BIM数字化解决方案的落地推广——结合广州实验中学项目的深度应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李奋杰（1993），男，汉族，广东汕头人，本科，助理工程师，研究方向为建筑数字化项目顾问及实施指导。-191-BIM 数字化解决方案的落地推广结合广州实验中学项目的深度应用 李奋杰1 纪晓鹏1 梁极光1 闫英超1 蔡秋婉2 1.中恒信息科技（广州）有限公司，广东 广州 510000 2.中新广州知识城财政投资建设项目管理中心，广东 广州 511363 摘要：摘要：本文旨在探讨 BIM 数字化解决方案产品建模助手在广州实验中学项目的实际应用情况，分析基于BIM-Revit 开发的自动化功能在项目应用实施过程中取得的成效。文章首先描述了 BIM 技术的应用现状，介绍该项目的应用背景；其次，结合实际工程项目详细阐述了建模助手在工程项目中的具体应用，包括 BIM 基础数据的创建、管综深化、净高分析、预留预埋、BIM 出图等方面，分析其在工程项目中的实际应用价值；最后总结了 BIM数字化解决方案在工程项目中应用的优势和发展趋势，并提出了对于 BIM 应用推广的建议和展望。关键词：关键词：BIM；Revit；数字化解决方案；二次开发 中图分类号：中图分类号：TU318 0 引言 近年来随着信息化技术的不断发展和国家宏观政策的推动，建筑行业数字化转型迫在眉睫。BIM（Building Information Modeling）作为一种全新的建筑信息化管理模式已经逐渐成为建筑行业的主流趋势。BIM 提供的全面数据共享环境，为解决项目全生命周期中数据不一致、数据混乱、完整性不强等等问题提供了良好的技术途径1。但是 BIM 技术在工程项目中的应用仍存在标准规范不完善、软件功能不全面、数据版本缺失、用户操作习惯不一、多参与方协同难度大等问题，这些问题的存在严重影响了 BIM 在工程项目中的推广应用1-2。建模助手是中恒信息科技（广州）有限公司（以下简称中恒科技）基于 Revit 软件进行二次开发的 BIM应用软件，是针对建筑行业数字化转型而打造的完整解决方案，旨在梳理建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业在工程各阶段的 BIM 应用，整合并研发出各专业快速设计、建模、深化、应用、出图等一体化解决方案，大幅度提升 BIM 的应用效率与价值。本文通过建模助手在广州实验中学项目的实施应用，阐述其作为一种 BIM 解决方案在工程项目中的实用性和可行性，为 BIM 在建筑领域的落地应用提供明确可行的工程参考。1 工程概况 广州实验中学项目，位于广州中学知识城南起步区永久快速路以北，知识大道路以南。项目用地面积103000，建筑面积 183532，设置 90 个普通班，共容纳学生人数 4500 人，估算总投资约 14.862 亿元。2 BIM 数字化解决方案应用 2.1 BIM 基础数据创建 BIM应用中BIM基础数据创建在BIM整体实施过程中工作量占比约 40%，手动建模往往会将大量的时间花费在 BIM 模型创建上，导致 BIM 工程师无法将更多的精力投入到 BIM 应用实施中，并且 BIM 基础数据的精确度对于后续所有 BIM 应用的成果质量有着深远的影响3。建模助手的土建、机电翻模功能，会根据用户选中的图层名称去查询链接 CAD 中 GraphicsStyleId 数据匹配到同图层下的所有几何线信息，再根据几何算法解析、匹配对应的元素轮廓后自动创建各专业图纸中的墙、梁、板、柱、管道、风管、桥架等构件，而链接 CAD 图纸中的文字的获取则需要通过 Export API中的 DXFExportOptions 重载导出 CAD 图纸的 DXF 格式文件，然后以 TXT 格式读取、解析同图层名下的文字信息，最后通过几何线和文字在图纸上的二维坐标距离以及一些专业特征进行匹配，达到调整构件尺寸的中国科技期刊数据库 工业 A-192-效果，整个自动化建模的过程平均准确率高达约 95%；其中约 5%的误差通常是由于图纸部分图层不规范，翻模功能中几何算法没有适配的图纸情况所导致，如若通过项目配置的 BIM 研发工程师在 BIM 实施前期对该项目设计院的图纸情况进行提前适配，以及部分专业可以通过设计规范去复核，如通过喷淋系统的危险等级与递归算法对整个喷淋路由进行复核，准确率最终可以达到 99%。