楊博，李勝強(qiáng)，何勇毅

(廣東石油化工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

近年來BIM技術(shù)在工程界的應(yīng)用越來越多，從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行維護(hù)管理，因其重要價(jià)值而被認(rèn)為是行業(yè)的一次革新，是未來數(shù)字建造的發(fā)展方向[1,2]。BIM技術(shù)服務(wù)于工程建設(shè)的整個(gè)周期，而設(shè)計(jì)階段則是該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵階段[3,4]。大幅提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，可以為后期施工及運(yùn)行維護(hù)階段的應(yīng)用提供技術(shù)保障[5,6]。目前，我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)處于由傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)方式向BIM設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)變的過渡期，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及方案實(shí)施仍不完善。在此背景下，本文提出了基于“工作集”模式的BIM協(xié)同設(shè)計(jì),探索該模式的適用性，并通過某石化管廊項(xiàng)目加以驗(yàn)證，取得了較好的成果和價(jià)值，為相關(guān)項(xiàng)目的應(yīng)用提供了參考。

1 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)

信息共享是協(xié)同設(shè)計(jì)的核心，而數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一則是信息共享的前提。要想將不同參與方及不同階段的信息集成于項(xiàng)目部件就需要對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，這其中構(gòu)件編碼、信息內(nèi)容、精度要求及存儲(chǔ)形式都要符合規(guī)定要求。而我國(guó)BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這些內(nèi)容并未作出具體要求[7]，因此有必要提出適用于實(shí)際項(xiàng)目的模型信息規(guī)定。目前，多數(shù)項(xiàng)目都以美國(guó)AIA協(xié)會(huì)提出的BIM模型庫信息完整度標(biāo)準(zhǔn)，將信息量從LOD100到LOD500劃分為5個(gè)等級(jí)[8]，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化，結(jié)合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制圖要求制定了符合設(shè)計(jì)階段要求的模型編碼及信息內(nèi)容。以結(jié)構(gòu)專業(yè)為例列舉出結(jié)構(gòu)部件編碼、構(gòu)件信息、建模精度、應(yīng)用階段及用途等要求，項(xiàng)目實(shí)施過程中要以此為參照完成信息描述。

LOD精度標(biāo)準(zhǔn)及模型數(shù)據(jù)要求如下：(1)部件編碼，其具體表示形式為：項(xiàng)目號(hào)-專業(yè)-類型-規(guī)格-構(gòu)件編碼。項(xiàng)目號(hào)：005(數(shù)字編號(hào))；專業(yè)：結(jié)構(gòu)(JG)；類型：管架柱(KZ2)、桁架弦桿(XG1)；規(guī)格：截面寬×截面高、高度×寬度×腹板厚×翼緣厚；構(gòu)件編號(hào)：No.68、No.20。例：005-JG-KZ2-400×500-No.68、005-JG-HW350×350×12×19-No.20。(2)信息內(nèi)容由荷載信息、材料信息、成本信息、進(jìn)度信息組成。荷載信息：水平荷載、垂直荷載、管道水平推力、風(fēng)荷載、偶然荷載、檢修荷載、地震力；材料信息：混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋種類、強(qiáng)度、鋼配件型號(hào)、焊接及型鋼等級(jí)、油漆種類、零星材料等；成本信息：混凝土材料價(jià)格、鋼筋材料價(jià)格、型鋼采購價(jià)格、零件采購價(jià)格；進(jìn)度信息：計(jì)劃開始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間、實(shí)際開始時(shí)間、實(shí)際結(jié)束時(shí)間。(3)建模精度：LOD300。(4)應(yīng)用階段：施工圖設(shè)計(jì)階段。(5)階段用途：項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)、工程預(yù)算控制、構(gòu)件加工、施工準(zhǔn)備。

2 工作集模式的協(xié)同平臺(tái)搭建

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式是以主導(dǎo)專業(yè)為主附屬專業(yè)配合，任務(wù)指派及信息分配通過會(huì)議及電子文檔以串行的方式完成，周期長(zhǎng)、變更多，難以滿足項(xiàng)目快速實(shí)施的要求。為優(yōu)化這一現(xiàn)狀，在建立完善數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下提出了以“工作集”為基礎(chǔ)的并行設(shè)計(jì)模式，借助計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐來實(shí)現(xiàn)交叉協(xié)同設(shè)計(jì)。

