孟祥磊，李 艷

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津 300074）

0 引 言

隨著信息化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，在工程設(shè)計(jì)階段，越來越多的工程能主動地應(yīng)用BIM技術(shù)。同時，由于業(yè)主方對于BIM和信息化技術(shù)的需求，外部環(huán)境不斷地提升應(yīng)用等級，加快了BIM技術(shù)的發(fā)展，所以國家、行業(yè)及地方各類BIM標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)發(fā)布，各地政府相關(guān)指導(dǎo)政策相繼出臺，也催生了各類BIM軟件和平臺的研發(fā)。另一方面，設(shè)計(jì)階段的各類資源和條件越來越苛刻、業(yè)主頻繁變更、設(shè)計(jì)周期越來越短等對設(shè)計(jì)單位提出了更高要求。為響應(yīng)政策要求、應(yīng)對行業(yè)趨勢及提高自身設(shè)計(jì)水平，設(shè)計(jì)院也在逐步開展基于BIM的正向設(shè)計(jì)。

市政行業(yè)雖起步較晚，但是BIM技術(shù)已逐步應(yīng)用于污水處理廠施工圖設(shè)計(jì)工作［1-3］。本文以某污水處理廠為例，分析了正向設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)問題，探索適用于市政污水廠的BIM正向設(shè)計(jì)模式，項(xiàng)目主要以Revit軟件為基礎(chǔ)開展工作。

1 項(xiàng)目概況

該污水處理廠工程處理規(guī)模12 萬m3/d，采用多級A2O工藝，主要包括2 層半地下式箱體及3 座地上多功能建筑，箱體單層面積35 000 m2。此次正向設(shè)計(jì)過程僅針對箱體部分。

2 前期準(zhǔn)備工作

2.1 協(xié)同平臺、模式的選擇

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)指基于BIM模型和BIM軟件進(jìn)行各專業(yè)的交互與協(xié)作，目的是全部或部分取代CAD設(shè)計(jì)低效的工作模式，充分利用BIM模型數(shù)據(jù)的可視化、可傳遞性實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間信息的多向、及時交流，從而提高設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)錯誤。根據(jù)文件存儲方式，可以分為本地協(xié)同和集中式協(xié)同。

本地協(xié)同：每個用戶在本地電腦上進(jìn)行建模，將文件保存在本地，并在需要協(xié)同的時候?qū)⑽募ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)盤等方式傳輸給其他用戶。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是每個用戶可以按照自己的習(xí)慣和需求進(jìn)行建模，不需要考慮其他用戶的影響；缺點(diǎn)是容易出現(xiàn)文件版本不一致、修改沖突等問題，需要耗費(fèi)大量時間和精力來解決。

集中式協(xié)同：所有用戶通過服務(wù)器軟件對文件進(jìn)行管理和控制。每個用戶都可以對文件進(jìn)行修改和更新，在保存時需要和服務(wù)器進(jìn)行同步并合并。雖然本地協(xié)同的方式操作簡便，但是由于信息傳遞和同步的成本過高，不利于發(fā)揮Revit軟件的優(yōu)勢，所以此次項(xiàng)目結(jié)合Revit軟件特性，采用了集中式協(xié)同方式。

根據(jù)平臺類型不同，集中式可分為局域網(wǎng)共享、RevitServer、紅瓦等平臺，各類平臺對比如下：①局域網(wǎng)共享，即在局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)立文件服務(wù)器，將項(xiàng)目文件集中存放于服務(wù)器上，該方式的成本較低，不需要額外的軟、硬件，可以根據(jù)需要添加各種類型的文件，網(wǎng)絡(luò)速度可以得到保障，缺點(diǎn)是外網(wǎng)基本無法訪問；②RevitServer平臺，即在局域網(wǎng)部署RevitServer服務(wù)器，該方式需要部署一臺Windows server，并安裝服務(wù)器組件，可跨網(wǎng)段部署，通過緩存服務(wù)器提高傳輸效率，缺點(diǎn)是沒有權(quán)限管理，并只能上傳Revit文件；③紅瓦等協(xié)同平臺，這些平臺除了常規(guī)Revit文件協(xié)同外，還整合了任務(wù)管理、進(jìn)度管理等功能，與之相伴的是高額的學(xué)習(xí)成本，并且需要專門的硬件及網(wǎng)絡(luò)支持，如果后期全面部署，則可以作為一個選擇。此次項(xiàng)目主要用于技術(shù)驗(yàn)證，并且考慮到項(xiàng)目文件類型、網(wǎng)絡(luò)條件等因素，最終采用基于局域網(wǎng)共享的協(xié)同。

