中国设计院之BIM与建筑信息化

中国设计院之BIM与建筑信息化探索三维协同设计之路——中冶南方“某项目高炉主控楼”三维协同项目分析凃逸晨北京北纬华元软件科技有限公司华中区技术经理关键词：工业建筑、协同设计、建筑信息模型（BIM）、实时前言：“协同”是当今世界最热门的词汇之一，Google一下，仅中文网就能搜到1800万左右的网页有提到协同一词。其原因就在于，协同是目前全世界各行各业迫切希望解决的问题，实现协同将能够带来巨大的价值。可是在全世界振臂高呼协同的同时，很多人却并不了解协同的真正含义，以至走进了协同的误区，盲目的追求协同，结果事倍功半。因此我们在探讨协同之前，首先必须明确，什么叫做协同。“协同”这个概念其实在很早就出现在人类探索的课题当中。“与彼协心。协规同力。声律相协而八音生。”——出自《太玄·数》。中国古人认为世间万物的规律关系是“协则同”的，而事实上也确实如此。“协”就是配合、默契的意思，而“同”则是共性、一致的意思。由此不难看出，协同的本意指的就是双方或多方通过相互配合，达到共同的目的，这种行为方式则称之为协同。当然，现在并不是在做词汇解释。今天主要探讨的是协同设计。而明确协同的概念，将对我们判断、思考如何协同起到至关重要的作用。“协同设计”也是当前设计行业设经常提到的一个概念，工程建设领域提到尤其之多。众所周知，工程建设领域的设计不可能是一个专业的任务，建筑、结构、水暖电、设备等都需要参与其中，各专业分担了设计任务中的某一部分。由上文不难了解，协同设计就是指在设计过程中，多专业相互配合，共同完成项目。设计过程中，项目的目的是唯一的，但由于多专业、多设计人员参与其中，各设计人员对项目目的的理解参差不齐，设计思路各有差异，这样则必然导致项目在设计过程中会产生碰撞、配合等问题问题，从而降低设计质量和设计效率。协同在设计中的主要作用正是使各专业相互交流、相互沟通、相互协调，以最大程度将设计中因为协调不畅而产生的问题最小化和最少化。“协同设计”这种设计模式，不是当今才有的，不是工业革命以后才出现的，不是文艺复兴才出现的，而是从古至今其实是一直存在的。人们从古至今一直用着各种方式和流程来满足设计过程当中的协同需求。从原始但便捷的口述到各专业按设计流程互提资料、互提图纸，为的就是能够在设计过程中更有效地协同。既然协同设计的模式一直存在，那么还探索什么呢？当先设计行业需要探索的是更为高效的协同模式，也就是异地协同和实时协同的设计模式。异地协同的可行与否，更过取决与网络传输、安全管理等因素。这里主要研究实时协同的问题。实时协同，在计算机辅助设计的二维设计时代一度被AutoCAD外部参照功能所解决。在二维主导的电脑设计时代，二维dwg图纸在AutoCAD中相互参照，各专业设计师可以实时参照其他专业设计师的图纸，以便完成设计。但这种协同设计模式仍然存在问题，例如：一张设计图纸并不能完全展现所有的设计数据，因此一张图的协同作用是不大的。而各专业图纸间图纸表述内容、类型、数量都是千差万别，很难以做到整套图纸的协同。因此那个时代，设计领域仍然无法达到实时协同，其根本原因就在于二维设计本身并不具备实时协同设计的基础。现在，设计行业慢慢步入三维设计的时代，因为设计质量、设计效率的明显提升，三维设计已经成为设计行业的趋势。那么三维设计是否能更好地解决协同设计的问题呢？中冶南方工程技术有限公司在这个问题上展开了一系列的探索后，终于有了可喜的成果。一、公司背景中冶南方工程技术有限公司（简称中冶南方，其前身为冶金工业部武汉钢铁设计研究总院）是由中国冶金科工集团公司、武汉钢铁（集团）公司、鞍钢股份有限公司等共同出资组建的高新企业，注册资本20000万元。中冶南方集五十年研发、工程咨询、工程设计、项目管理的经验和完善的服务体系，始终与世界先进技术同步，并自主创新实现技术和装备的国产化，建有专门的研发中心和中试、制造基地，获得国家优秀工程设计奖、发明奖、科技进步奖150余项，完成国家重大科研课题10余项，拥有数百项专有技术、专利技术。