基于BIM的某食堂配套用房工程協同設計研究

張淑娟，鞏利軍

（1.甘肅泓文建筑設計有限責任公司，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省長城建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某食堂配套用房建筑面積2 916 m2，層數2層，地下一層，層高5.1 m，建筑高度10.2 m，塔樓高度18.85 m，結構型式框架結構，建筑外窗為玻璃幕墻，建筑功能包括變電所、超市、物業管理、物流房、員工辦公室等；機電安裝工程包括給水排水專業、采暖與通風、電氣專業。

2 設計階段BIM協同及模型深化方法

2.1 設計各階段BIM協同流程

設計階段BIM協同包括方案階段、項目初設階段和施工圖設計階段。

2.1.1 方案階段

根據建設方設計意圖和項目場地概況等相關資料，綜合考慮建筑設計概念、規劃布局、形體塑造等要求初步構思建筑方案，做好BIM設計應用策劃，開始創建項目方案模型，項目深度以項目各性能化分析和評估要求為依據，為項目方案比選和確定提供方案模型，確定項目建筑設計方案，控制建筑規模及投資。

2.1.2 項目初設階段

各專業設計人員在方案階段設計模型基礎上，各自細化設計項目各專業模型，進行可視化分析和碰撞檢查，對分析結果和碰撞檢查結果進行優化調整，形成初步設計模型，并導出初步設計圖紙，各項性能分析報告及檢查碰撞報告。

2.1.3 施工圖設計階段

繼續積極爭取監測經費，進一步提高監測點的代表性和覆蓋率，完善浦口區耕地質量監測預警預報體系，動態監測全區的耕地質量狀況和變化趨勢，形成網絡健全、層次分明、管理規范與現代高效農業相適應的耕地質量監測體系。常年性系統開展動態監測，全面掌握全區耕地質量變化趨勢，建立耕地質量長期動態監測數據庫。繼續開展多層次的技術培訓，加強監測隊伍建設，提高耕地質量監管水平。

在初設模型的基礎上進行深化設計，再次進行數字化分析和碰撞檢查，對其結果進行優化調整，導出符合施工圖設計階段模型深度的圖紙和各項性能分析報告。

2.2 設計各階段模型深化方法

由于不同階段對模型交付目的和交付要求不同，不同設計階段根據設計意圖創建模型設計深度和模型構件信息。

2.2.1 方案概念設計深化方法

方案概念設計階段采用Autodesk REVIT（歐特克建筑設計和施工軟件）、SKECHUP（草圖大師）等三維軟件中“放置體量”功能對建筑群進行整體布局，對各建筑群體量關系進行推敲后，形成初步的建筑項目方案概念體量，通過幕墻系統、屋頂、墻體、樓板和門窗等功能對建筑體量進行深化設計，創建具有建筑構件信息的初步模型；日照模擬計算，分析建筑日照優化設計布局及模型；渲染出建筑全方位效果圖，展示各設計方案應用效果，生成各方案項目估算投資，供業主確定項目方案。

2.2.2 初步設計階段深化方法

初步設計階段模型是在方案概念設計模型的基礎上進行深化設計，確定建筑群體項目原點和參照點，確定各單位工程的軸網及標高等，添加項目圍護結構的材質、顏色等面層信息；各專業初步協調后，確定房間布置及其功能；建筑專業細化各房間所有門窗材質、洞口尺寸及定位，細化樓梯參數、臺階、欄桿扶手、屋面形式及構件樣式、外立面造型等外裝飾細節；結構專業按計算結果添加梁、柱、樓板等組件創建項目主體結構模型項目，并進行基礎設計及模型創建；設備專業在建筑模型基礎上添加各自類別的管網、設備和電氣線路等，形成各專業模型。各專業模型整合，碰撞檢查，各專業相互溝通、協調確定項目初步設計模型，生成項目二維CAD圖紙、技術經濟指標、各專業材料及設備表，細化標注完成初步設計圖紙。

2.2.3 施工圖設計階段深化方法

施工圖設計階段在初步設計項目模型基礎上對各專業細化設計，建筑專業細化設計建筑各部位節點構造、內外裝修材料及構造要求，建筑結構敲定主體各構件截面、定位信息、配筋及細部節點連接要求，機電專業設計各管線及設備、大小、型號以及安裝要求；各專業再次進行數字化分析和碰撞檢查，相互溝通、協調、進行優化修改，形成項目最終施工圖模型，導入CAD制圖軟件生成項目二維圖紙，深化細節標注、說明等內容完成施工圖出圖。

3 協同設計方法

BIM協同設計方法常用的包括文件鏈接協同、文件集成協同和中心文件協同等多種方式，每種協同方式各具有優劣勢，本文著重介紹較為常用的文件鏈接協同方式和文件集成協同方式。

3.1 文件鏈接協同方式

文件鏈接協同流程：在Autodesk Revit 2019中打開食堂配套用房工程結構模型，通過插入功能，鏈接Autodesk Revit模型，分別導入建筑模型、給排水模型、采暖與通風模型、電氣模型，定位選擇“自動-原點到原點”；為了確保導入模型在結構模型中可見而不被覆蓋，在參照類型中選擇“附著”，文件鏈接完成后，文件鏈接協同方式如圖1所示。