2.2 協(xié)同方式策劃

Revit 主要應(yīng)用工作集與鏈接2 種方式進(jìn)行協(xié)同，在協(xié)同方式的選擇上，應(yīng)綜合考慮硬件性能及設(shè)計(jì)人員使用的便利性。

工作集是Revit的團(tuán)隊(duì)工作模式，由一個“中心文件”和一個“本地文件”的副本組成，多個用戶可以通過工作集的“同步”機(jī)制在各自本地文件上同時處理一個模型文件。若合理使用，則工作集機(jī)制可大幅提高大型、多用項(xiàng)目的效率。Revit的鏈接跟AutoCAD的外部參照概念大體相近，設(shè)計(jì)師很容易理解。其優(yōu)勢與劣勢跟工作集基本上是互補(bǔ)的：它無需特別操作，穩(wěn)定性較好，可以將單個Revit文件體量控制得比較小，工作環(huán)境不受限制，但它無法將各個鏈接文件的圖元互相連接起來，各個文件之間互相獨(dú)立，有些公用的基準(zhǔn)圖元（如樓層標(biāo)高、軸網(wǎng)）及設(shè)置（如線型、填充圖案、底圖的深淺）等需分別設(shè)置，也很難訪問鏈接文件里面的構(gòu)件及視圖。協(xié)同方式的選擇對于硬件的要求有著直接的影響，若所有專業(yè)的全部設(shè)計(jì)人都采用工作集的方式協(xié)同，則對于網(wǎng)絡(luò)帶寬、電腦硬件都會產(chǎn)生巨大壓力。此外，隨著協(xié)作人員的增加，同步時間也會呈現(xiàn)幾何級增加。因此，根據(jù)污水處理廠項(xiàng)目的特點(diǎn)，采用工作集與鏈接混合的方式進(jìn)行協(xié)同。由于部分土建構(gòu)件是工藝專業(yè)確定位置，結(jié)構(gòu)專業(yè)確定厚度，工藝和結(jié)構(gòu)專業(yè)采用工作集的方式進(jìn)行協(xié)同，箱體內(nèi)建筑、電控、暖通分別建立了各自的專業(yè)文件，以鏈接的方式與其他專業(yè)協(xié)同。

2.3 硬件要求

根據(jù)此次項(xiàng)目的測試，通過不同配置打開、編輯同一文件對比，不同硬件的優(yōu)先級如下：單核主頻＞內(nèi)存大小＞CPU硬盤讀寫速度＞顯卡＞網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，通過對鏈接文件的合理載入等優(yōu)化措施，8 代i7、16G內(nèi)存基本上能保持流暢運(yùn)行。以上配置為僅針對Revit軟件進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時的情況，需要進(jìn)行渲染操作時，顯卡的重要性會明顯提高。

2.4 項(xiàng)目的定位原則

在項(xiàng)目啟動階段，需要嚴(yán)格定義好項(xiàng)目定位規(guī)則，因會影響到設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、管綜的準(zhǔn)確性、大場景整合交付的便捷性和準(zhǔn)確性等。對項(xiàng)目定位規(guī)則進(jìn)行約定主要有以下幾種情況：①若項(xiàng)目共用一套地下軸線，則采用總軸網(wǎng)的方式進(jìn)行地上、地下和單體文件的定位；②若項(xiàng)目不共用一套地下軸線，有多個獨(dú)立子項(xiàng)時，則由總平面圖中最左下角的用地紅線角點(diǎn)作為原點(diǎn)進(jìn)行定位，同時，以此紅線文件為底圖，以原點(diǎn)到原點(diǎn)的方式創(chuàng)建各自地塊的總軸網(wǎng)文件，并將其由各地塊的軸網(wǎng)定位圖結(jié)合形成總軸模型的場地文件；③單體文件本身，不論是采用總軸網(wǎng)，還是場地文件整理定位時，均按照矩形文件以單體左下角主軸線，如1-A軸作為項(xiàng)目基點(diǎn)。圓形項(xiàng)目按照以弧形軸網(wǎng)為圓心進(jìn)行項(xiàng)目基點(diǎn)的定位，此項(xiàng)目為地下單個箱體，因此，各個文件均采用總軸網(wǎng)的方式進(jìn)行地上和地下定位。

