基于BIM市場產品現狀的正向設計方案探索

王 婧

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 BIM技術國內外發展情況

1.1 各階段的BIM產品

數據信息的創建、傳遞、存儲都離不開軟硬件的支持，軟硬件的進步也離不開對數據信息的進一步探索。目前，具有國際和行業影響力并應用于中國市場的BIM核心建模軟件有Revit Architecture/Structural/MEP、Bentley Architecture/Structural/Mechanical、Archi CAD三種。應用于民用建筑的建模軟件主要是Revit及Bentley旗下的系列產品，國內一些軟件公司通過二次開發的方式，正在逐步完善與Revit和Bentley數據信息的交互，其中包括方案設計軟件Sketchup、Rhino；結構計算軟件PKPM、YJK；機電分析軟件博超和鴻業；深化設計軟件探索者；造價管理軟件魯班等。近幾年，一些設計院聯合高校、研究機構及軟件開發商，進行符合國內設計習慣的軟件開發，并取得了一定的研究成果。

1.2 數據交互

IFC[15](Industry Foundation Class)是ISO認證的、為建筑業各種軟件提供數據格式及信息交換的數據標準，具有開放性、穩定性、完整性等特點，其內容主要包括工程信息描述和工程信息獲取。工作方式為：軟件A生成IFC標準模型；軟件B得到軟件A生成的IFC文件后，解析IFC文件的數據結構，生成適用于本身的模型。市面上各個相對獨立的軟件公司多以這種方式進行數據傳遞、資源共享。目前，國際上宣稱支持 IFC 標準的軟件高達 200 多款[3]，但通過Building SMART官方認證的只有一部分[4]。因此，需要各大軟件廠商進一步加強相關項目的開發力度，使得其平臺能夠更好地依附于IFC，以保證BIM全生命周期底層基礎數據的交換得以實現。

1.3 BIM法律法規

早在2000年左右，美國、英國[5]、日本[6]等就已經開始制訂BIM的相關標準。2006年，《General Building Information》率先發布，相繼又有《Handover Guide》及《BIM Guide Series》出臺[8]。2007年，依據IFC系列標準，美國發布了NBIMS第一版標準；2012年，在參考標準、信息交換、應用等的基礎上，Building SMART聯盟對其進行了修訂和補充，以此作為第二版NBIMS進行發布；后續的第三版又在原有版本基礎上增加了模塊內容。在IFC標準及NBIMS標準的基礎上，英國頒布了適用于英國建筑業的BIM標準，并于2010年出臺了《AEC(UK) BIM Standard for Autodesk Revit》標準，次年9月又發布了Bentley平臺標準。早在1995年，日本就已經開始推動建筑業的相關信息化工作，2012年，日本建筑學會JIA(Japanese Institute Architects)以設計師視角為出發點，發布了JIA BIM，明確了人員組織架構及責任分配，并在此基礎上調整了原有的設計流程。

2000年初，中國提出要建立建設領域的信息化系統，表1展示了我國近幾年編制和出臺的一些相關法律條文[7]。

表1 國內相關的法律條文

2 基于BIM的鐵路公共建筑正向設計

2.1 產品選擇

鐵路公共建筑不僅是某建筑物內各專業的面狀承載，還包括地形、地貌等數據的寫入。因此，鐵路建筑BIM設計對軟件的運載需求更大。與此同時，鐵路房屋需要根據不同使用功能，大批量產出并沿鐵路線進行放置，相較于其它的民用或工業建筑，具有較高的重復使用率。由于需要配合整條鐵路的運維，對軟件的運行速度有較高的需求。故需要從如下幾個方面對[9]Revit[10]與Bentley系列軟件進行比選。

(1)承載能力與運行速度

Autodesk[11]公司旗下二維設計軟件AutoCAD在二維圖形處理方面能力顯著，隸屬于其旗下的Revit軟件沿用了其二維設計AutoCAD的存儲方式(也就是為保證其運行速度，如果不執行“保存”命令，所有完成的模型都寫在內存里，執行“保存”命令后，才會把內存的文件寫入到硬盤)。而Bentley[12]的做法與其不同，使用者在MicroStation上建立的一些東西，不需要手動“保存”就可以直接將內容寫入到硬盤。在三維設計中，數據量顯著增加，采用Revit軟件的大量數據被保存在內存里，內存就會經常出現不夠用，從而造成“卡死”的狀況，嚴重影響軟件的運行及使用效率。而MicroStation直接把已經建立好的圖形寫入到硬盤，內存被釋放出來做其他的工作，在處理大體積文件時，MicroStation的運行速度就會遠快于Revit。鐵路行業信息存載量一般較大，故Bentley系列產品更適用于鐵路公共建筑設計。

