1?項(xiàng)目概況

位于我國西部的某超高層建筑，總建筑面積約15萬m2，包括1個2層的地下車庫、1棟3層的商業(yè)裙房（1號樓）、1棟建筑高度171.4?m的超高層辦公樓（2號樓）、2棟建筑高度為99?m的高層住宅（3號、4號樓）。該超高層建筑機(jī)電施工圖設(shè)計(jì)采用BIM正向設(shè)計(jì)。

2?機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)開展模式

2.1?前期準(zhǔn)備

機(jī)電正向設(shè)計(jì)開始前，需要做好充分的前期準(zhǔn)備，準(zhǔn)備內(nèi)容包括樣板文件、機(jī)電族庫、出圖標(biāo)準(zhǔn)等。

（1）樣板文件。BIM正向設(shè)計(jì)基于Revit軟件，Revit軟件的優(yōu)勢在于其三維可視化，軟件運(yùn)行邏輯與傳統(tǒng)的CAD出圖軟件有較大的區(qū)別。正向設(shè)計(jì)通過BIM模型直接導(dǎo)出設(shè)計(jì)圖紙，用于施工圖審查等，模型導(dǎo)出的圖紙需符合我國施工圖常規(guī)表達(dá)習(xí)慣。機(jī)電樣板文件針對圖紙視口、文字類型、線型圖案等進(jìn)行統(tǒng)一約束，規(guī)范出圖基礎(chǔ)設(shè)置。

（2）機(jī)電族庫。BIM正向設(shè)計(jì)是一個三維信息二維輸出的過程，Revit中機(jī)電設(shè)備、管道附件等族的初始設(shè)置，未考慮其二維平面圖例是否滿足施工圖表達(dá)的需求。因此，所有的機(jī)電設(shè)備、管道附件的圖需逐一修改其平面圖例表達(dá)，正向設(shè)計(jì)的順利開展需建立一個企業(yè)級的正向設(shè)計(jì)出圖庫，并隨著項(xiàng)目實(shí)踐不斷增補(bǔ)和更新。

2.2?設(shè)計(jì)流程

機(jī)電專業(yè)正向設(shè)計(jì)的流程與傳統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)流程類似，區(qū)別在于基于Revit的BIM正向設(shè)計(jì)，各專業(yè)是以模型為統(tǒng)一工作平臺，專業(yè)間提資以及拍圖協(xié)同過程都是基于BIM模型開展。正向設(shè)計(jì)工作流程如圖1所示。

2.3?協(xié)同方式

在超高層項(xiàng)目正向設(shè)計(jì)過程中，機(jī)電專業(yè)之間采用中心文件的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同。在企業(yè)服務(wù)器上設(shè)置機(jī)電專業(yè)的中心文件，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在本地電腦建立中心文件副本，若有模型的更新和修改，可以隨時與中心文件同步，其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以即時查看修改內(nèi)容。機(jī)電專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)之間，通過模型鏈接的形式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，更新鏈接即可以查看建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)的修改內(nèi)容。

2.4?模型拆分

正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，在項(xiàng)目啟動之初需要明確機(jī)電專業(yè)模型如何拆分。機(jī)電模型的拆分需根據(jù)項(xiàng)目類型、項(xiàng)目體量、機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜程度進(jìn)行綜合考慮。

圖1?正向設(shè)計(jì)工作流程

根據(jù)不同類型項(xiàng)目開展正向設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出機(jī)電專業(yè)在正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的模型拆分基本原則。（1）機(jī)電專業(yè)之間模型不進(jìn)行拆分。若給排水、暖通、電氣專業(yè)各自建立專業(yè)模型，與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)并無本質(zhì)區(qū)別，無法發(fā)揮BIM正向設(shè)計(jì)即時協(xié)同的優(yōu)勢，所以不建議拆分機(jī)電單專業(yè)模型。（2）機(jī)電模型可按子項(xiàng)拆分。隨著施工圖設(shè)計(jì)的深入，BIM模型的運(yùn)行會越來越卡頓，影響設(shè)計(jì)工作效率。因此，根據(jù)項(xiàng)目體量大小可以按照子項(xiàng)將機(jī)電模型進(jìn)行拆分，以確保模型運(yùn)行的流暢度。對于體量特別大的項(xiàng)目，在子項(xiàng)里還可以按照不同單體進(jìn)行二次拆分。在超高層項(xiàng)目中，項(xiàng)目機(jī)電模型共拆分為5個：地下室、1號裙房、2號超高層辦公樓、3號高層住宅、4號高層住宅。不同單體模型之間可通過鏈接互相查看。

