項目建設中綜合機電建筑信息模型標準化管理研究

2022-12-22 06:07:44俞仲春

科技創(chuàng)新與應用 2022年35期

俞仲春

（天津市美銀房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，天津 300000）

近些年來，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術的出現(xiàn)，給業(yè)界帶來一種新的處理復雜建設項目的單位法，開啟了建筑信息化新革命的序幕，即從二維設計到三維設計過渡。

建筑信息模型（BIM）是一個流程，該流程從創(chuàng)建智能三維設計模型開始，然后使用三維模型來實現(xiàn)協(xié)作、仿真和可視化，并幫助業(yè)主和服務提供者更好地規(guī)劃、設計、構建和管理建筑與基礎設施[1]。建筑物中的具體信息通過數(shù)字信息仿真記錄下來，這些數(shù)字信息不僅包括建筑物的幾何信息，也包括材料的屬性、性能、廠家及設備的使用時間和采購信息等。BIM應該具有可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化和可出圖性等特征，并且可以在不同軟件、不同項目參與單位之間進行綜合協(xié)調(diào)，提高生產(chǎn)效率、改善溝通效果及加強質(zhì)量控制等。最終目的是要通過BIM實現(xiàn)整個建設工程項目在設計、施工和運營等各階段都能有效節(jié)省能源、降低成本、減少污染和提高效率[2]。

1 建立標準化BIM模型的目標及目的

建筑信息模型（BIM）的實施目標為改善溝通、深化設計及項目的工程管理、協(xié)調(diào)和審批流程。綜合機電BIM負責單位應根據(jù)項目的要求使用虛擬設計與施工（VDC）、BIM或三維建模軟件協(xié)調(diào)不同專業(yè)；理解工作范圍、裝配及工作計劃；解決沖突，方便項目實施及預制造。此外，通過可視化、數(shù)量提取、四維模擬排序和虛擬樣板實現(xiàn)合作團隊成員之間更高層次的溝通和協(xié)調(diào)。

2 構建和實現(xiàn)標準化BIM模型

建立設計與施工（VDC）—跨專業(yè)的流程，通過建模軟件和技術進行設計，從而對可能的施工過程進行評估，需使用BIM、四維工作計劃和協(xié)同工作流程。

2.1 建筑信息模型（BIM）流程

（1）BIM是在設計階段最初開發(fā)的整合數(shù)字三維模型，在施工階段用于協(xié)調(diào)，在識別場外預制加工可能性的同時，允許不同專業(yè)在協(xié)作環(huán)境中辨別空間沖突，進行工作協(xié)調(diào)、明確及規(guī)劃。

（2）使用BIM的目的是確保合作團隊成員之間進行更高層次的溝通和協(xié)調(diào)，包含可視化、數(shù)量提取、四維建模排序和虛擬樣板，以及幫助理解設計意向、復雜性及裝配流程。

（3）BIM總負責單位匯總及協(xié)調(diào)模型：由BIM總負責單位提供，在綜合機電BIM負責單位定標之后，BIM總負責單位會將匯總及協(xié)調(diào)模型發(fā)給綜合機電BIM負責單位，BIM總負責單位會完成多個版本的模型，其中每個版本會反映當期不同專業(yè)的信息，最終整體上的內(nèi)容會匯總建筑、結構、機電及幕墻的專業(yè)信息。綜合機電BIM負責單位使用這些模型作為不同專業(yè)間詳細協(xié)調(diào)的出發(fā)點，使用深化設計模型（簡稱深化模型）處理施工圖深化，并最終從BIM模型中自動生成綜合管線圖紙（CSD）及施工圖深化。

（4）問題解決記錄（IRL）：綜合機電BIM負責單位在項目施工期間建立并保存的文件。該文件記錄了所有單個空間沖突、需要使BIM成為完全協(xié)調(diào)模型（FCM）及達到未來維護程度的行動項。定期更新，在BIM總負責單位設定的云平臺上完成。

（5）四維模擬：將BIM與進度相整合，使用模型準確地為施工活動進行排序。

2.2 基本模型的細致程度（LOD）[3]

（1）LOD 100：該模型元素可在采用符號或其他通用表達單位式的模型中形象地進行表達，但不滿足LOD 200要求。與模型元素相關的信息（如每平單位英尺的成本、暖通制冷量等）可從其他模型元素中獲得。

（2）LOD 200：該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統(tǒng)、物體或裝配件模型中形象地進行表達。可為該模型元素附上非圖表信息。

