BIM协同设计类型和应用优势

(1)专业内BIM协同

专业内BIM协同主要考虑同专业的团队如何协同完成一个设计任务。三维设计方式,需考虑项目的整体性,一般会按外墙、结构主体、功能体系、系统等来划分工作。单专业团队的协同方式推荐采用中心文件协同方式。根据各专业参与人及项目系统划分权限,确定工作范围。单一专业团队采用的协同方式主要是中心文件协同方式。当项目的规模较大时,可以将项目按功能区域拆分,或按系统拆分。在每个功能区域模型或每个系统模型中,一般由专业负责人根据项目情况和团队人员,建立本专业的中心文件,并划分合适的工作界面。

采用中心文件协同时,团队在工作过程中一般需要遵守的原则有:

①项目负责人或指派专人,负责管理中心文件。

②为团队成员合理安排工作范围,尽量减少工作交叉。

③设置合理的权限。

④建立畅通的沟通机制。

⑤团队成员应定期保存本地文件。

⑥团队成员应按预先分配的时间段,用于与中心文件同步,避免设备在多名用户同时保存时死机。

⑦合理地“保留”或“释放”对象,一般建议将不使用的元素和数据全部释放,以便其他团队成员的访问。

划分工作界面需要考虑的因素有:

①项目规模、项目复杂度等项目基本情况。

②团队组成。

③设计分工方式。

④构件之间关系。

(2)专业间BIM协同

传统的二维绘图方式解决专业问题的方法,通常是以各专业间周期性、节点性的协调方式进行,基于CAD的协同设计,更多的也是通过CAD文件的外部参照,使得专业之间的数据可视化共享。这种基于二维图纸的协同方式存在数据交换不充分、理解不完整等问题。BIM技术的产生让工程技术人员得以实现更高意义上的协同设计,因为协同是BIM的核心要素,统一的项目模型,统一的构件数据,各专业不仅共享数据,可以从不同的专业角度操作该数据,或参照,或细化,或提取。

①专业间BIM协同模式

实现真正的协同设计的要求很高,要求各专业各自都能具备三维设计的能力,采用统一的数据格式并遵守统一的协同设计标准。项目各专业团队成为高度协调的整体,在项目设计过程中,随时发现并及时解决与专业内其他成员或与其他专业之间的冲突。这种协同方式的实现,需要团队能力的提升,也需要软件工具的完善,要完全实现不是一蹴而就的事情,是需要由浅入深,逐步推进的。在一个具体的项目中,各专业间如何确定协同方式,选择是多种多样的。例如,各专业形成各自的中心文件,最终以链接或集成各专业中心文件的方式形成最终完整的模型;或是其中某些专业间采用中心文件协同,与其他专业以链接或集成方式协同等,不同的项目需要根据项目的大小、类型和形体等情况来进行合适的选择。另外,团队BIM应用模式的不同,也会对协同有不同的要求,可分下列两种情况:

a.阶段性定时协同模式

这种模式中,项目团队在阶段性设计工作基本完成之后,通过对各专业BIM模型的链接和集成,进行阶段性总体综合协调工作,以达到更高的设计质量。这种模式对协同的要求不高,各专业之间一般都采用文件链接方式或文件集成方式进行专业协调,各专业可将其他专业的模型文件链接到本专业中进行检查,也可以采用多专业集成工具,将不同的专业模型都转成集成工具的格式,之后利用多专业集成工具进行协调检查。由于这种协调大多是阶段性的,所以模型可尽量拆分到足够小的级别,便于不同区域、不同专业的整合。

各专业应共享坐标和项目方向,达成一致并记录在案。未经许可,不得修改这些数据。不同专业采用的软件建模不同,链接或整合前需统一各专业模型文件的原点。不同专业采用的建模工具不同(各专业的原始模型文件格式不同)时,专业间协调需要先进行数据转换,可以采用IFC等通用格式作为链接文件的格式,也可以采用软件之间推荐的链接文件格式,但由于这种不同数据格式的模型文件相互链接,一般文件量会比较大,且链接文件只能看不能改,所以通常会采用集成方式来解决这种多专业、多数据格式的专业协调。

b.设计过程连续协同模式

这种模式要求各专业各自都能具备三维设计的能力,项目各专业团队高度协调,在项目设计过程中随时发现并及时解决与专业内其他成员或与其他专业之间的冲突。要实现设计过程的专业协同,各专业需基于统一格式的BIM模型数据,以实现实时的数据共享。这种模式下,一般会采用中心文件或文件链接方式进行协同。各专业可分别建立本专业自己的BIM模型,根据需要链接其他专业的模型。各专业在自己的模型中进行标记提资,接收资料的专业通过链接更新可以查看到提资的内容。最终以链接各专业模型的方式形成最终成果(全专业的完整模型)。