2.5 視圖樣板/制圖標(biāo)準(zhǔn)化

由于制圖原理的差異，導(dǎo)致BIM軟件是一種面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式，圖面與模型的線條均來自模型自動生成，在Revit軟件中，圖元的顯示控制更是通過多個層級進(jìn)行設(shè)置。因此，需要按照對象樣式、可見性/圖形替換（VV）、視圖過濾器進(jìn)行綜合控制。

視圖樣板是Revit樣板設(shè)置中技術(shù)含量最高的環(huán)節(jié)之一，要考慮的因素非常多，需要在項(xiàng)目實(shí)踐中不斷迭代，這樣才能打磨出好用的視圖樣板。作為企業(yè)Revit樣板，視圖樣板既要考慮統(tǒng)一性，又要考慮普適性，盡量減少不必要的強(qiáng)制設(shè)置，在滿足標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)的同時將更多的自由度留給設(shè)計(jì)師。

2.6 水處理設(shè)備

沒有充足的設(shè)備庫是正向設(shè)計(jì)起步階段普遍存在的問題，部分單位的正向設(shè)計(jì)甚至止步于此。在此次正向設(shè)計(jì)過程中，我們采用以下幾種方式進(jìn)行了應(yīng)對：①從在線公開的族庫下載，如廣聯(lián)達(dá)構(gòu)件塢、紅瓦族庫大師等族庫平臺和格蘭富等設(shè)備廠家可以提供部分成熟的族庫，但是構(gòu)件質(zhì)量參差不齊；②從專業(yè)廠家獲取機(jī)械加工模型，部分廠家可以提供基于Solidworks或Inventor的設(shè)備模型，但是此類模型必須首先進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換及輕量化處理，如某廠家提供的設(shè)備模型大約有5 000 個零件，經(jīng)輕量化處理后可以減少至200 個左右，導(dǎo)入Revit可顯著提高性能；③設(shè)計(jì)人自己制作，對于形體相對簡單的設(shè)備，采用常規(guī)的幾何體進(jìn)行快速建模，并定義接口位置；④二三維分離建模，對于類似刮泥機(jī)等復(fù)雜設(shè)備，利用簡單幾何體在空間占位，剖切時利用軟件特性，僅顯示二維詳圖，在滿足施工圖出圖標(biāo)準(zhǔn)的前提下最大程度地提高效率。

2.7 命名規(guī)則

“命名規(guī)則”是BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用和實(shí)施管理的重要基礎(chǔ)。結(jié)合工程項(xiàng)目的具體情況，BIM命名規(guī)則與設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)行為、項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理模式、協(xié)同工作流程、最終交付的BIM成果等密切相關(guān)，且影響重大。①對設(shè)計(jì)行為影響：BIM設(shè)計(jì)經(jīng)常需要在多文件、多專業(yè)間進(jìn)行文件鏈接、數(shù)據(jù)信息共享與傳遞、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、視圖顯示及構(gòu)件樣式（涉及建筑設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)等）控制等，那么統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)級BIM命名規(guī)則將提高上述工作的效率和成果質(zhì)量，意義重大。②對項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理模式影響：BIM設(shè)計(jì)各階段將產(chǎn)生大量BIM項(xiàng)目文件及由BIM項(xiàng)目文件導(dǎo)出、打印產(chǎn)生的大量相關(guān)延伸BIM成果文件（BIM瀏覽模型、BIM碰撞報告、BIM模擬分析報告、PDF圖紙、DWG圖紙等），加上項(xiàng)目前期的基本資料、往來文檔、最終交付和歸檔文件等，若想高效地存儲、共享、管理、檢索海量項(xiàng)目文件，則BIM文件級命名規(guī)則將起到重要的作用。③對協(xié)同工作流程影響：前述BIM構(gòu)件的數(shù)據(jù)級命名規(guī)則、文件級命名規(guī)則對BIM設(shè)計(jì)在多文件、多專業(yè)間的文件鏈接關(guān)系，以及BIM信息傳遞、BIM協(xié)同工作流程（包括提資、校審、碰撞檢查、施工模擬等），影響重大。④對最終交付BIM成果的影響：除BIM 模型質(zhì)量、BIM圖紙（信息完整、圖面美觀等）等的影響外，最重要的影響體現(xiàn)在BIM模型成果能否高效得到其他需要的、滿足需要的BIM成果（如BIM瀏覽模型、BIM算量統(tǒng)計(jì)、CAD圖紙、各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等）。