在全国勘察设计企业综合实力百强评选和全国勘察设计企业营业收入排序中，一直位居前10名。中冶南方在承担并完成了几百项国家重点工程设计、设备成套和工程总承包项目后，凭着先进的技术力量与丰富的实践经验，开始在设计协同上开始了协同探索。二、项目概述用来探索协同设计方法的项目并不大，仅是中冶南方某项目中的一个高炉主控楼。项目虽小，但专业俱全。选择这个项目，既给探索试验降低了难度，又能够反映协同上面的问题。协同设计，首先必须要统一设计平台。平台都不统一，那么实时交互，协同设计都成了虚谈。而目前在设计软件中，能涵盖建筑、结构、水、暖、电、设备各专业的并不多。因此中冶南方直接选用了AutodeskRevit作为协同设计平台，由Autodesk在中国区域的服务经销商北京北纬华元软件科技有限公司（RNL）为其项目提供支持服务。Revit是一款BIM三维设计软件，用它进行三维建模时，能够实施生成平立剖图纸。在修改设计时，能够一处修改，平立剖图纸、三维处处更新。Revit本身就能够将单一专业的方案设计到施工图设计完全整合起来，而它又分为建筑、结构、水暖电设备这三个版本。这样基本能够将设计平台统一起来，让各专业在同一平台、同一模型、同一数据、同一思路下进行设计。三、技术难点在确定了设计平台后，就需要确定设计流程和方式。以往，工业设计的传统流程一般都是：建筑开始先为工艺需求量身定制一个能够安置主体设备的建筑，再提资给结构专业做结构设计，再提资给水暖电专业做设备、管道综合布置。提资一般需要等到上游专业确定设计成果后，将施工图纸提给下游专业。也就是说这是一个线性的设计流程，上游专业必须完成设计，下游专业才能进行下一步设计，这样的设计流程其实是很繁复的，一旦上各专业间出现设计冲突，上下游各个专业就必须反复地来回提资来进行修改。协同主要目的就在于简化这个设计流程，因此项目初期此项目组将协同设计的设计流程定为：建筑先行定位，完成建筑大体外形，然后建筑细部、结构、水暖电进行同步设计。这样就可以将整个设计流程整合起来，整个周期将变得更紧凑。但如何实现各专业同步设计，则是项目的核心问题。四、解决方案各专业同步设计，必须具备上下游各专业设计实时反映，实时透明的条件。例如，暖通专业在设计过程中，应当实时看到建筑专业、结构专业的设计成果，一旦其他专业修改设计或发现设计冲突问题，或就能够实时沟通解决。这样就必须要一个BIM载体，实时包含各专业的设计成果，同时将各专业的设计成果作为设计信息反馈到所需要参照其他专业设计的设计师。Revit具备的设计中心功能，恰恰解决了这个难题，Revit设计中心的中心文件就是这么一个载体，所有专业的设计人员都将实时地通过网络把自己的设计成果存储在中心文件里面。设计中心的工作集功能则能够为各专业设计人员分配不同的权限，确定其设计的专业和可视的范围。例如，在设计中心可以让结构专业的设计人员有权限设计结构本专业内容，但无法修改其他专业的设计，他可以看得到建筑的模型与之对应的图纸用于参照，而不需要看到建筑中的门窗以及暖通、给排水等影响其出图的图元。因此只要为各专业定制不同的规则，就能让设计中心功能完全满足协同设计的需求。借助Revit设计中心功能，项目组各设计人员得以在同一模型中实施交互的进行了设计，最终完成此项目设计并完成施工图。在设计过程中，项目组还发现，BIM的三维协同设计，除了解决碰撞、冲突，提高设计效率等优势外，在某种程度上还能够消除大量的重复设计的工作。例如，建筑设计时，楼板、柱子一般都是得画的，而梁有时也得加上，但这些并不是建筑设计的范围，柱子的尺寸、梁板的厚度都是需要结构来定的。可是，前面提到了，建筑是结构的上游专业，在传统的设计模式中，建筑设计完成后，结构设计才能继续设计。于是通常建筑需要自己先估算一个大致的大小，大致的位置梁板柱放置在图纸里。但结构通过分析以后会把梁板柱重新定大小、定位置。这样就造成了第一次重复设计，而当结构将梁板柱重新修改后提回建筑，建筑又得将建筑图里的梁板柱加以修改，形成了第二次重复设计。这样不仅低效，而且容易出错。