BIM简介2
第五章 BIM模型在建筑工程中应用
5.1图纸深化设计
图纸深化是一项技术服务，通常由具体施工单位自身或委托进行，属于工程的实施阶段。对于某些工程，建设单位只有方案和粗略的设计思路，远远达不到施工的要求，这需要施工单位对该方案进行深化，深化图纸经审核后，作为具体的施工图。而我们运用运用BIM技术，可以直观的观察到建筑物内楼板，墙，柱，水管等构件的位置体积以及高程，这样便能将施工阶段所遇到的问题在设计阶段提前解决。
通过建筑、结构、装修和机电各专业施工图纸，合理确定机电管线的空间位置及走向，并且观察各专业三维模型，检查不同专业在平面图上不能发现的设计失误，并且向设计师提供问题分析报告。
在实施过程中，我们主要通过观察三维视图，与CAD图纸进行比较，并且与设计师及时沟通，找出问题所在。
在具体工程深化设计中我们依据以下原则：
(1)机电专业的深化设计首先要考虑施工工序及施工要求。
(2)机电专业与土建结构专业之间的矛盾尽量遵循设计院提供的有效图纸解决。
(3)机电专业内部的协调配合及综合排布工作应在深化设计的综合图排布时消化矛盾。通常情况下有压让无压、小管让大管的原则，但同时考虑机电专业的系统协调和配合，同时要兼顾调整的经济成本因素。
(4)空间避让原则
尽量利用梁内空间，在满足弯曲半径条件下，空调风管和有压水管均可以通过翻转到梁内的方法，避免与其他管道冲突，满足层高要求。冷水管道避让热水管道，并考虑保温后管道外径变化情况。附件少的管道避让附件多的管道，低压管道避让高压管道，空气管道避让水管道，电气桥架应考虑过多的水平或者上下翻弯，会影响电缆敷设长度的增加，对施工预算成本控制不力。
(5)管线排布的基本准则
先定位排水管（无压管），再定位风管或其他大管，然后定位其他有压管线和桥架，风管上方有排水管的布置在排水管之下；风管上方没有排水管的，尽量贴梁底敷设，以保证吊顶内绝对空间的优化；保温管道靠里，非保温管道靠外，金属管道靠里，非金属管道靠外，大管靠里，小管靠外，检修少的管道靠里，支管多，检修多的管道靠外。
(6)机电设备机房深化设计优化
首先根据工程实际工况对设备进行参数复核，并根据机电各系统的技术参数对设备选型参数进行复核，必要的进行重新选型。
在机房设计中要重视检修空间，特别是要确保设备的便于清洁保养和维修。
(7)综合土建预留图的优化
有限服从结构工程设计图中预留孔洞的位置，在土建结构施工中尽量调整其设计预留孔洞位置，以减少建筑结构设计调整工作量。但在设计中要充分考虑到土建施工中的实际位置、标高、尺寸的误差，尽量减少或杜绝对混凝土结构的剔凿。
(8)综合天花图设计的优化
调整机电专业设施和检修口在天花平面的布置位置，以满足装饰装修专业的整体要求。建筑与结构专业：标高、墙柱等位置不一致的现象如图5-1,表5-1所示。
表5-1问题报告
| 日期 | 问题编号 | ||
| 发出人 | 说明： | ||
| 图号、图名 | 建筑：JS011_111~119结构：地下室顶板梁配筋图 | ||
| 问题描述 | 结构专业轴网J~H之间有部分梁顶标高为-1.5m，建筑专业标高为0.0m。轴网：J-H-7-14; J-H-33-35 | ||
| 模型文件名称、视点编号 | 设计文件名称、布局名称、设计图号 | ||
5.2硬碰撞检测
由于设计过程中，各专业在设计过程中都是各自为战，通过传统专业协调很难发现全部的不协调，而运用BIM工具可以自动检测出专业间的碰撞，并且形成报告共设计师修改。设计师可以通过这些分析结果了解区域内其他专业的管线走向、标高等，商讨总体排布原则,将整个系统进行优化，以满足提高设计质量、方便施工、方便维修维护的目的。
利用Navisworks Freedom软件自动检查出水管、风管、桥架这间的碰撞情况，发现不同专业在平面图上不能发现的碰撞问题，找出设计失误，并且向设计师提供问题分析报告。
（1）开REVIT文件沈阳桃仙机场-给排水-喷淋B1，切换到三维视图，选择导出→DWF文件，同理打开沈阳桃仙机场-电气-电力平面B1，沈阳桃仙机场-建筑B1并导出成DWF文件。