項(xiàng)目前期主要對文件名、族名、視圖樣板等名稱進(jìn)行了約定，其中文件名命名規(guī)則為【項(xiàng)目編號】-【項(xiàng)目簡稱】-【子項(xiàng)目編號/名稱】-【專業(yè)代碼】-【分區(qū)代碼】-【Central】.rvt；族名命名規(guī)則為【專業(yè)/多專業(yè)編碼】-【構(gòu)件類別】-【一級子類】-【二級子類】-【描述】-【軟件版本】.rfa；視圖樣板命名規(guī)則為【專業(yè)代碼】-【視圖類型】-【視圖比例】-【描述】。

2.8 數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)備份的形式主要有以下幾種方法：①用另存的方法，定期重做中心文件；②設(shè)計(jì)師每天用時間戳的方式從中心文件創(chuàng)建出新的本地副本文件，用于個人備份；③中心文件設(shè)置同步備份數(shù)量；④在服務(wù)器上安裝增量備份軟件，每天定時備份。本項(xiàng)目采用軟硬件結(jié)合的方式保證數(shù)據(jù)安全，硬件上采用 Raid1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，軟件上則利用群暉帶的備份工作定時備份。

3 協(xié)同設(shè)計(jì)過程

3.1 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和更新是正向設(shè)計(jì)的另一個難點(diǎn)，大部分軟件僅能提供計(jì)算模型向Revit模型的單向轉(zhuǎn)換，且不支持更新操作。雖然部分軟件宣稱能與Revit進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)同步，但在實(shí)際運(yùn)用中，將Revit中結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)寫回PKPM 或者YJK 還存在著很多問題，如在Revit中沿邊線放置的墻體導(dǎo)入至結(jié)構(gòu)軟件中就變?yōu)榱搜刂芯€布置，甚至部分位置出現(xiàn)重疊構(gòu)件等。出于設(shè)計(jì)安全的考慮，此次設(shè)計(jì)僅將結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)單向?qū)懭隦evit。

3.2 提資過程

BIM提資和CAD提資在內(nèi)容上并無區(qū)別，只是在形式和過程上有所差異。CAD提資時是以文件為單元進(jìn)行，BIM提資時則是以視圖或者記錄的方式進(jìn)行。以工藝和結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，由于2 個設(shè)計(jì)人均在同一個文件內(nèi)設(shè)計(jì)，所以當(dāng)工藝完成主要模型搭建時，實(shí)際上已經(jīng)具備了提資條件，雖然BIM模型的變化能實(shí)時反映在被提資人的視圖上，但一些關(guān)鍵性的修改或?qū)Y(jié)構(gòu)方案有影響的改動，如洞口大小修改、樓梯修改、降板區(qū)域變化等，還是需要在提資視圖里用云線標(biāo)記，必要時需增加文字說明。

3.3 校審過程

在沒有協(xié)同平臺的情況下，一般有以下幾種校審方式：直接在Revit軟件內(nèi)建立專門的視圖校審，然后導(dǎo)出DWG、DWF、PDF。

①在Revit內(nèi)校審優(yōu)點(diǎn)是不需要二次傳文件，且校審記錄便于記錄，可以一直存在文件內(nèi)；缺點(diǎn)是無法脫離網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且校審人員需要熟悉Revit軟件的基本操作。②導(dǎo)出DWF 優(yōu)點(diǎn)是校審時會產(chǎn)生標(biāo)記，可以方便地將標(biāo)識導(dǎo)入進(jìn)Revit，并且可以脫離網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，離線校審。③導(dǎo)出PDF優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的客戶端軟件；缺點(diǎn)是根據(jù)校審意見查找Revit中圖紙不便。④導(dǎo)出DWG優(yōu)點(diǎn)是不改變原有習(xí)慣；缺點(diǎn)是導(dǎo)出后會存在顯示不一致的情況。