通过此次BIM三维协同的探索发现，在上述例子中，建筑可以不必再越庖代俎地设计和绘制梁板柱等结构构件，因为结构设计的内容，将实时反映在建筑的模型和图纸上，建筑专业只需要控制梁板柱的显示样式就可以了。这种情况在设计中还有很多，尤其是管线综合与总图，需要将各种专业的图元组合起来，以上述设计模式将大大减少重复设计、重复制图的工作。五、探索现状现在中冶南方协同设计的探索初步成果已经完成，但他们并未停止继续的探索，现阶段已经开始着手开始在大型的厂房项目中继续试验协同设计的方法。并且继续与北纬华元（RNL）合作共同定制定制完善、合理的、符合中冶南方自己设计模式的Revit工作集，以及研究更为先进、完善的协同设计流程。六、结论通过上述案例不难发现，中冶南方三维协同设计探索是非常成功的，并且其探索之路也有着非常光明、广阔的前景。而在笔者走访的不少设计单位，其三维协同探索之路却异常坎坷，由此案例分析，得到一点体会，希望能给正在实施三维协同设计的企业一点思路：首先要明确协同设计的目的，为三维而三维，为协同而协同是会导致协同设计探索之路偏离目标的。中冶南方协同设计探索之所以成功，很大因素就在于他们很明确——协同设计的初步目标就在于简化设计流程。目标不一定是要简化设计流程，这个可以按各设计单位的需求来，可以是提高设计质量、提高生产效率、减少总包成本。但协同项目的决策人，一定要时刻反思，项目进展时有没有偏离这个目的。再者要行动起来，不能怕打破传统的规则。三维协同设计探索在很多单位都困难重重，总有这样或那样的困难，无法实施。在对于未知领域的探索时，人们总是下意识地质疑和恐慌，但我们要克服，总不能因为困难就停止前进吧。三维协同设计确实不是容易事，但要真正实施起来决没有想像中那么困难。当然，喊着要三维协同，却抱着老旧的设计模式不放手，也是要不得的。还有一点就是要对探索项目持续的投入，对于新领域的探索，项目组的工作强度和压力是很大的，企业如果没有坚持的投入，项目组一般也难以坚持下来。其实以维持、配置三维协同项目组的投入，换取企业核心竞争力的提高是很合算的。最后就是在三维协同的探索之路上得到成果，也不能停滞不前，毕竟这是一条很长的路，也是一条走下去就会不断获得回报的路。愿北纬华元（RNL）能与各设计企业在这条路上共创辉煌！体育馆的钢结构网架之设计探索鸟巢式构件的Revit解决方法—李浩东立面西立面空间网架结构spatialgridstructure空间网架结构（spatialgridstructure）是由很多根杆件按照一定规律的网格形式，通过节点连结而成的空间杆系结构。这种空间杆系结构，通常有两大类形式，一类是由不同方向的平行弦桁架相互交叉组成的，故称为交叉桁架体系网架（Cross-trussgridsystem）；另一类是由三角锥，四角锥或六角锥等的锥体单元组成的空间网架结构，故称为角锥体系网架（Cornergridsystem）。而处于空间中交汇的杆件，既是受力杆件，又是支撑杆件，能有效承受非对称荷载（Non-symmetricalload）、集中荷载（Concentratedload）和动荷载（Dynamicload）。无论那种体系结构，他们都是在节点荷载作用下，具有三维受力特点，承受各方向的作用。一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：◆焊接球节点◆螺栓球节点◆钢板节点网架的节点形式以及节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。由于网架结构一般为高次超静定结构（Highhyperstaticstructure），倘若一杆局部失效，仅少一次超静定次数，内力可重新调整，整个结构一般并不失效，具有较高的安全储备。同时还具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；能够利用较小规格的杆件建造大跨度结构，建筑平面布置灵活，造型新颖。我国从1964年在上海师范学院球类房开始应用网架结构以来，网架结构被广泛用作体育馆、展览馆、