BIM技術助力工程協同設計與數字化交付

文｜劉玉平

目前，BIM 技術作為數字化的關鍵技術，在我國的數字化進程中正扮演著愈來愈重要的角色。但在這個過程中，BIM 技術的具體應用仍然存在著不完善之處，比如“后建模”。所謂“后建?！保褪窍扔脗鹘y的設計方法完成整個專業管道設計并畫出二維圖紙，再根據已有的設計圖紙用BIM 相關的軟件建立三維信息模型，隨后再進行專業內部及各專業之間的模型碰撞檢測，根據檢測結果進行管線優化和二維圖紙調整。此種模式廣泛存在于當前設計院的實際設計過程中，但實際上，這種模式是對BIM 技術的逆向使用，不屬于真正的三維設計。而且由于“后建?！贝嬖跁r間上的延遲性，對施工圖設計及出圖的幫助不大。BIM 正向設計正是基于我國現階段BIM 應用困難提出的一種解決方案。

BIM 技術正向設計發展

BIM 設計的一般做法是建立一個協同工作平臺，通過不斷積累族庫，并結合現有軟件平臺進行二次開發，完成模塊化、參數化的快速建模。然后聯通計算分析模型進行整體分析或局部分析，確定是否滿足設計要求，一旦滿足設計要求后，將形成最終的BIM 設計模型，進行虛擬展示、二維出圖、工程量統計等，最后交付信息化設計模型。

BIM 正向設計是以三維BIM 模型為出發點和數據源，完成從方案設計到施工圖設計的全過程任務。目前，限于技術發展的現狀和設計人員掌握BIM 技術的程度，還很難做到完全意義上的BIM 正向設計。大部分企業采用的BIM 設計應用是翻模，而翻模只是BIM 發展的一個過渡，但也有其積極的作用。

如果把二三十年前使用CAD 進行計算機輔助設計，作為第一次工程信息化革命的話，那么現在的BIM 技術應用就相當于第二次技術革命。對于現階段的正向設計，我們還面臨著很多亟待解決的問題，例如設計生產任務繁重、設計平臺本土化差、非數字化交付成果、自動出圖效率較差等。

本文提出的正向設計仍然是以圖紙為信息載體，這主要是因為BIM 技術本身還處于初始階段，不夠成熟，各項理論和實施策略充滿不確定性，技術發展和工程管理尚未成熟。

跨區域協同設計 提升設計效率

以專業管線設計為例，BIM 正向設計是指利用BIM 技術，以建筑、結構、設備等模型為基準設計，設計流程和常規二維設計流程相似，依次進行管線設計、管線總裝、管線綜合排布、碰撞檢查調整，生成圖紙等步驟。

協同設計管理。專業管線種類繁多，并且同時涉及電氣、熱控、暖通、給排水等數個專業，多專業設計內容又互為邊界條件，在設計階段中不斷伴隨著方案調整、節點控制等問題，協調難度大。想要有序地開展如此復雜的設計工作，必須要進行協同設計管理。通過建立協同設計信息管理平臺，創建項目和專業配置，設定統一格式、坐標等，賦予不同專業設計人員不同的權限。設計人員利用協同設計信息管理平臺在設計過程中獲取統一數據源，完成BIM資料互提，同時對專業間的參考關系和文件版本進行記錄和管理，使設計人員突破空間限制跨區域進行協同設計，極大的提升了設計效率。

使用Bentley OpenPlant Modeler 軟件進行管線設計，設計應以建筑、結構專業設計成果為基礎，導入建筑、結構、軸網、設備等模型作為重要基準進行設計。設計人員在排布管線時，應在保證滿足動力專業設計要求的前提下，考慮避開重要基準，包括梁、柱、設備基礎、承臺、既有管線等，并調整與其他設施間的凈距，滿足設計規范要求。