3.4 碰撞檢測

在確定專業(yè)綜合設(shè)計(jì)原則和碰撞檢測規(guī)則的前提下，采用BIM技術(shù)對各專業(yè)的BIM模型進(jìn)行專業(yè)綜合碰撞檢查，根據(jù)碰撞結(jié)果，提前發(fā)現(xiàn)管線設(shè)計(jì)存在的碰撞和沖突，盡早發(fā)現(xiàn)和解決施工過程中可能出現(xiàn)的問題。因此，碰撞檢查是專業(yè)綜合設(shè)計(jì)的重要前提環(huán)節(jié)與依據(jù)，可很好地指導(dǎo)專業(yè)綜合設(shè)計(jì)、空間管線布局，必要時需協(xié)調(diào)土建專業(yè)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整［4］。

設(shè)計(jì)主要步驟如下：①確定專業(yè)綜合人員安排相應(yīng)的工作職責(zé)，根據(jù)項(xiàng)目情況確定管綜原則及碰撞檢查要求，在此基礎(chǔ)上確定管綜碰撞的模型要求并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，然后在Revit軟件中進(jìn)行碰撞檢查；②基于碰撞結(jié)果，對管線排布設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，必要時，在調(diào)整完成后再次進(jìn)行碰撞檢查，直到管綜結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求為止。

對于參與管線綜合的構(gòu)件范圍主要包括水/工藝專業(yè)的管道系統(tǒng)：水管≥50 mm；暖通專業(yè)的風(fēng)管系統(tǒng)、管道系統(tǒng)；電專業(yè)的橋架和電氣設(shè)備；結(jié)構(gòu)專業(yè)的結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)梁；建筑專業(yè)的門、窗。管線綜合設(shè)計(jì)基本原則：①應(yīng)滿足各個專業(yè)修改規(guī)范要求（包括凈高、間距、上下關(guān)系等），保證工程各種管線的整體合理性；②應(yīng)留有管線之間及建筑構(gòu)件之間合理的施工安裝間距，特別注意安裝空間、分支、閥門、連接件、吊架等因素；③保證使用功能及正常維護(hù)；④考慮管線日常檢修的可能性，注重后期經(jīng)常變更管線的靈活性，臨時管線讓永久管線；⑤主干路徑設(shè)置以整體經(jīng)濟(jì)性和合理性為主，低造價管線合理避讓高造價管線；⑥有壓水管讓無壓水管，低壓管讓高壓管，小管合理避讓大管，易彎管讓難彎管；⑦豎向立管盡可能靠墻、柱安裝。

4 結(jié) 論

①在項(xiàng)目BIM應(yīng)用方面，應(yīng)堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向，通過梳理傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中常見的痛點(diǎn)與難點(diǎn)，匹配針對性的BIM解決方案。此次以解決碰撞、各專業(yè)圖紙一致為出發(fā)點(diǎn)，通過在線協(xié)作的方式，較好地解決了上述問題。

②BIM軟件在本土化、易用性方面確實(shí)存在諸多問題，從出圖效率上來說，與傳統(tǒng)CAD存在差距，還需要本地第三方企業(yè)逐步完善開發(fā)，以此來提高軟件的易用性和效率。

③正向設(shè)計(jì)對于人員、管理、技術(shù)都提出了更高的要求，需要團(tuán)隊(duì)具備更高的協(xié)作能力和信息共享能力，也需要具備跨專業(yè)整合能力的專業(yè)人員。

④正向設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮技術(shù)、人力、資源、設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)收費(fèi)等各方面條件，應(yīng)當(dāng)在當(dāng)下技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，在不增加太多資源投入、不改變太多設(shè)計(jì)管理流程的前提下，逐步、穩(wěn)定地推進(jìn)?！?/p>