“工作集”模式依賴于信息化技術(shù)，是一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享的設(shè)計(jì)模式(見圖1)。先要根據(jù)參與專業(yè)及人員確定工作權(quán)限，再通過“工作集”方式分配設(shè)計(jì)任務(wù)，完成工作后將信息模型上傳至中心文件服務(wù)器進(jìn)行匯總。在此過程中各“工作集”人員可以實(shí)時(shí)查看不同參與人員的工作進(jìn)度及問題反饋，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。同時(shí)業(yè)主、施工方及其他參與方在設(shè)定的權(quán)限條件下也可以通過中心服務(wù)器端查看和提出設(shè)計(jì)修改意見并及時(shí)反饋給對(duì)應(yīng)部門。從而高效地實(shí)現(xiàn)各專業(yè)、各部門、各參與方之間的信息溝通和共享。

圖1 工作集協(xié)同設(shè)計(jì)模式

3 基于工作集模式的設(shè)計(jì)應(yīng)用

以某石化油庫區(qū)管廊項(xiàng)目為例，項(xiàng)目共包括Ⅰ型～Ⅵ型鋼筋混凝土活動(dòng)架、固定架180個(gè)，以及跨度為15～29 m的鋼結(jié)構(gòu)桁架式管架13個(gè)，架體數(shù)量多且不同架體之間高差大，鋼桁架較為復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)及施工要求較高。利用“工作集”方式來開展設(shè)計(jì)工作，按照項(xiàng)目參與專業(yè)及人員設(shè)置包括工藝工作集、結(jié)構(gòu)工作集、給排水工作集、儲(chǔ)運(yùn)工作集、電氣工作集等在內(nèi)的8個(gè)專業(yè)“工作集”以及若干個(gè)設(shè)計(jì)師 “子工作集”，共同參與項(xiàng)目實(shí)施，以下從“結(jié)構(gòu)工作集”視角對(duì)項(xiàng)目深化及協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

3.1 結(jié)構(gòu)工作集深化設(shè)計(jì)

按照“工作集”權(quán)限要求由結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人分配深化設(shè)計(jì)工作，按照任務(wù)將工程師分配在各自“子工作集”利用Tekla結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于化工管廊項(xiàng)目，構(gòu)件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化程度較高，有必要建立規(guī)范化的族庫為下一步模型建立及后續(xù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。項(xiàng)目依據(jù)平法制圖標(biāo)準(zhǔn)、鋼結(jié)構(gòu)和相關(guān)化工規(guī)范規(guī)定，按照LOD300的深度標(biāo)準(zhǔn)建立構(gòu)件庫，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)化，并對(duì)構(gòu)件族庫進(jìn)行存儲(chǔ)，表1列舉出部分構(gòu)件族信息。

表1 部分項(xiàng)目族庫信息

為了擴(kuò)大項(xiàng)目使用范圍，工程師在“結(jié)構(gòu)工作集”中建立大量部品備件庫并存儲(chǔ)于中心服務(wù)器，按照構(gòu)件模塊化建模方式，通過調(diào)用構(gòu)件對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用先平面后立面的建模順序，先繪制桁架標(biāo)高及軸網(wǎng)，再利用軟件截面數(shù)據(jù)庫和已建立的部件族庫進(jìn)行組裝，結(jié)合節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、截面尺寸、構(gòu)件方向、偏移量、約束條件等依次創(chuàng)建管架架體、桁架上下弦桿、水平及豎向交叉腹桿、桿件連接板等部件，快速完成空間模型的建模(見圖2)。

圖2 18 m跨鋼桁架模型

創(chuàng)建完成整體模型后，就需要對(duì)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)等細(xì)部做法進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，以滿足后期構(gòu)件加工及施工的需要。Tekla軟件內(nèi)置了梁柱節(jié)點(diǎn)、支撐節(jié)點(diǎn)、柱腳節(jié)點(diǎn)等常規(guī)節(jié)點(diǎn)，但對(duì)于化工項(xiàng)目中的部分復(fù)雜節(jié)點(diǎn)(如T型支撐節(jié)點(diǎn)、管架連接節(jié)點(diǎn)等)，利用軟件自帶節(jié)點(diǎn)庫就難以完成鋼桁架模型的創(chuàng)建。本項(xiàng)目通過軟件的API二次開發(fā)接口[9]，編寫函數(shù)語言來自定義節(jié)點(diǎn)[10]。在實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)參數(shù)化控制的同時(shí)，完成了不同跨度桁架中T型支撐桿件與連接板以及混凝土管架與鋼桁架之間等一系列節(jié)點(diǎn)的智能連接(見圖3)，提高了深化設(shè)計(jì)效率，并將自定義節(jié)點(diǎn)上傳并存儲(chǔ)于中心服務(wù)器中，便于后期同類型項(xiàng)目快速調(diào)用。運(yùn)用上述方法，本項(xiàng)目建立大量化工項(xiàng)目常用鋼桁架節(jié)點(diǎn)，大大增加了節(jié)點(diǎn)信息庫的數(shù)量。

a T型支撐桿件與節(jié)點(diǎn)板連接 b 混凝土管架預(yù)埋件與與鋼桁架連接

3.2 多專業(yè)工作集協(xié)同設(shè)計(jì)

