潘 星,劉 赟
(1.甘肅省建筑科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730050;2.甘肅省綠色建筑與建筑節(jié)能工程研究中心,甘肅 蘭州 730050)
科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展與計(jì)算機(jī)軟件的不斷迭代更新,使信息化手段越來越多地被引用到建筑業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈,致使當(dāng)前很多建筑企業(yè)在建筑項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)、施工階段就已經(jīng)借助建筑信息化的手段來進(jìn)行工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和各專業(yè)之間的協(xié)同工作來達(dá)到減少資源浪費(fèi)、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn) BIM(建筑信息模型,Building Information Modeling)技術(shù)的軟件主要有 AutoDesk 公司的 Revit、廣聯(lián)達(dá)和魯班等的系列軟件,而廣聯(lián)達(dá)和魯班系列軟件側(cè)重于算量。AutoDesk 公司的 Revit 系列軟件不僅能夠進(jìn)行算量并且在三維顯示、機(jī)電管綜碰撞檢測、修改、深化設(shè)計(jì)與協(xié)同施工方面比較出眾。本文將利用 AutoDesk 公司研發(fā)的 Revit 系列軟件與 VR 三維可視化 Fuzor 軟件相結(jié)合來說明 BIM+Fuzor 技術(shù)在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段的應(yīng)用研究[1]。
Fuzor 是一款將 BIM+VR 技術(shù)與 4 D 施工模擬技術(shù)深度結(jié)合的綜合性平臺(tái)級(jí)軟件,它主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒒?BIM 的模型轉(zhuǎn)化成附著有詳細(xì)數(shù)據(jù)信息的 VR 場景視圖,并且可以在場景視圖和 BIM 模型之間進(jìn)行同步的數(shù)據(jù)修改。這樣在建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)師可以利用 BIM+Fuzor 技術(shù)及時(shí)查找建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電各專業(yè)之間的碰撞打架及各專業(yè)之間的協(xié)同問題。建筑工程項(xiàng)目的施工階段,施工人員可以通過輕量化的手機(jī)移動(dòng)端查看建筑模型的詳細(xì)施工信息和施工順序來進(jìn)行現(xiàn)場施工,以此來達(dá)到減少施工返工、節(jié)約能源和提高工作效率的目的。
BIM 技術(shù)在國外的發(fā)展比較早,由最初 Chuck Eastman 提出 BIM 思想到現(xiàn)在已有四十多年的發(fā)展歷史。不論是在軟件技術(shù)更新還是對軟件的應(yīng)用方面都得到了很大的發(fā)展。現(xiàn)在國外設(shè)計(jì)單位與施工單位獲得建筑項(xiàng)目的多少與 BIM 技術(shù)的應(yīng)用程度有很大的聯(lián)系,并且 BIM 技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈[2]。
我國 BIM 技術(shù)的發(fā)展起步較晚,但是最近幾年在政府的大力支持與大型國有企業(yè)的大力推動(dòng)下BIM技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。在我國BIM技術(shù)的應(yīng)用主要是在設(shè)計(jì)階段、施工階段,由于發(fā)展程度的局限性,BIM技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用還處于研發(fā)探索階段。雖然在我國發(fā)達(dá)地區(qū)有一些項(xiàng)目運(yùn)維的案例,但還不具備普遍性,很多都是針對特殊企業(yè)特殊需求而專門制定的特殊運(yùn)維平臺(tái)。例如,針對醫(yī)院建筑的能耗監(jiān)測及建筑運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)、針對地鐵建筑的地下車輛運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)。
Fuzor 軟件是隨著近幾年BIM 技術(shù)的蓬勃發(fā)展而開發(fā)出的一款基于 Revit 的 VR 插件。由于起步較晚,運(yùn)用 Fuzor 技術(shù)的人很少,但 Fuzor 的功能遠(yuǎn)不僅僅是 VR 虛擬現(xiàn)實(shí)這么簡單。Fuzor 技術(shù)具有以下幾個(gè)性質(zhì)。