將動力專業各系統的管線在統一坐標下總裝，進行專業內部管線碰撞檢測和綜合排布。在綜合管線的排布過程中，由于各類管線在性質和使用上各有不同，故不同系統的管線有其自身的排布要求和設計原則，應盡量保持各管線的位置。如管線需作調整，應既能滿足各專業系統管線間距埋深等硬性的需求，也要設計美觀實用，方便施工作業及后期運營維護。

利用OpenPlant Modeler 軟件自帶的碰撞檢測模塊進行各專業間BIM 模型的碰撞檢測。碰撞檢測的主要目的是檢測各專業管線之間、管線與建構筑物之間在空間位置上是否有重疊發生，從而完成項目模型內各種管線、構筑物三維協同設計工作，以避免發生空間沖突，消除管線之間的碰撞，從而避免設計錯誤影響施工。碰撞檢查對象和范圍可以在碰撞檢查工具中進行設定。動力專業設計人員進行碰撞檢測時，通常將其他專業模型合并，一起與本專業模型進行碰撞檢測。檢測完成后，軟件將自動生成檢查結果，并顯示碰撞位置，以便設計人員能夠快速查找到碰撞點，進行管線調整。見圖1。

碰撞檢查完畢后，會將碰撞的模型以及模型種類屬性一并記錄下來。選中報告中的碰撞點會切換到碰撞位置的具體視圖，碰撞實體模型按照事先定義好的顏色進行標記，與其他管線構件相區別。逐個調取碰撞檢查結果，可以對碰撞項進行選擇和原因分析，從而確認其是否為有效碰撞。確認后，將碰撞點匯總，做成碰撞報告，向碰撞相關專業提資，讓設計人員根據碰撞報告進行調整和修改。

圖1

在設計人員根據碰撞檢查報告進行優化調整后，還應對調整后的管線進行二次碰撞檢查，直至確認管線無碰撞沖突。

在現行的專業設計環境下，二維圖紙仍然是設計院的主要設計成果，業主方也大多要求傳統的二維圖紙交付。因此，由三維BIM 模型轉為二維圖紙也是當下必要的需求。

在OpenPlant Modeler 軟件中，將模型截取成平面，在平面上完成對模型的尺寸標注、注釋說明、標準圖框創建、整體布局之后再導出DWG 格式圖紙。在出二維圖紙前，應對圖紙內容進行規劃，考慮如何充分利用三維模型的空間立體屬性、選取哪些內容可以將管線在二維圖紙上表達清楚。根據軟件生成的平面布置圖如圖2 所示。

由于動力管線圖紙是由模型生成，所以當設計方案變更時，布置圖將會自動更新，而ISO 軸測圖需重新導入新模型生成。因為圖紙都出自于一個單一的BIM 模型文件，所以因為改動帶來的設計錯誤會大幅減少，設計質量大幅提升。

圖2

結論與展望

通過對BIM 技術在管線設計階段特點的研究，以及對基于動力專業BIM 正向設計方法的探索與總結，可以看出，BIM 三維正向設計在專業設計階段擁有廣泛的應用前景。

BIM 技術應用在動力專業管線設計上，可有效的展示設計人員的設計意圖，彌補二維設計在處理空間問題和復雜問題時所存在的欠缺，更好的幫助讀圖者理解圖紙內容，有效避免施工出現偏離；通過使用OpenPlant Modeler軟件作為動力專業管線建模工具，通過參考建筑結構模型和設備模型，為管線在復雜空間內的布設提供了真實而可靠的設計依據，能夠更有效的利用空間，增加了設計的可靠性；通過專業內部及各專業之間的碰撞檢查，可快速查找到多項設計錯誤點和碰撞點，能夠幫助設計人員減少出圖錯誤，提高設計水平。

通過建立協同設計信息管理平臺，能高效解決圖紙繪制和文件編輯過程中信息交流共享和協同工作的問題，可為工程項目內容的管理提供一個具有流程化、標準化的集成協同環境，使工程項目的整體團隊人員、工程項目信息按照設定的工作流程整體協同工作，大大提高了設計速度。