（3）LOD 300：該模型元素在按照工程量、尺寸、外型、位置及朝向確定的具體系統(tǒng)、物體或裝配件模型中形象地進行表達。也可為該模型元素附上非圖表信息。

（4）LOD 350：該模型元素在按照工程量、尺寸、外型、朝向及與其他建筑系統(tǒng)界面確定的具體系統(tǒng)、物體或裝配件模型中形象地進行表達。也可為該模型元素附上非圖表信息。

（5）LOD 400：該模型元素在按照與細節(jié)、制造、裝配及安裝信息相關的尺寸、外型、位置、工程量及朝向確定的具體系統(tǒng)、物體或裝配件模型中形象地進行表達。也可為該模型元素附上非圖表信息。

（6）LOD 500：該模型元素對尺寸、外形、位置、數(shù)量及朝向進行現(xiàn)場核查，還需包括設備調(diào)試信息。也可為該模型元素附上非圖表信息。

（7）具體：可直接從模型上測量模型元素與設計相關的工程量、尺寸、外形、位置及朝向，而無需參考非模型信息，如備注或尺寸說明。

（8）實際：該模型元素包含一個具體元素的所有質(zhì)量，并能代表制造商的型號安裝或裝配施工意圖。

范例-燈具

（1）LOD 100：與樓板有關的每平米單位成本。（2）LOD 200：燈具，通用/大約尺寸/形狀/位置。

（3）LOD 300：設計指定的2×4暗燈槽、具體尺寸/形狀/位置。

（4）LOD 350：實際模型、LIGHTOLIER DPA2G12L S232、具體尺寸/形狀/位置。

（5）LOD 400：如LOD 350加特定安裝細節(jié)，安裝于裝飾性層間板中。

3 項目坐標系統(tǒng)設定

所有BIM數(shù)據(jù)庫及二維AUTOCAD數(shù)據(jù)庫均采用實尺寸（比例為1∶1）制作。項目工作點與計算機數(shù)據(jù)庫中的X=0，Y=0，Z=0坐標相對應。所有BIM文件及AUTOCAD平面文件在項目工作點中具有相同的項目原點。

4 項目文件

（1）按照以下4種格式提供施工項目（RCCQ）設計文件：技術規(guī)格、二維圖紙打印版、二維AUTOCAD數(shù)據(jù)庫及各種格式的三維數(shù)據(jù)庫（IFC，RVT，DWF，NWD，NWF，CGR，STP，IGES）。所有這4種格式互為補充，所有這4種文件共同明確項目范圍、設計意向及其他項目要求。項目數(shù)據(jù)庫的其他信息請參見項目技術規(guī)格。

（2）三維數(shù)據(jù)庫（最終指BIM模型）非整個項目的綜合性三維虛擬模型。有選擇性地對項目部分進行了建模，以提供高效進行項目協(xié)調(diào)及記錄用于尺寸控制幾何形狀的單位式。必須與其他相應設計文件協(xié)調(diào)三維數(shù)據(jù)庫中的信息，如二維AUTOCAD數(shù)據(jù)庫、技術說明書及詳圖。綜合機電BIM負責單位必須在收到BIM總負責單位匯總及協(xié)調(diào)模型后核查所含資料，任何疑問綜合機電BIM負責單位需要提出給BIM總負責單位。

（3）三維數(shù)據(jù)庫是用來產(chǎn)生部分二維數(shù)據(jù)庫的平面圖，剖面圖及立面圖。二維AUTOCAD數(shù)據(jù)庫包含明確三維數(shù)據(jù)范圍和內(nèi)容一起完成合同文件所需的其他詳細信息。

5 項目專業(yè)安排

項目的三維BIM數(shù)據(jù)庫及二維AUTOCAD數(shù)據(jù)庫互為補充，按照以下單位式進行使用。

（1）三維數(shù)據(jù)庫為尺寸控制及項目以下各部分協(xié)調(diào)的主要來源：①項目網(wǎng)格和原點；②塔樓位置；③外表面幾何圖形、圖案及建筑物的外表。

（2）所有建筑系統(tǒng)由各種BIM工具（如REVIT及DIGITAL PROJECTTM或其他BIM工具）建模的曲面代表，都充分在二維表及大樣圖說明。二維圖紙可通過工作點的使用來參考三維幾何模型。