由于在设计阶段,建筑和结构的关系非常紧密,一般也可考虑建筑专业与结构专业共用一个BIM模型,专业之间可采用中心文件的协同方式。当项目的规模较大时,可以将项目按功能区域拆分,或按系统拆分。例如,把幕墙、钢结构单独作为一个模型文件,再与土建模型链接在一起。

通常,由建筑专业按项目要求和大小划分好BIM模型的文件结构,根据建筑功能要求,首先初步定出竖向构件(墙、柱、支撑等)的布置。建筑平面图基本确定以后,结构可根据建筑平面布置梁板,计算楼面荷载、墙荷载等并进行建模计算,在计算的过程中进一步优化和调整竖向构件截面大小以及梁的尺寸。建筑和结构在配合过程中需注意结构构件与建筑构件的衔接处理。

机电专业的模型和建筑、结构的模型多是链接关系,应首先遵循建筑模型的功能区域的拆分方式。机电专业之间可共用一个BIM模型,专业之间采用中心文件的协同方式。若是复杂项目,也可考虑各个机电专业建立各自的BIM模型,之间再相互链接。同时,土建专业也应链接各机电专业的模型,熟悉各机电专业大设备、大管线的方位。在协同过程中,各专业需协调配合,尽可能满足其他专业对本专业的协同要求。例如,土建模型需反映土建基本信息(空间大小、标高、围护结构做法、相关建筑构件属性等),机电专业在此基础上提所需条件(机房大小、荷载、管井大小、开洞等),土建专业调整自身模型后由机电专业进行复核。

②专业间BIM协同组织与流程

BIM协同组织与流程是保证整个工程项目顺利进行,并最终成功实施BIM的关键因素。

a.明确各参与主体层级和职责,并形成责任矩阵

BIM协同工作涉及设计方、业主方、施工方、供应方、咨询方等参与主体,其中,设计方是BIM协同设计的主导者,其BIM团队为主要执行团队,业主方是主要需求和要求的提出者,也是BIM相关成果的接受者。在基于BIM的设计流程中,通常需要制定用于指导该项目团队明确设计目标的多专业协同设计协调规划。表8-4是上述流程的具体内容以及一个参与各方权责划分的参考方案。

表8-4　基于BIM的建筑协同设计模式责任矩阵^[4]

b.明确协同工作的组织方案,形成设计协同流程

协同的组织应该按照项目BIM实施的组织机构的职责分工,职责分工方案举例如下。

☆　现状建模:由业主负责牵头组织,设计院或BIM团队负责现状建模,各参与方对不同阶段的现状模型进行了会审,会审内容包括现状模型、各阶段的施工方案与现状模型的结合等;

☆　设计建模:设计院或BIM团队负责模型的建立,若聘请BIM咨询单位,可参与对模型进行审查和评估,业主对模型进行确认,并通过工程例会或者远程视频进行3D交底。

☆　设计评审:由业主牵头组织各方评审,通过设计成果的BIM展示,辅助评审。

☆　3D协调:业主组织BIM协调例会,相关参建各方利用BM模型,通过会议形式进行协商处理,业主主要负责协调决策和成果确认。

☆　4D模拟:由业主牵头组织施工方、设计方等,确定模拟的内容和时间节点,由BIM团队负责4D模拟的具体协调和模拟工作,施工方和监理单位负责方案和实际进度的审核4D模拟成果由业主确认。

☆　施工图预算:由BIM团队在BIM模型的基础上,利用相关软件对工程量进行导出,由业主牵头组织施工方、监理单位,以会议形式协调和确定工程量。

在设计阶段BIM协调规划中,首先,必须确定项目的整体计划,即要设计团队的各专业设计师明确各个阶段的具体任务以及各阶段模型的细度要求;其次,在任务范围内核查各阶段设计质量避免造成疏漏或分工不明带来的相互推诿;最后,设定各个专业设计师的工作权限,避免在设计时对项目中一些相关的信息进行重复修改或者删除,导致重复的劳动,多专业协同设计的工作采用并行模式,非常强调多专业设计师合作。

在初步的BIM模型的基础上,根据制定的多专业协同设计协调规划,结构、MEP等专业设计师可以根据自己的需要对其提出设计要求或条件。建筑设计师可以依据结构和MEP等专业要求,对项目进行细化。例如,可以确定墙体的厚度、门窗的尺寸和类型等。因此,BIM的方式为各专业之间的协同设计构筑了一个平台,建筑、结构、MEP等专业的设计工作便可以同步进行。