基于Revit系列軟件，首先將各專業(yè)“子工作集”進(jìn)行合并查漏，形成“專業(yè)工作集”；其次將各“專業(yè)工作集”上傳至中心服務(wù)器端，由BIM總負(fù)責(zé)人進(jìn)行“專業(yè)工作集”整合，對(duì)模型標(biāo)準(zhǔn)性、完整性及錯(cuò)漏進(jìn)行檢查，反饋修改指令至對(duì)應(yīng)“工作集”并完善設(shè)計(jì)內(nèi)容。通過這種近乎實(shí)時(shí)的匯總-提交-反饋-修改來完成設(shè)計(jì)任務(wù)，大大提高了協(xié)同設(shè)計(jì)效率。本項(xiàng)目不同專業(yè)工程師利用Revit軟件對(duì)混凝土管架、鋼結(jié)構(gòu)桁架、工藝設(shè)備管線等進(jìn)行“專業(yè)工作集”協(xié)同工作，借助多用戶服務(wù)器平臺(tái)，實(shí)時(shí)訪問提交或修改模型，在專業(yè)設(shè)計(jì)出圖前進(jìn)行模型校核，利用協(xié)同整合方式解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題(見圖4)。在此基礎(chǔ)上，還通過整合后的三維模型完成了圖紙繪制，實(shí)現(xiàn)模型與圖紙的更新聯(lián)動(dòng)，提高了出圖效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，為后期施工、運(yùn)行維護(hù)提供準(zhǔn)確的信息模型，保證項(xiàng)目順利實(shí)施。

a 低壓蒸汽管道與輸油管碰撞 b 混凝土管架和管線標(biāo)高偏差 c 擬建管架基礎(chǔ)與既有地下管線碰撞

圖4a中工藝專業(yè)設(shè)計(jì)的低壓蒸汽管道與輸油管在“子工作集”整合中出現(xiàn)位置偏差，收到錯(cuò)誤指令后，工藝負(fù)責(zé)人在專業(yè)內(nèi)部反饋給“子工作集”設(shè)計(jì)人員，完成調(diào)整修改，再上傳至中心文件，進(jìn)行下一步“專業(yè)工作集”的整合。圖4b中顯示將工藝、給排水及結(jié)構(gòu)“專業(yè)工作集”合并后，混凝土活動(dòng)管架頂部框梁與全部輸油管線之間有-280 mm的高差，結(jié)構(gòu)“專業(yè)工作集”發(fā)現(xiàn)該問題源自場(chǎng)地錯(cuò)誤標(biāo)高數(shù)據(jù)，通過及時(shí)調(diào)整活動(dòng)管架頂部框梁設(shè)計(jì)標(biāo)高完成項(xiàng)目整合。圖4c中，由于項(xiàng)目屬于擴(kuò)建工程，周圍既有結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物較多，項(xiàng)目施工方上傳既有結(jié)構(gòu)模型后發(fā)現(xiàn)有地下污水管及集水井與擬建混凝土固定管架基礎(chǔ)部分位置重疊，在不影響結(jié)構(gòu)安全的前提下，結(jié)構(gòu)“專業(yè)工作集”還對(duì)基礎(chǔ)尺寸及標(biāo)高進(jìn)行了調(diào)整，減少后期施工變更。

4 結(jié)語

本文針對(duì)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了以“工作集模式”為基礎(chǔ)的BIM協(xié)同平臺(tái)的搭建及應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例，提出了適用于設(shè)計(jì)階段的LOD300精度標(biāo)準(zhǔn)及模型數(shù)據(jù)內(nèi)容，并依據(jù)我國(guó)平法制圖標(biāo)準(zhǔn)以及化工和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范建立項(xiàng)目構(gòu)件庫。并對(duì)設(shè)計(jì)資源合理分配，基于“工作集”模式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)和控制各專業(yè)之間通過數(shù)據(jù)交換來滿足各參與方的部署要求。除此之外，開發(fā)了一批可以實(shí)現(xiàn)智能布置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，并針對(duì)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化，提出相應(yīng)解決方案，打通了各參與方、專業(yè)之間的數(shù)據(jù)壁壘，充分發(fā)揮“工作集模式”在協(xié)同設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，驗(yàn)證了該模式的可行性。這為后續(xù)施工及運(yùn)行維護(hù)的實(shí)施提供技術(shù)保障，也為同類工程項(xiàng)目提供一定的參考。