2.5?人員配置

由于軟件及人員等因素，機(jī)電正向設(shè)計(jì)的人員配置會高于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)。正向設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師及專業(yè)負(fù)責(zé)人等不僅要有專業(yè)設(shè)計(jì)能力，而且需要熟練運(yùn)用BIM正向設(shè)計(jì)軟件。正向設(shè)計(jì)還需要配置專業(yè)的模型審核人員，對專業(yè)模型進(jìn)行合規(guī)性核查。對于不同類型的項(xiàng)目，正向設(shè)計(jì)機(jī)電人員的配置略有不同。

以超高層項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目正向設(shè)計(jì)配置機(jī)電各專業(yè)人員共21人，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般配置11人即可，正向設(shè)計(jì)投入人員約為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的2倍，如圖2所示。

圖2?某超高層項(xiàng)目機(jī)電設(shè)計(jì)人員配置對比

2.6?設(shè)計(jì)周期

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，民用建筑的設(shè)計(jì)周期通常安排得非常緊湊。在現(xiàn)在開展的正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，基本是通過加大人員投入平衡設(shè)計(jì)周期。高層項(xiàng)目建設(shè)單位要求施工圖60?d拿到審圖合格證，該項(xiàng)目通過投入傳統(tǒng)設(shè)計(jì)近2倍的人員，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)周期需求，60?d完成施工圖設(shè)計(jì)。

2.7?出圖比例

在機(jī)電正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，受制于軟件可操作性和設(shè)計(jì)周期因素的影響，并不是所有圖紙都從模型直接導(dǎo)出。機(jī)電各專業(yè)平面圖和詳圖等均可由模型直接出圖。對于體量較小的項(xiàng)目，可以由模型直接導(dǎo)出三維軸測圖替代系統(tǒng)原理圖。而對于體量較大或者機(jī)電系統(tǒng)較復(fù)雜的項(xiàng)目，三維軸測圖則會存在較多重疊遮擋，降低圖紙的可閱讀性，因此目前大體量項(xiàng)目系統(tǒng)原理圖仍采用二維出圖。

以超高層項(xiàng)目為例，機(jī)電專業(yè)施工圖共計(jì)538張圖紙，其中直接模型導(dǎo)出圖紙302張，約占整個施工圖數(shù)量的56?%，如圖3所示。

圖3?某超高層項(xiàng)目正向設(shè)計(jì)出圖比例

3?機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

3.1?機(jī)房精細(xì)化設(shè)計(jì)

機(jī)房設(shè)計(jì)是施工圖設(shè)計(jì)中機(jī)電各專業(yè)的重點(diǎn)工作內(nèi)容。機(jī)房設(shè)計(jì)力求布置合理、空間緊湊。在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中，機(jī)房布置通常局限于平面尺寸的優(yōu)化，一般設(shè)備進(jìn)場后存在安裝空間不足等問題。利用BIM模型可進(jìn)行機(jī)房的精細(xì)化設(shè)計(jì)，復(fù)核設(shè)備的檢修通道及安裝空間等問題，最后可以直接由模型導(dǎo)出平面及三維圖紙，以便于現(xiàn)場施工人員理解設(shè)計(jì)意圖。

3.2?協(xié)同性強(qiáng)

在機(jī)電施工圖設(shè)計(jì)中，管線綜合是拍圖環(huán)節(jié)最重要的環(huán)節(jié)，機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否能契合建筑功能的需求，需要在施工圖正式出圖前進(jìn)行驗(yàn)證。

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，施工圖設(shè)計(jì)和BIM反向驗(yàn)證通常為2個團(tuán)隊(duì)，施工圖出圖后，BIM團(tuán)隊(duì)再跟進(jìn)建模，進(jìn)行碰撞檢測并出具凈高分析報告。模型拍圖的工作與施工圖出圖存在時間差，在設(shè)計(jì)周期緊張時，經(jīng)常出現(xiàn)BIM團(tuán)隊(duì)找出問題，但施工圖設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來不及修改圖紙的情況。而在機(jī)電正向設(shè)計(jì)過程中，施工圖設(shè)計(jì)和BIM是一個團(tuán)隊(duì)，可以在施工圖設(shè)計(jì)過程中同步進(jìn)行模型拍圖優(yōu)化，減少團(tuán)隊(duì)間的溝通時間成本，圖紙中存在的問題也可以同步在模型中修改，不會存在圖紙修改滯后的問題，可以提升機(jī)電施工圖的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4?機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)重點(diǎn)問題分析

4.1?缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

由于人員投入和設(shè)計(jì)周期等原因，現(xiàn)在設(shè)計(jì)院中真正開展機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)的并不多，因此并沒有針對機(jī)電正向設(shè)計(jì)制訂統(tǒng)一的出圖規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)開展正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)院，制訂的企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)也是基于傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)規(guī)范。