(3)设计各阶段BIM协同

①设计各阶段的BIM协同流程

设计阶段BIM协同主要是为了确保BIM模型数据的延续性和准确性,减少项目设计过程中的反复建模,减少因不同阶段的信息割裂导致的设计错误,提高团队的工作效率与准确率,提升设计产品的质量。设计各阶段的BIM协同流程如图8-4所示。

BM项目策划。根据项目情况,在方案、初设或施工图阶段采用BIM协同技术开始模型的创建工作。并根据项目目标拟定或完善项目的BIM策划工作,以支撑各阶段BM模型的搭建和深化。

建立项目的概念或方案模型,深度达到方案深度要求及各性能分析与评估决策分析软件的要求,通过各项性能化分析与评估,为方案比选和定案提供依据。

在前期策划或方案模型的基础上进行模型的整合和深化,进行数字化分析和碰撞检查,并根据分析与检查结果对模型进行优化调整,形成初步设计深化模型,并生成符合初设深度要求的二维图纸、碰撞检查报告、各项分析报告等。

在初设模型的基础上进行模型深化,进行数字化分析和碰撞检查,并根据分析与检查结果对模型进行优化调整,形成施工图设计深化模型,生成符合施工图深度要求的二维图纸、碰撞检查报告、各项分析报告等并交付业主。

设计与施工协作,根据施工工艺要求、场地模拟、4D(5D)模拟等需求,对模型进行深化或优化,形成满足施工要求的施工模型,并根据需要生成施工模拟演示动画等成果;现阶段因为软件、数据交换等问题,施工方较多根据施工图重新建模,未充分利用设计模型,是需要解决的问题。

工程竣工后,根据运维要求补充完善施工模型,交付满足运维要求的竣工模型。

图8-4　设计各阶段的BIM协同流程(来源:李云贵,2017)

②设计各阶段BIM模型深化方法

BIM项目模型主要遵循模型由简单至复杂的概念。根据不同的模型图元等级,深化模型。由于不同设计阶段对二维视图的交付目标和交付要求不同,因此应依据不同阶段的实际交付要求进行模型的信息传递及深化。

a.方案概念设计到方案定案阶段的模型深化

方案概念设计阶段,可以采用Skechup、Rhino等三维建模软件对建筑的布局,体量关系进行推敲和构思和形态推敲,形成初步的建筑概念体量,将初步确定后的体量进行深化,通过面墙、面屋顶,建立体量楼层等方式,建立具有初步的建筑构件信息的模型方案阶段的设计成果主要用于对方案的评审及多方案比选。通过BIM模型可视化功能完成方案的评审及多方案比选,在方案阶段的BIM模型仅需满足方案概念表达的建模精度要求,对单体建筑而言,即模型中仅需表达场地设计的基本内容,如交通、大致标高、室内外高差关系等;建筑主体层高及轴网关系;墙体仅需表达墙体核心层厚度和位置;门窗表达开启位置及洞口位置及尺寸的几何信息;基本的梁板柱关系及几何信息;房的面积划分及功能,等等能表达方案构思意图的建模深度。由BIM模型直接生成二维视图以满足方案设计交付的要求。同时可以满足方案阶段对于建筑技术经济指标中关于建筑面积,房间面积,容积率等的统计要求。

b.初步设计阶段(www.xing528.com)

初步设计成果主要是用于确定具体技术方案及为施工图设计奠定基础。BIM技术应用后,通过BIM模型可以更高质量地完成建筑设计、优化分析及综合协调。因此,初步设计阶段BIM模型应在方案设计的BIM模型基础上进行深化。例如,对场地及道路标高进行初步设计,通过插入不同标高的点进行场地模型的深化;建立准确的项目基点和参照点以确定模型各定位点的坐标和标高关系;立面标注增加表达层高及局部构筑物高度;墙体通过类型属性编辑,增加面层信息,如材质、颜色等,并进行面层材质注释;各专业初步配合后,进行工作集或链接协作,深化房间的布置,梁板柱的深化设计和定位等等;深化门窗洞口的设计,通过族的编辑或替换进行门窗细化等。使方案阶段的BIM模型信息可以有效地传递到初步设计中。生成的二维视图进行必要的标注等处理后可作为正式交付物。以保证模型与图纸间数据的关联性,有利于施工图设计阶段的设计修改,大幅降低图纸后续处理的工作量。