(2)建模方式

Autodesk公司試圖用一款核心軟件覆蓋整個民用建筑的BIM市場，其功能較為單一。而Bentley公司則是在MicroStation的基礎上二次開發出Open Building Designer(簡稱OBD)。其功能及定位與Revit相似，但與其不同的是，在OBD軟件系列中，還有更細致的劃分。安裝OBD后，電腦上會出現適用于不同設計人員的建筑應用、結構應用、機電應用、電氣應用等軟件，并且每一個單獨的軟件都包括了MicroStation本身的基礎功能，不同專業之間都可以互相調用，使得設計工作更加便捷。

(3)模型庫及復雜界面的應用

對于異形構建，采用Revit原生軟件建模較為困難，此時需要借助第三方插件—Dynamo。 2017年后，Revit集成了Dynamo，基本解決了復雜模型的創建問題，且各大設計網站上也提供了大批量的Revit模型庫，下載、使用都非常方便。另一方面，OBD以MicroStation為基礎，可以針對不同的需求，完成復雜模型的建立，但其在建筑業普及度較低，資源相對匱乏。

(4)專業交互方式

Bentley旗下還有與OBD開發思路相同的其他專業軟件，如鐵路的OpenRail、公路的OpenRoad、橋梁的OpenBridge等，其文件格式均為DGN格式，專業間都可以用MicroStation讀取及編輯，真正做到了平臺及數據格式的統一。

綜上所述，京張高速鐵路公共建筑宜以Bentley平臺下的產品為主，并配合Revit族及其它系列軟件，進行統一設計、管理與運營。

2.2 工程實例

根據Bentley平臺的特點，以及市面上一些基于Bentley軟件進行的二次開發軟件及IFC轉換軟件，在京張高鐵項目中，初步擬定一套以Bentley為核心的建模軟件，用于鐵路公共建筑設計。設計步驟如下。

(1)建筑專業：通過OBD，開放建筑軸網、層高、房屋功能及各建筑面層數據。

(2)結構及水暖專業：接到建筑專業的數據后，結構專業通過PKPM及YJK實現向Bentley平臺模型的轉換，部分模型庫可以調用Revit族庫進行快速建模；水、暖、電專業可利用Revit上二次開發的插件進行錄入，并轉換成DGN文件。

(3)各專業進行深化設計并賦予模型幾何及非幾何屬性信息。

(4)各專業將模型上傳至Bentley旗下協同設計軟件ProjectWise，以便于碰撞檢查及各專業協同工作。

(5)總裝專業：按鐵路標段進行模型總裝并上傳，在計劃位置放置模型，與鐵路其他專業進行匯合。

通過以上步驟，可完成鐵路公共建筑與鐵路其它專業在同一平臺上的協同設計并實現了數據格式的統一，專業間可以及時相互調用、相互參考，及時發現并反饋問題和及時更改。

3 面對困難與展望

3.1 面臨問題

現階段，許多BIM項目只是作為輔助措施，沒有絕對需求，從而造成其成本遠高于實用價值，不能得到廣泛的認可；對BIM的認知參差不齊，思路不統一，沒有對BIM進行良好的普及；現有的法律法規尚不能完全支持BIM合同框架的正式建立，責任追究等功能需進一步完善。

3.2 期待展望

隨著各行各業信息化的快速發展，鐵路建筑信息化也在與時俱進，BIM技術終將給建設領域帶來革命性的作用，BIM的管理理念也在慢慢深入人心，鐵路建筑業與物聯網的融合也將掀起一股應用的大潮。BIM+GIS[16]也是發展的一個趨勢，大量復雜的BIM模型需要高效、便捷、標準化的可視化管理，從而提升工程質量和投資效益[13-16]。