現(xiàn)階段的機(jī)電正向設(shè)計(jì)多采用Revit軟件，而Revit軟件并不是國內(nèi)主流的設(shè)計(jì)軟件，其導(dǎo)出的圖紙與常規(guī)的施工圖表達(dá)相比在很多細(xì)節(jié)上還存在差異。在滿足二維平面圖紙輸出的同時，可以嘗試引入直觀的三圍表達(dá)，彌補(bǔ)部分平面圖紙細(xì)節(jié)的缺陷，提高模型導(dǎo)出圖紙的可閱讀性，發(fā)揮正向設(shè)計(jì)的可視化優(yōu)勢。

當(dāng)前施工圖模型送審體制還未完善，如果要開展正向設(shè)計(jì)，就必須考慮施工圖審查的環(huán)節(jié)。通過機(jī)電設(shè)計(jì)樣板的完善，使模型導(dǎo)出的圖紙盡量接近于常規(guī)施工圖表達(dá)習(xí)慣，是現(xiàn)階段開展正向設(shè)計(jì)的一個過渡策略。

4.2?設(shè)計(jì)計(jì)算問題

機(jī)電施工圖設(shè)計(jì)中，出圖只是設(shè)計(jì)的最后輸出，真正體現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。開展機(jī)電正向設(shè)計(jì)，基于BIM模型直接進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，同步優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)才是正向設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。否則，機(jī)電正向設(shè)計(jì)也只是基于BIM模型的一個可視化設(shè)計(jì)而已。現(xiàn)階段，Revit軟件與國內(nèi)機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范的兼容性不高，若要實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算，需要開發(fā)相應(yīng)的本地化插件，這一步現(xiàn)階段還未實(shí)現(xiàn)，還需要更多的研究和投入。

4.3?協(xié)同流程問題

在機(jī)電正向設(shè)計(jì)的出圖階段，BIM模型的協(xié)同性強(qiáng)是一把雙刃劍。不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的封版平面，一個專業(yè)正向設(shè)計(jì)模型的修改會同步影響其他專業(yè)的出圖工作。因此，為了避免出圖階段模型協(xié)同性的互相影響，需要制訂一個企業(yè)級的正向設(shè)計(jì)協(xié)同流程，規(guī)定出圖模型的互提方式，同時加強(qiáng)對正向設(shè)計(jì)參與人員的培訓(xùn)，嚴(yán)格執(zhí)行正向設(shè)計(jì)協(xié)同流程，才能真正實(shí)現(xiàn)高效率的機(jī)電正向設(shè)計(jì)。

4.4?設(shè)計(jì)模型的可持續(xù)性

不論是BIM反向驗(yàn)證還是正向設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段都存在設(shè)計(jì)模型和施工模型斷層的問題。由于業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工等多方外在因素，設(shè)計(jì)模型能延展應(yīng)用到施工階段的鳳毛麟角。多數(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段一個模型，以解決施工圖設(shè)計(jì)問題，施工圖階段一個模型，以解決施工深化問題，若設(shè)計(jì)階段的工作成果失去了可持續(xù)性，設(shè)計(jì)和施工重復(fù)的工作量較多，不利于項(xiàng)目順利推進(jìn)。

正向設(shè)計(jì)理想的開展方式是“一模到底”，即設(shè)計(jì)階段的模型延續(xù)到施工階段使用，所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型表達(dá)可以完整地傳遞給施工單位，輔助施工單位理解設(shè)計(jì)意圖。這樣既可以規(guī)避設(shè)計(jì)與施工的重復(fù)工作，也可以規(guī)范整個項(xiàng)目的建設(shè)流程。

5?結(jié)束語

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，民用建筑的機(jī)電BIM正向設(shè)計(jì)已經(jīng)有了比較成熟的開展模式，但機(jī)電的正向設(shè)計(jì)多數(shù)仍局限于一個可視化的三維協(xié)同設(shè)計(jì)。正向設(shè)計(jì)雖然具有可視化協(xié)同性強(qiáng)等優(yōu)勢，但也存在人員投入大耗時長等現(xiàn)實(shí)問題。

正向設(shè)計(jì)的發(fā)展需要從流程上制訂有針對性的技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，加大本地化設(shè)計(jì)平臺開發(fā)，完善正向設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)鏈。在智慧城市和智慧建筑等背景下，將來建筑工程的信息傳遞必然會以信息模型為主，從設(shè)計(jì)、施工到最后運(yùn)維，都基于BIM模型進(jìn)行工作，才能發(fā)揮正向設(shè)計(jì)建筑BIM模型的最大價值。

摘自《建筑技術(shù)》2023年5月，賈?敏