1)互動(dòng)性。Revit 中建筑模型的材質(zhì)庫信息和族庫信息可以在 Fuzor 中無限制地調(diào)取,其相對應(yīng)的材質(zhì)及族庫文件可以進(jìn)行參數(shù)化編輯[3]。
2)實(shí)時(shí)性。在 Revit 中對模型進(jìn)行任何修改都能夠?qū)崟r(shí)地更新到 Fuzor 中,F(xiàn)uzor 中對模型的進(jìn)行任何修改同樣能夠?qū)崟r(shí)地更新到 Revit 中,兩者能夠完美地實(shí)現(xiàn)雙向溝通。
3)分析性。Fuzor 不僅在不導(dǎo)出模型的前提下能夠與 Revit 進(jìn)行實(shí)時(shí)的雙向更新、修改、查看,而且擁有與NsvisWorks 相同的功能進(jìn)行模型中各專業(yè)之間的碰撞檢測,導(dǎo)出碰撞檢測報(bào)告。
4)仿真性。Fuzor 同樣能夠進(jìn)行模擬建筑的動(dòng)畫編輯,其畫面的真實(shí)性同 Lumion 效果相同,并且其制作成本低、操作簡單、模擬速度快,能夠幫助用戶提高工作效率,用最低的成本做出用戶想要的視頻作品。
將 BIM+Fuzor 技術(shù)應(yīng)用于方案規(guī)劃階段可以讓建設(shè)方身臨其境地體驗(yàn)到工程項(xiàng)目在建成后的地理環(huán)境狀況和建筑的整體外觀形象;應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段可以讓設(shè)計(jì)師們在施工之前通過碰撞檢測提前預(yù)知和修改設(shè)計(jì)中遇到的錯(cuò)誤,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量;應(yīng)用于施工階段,現(xiàn)場施工人員及安全監(jiān)督員可以通過輕量化的移動(dòng)手機(jī)端中建筑模型的施工信息進(jìn)行現(xiàn)場對比施工,提高施工質(zhì)量和效率,減少因施工錯(cuò)誤而造成人、機(jī)、料、法、環(huán)的資源浪費(fèi);應(yīng)用于運(yùn)維階段,運(yùn)維人員可以根據(jù)需求進(jìn)行建筑物空間信息、材料信息等各種信息的任意調(diào)用和檢查。
本節(jié)以實(shí)際項(xiàng)目為例詳細(xì)介紹將 BIM+Fuzor 技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工階段的具體應(yīng)用。
項(xiàng)目位于甘肅蘭州,總建筑面積 18 035.78m2,最高 12 層,建筑高度 48.81 m(其中地下建筑面積 3 079.08 m2,一層建筑面積 1 335.78 m2,2~12 層建筑面積 13 338.47m2,出屋面塔樓面積 174.65 m2)。本項(xiàng)目為一類高層綜合樓,地上耐火等級(jí)為一級(jí),地下耐火等級(jí)為一級(jí),抗震設(shè)計(jì)按 8 度設(shè)防,設(shè)計(jì)使用年限為 50年。
本工程中 BIM+Fuzor 技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段、施工階段,涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣各專業(yè)。
基于 BIM 的 Fuzor 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段主要用于前期圖紙校對、圖紙會(huì)審、三維場布、管線綜合碰撞及檢查、管線綜合優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)、出施工圖等。
圖1 所示為設(shè)計(jì)階段的基本流程,首先利用 BIM技術(shù)將設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型,然后利用 Fuzor 的三維可視化技術(shù)將圖紙中出現(xiàn)的錯(cuò)、漏、碰、缺問題進(jìn)行虛擬檢查;其次對出現(xiàn)的問題進(jìn)行修改、深化設(shè)計(jì);最終根據(jù)深化設(shè)計(jì)結(jié)果出具施工圖。
圖2 為 最終通過 BIM+Fuzor 技術(shù)對設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)圖紙深化設(shè)計(jì)后的整體布局圖。圖3~5 分別為根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和 BIM 技術(shù)搭建的建筑結(jié)構(gòu)模型、幕墻及體量模型、機(jī)電模型。
圖1 設(shè)計(jì)階段流程圖
圖2 整體布局
圖3 建筑及結(jié)構(gòu)模型
圖4 幕墻及體量模型
圖5 機(jī)電模型
如圖6 所示,F(xiàn)uzor 與 Revit 之間可以輕松地實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換,而不需要繁瑣的文件導(dǎo)出與導(dǎo)入程序。只需在 Revit 中點(diǎn)擊“Fuzor Plugin”,然后點(diǎn)擊“Launch Fuzor”即可實(shí)現(xiàn)模型在 Revit 與 Fuzor 中的雙向?qū)崟r(shí)同步。
圖6 Fuzor 仿真同步圖