（3）二維大樣圖進一步界定了工作表面及相鄰結構裝配（展示密封膠和接縫）之間的關系。

6 項目元素

（1）一個項目完整的三維數(shù)據(jù)庫（項目裝配）被分成了多個BIM模型。而所有這些模型共同組成了項目總體三維數(shù)據(jù)庫。

（2）項目總體三維數(shù)據(jù)庫文件根據(jù)專業(yè)進行整理，比如建筑（ARC）、結構（STR）、幕墻（FCA）及機電（MEP）。

（4）專業(yè)子項：這將由REVIT的“工作集”這個功能來區(qū)分。對于建筑專業(yè)來說，專業(yè)子項為隔墻、窗戶、門、建筑完成面、墻體完成面、天花和樓梯。這些子項將會在一個文件中由不同的工作集來區(qū)分。

（5）建筑元素根據(jù)各子元素進一步進行整理，比如設計曲面建筑元素被細分為：玻璃（GLA）、窗戶（WIN）、豎框（MUL_GROUP）、光井（LIG）及門（DOR）。

7 BIM文件命名標準設定

BIM數(shù)據(jù)庫命名系統(tǒng)為十一級域名系統(tǒng)。文件名結構同BIM工具及其Windows文件系統(tǒng)的模型組織結構模式密切相關。

域名1：項目名稱|為項目的縮寫。

域名2：建筑分區(qū)名稱|建筑為分區(qū)的縮寫。BULD為塔樓/地下室/裙樓。

域名3：元素|該部分代表模型中包含的某部分項目開發(fā)。BLK為塔樓/觀光區(qū)/東西裙樓。

域名4：分區(qū)|該部分用于對塔樓進行3層分組，以便協(xié)調(diào)之用。ZOX為塔樓將根據(jù)其樓層進行分區(qū)，但對于地下室、裙樓和觀光區(qū)，都將歸類于“ALL”。

域名5：層|該部分為本項目樓層部分。LOX為塔樓、裙樓和地下室樓層都將包括。

域名6：專業(yè)|本域用以描述該項目每個樓層的專業(yè)。建筑為ARC；結構為STR；通風及空調(diào)，電氣、給排水和消防為MEP；幕墻為FCA。

域名7：專業(yè)子項|該域描述了細分類型。比如建筑，將分為2個專業(yè)，室內(nèi)和其他。鋼結構包括鋼筋混凝土，鋼結構（或主體鋼結構）；機電有暖通，管道，消防，電氣，設備；幕墻有外部和玻璃專業(yè)。

域名8：細部元素|描述各建筑物內(nèi)的元素類型。GLZ為玻璃；WAL為墻；SLB為樓板；COR為核心筒；STA為樓梯；BEM為橫梁；COL為柱。

域名9為狀態(tài)|描述文件的當前批準狀態(tài)。STU為研究，融入過程模型之前的可選研究文件；WIP為過程模型，將要用于創(chuàng)建三維模型的工作文件（按照專業(yè)分類）；MST為主模型，作為最終成果進行質(zhì)量控制的存檔節(jié)點模型；REF為參考，某些文件發(fā)出僅用于參考。

域名10：發(fā)布/修改跟蹤|跟蹤特定的模型發(fā)布情況。

域名11：發(fā)布日期|用于記錄單個文件蓋章的日期。

8 BIM主文件標準

8.1 文件分類

8.1.1 主模型（MST）

所有合同文件采用的BIM數(shù)據(jù)都被歸類為主模型，即上述BIM文件命名標準域名6中的“MST”。該分類反映在文件名中。所有的項目文件共同形成“項目三維總數(shù)據(jù)庫”。數(shù)據(jù)的適當使用單位法參見各模型發(fā)布版本中的注釋。項目總數(shù)據(jù)庫視為合同文件的一部分。

8.1.2 過程模型（WIP）

這部分的文件處于工作進展中。這些文件的類別為“待解決的任務”，見上文BIM文件命名標準域名6中的“WIP”。這些文件或者澄清信息，或者是供審核評論，以便解決問題。所提供的信息尚未得到徹底的解決和協(xié)調(diào)，尚未發(fā)布到同步分類中，一般也未向BIM團隊發(fā)布。

8.1.3 參考模型（REF）

僅用于參考的部分文件。這些文件的分類為“參考文件”，見上文BIM文件命名標準域名6中的“REF”。這些文件有助于將某些項目和元素視覺化。按照文件命名慣例，一般屬于“參考文件”分類。這類文件的信息須經(jīng)綜合機電BIM負責單位檢查確認，并且由綜合機電BIM負責單位承擔全部的使用風險。