（2）打开Navisworks Manage 2012软件，选择左上方的附加选项，在弹出的窗口中选中导出的三张DWF文件，如图5-2所示。
图5-2 DWF文件的加载
（3）单击常用选项中的Clash Detective,选项 在左侧的Clash Detective窗口中左键选择沈阳桃仙机场-电气-电力平面B1，右键选择桃仙机场-给排水-喷淋B1，在底下运行→类型下拉菜单中选择硬碰撞，公差选择0.001，并单击开始系统会自动统计出水管与桥架的碰撞情况，碰撞检测参数的设置如图5-3所示。
图5-3 碰撞参数的设置
（4）碰撞结果是发现19个碰撞，单击结果选项栏，结果中详细写出桥架与水管接触的距离，如图中所写距离为-0.05M，单击图中碰撞名称，三维视图中会自动跳转到碰撞的桥架与水管，并且高亮显示，如图5-4所示。
图5-4 碰撞检测结果
（5）单击报告选项，在报告内容中 勾选总结，碰撞点 找到日期，核准者，项目ID，状态，距离，描述，注释，快捷特性，图像，模拟日期，模型时间，碰撞组。单击写报告，系统会自动生成EXCEL表格，然后我们再在REVIT模型中，找到碰撞点，并书写碰撞报告。碰撞检测报告三维图如图5-5，综合CAD图提交的碰撞问题报告如图5-6，表5-2所示。
图5-5 碰撞检测报告
表5-2 碰撞检测报告
| 日期 | 2012年5月7日 | 问题编号 | ||
| 发出人 | 剖面: 00地下室管线综合【暖通+电】暖通：KS201~203,205,207,209,211-20110728 | 说明： | ||
| 图号、图名 | C2区F-E-24-25 | |||
| 问题描述 | 水管穿桥架 | |||
| 模型文件名称、视点编号 | 设计文件名称、布局名称、设计图号 | |||
5.3 4D模拟
4D技术是指将三维模型与项目进度表动态链接起来，以便清晰地表现设计意图、施工计划与项目当前的进展状况的施工进度模拟技术。
施工进度模拟作为虚拟施工的一部分，在施工中不仅表现为一种技术手段，更多地表现为一种管理手段，以可视化施工中的进度、质量、成本、安全等管理内容为工程管理者提供帮助，辅助决策，达到对施工过程的事前控制和动态管理，以优化施工方案和风险控制，是一种全新的管理方式，4D施工模拟展示如图5-7。
图5-7 4D施工模拟展示图
基于虚拟现实的虚拟施工系统有如下特点：
（1）真实场景中实时互动，感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
（2）在IE浏览器中异地查看3D虚拟现实场景， 高压缩比、多线程分步式下载 ，支持物理引擎，动画效果更为逼真，支持软件抗锯齿，画面更柔美细腻，支持动态缓存技术。
（3）按照施工进度计划、真实模拟施工进度以及典型施工工艺
在虚拟施工系统中可以完成如下功能
a)实时模拟可视施工计划，配合说明施工方法。
b)编制复杂结构的可视交底和可视施工任务单。
c)项目三维施工总结和投标方案的汇报。
利用Navisworks Manage软件、已经建立好的三维模型形象以及甲方提供的施工进度表完成沈阳机场A区的施工模拟。通过4D施工模拟表达出施工进度中各种复杂关系，动态地分派所需要的各种资源和工作空间，实现对进度，资源以及场地布置的动态管理和控制。并且将模拟情况制作成动画提供给甲方，以便清晰的向施工方说明与展示。
（1）项目将Revit软件建立建筑、结构、管道设备专业的rvt格式模型导出成DWF格式，导入到Navisworks 软件当中，如图5-8。
图5-8 Revit模型导入到Navisworks
（2）单击常用选项中的 Timeliner，在下方出现了施工时间进程表，在表中选择数据源选项卡，单击添加→microsoft project MPX选项卡，将施工方所给的施工进度表导入到Navisworks 软件当中，任务栏就会出现任务名称、计划开始时间、计划结束时间。