圖7 所示為 Fuzor 場景下的建筑模型,圖8 為Fuzor 場景下人物與構(gòu)件查看、修改的控制窗口,圖9 為選取構(gòu)件的構(gòu)件屬性窗口。
圖7 Fuzor 中管線檢測
圖8 控制面板
圖9 構(gòu)件屬性面板
由于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)各專業(yè)之間沒有很好地進(jìn)行融合,所以在圖紙繪制完成后各專業(yè)之間會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)、漏、碰、缺和碰撞打架問題。雖然 Revit 的出現(xiàn)在很大程度上解決了以上問題,但是由于 Revit 在全專業(yè)融合的 VR 三維顯示方面相對較弱,所以造成在管線綜合優(yōu)化和深化設(shè)計(jì)的時(shí)候達(dá)不到建設(shè)方的要求。借助Fuzor 技術(shù)進(jìn)行 VR 三維顯示和全專業(yè)融合的深化設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了以上問題。
設(shè)計(jì)圖紙通過 BIM 技術(shù)進(jìn)行三維建模,將建立的各專業(yè)模型在 Fuzor 中顯示(見圖7)。在 Fuzor 中通過圖8 中的控制面板進(jìn)行各專業(yè)模型錯(cuò)、漏、碰、缺檢查;其次在 Revit 中將檢查出的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)修改或直接在圖9 中的構(gòu)件屬性窗口中對構(gòu)件的材料、類型、功能等信息進(jìn)行修改;最后根據(jù)深化設(shè)計(jì)后的模型出具施工圖模型和施工圖圖紙。
BIM+Fuzor 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用主要有:施工場布、根據(jù)三維動(dòng)畫指導(dǎo)施工、場地市政景觀布置、仿真漫游動(dòng)畫、營銷視頻動(dòng)畫制作等。
圖10 所示為施工階段利用 Fuzor 技術(shù)進(jìn)行施工漫游的場景。
圖10 施工漫游
基于 BIM+Fuzor 的三維模型在施工階段可以實(shí)現(xiàn)一模多用,具體應(yīng)用有如下幾個(gè)方面。
1)技術(shù)交底。根據(jù)模型出具施工圖后,設(shè)計(jì)方可以根據(jù)模型對施工方進(jìn)行技術(shù)交底。通過三維的VR模型進(jìn)行技術(shù)交底能夠讓施工方更加直觀和清晰地明白設(shè)計(jì)意圖以及施工過程中應(yīng)該注意的方方面面。
2)三維場布。在施工前期根據(jù)場地大小結(jié)合施工過程中人、機(jī)、料的供求情況合理地進(jìn)行三維場地布置,科學(xué)合理的施工場地布置有助于施工全過程的順利進(jìn)行。
3)進(jìn)場培訓(xùn)。利用直觀可視的三維模型對進(jìn)場的施工人員進(jìn)行培訓(xùn),讓每一位施工人員能夠清楚地知道施工過程的每一個(gè)步驟以及自己在每一個(gè)施工環(huán)節(jié)中應(yīng)該做的事。
4)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)指導(dǎo)施工。對于施工過程中出現(xiàn)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn),施工人員不太清楚的可以直接利用模型進(jìn)行學(xué)習(xí),了解復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工的各種工序。
5)輔助驗(yàn)收。通過移動(dòng)端的三維模型信息結(jié)合現(xiàn)場施工的驗(yàn)收資料進(jìn)行工程項(xiàng)目的驗(yàn)收。相比于傳統(tǒng)的施工驗(yàn)收能夠達(dá)到更加精細(xì)化、準(zhǔn)確化的目的。
在建筑項(xiàng)目的運(yùn)維階段,通過各種傳感器以及隱蔽設(shè)備的監(jiān)測裝置將各種運(yùn)維信息反饋到 BIM+ Fuzor 的VR 三維可視化模型中。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),故障信息能夠及時(shí)反饋到三維模型中并且發(fā)出警報(bào)?,F(xiàn)場運(yùn)維工作人員可以根據(jù)發(fā)出的警報(bào)準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn),最終解決運(yùn)維中的出現(xiàn)的問題。
Revit+Fuzor 技術(shù)的引入將對建筑行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈帶來革命性的變革。此技術(shù)可以將建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈上的建筑工程從項(xiàng)目前期規(guī)劃到最后拆除的全生命周期貫穿于一體,進(jìn)行全生命周期中的信息共享、規(guī)劃、管理、運(yùn)維。在整個(gè)生命周期中提高效率的同時(shí),有效地節(jié)約了資源,減少了不必要的人力、物力、資源的浪費(fèi)。Q