术规范进行深化设计并准备如下安装图纸：①管道系统详细布局包括排水系统、供水系统、燃料系统及通风系统。②显示所有地上及地下管线（水、电、电信、数据、排水等）的综合管线图纸应按照面积及建筑物所在楼层/底板显示在同一张图纸之上。

（12）三维深化模型提供以下内容：管道系统详细布局包括排水系统、供水系统、燃料系统及通风系统；显示所有地上及地下管线（水、电、电信、数据、排水等）的综合管线图纸应按照面积及建筑物所在楼层/底板显示在同一张图纸之上。

（13）在BIM建立过程中，综合机电BIM负责单位将建立并管理问题解决记录（IRL），记录所有需要进一步推进以满足完全协调模型（FCM）要求的单个冲突、协调问题、空间冲突及行动项目。

（14）BIM总负责单位应代表项目管理整个BIM流程，这为第二阶段。

（15）当项目需要时，综合机电BIM负责单位需应用RFID技术，明确表示大型设备等何时出厂、物流信息、何时进入工地及摆放位置等信息，整合入BIM模型，并将数据更新至互联网，单位便业主查询。

10 变更管理及变更令

综合机电BIM负责单位应利用BIM模型管理变更。综合机电BIM负责单位建立的BIM模型应能够显示变更如何影响关键路线及成本。所有信息都应在项目协作平台内进行保存及说明，项目成员在发包单位批准的情况下可访问这些信息。综合机电BIM负责单位应密切管理及跟踪变更，直到问题完全解决。

11 施工过程模拟

对于施工单位法、施工顺序及进度，综合机电BIM负责单位应利用BIM模型及四维模拟软件模拟具体的机电装配。目的在于为项目施工及安装提供一个清楚、可行的施工顺序及装配。模拟可包括需进行研究的特殊连接节点或机电的安装。综合机电BIM负责单位应按照项目的要求进行总体施工进度模拟。在整个合同期限，综合机电BIM负责单位有责任定期修改、更新及维护四维模型，以反映过程中的BIM及工作计划变更。

12 竣工模型

综合机电BIM负责单位应将竣工信息及生产商的产品及设备数据输入竣工模型。完全协调模型（FCM）经过多次更新之后，将会最终形成竣工模型。

13 成果交付

（1）为澄清BIM流程，随着综合管线图纸、施工图的不断深化及变更，综合机电BIM负责单位应定时更新文件。

（2）提交文件和数据给项目时，文件格式如下所示：用于多专业协调流程的建筑系统完全协调模型（FCM）的原始文件格式；用于多专业协调流程的建筑系统整合模型的IFC文件格式或Revit和Digital Project文件格式。

（3）获批后，所有生成的BIM模型、原始数据或资料库应成为发包单位的财产。

14 BIM软件

项目文档由采用多种BIM软件的三维建筑信息模型（BIM）生成。综合机电BIM负责单位可获得AUTODESK REVIT、GEHRY TECHNOLOGIES DIGITAL PROJECTTM软件及其他BIM软件的许可，且应获得软件及三维设计模型的完整应用。

15 在线协作平台

（1）由于很多人员及团队参与BIM工作，且模型每天都会被更新，所以保证能记录到每个参与者的修改是非常重要的，因此BIM总负责单位需要设立一个协同云平台。协同云平台主要功能：在协同云平台更新获得模型的最新版本；上传本地更新至共享服务器；获取编辑权限，并确认是否有权限对服务器上的某个文件进行修改。

（2）储存数据库检出设立单独网址。

（3）用户名及密码。BIM团队的每个成员都将有一个用户名及密码。

16 RFID技术设备

所有大型设备，综合机电BIM负责单位需应用RFID技术，明确表示设备何时出厂、物流信息、何时进入工地及摆放位置等信息，整合进BIM模型，并将数据更新至互联网，查询。