8.2 三維數(shù)據(jù)庫專業(yè)類型

MEP：通風及空調(diào)、給排水、電氣、消防、電梯、扶梯及其他機電專業(yè)。

這部分文件僅用于參考和協(xié)調(diào)。這部分文件顯示建筑物特定區(qū)域內(nèi)對尺寸控制和協(xié)調(diào)起關鍵作用的的通風及空調(diào)、給排水、電氣和消防管道及/或空間布局。管線和設備的三維數(shù)據(jù)并不代表全部的管道詳細信息。管道建模僅用于同機械房、閣樓、溝槽和其他關鍵設施協(xié)調(diào)。機電文件也并不包含機電/消防系統(tǒng)的全部信息。關于管道工程的具體信息，參見機電圖紙。

9 BIM流程

（1）要求綜合機BIM負責單位使用BIM軟件，如AUTODESK REVIT，GEHRY DIGITAL PROJECTTM及/或其他軟件。綜合機電BIM負責單位必須獲得經(jīng)授權的三維建模軟件包，并全面了解軟件操作及三維設計模型如何應用。綜合機電BIM負責單位必須負責所有BIM團隊、許可費、硬件、設備、設置、維護、技術培訓、協(xié)調(diào)及技術支持費及其他相關費用。

（2）施工圖送審圖紙完成后，BIM主模型將進入新的狀態(tài)，即“匯總設計模型”（CDM）的階段，BIM總負責這個階段的模型將匯總各專業(yè)送審圖紙上的內(nèi)容，但是并不包括各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作。

（3）BIM總負責單位將發(fā)給綜合機電BIM負責單位匯總及協(xié)調(diào)模型，主要用于不同專業(yè)積極合作，檢查空間矛盾時的沖突檢查、可視化以及排序，同時協(xié)調(diào)并細化各專業(yè)之間的綜合管線圖紙（CSD）、施工圖及施工。如圖1所示。

圖1 綜合機電BIM負責單位BIM操作流程圖

（4）綜合機電BIM負責單位必須負責提交BIM執(zhí)行計劃及流程圖，作為投標文件的一部分，并描述和詳細闡述所采用的BIM策略如何達到發(fā)包單位確定的現(xiàn)有BIM標準及工程做法。

（5）在制作任何的深化圖之前，綜合機電BIM負責單位必須采用經(jīng)批準同意的三維建模工具深化三維模型，但責任仍然由綜合機電BIM負責單位承擔。三維深化模型應嚴格符合三維設計模型的幾何設計。

機電：由綜合機電BIM負責單位需要完成以下建模。

市政綜合管網(wǎng)；電梯和扶梯；暖通空調(diào)系統(tǒng)，VRV空調(diào)系統(tǒng)和地暖；電氣系統(tǒng)，泛光照明和裝飾燈具；給排水，供水，污水排放,泳池水景系統(tǒng)；消防系統(tǒng)；所有弱電系統(tǒng)、安保系統(tǒng)和停車管理系統(tǒng)；樓宇自動化；燃氣系統(tǒng)；二次供水系統(tǒng)；高壓供電系統(tǒng)。

（6）綜合機電BIM負責單位將采用批準的BIM軟件并按照BIM顧問設立的BIM標準在現(xiàn)場進行三維建模。不同專業(yè)間的協(xié)調(diào)都應采用BIM編輯軟件及在線協(xié)作平臺。

（7）綜合機電BIM負責單位所建BIM模型應參照COBie（Construction Operation Building information exchange）標準，以便之后單位物業(yè)管理。

（8）綜合機電BIM負責單位負責協(xié)調(diào)所有的精裝BIM模型，包括跟精裝分包的所有協(xié)調(diào)。

（9）作為通用指南，以下說明為整合順序：第一步為鎖定混凝土/鋼工程幾何結構，然后其他專業(yè)單位可開始協(xié)調(diào)作業(yè)。首先為機電，其次為建筑設計、室內(nèi)設計及其他設計。在所有專業(yè)完成協(xié)調(diào)及綜合管線圖紙（CSD）深化設計后，BIM將達到一個被稱為“完全協(xié)調(diào)模型（FCM）”的全新水平。綜合機電BIM負責單位有責任協(xié)調(diào)發(fā)包單位、設計顧問、BIM顧問及BIM總負責所有有關三維深化模型細節(jié)及深化的問題。

（10）深化模型完成定型后，綜合機電BIM負責單位應根據(jù)三維深化模型中提取的幾何模型編制二維深化圖。

（11）在施工安裝圖制作和現(xiàn)場安裝階段，綜合機電BIM負責單位需依照招標技術規(guī)范進行深化設計并準備如下安裝圖紙：①管道系統(tǒng)詳細布局包括排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及通風系統(tǒng)。②顯示所有地上及地下管線（水、電、電信、數(shù)據(jù)、排水等）的綜合管線圖紙應按照面積及建筑物所在樓層/底板顯示在同一張圖紙之上。