通过程序驱动几何算法去创建构件并用另一套算法复核完成的 BIM 模型，不仅可以将传统手动工作量由 40%降低至 5%甚至更低，而且模型的质量也可以得到保障。使 BIM 工程师有更多的时间去实施 BIM 应用，极大的提升本项目后续 BIM 成果的产出质量和效率。2.2 管综深化 通过建模助手相关功能得到全专业高质量的模型后，BIM 技术负责人需要将多专业 BIM 模型进行链接整合，并结合项目机电各专业的特点以及业主对地下室的净空要求制定该项目的地下室管综排布方案。进行管综排布时，在遵循管综排布方案中各专业管线高度的前提下，BIM 工程师需要依据机电管道避让原则对各管道进行翻模，定距排布等等操作，这些翻弯操作重复性非常高，而且在 Revit 中手动操作比较繁琐，每完成一次翻弯就得花费近 1 分钟，项目大量的繁琐操作导致大部分管综深化的时间都花费在重复性较强的模型操作方面4-6。参考 BIM 工程师在 Revit 中重复度极高的翻弯操作流程，建模助手通过管线定位线 LocationCurve 的两个端点以及待翻弯点生成两条管线并删除原管道达到管线基于翻弯点打断成两条管线的效果，提升其中一条管线至预设的翻弯高度后，通过预设的角度和翻弯高度作为对边 a 代入三角函数公式的正切函数中可或得邻边 b 的长度值（如图 3），然后以原高度管线翻弯点 1 沿着定位线的向量 Direction 移动邻边 b 的值以及向上移动翻弯高度对边 a 的值，最终得到提升管线上的翻弯点 2，连接点 1 和点 2 生成管线并和原高度管线、提升管线连接，便完成指定角度的翻弯操作。完成以上翻弯操作整个流程代码执行时间仅在 200 毫秒左右，使用过程中 BIM 工程师只要在管线上选择两点用于确认翻弯点以及翻弯方向，即可完成对于管线的翻弯操作，完全略过用户在三维视图中操作时 GPU实时计算渲染图形所需的大量时间。建模助手提供非常全面的管综深化辅助功能，如同以上管线翻弯这类操作，管综深化中大部分繁琐的步骤都被封装成自动化方法，以编程驱动其对管线进行管线连接、高度调整、间距排布、上下翻弯、管道放坡、管件调整等操作，将每个次繁琐的操作都规范在数秒间完成，加速推进管综深化工作。以及利用综合模块的功能精准记录管综深化时发现的待协调处理问题，便于后续在协调会上精准定位出每项待协调处理的问题模型位置，发挥 BIM 多专业协调的最大效益。最终使得本项目以精准的三维可视化方式协调、解决多专业碰撞问题 260 项（其中多专业协调 102 项，重大问题 75 项）。2.3 净高分析 本项目各教学楼均有对应的净高规范要求，以及地下室也需要依据车库建筑设计规范来优化净高。而在设计阶段，由于涉及多个专业的平面图分别由不同的专业设计师设计，加上频繁的设计图纸调整，往往难以精确、实时的确定建筑各区域的净高情况。因此，在 BIM 完成每一版管综深化后，需要 BIM 工程师对各建筑区域进行逐一三维检查、测量，发现存在净高问题的区域后，再对该区域进行剖切，切换到剖面视图进行二次检查、测量、调整机电管线，并且对于需多方协调的问题区域进行记录。但是手动测量方法工作量大、不精准，长期重复性的工作会产生较多误差 7。建模助手通过 Revit 中的 Filtered Element Collector 过滤器识别楼板、房间以及获得其所在标高的对应楼层高度作为分析区域范围，在每个分析区域中采取 Bounding Box Intersects Filter(快过滤器）搭配 Element Intersects Solid Filter（慢过滤器）可以快速从整个项目中获得当前区域范围中的所有构件，然后根据区域中每个构件外轮廓的几何点计算出构件的最低点进行比对、排序，最终获得当前区域中个与建筑完成面距离最近的构件以及该区域目前的实时净高。该功能使用过程中，BIM 工程师仅需手动定义各功能区域，其余全部自动化进行，仅需数分钟甚至数秒，即可完成整个项目的净高分析，以此判断相关区域净高是否符合规范要求。