圖1 文件鏈接協同方式圖

3.2 文件集成協同方式

文件集成協同方式是利用Autodesk Revit中文件導出功能，將不同專業的BIM模型轉換成集成軟件支持的數據格式，例如Autodesk Navisworks（歐特克可視化和仿真軟件）支持整合.nwc、.ifc等多種數據格式，食堂配套用房工程文件集成協同方式如圖2所示。

圖2 文件集成協同方式圖

4 專業內BIM協同設計

4.1 建筑專業內部BIM協同

建筑專業建模采用的建模軟件有Autodesk Revit、Sketchup、Catia（交互式CAD/CAE/CAM系統）、Bentley建筑（Bentley軟件是一種基于圖形服務平臺構建3D模型的軟件）和ArchiCAD（建筑設計的三維CAD軟件）等軟件；某食堂配套用房工程建筑設計開始時，建立初步模型時，計劃后期協同方式采用文件鏈接協同方式，為其他幕墻等建筑專業共享坐標系及軸網；創建模型時選擇統一的建筑樣板文件，統一建模規則和建模深度。建筑專業內部協同模型如圖3所示。

圖3 建筑專業內部協同模型

4.2 結構專業內部BIM協同

結構專業內部協同主要有計算分析軟件間的協同、結構計算軟件與BIM平臺間的協同、BIM平臺協同三大部分[1]。其中結構分析主流軟件包括YJK（盈建科結構分析軟件）、ANSYS（有限元分析軟件）、ABAQUS（有限元分析軟件）、PKPM（結構分析軟件）等軟件，其中YJK已內嵌了PKPM、MIDAS（有限元分析軟件）、ABAQUS、REVIT等軟件接口程序，可實現一模多用，避免了重復建模，提高了設計效率；對于群體性工程一般多由多名設計人員協作共同完成，在采用REVIT平臺協同設計時，結構專業負責人根據工程特點，對項目按結構單元拆分、按地上地下部分拆分、按標準組件拆分、按標準戶型拆分和按結構專業（鋼結構、鋼筋混凝土、網架結構等）等拆分。某食堂配套用房工程采用REVIT模型進行結構專業內部協同，如圖4所示。

圖4 結構專業內部協同模型

4.3 各機電專業內部BIM協同

機電專業設計時，各專業負責人選擇相應的項目樣板，如給水排水項目樣板、采暖通風樣板、電氣樣板；且不同專業應選用同一版本的BIM軟件創建模型，設計模型時復制建筑專業設計的軸網、標高及坐標原點，以保證后期協同時各專業間的一致性。

機電管線排布遵循原則：電氣管線在上，水管線在下；給水管線在上，排污水管線在下；風管盡可能貼梁底布置；管線排布綜合考慮安裝控件、運行操作空間和檢修空間；管線排布綜合考慮支吊架位置。機電管線調整避讓遵循原則：水管避讓風管；有壓管道避讓無壓（自流）管道；可彎管道避讓不可彎管道；小管徑管道避讓大管徑管道；冷水管道避讓熱水管道。噴淋管道安裝標高控制原則：水流指示器后噴淋配水管道穿梁敷設安裝，噴淋主干管及支管均穿梁敷設；根據本項目給水排水專業、采暖通風專業、電氣專業圖紙采用翻模軟件實現模型的快速翻模，其中，噴淋采用上噴頭，距離上部樓板板底≤150 mm；屋面設有變頻多聯室外機；各機電專業內部協同模型如圖5所示。

圖5 各機電專業內部協同模型

5 專業間BIM協同設計

5.1 階段性定時協同

設計團隊在項目階段性設計完成后，通過各專業BIM模型的鏈接協同和集成協同，對項目進行階段性的綜合協調；由于不同專業采用不同的設計建模軟件，鏈接或集成模型前需統一坐標原點，各專業先行轉換數據格式，采用通用的IFC等格式進行鏈接文件。

5.2 設計階段連續協同

在項目設計過程中，各專業分別創建自己專業的BIM模型，為了及時接收其他專業模型資料，本專業做好自己模型提資標記，鏈接所需專業的模型，及時更新項目項目提資內容；建筑專業和結構專業模型墻、柱、梁、板、梯共用，可考慮建筑和結構專業共用一個模型；某食堂配套用房工程建筑專業包含幕墻和裝飾工程，故將建筑和結構專業分開建模。在初步設計階段和施工圖設計階段，各接收專業根據基于BIM的設計協同從提資專業提取所需信息，如土建專業需提供房間功能、凈空高度、軸網尺寸及標高、構件幾何尺寸，機電專業根據土建信息提所需條件，包括機械設備規格型號、管線預留洞口位置及尺寸、管線走向及標高、特殊工藝的工藝要求。

6 結論

（1）基于BIM的某食堂配套用房工程協同設計方式選擇是關鍵；可供各專業間進行直觀的項目信息交流與溝通，減少和消除了設計過程中各專業間設計階段模型存在的錯、漏、碰、缺等設計問題。

（2）設計各階段BIM協同和專業內BIM協同優化了建筑性能、結構布局，房間功能等，機電安裝工程專業間BIM協同優化了管線綜合布置，提高了管線的凈高空間，提高了設計單位工作效率和出圖質量。

（3）基于BIM的協同設計符合綠色建筑設計要求，為建設單位節約投資，提高設計單位工作效率和各環節出圖質量，為施工單位節約了工程成本，為確保項目工程質量、安全和進度順利實施奠定了基礎，符合項目提質增效和“雙碳”目標的要求。