（12）三維深化模型提供以下內(nèi)容：管道系統(tǒng)詳細布局包括排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及通風系統(tǒng)；顯示所有地上及地下管線（水、電、電信、數(shù)據(jù)、排水等）的綜合管線圖紙應按照面積及建筑物所在樓層/底板顯示在同一張圖紙之上。

（13）在BIM建立過程中，綜合機電BIM負責單位將建立并管理問題解決記錄（IRL），記錄所有需要進一步推進以滿足完全協(xié)調(diào)模型（FCM）要求的單個沖突、協(xié)調(diào)問題、空間沖突及行動項目。

（14）BIM總負責單位應代表項目管理整個BIM流程，這為第二階段。

（15）當項目需要時，綜合機電BIM負責單位需應用RFID技術，明確表示大型設備等何時出廠、物流信息、何時進入工地及擺放位置等信息，整合入BIM模型，并將數(shù)據(jù)更新至互聯(lián)網(wǎng)，單位便業(yè)主查詢。

10 變更管理及變更令

綜合機電BIM負責單位應利用BIM模型管理變更。綜合機電BIM負責單位建立的BIM模型應能夠顯示變更如何影響關鍵路線及成本。所有信息都應在項目協(xié)作平臺內(nèi)進行保存及說明，項目成員在發(fā)包單位批準的情況下可訪問這些信息。綜合機電BIM負責單位應密切管理及跟蹤變更，直到問題完全解決。

11 施工過程模擬

對于施工單位法、施工順序及進度，綜合機電BIM負責單位應利用BIM模型及四維模擬軟件模擬具體的機電裝配。目的在于為項目施工及安裝提供一個清楚、可行的施工順序及裝配。模擬可包括需進行研究的特殊連接節(jié)點或機電的安裝。綜合機電BIM負責單位應按照項目的要求進行總體施工進度模擬。在整個合同期限，綜合機電BIM負責單位有責任定期修改、更新及維護四維模型，以反映過程中的BIM及工作計劃變更。

12 竣工模型

綜合機電BIM負責單位應將竣工信息及生產(chǎn)商的產(chǎn)品及設備數(shù)據(jù)輸入竣工模型。完全協(xié)調(diào)模型（FCM）經(jīng)過多次更新之后，將會最終形成竣工模型。

13 成果交付

（1）為澄清BIM流程，隨著綜合管線圖紙、施工圖的不斷深化及變更，綜合機電BIM負責單位應定時更新文件。

（2）提交文件和數(shù)據(jù)給項目時，文件格式如下所示：用于多專業(yè)協(xié)調(diào)流程的建筑系統(tǒng)完全協(xié)調(diào)模型（FCM）的原始文件格式；用于多專業(yè)協(xié)調(diào)流程的建筑系統(tǒng)整合模型的IFC文件格式或Revit和Digital Project文件格式。

（3）獲批后，所有生成的BIM模型、原始數(shù)據(jù)或資料庫應成為發(fā)包單位的財產(chǎn)。

14 BIM軟件

項目文檔由采用多種BIM軟件的三維建筑信息模型（BIM）生成。綜合機電BIM負責單位可獲得AUTODESK REVIT、GEHRY TECHNOLOGIES DIGITAL PROJECTTM軟件及其他BIM軟件的許可，且應獲得軟件及三維設計模型的完整應用。

15 在線協(xié)作平臺

（1）由于很多人員及團隊參與BIM工作，且模型每天都會被更新，所以保證能記錄到每個參與者的修改是非常重要的，因此BIM總負責單位需要設立一個協(xié)同云平臺。協(xié)同云平臺主要功能：在協(xié)同云平臺更新獲得模型的最新版本；上傳本地更新至共享服務器；獲取編輯權限，并確認是否有權限對服務器上的某個文件進行修改。

（2）儲存數(shù)據(jù)庫檢出設立單獨網(wǎng)址。

（3）用戶名及密碼。BIM團隊的每個成員都將有一個用戶名及密碼。

16 RFID技術設備

所有大型設備，綜合機電BIM負責單位需應用RFID技術，明確表示設備何時出廠、物流信息、何時進入工地及擺放位置等信息，整合進BIM模型，并將數(shù)據(jù)更新至互聯(lián)網(wǎng)，查詢。