另外，建模助手还提供了最低构件定位、净高平面图功能，方便 BIM 工程师便捷调中国科技期刊数据库 工业 A-193-整不满足净高要求的构件以及快速输出分析成果。2.4 预留预埋 机电安装时局部区域因路径设计需要无法避开墙体，导致需要“穿墙”处理，尤其是人防区域，需预留的管线孔洞数量较多。而土建的浇筑往往比机电的安装要早很多，一旦土建浇筑成型，管线孔洞后期很难进行调整，并且返工成本非常高8。因此，本项目在管线综合调整确定且施工图出图后。使用建模助手通过 Element Intersects Element Filter 过滤出和结构墙存在碰撞的所有管线，用管线定位线 Location Curve 计算出管线和结构墙的碰撞位置与该层建筑标高的偏移值，然后依据预设的开洞规则、管径对照表、套管尺寸表在结构墙上生成对应管线的预留洞口与套管。部分距离较近的洞口，需要通过洞口的 Bounding BoxUV 属性判断同一墙体平面上的洞口之间的相对距离，将符合合并距离的洞口删除并生成合并后对应尺寸的洞口。该功能使用过程中，BIM 工程师仅需首次设置好当前项目对应的开洞规则、管径对照表、套管尺寸表，即可在数分钟内精确完成项目所有预留洞口的布置，最后再使用洞口标注、洞口定位功能快速生成整齐的洞口尺寸标注即完成预留预埋孔洞图成果产出。预留预埋系列功能不但解决了每处“穿墙”处理都需要手动对照管径表预设洞口尺寸、放置洞口、创建洞口标注、标注整理等繁杂操作，同时解决了人为检查导致部分预留洞口未被发现的重大弊端，前置规避了施工阶段的巨大隐患。2.5 BIM 出图 Revit原生功能的标注功能比较单一以及导出CAD的能力较为薄弱，人为手动标注管线并预设图层再导出 CAD 图纸需要巨大的时间成本9。建模助手通过梳理、整合设计标准与设计师出图习惯，以代码驱动其自动化，将相关管线需要的信息，如尺寸、系统、相对高度等数据快速、整齐的标注到管线附近，再通过批量导出图纸功能导出所有相关的图纸成果，最终本项目 BIM 出图共 395 份。3 结论 对于 BIM 模型创建与复核、管线深化翻弯操作等这类有明确规则规范、步骤繁杂重复并且工作量巨大的 BIM 工作，驱动编程将设计规范、几何算法、BIM工程师的操作习惯等封装为一套自动化解决方案，用于工程项目中各类 BIM 数据进行批量处理的方法路线是切实可行的。建模助手在广州实验中学项目的成功落地应用，也为 BIM 数字化解决方案在建筑领域的落地应用提供了强有力的思路范例。随着中国社会主义现代化进程的不断推进，BIM技术落地应用将势不可挡。建模助手将积极探寻工程项目与 BIM 技术、编程之间的平衡点，从实际出发并加以融合创新，以数字化驱动力推动 BIM 技术的落地应用，并通过总结工程项目的应用需求和反馈效果，不断优化迭代 BIM 数字化解决方案10。参考文献 1丁澜,詹敏,陈钰璇,蒲云辉.基于 BIM 的参数化技术应用研究J.山西建筑,2021,47(11):196-184.2赵全斌,王昌辉,程浩.建筑业 Revit 二次开发技术研究进展J.山东建筑大学学报,2021,36(1):83-88.3王俊博,张宇,漆丽英.基于 CAD 图纸快速创建 BIM 模型的应用研究J.土木建筑工程信息技术,2021,13(1):103-107.4汪晴晴.基于 Revit 机电管线统一建模与优化方法的研究D.济南:山东建筑大学,2022.5严云鹤.建筑工程 BIM 协同设计的分析J.中国高新科技,2018(16):30-32.6兰彪,基于 BIM 技术的建筑与结构 给排水专业的协同设计流程研究D.武汉:华中科技大学,2017.7范冰辉,孙绮,陈铿,张岩清,黄向宁.基于 BIM 参数化的室内空间净高优化方法J.水利与建筑工程学报,2022,20(5):172-177.8刘波,唐友超,范少兵,赖昶欣,张锐.大型综合医院基于 BIM 技术的机电预留预埋实施重难点分析J.安装,2021(4):24-26.9张远艳,赵心莹,陈欢.BIM 模式下二维图纸输出研究J.吉林建筑大学学报,2021,38(1):74-78.