c.施工图设计阶段

施工图设计成果主要用于施工阶段的深化,并指导施工。在此阶段需要进行专业间的综合协调,检查是否因为设计的错误造成无法施工的情况。因此,模型细度要求达到施工图的表达深度,同时还应满足对于施工图阶段所需要的明细表统计内容。对于初步设计的BIM模型进行在施工图阶段进一步的深化设计和信息附着,通过编辑原有初步设计的模型深化,等高线的表达,并通过建筑地坪建立,对模型中的场地进行开挖。通过注释,标明绝对标高、坐标、坡度等信息。表达准确的建筑标高及结构标高关系,立面表达门窗的高度及开启方式。墙体深化可通过增加与原有墙体核心层墙体相关联的两层墙(外装饰墙和内装饰墙——含保温和抹灰、面层),或通过类型属性编辑,对面层、保温层、防水层等进行设置。通过工作集或链接结构的楼板,在结构板上建立建筑的楼板或屋面面层并通过属性编辑赋予材料。可以与门窗在平面图中进行编号表达,幕墙的划分,嵌板的插入和编辑等。在原有初设模型的基础上进一步完善房间划分,留洞及管井的设置等。完善模型中注释的标注,赋予构建关于施工图所需明细表内容的属性和信息。

在项目起初,应首先考虑模型包含多少程度的细节。细节过低会导致信息不足,细节过高会导致模型操作效率低下。因此,项目的设计负责人需规定模型细节到何种程度,并转向二维详图工作。在不损害模型完整性的前提下,尽量降低模型的复杂程度,并使用二维详图或其他方式增强二维出图图纸的完整性。

(4)设计方与其他参与方的BIM协同

项目建设期内,设计方与业主、建设主管部门、审图机构、监理、勘察、施工、加工制造以及各专项设计(包括规划、地下管廊、道桥、地铁、高铁、景观、幕墙、装饰、建筑物理、绿建等)各相关参与方存在大量的建设项目信息交换需求,其中部分信息交换可通过BIM技术协同完成。根据不同的项目参与方及协同特点,因地制宜地制定协同目标、对同技术进行分析、搭建符合项目规模和特点的BIM协同平台、制定协同沟通原则和协同数据安全保障措施等,使BIM技术在各参与方的协同中发挥最大价值。设计方与项目其他参与方的BIM协同流程如图7-3(第七章)所示。

①各参与方的职责^[5]

建设单位

a.组织策划项目BIM实施策略,确定项目的BIM应用目标、应用要求,并落实相关费用;

b.委托工程项目的BIM总协调方。BIM总协调方可以为满足要求的建设单位相关部门、设计单位、施工单位或第三方咨询机构;

c.按《项目BIM应用方案》与各参与方签订合同;

d.接收通过审查的BIM交付模型和成果档案。

BIM总协调方

a.制定《项目BIM应用方案》,并组织管理和贯彻实施;

b.BIM成果的收集、整合与发布,并对项目各参与方提供BIM技术支持;审查各阶段项目参与方提交的BIM成果并提出审查意见,协助建设单位进行BIM成果归档;

c.根据建设单位BIM应用的实际情况,可协助其开通和辅助管理维护BIM项目协同平台;

d.组织开展对各参与方的BIM工作流程的培训;

e.监督、协调及管理各分包单位的BIM实施质量及进度,并对项目范围内最终的BIM成果负责。

监理单位

a.审阅BIM模型,提出审阅意见;

b.配合BIM总协调方,对BIM交付模型的正确性及可实施性提出审查意见。

设计单位

a.配置BIM团队,并根据《项目BIM应用方案》的要求提供BIM成果,提高项目设计质量和效率;

b.采用BIM技术在设计阶段建立BIM模型,根据《项目BIM应用方案》编写《项目设计BIM实施方案》,并完成《项目设计BIM实施方案》制定的各应用点。《项目设计BIM实施方案》应包含下列内容:BIM软件及版本、设计阶段BIM应用目的、设计阶段BIM应用范围、BIM工作内容、各专业模型内容、各阶段模型深度要求、BIM模型属性要求、BIM模型组织方式、建模规则与信息要求、协同工作分工、成果交付格式及内容;

c.设计单位项目BIM负责人负责内外部的总体沟通与协调,组织设计阶段BIM的实施工作,根据合同要求提交BIM工作成果,并保证其正确性和完整性;

d.接受BIM总协调方的监督,对总协调方提出的交付成果审查意见及时整改落实;

e.设计单位应结合BIM技术进行技术交底。

施工总承包单位

a.配置BIM团队,并根据《项目BIM应用方案》的要求提供BIM成果,利用BIM技术进行节点组织控制管理,提高项目施工质量和效率;

b.接收设计BIM模型,并基于该模型,完善施工BIM模型,且在施工过程中及时更新,保持适用性;

c.根据《项目BIM应用方案》编写《项目施工BIM实施方案》,并完成《项目施工BIM实施方案》制定的各应用点。《项目施工BIM实施方案》应包含下列内容:项目施工阶段BIM实施目标、各参与方的BIM实施职责及团队配置要求、施工阶段BIM实施计划、施工阶段各参与方项目协同权限分配及协同机制、软件版本及数据格式的统一、项目BIM实施应用管理办法、信息录入标准、项目成果交付要求、审核/确认:BIM成功和数据的审核/确认流程;

d.施工单位项目BIM负责人负责内外部的总体沟通与协调,组织施工阶段BIM的实施工作,根据合同要求提交BIM工作成果,并保证其正确性和完整性;

e.接受BIM总协调方的监督,对总协调方提出的交付成果审查意见及时整改落实;

f.根据合同确定的工作内容,统筹协调各分包单位施工BIM模型,将各分包单位的交付模型整合到施工总承包的施工BIM交付模型中;

g.利用BIM技术辅助现场管理施工,安排施工顺序节点,保障施工流水合理,按进度计划完成各项工程目标。

专业分包单位

a.配置BIM团队,并根据《项目BIM应用方案》和《项目施工BIM实施方案》的要求,提供BIM成果,并保证其正确性和完整性;

b.接收施工总承包的施工BIM模型,并基于该模型,完善分包施工BIM模型,且在施工过程中及时更新,保持适用性;

c.根据《项目BIM应用方案》和《项目施工BIM实施方案》编写《分包项目施工BIM实施方案》,并完成《分包项目施工BIM实施方案》制定的各应用点;

d.分包单位项目BIM负责人负责内外部的总体沟通与协调,组织分包施工BIM的实施工作;

e.接受BIM总协调方和施工总承包方的监督,并对其提出的审查意见及时整改落实;

f.利用BIM技术辅助现场管理施工,安排施工顺序节点,保障施工流水合理,按进度计划完成各项工程目标。

造价咨询单位

a.采用BIM应用软件对工程量进行统计;

b.采用BIM技术辅助进行工程概算、预算和竣工结算工作;

c.根据合同要求提交BIM工作成果,并保证其正确性和完整性。

运营单位

a.采用BIM模型及相关成果进行日常管理,并对BIM模型进行深化、更新和维护,保持适用性;

b.宜在设计和施工阶段提前配合BIM总协调方,确定BIM数据交付要求及数据格式,并在设计BIM交付模型及竣工BIM交付模型交付时配合BIM总协调方审核交付模型,提出审核意见;

c.搭建基于BIM的项目运维管理平台;

d.接收竣工BIM交付模型,并基于该模型,完善运营BIM模型,并保证其正确性和完整性;

e.根据需要协助建设单位向项目所在城市的数字化城市平台提供项目模型。

②BIM协同要点

BIM各相关方协同总则:设计方通过应用BIM技术,对项目中业主、监理、勘察、施工、加工制造,以及各专项设计实施流程的分析、描述,形成适合BIM项目实施的指导性文件,保证项目能够利开展并有效协同。

BIM各相关方协同目标:为BIM各相关方协同的实施提供一套完整的流程或实施要点规范,使各参与方项目经理和实施人员能够理解在项目实施过程各阶段的关键要素、工作内容和工作职责,并能够按图索骥,从本规范中得到工作开展的相关指引。

项目参与方协同特点:由于项目参与方归属于不同的责任主体,为理清责权关系,往往采取相关参与方成果交付的方式进行协调,项目各相关方BIM协同能力软件平台等不尽相同或一致,给各方协同造成了障碍。为此应采用既满足协同要求,又能分清责权主体的协同方法。

BIM参与方协同技术分析:技术分析的目的是基于对项目相关方协同特点的分析,预先了解本项目可能遇到的技术难点,便于提早做出准备,具体内容可参照第七章有关内容。

搭建BIM项目参与方协同平台工作环境:BIM协同平台能够帮助项目团队实现对建筑工程全生命周期的监管,及时、透明、全面地让各专业各职能部门掌握项目情况。平台应用无时间、地域和专业限制,便捷的应用方式,轻松打通BIM应用各环节。一般具有如下功能:图文档管理系统、电子签名系统、图纸安全系统、打印归档系统、即时通信系统以及协同数据安全系统等。