（3）根据施工建造信息，将钢结构模型分组按天数分组，并重命名为施工建造信息中的名称。在任务栏中选中人物名称单击右键选择附加集合→A1吊装，这样就完成了建筑模型与时间的关联，如图5-9、5-10所示。
图5-9 施工进度与建筑模型的关联一
图5-10 施工进度与建筑模型的关联二
（4）选择模拟状态栏，单击开始，就可进行施工4D模拟了。施工进度模拟如图5-11。
图5-11 施工进度模拟
5.4空间动态碰撞检测
由于每个施工项目工程都是一个复杂的动态系统，立体交叉作业多，由于施工现场空间布局与实践安排的矛盾和冲突，引起设施碰撞等不安全状态时有发生，甚至发事故。传统的碰撞检测方法不能实现施工现场全过程的动态碰撞检测，也难以与施工管理集成，而4D时空模型描述了场地设施与施工全过程中的外表现象和空间占用情况，因此能在进行4D施工过程模拟和管理的同时，支持设施之间，设施与结构之间的全过程动态碰撞检测。
解决机场空管楼ZXLR－260型直燃式澳化及吸收式热水机组（外形尺寸为m：5．83×3．3X3．3（长X宽大高），自重27t）的吊装，并且提供碰撞检测报告及问题分析报告。
（1）碰撞原理
使用射线进行碰撞检测是一种特定环境下的快速碰撞检测技术，实际应用效果非常好。
使用射线进行碰撞检测假设小汽车一开始在一个平面上，4个轮子是小汽车唯一与环境接触的地方。可在4个轮子上各生成一条射线，射线的起始点位于轮子和环境之间的接触点上，然后对轮子上的射线与环境进行相交测试。如果从射线原点到环境的距离为0，则轮子在地面上；如果这个距离大于0，则轮子和环境没有接触；如果距离为负，则轮子陷在环境中。可用这些值来计算碰撞响应：负距离可使小汽车（所在轮子处）向上运动，正距离可使小汽车向下运动。相交测试加速技术：层次表示、BSP树等。为了避免射线在两个方向进行搜索，可将测试射线的原点向后移动直到它在环境包围盒的外面，然后再对这条射线和环境进行相交测试，原理实例如图5-12。
图5-12 碰撞原理实例
（2）在项目中我们将ZXLR－260型直燃式澳化及吸收式热水机组的三维模型简化为最大轮廓的一个二维的立面，移动这个立面看是否与走廊结构柱，墙以及其他构架发生碰撞，从而解决大型机组的安装问题。
（3）动画制作
我们通过3DMAX和录屏编辑软件制作动画。
首先是我们布置三维镜头，由插画师协助定好机位，运动路径。接着，后期剪辑师把动画师做的镜头预览和音乐进行剪辑，片子的大体框架和调性出现雏形。接下来是细化场景工作了，场景布置涉及到建筑，美学，电脑技术等方面，工作量非常大，要求动画师具备很好的计算机专业知识，建筑专业知识，审美能力和耐力。最后将场景细化后渲染，制成建筑动态碰撞动画，如图5-13。
图5-13 机组动态碰撞动画
5.5三维算量
随着BIM技术在项目中的应用日益增多，大家对通过BIM模型所提供的建筑信息数据的重视程度也越来越高，其中尤以工程量统计为重。
在进行成本预算时，预算员通常要先将建筑师的纸质图纸数字化，或将其CAD图纸导入成本预算软件中，或者利用其图纸手工算量。上述方法增加了出现人为错误的风险，也使原图纸中的错误继续扩大。
使用建筑信息模型来取代图纸，所需材料的名称、数量和尺寸都可以在模型中直接生成。而且这些信息将始终与设计保持一致。在设计出现变更时，如窗户尺寸缩小，该变更将自动反映到所有相关的施工文档和明细表中，预算员使用的所有材料名称、数量和尺寸也会随之变化。
预算员花在计算数量上的时间在不同项目中有所不同，但在编制成本预算时，50-80%的时间要用来计算数量。从这些数字上，您马上就可以理解利用建筑信息模型进行成本预算的巨大优势。如果需要手工算量，您就可以节约大量时间、成本，减少出现人为错误的几率。事实上，许多预算公司都抱怨，让拥有专门技术的预算员花费这么多精力进行简单的计算工作太不值得。通过自动处理烦琐的数量计算工作，BIM可以帮助预算员利用节约下来的时间从事项目中更具价值的工作，如确定施工方案（construction assemblies），套价，评估风险等，这些工作对于编制高质量的预算非常重要。
三维算量软件打破了传统的依靠手工计算，翻阅图纸，熟悉资料，列计算式，计算分享汇总，套用定额单价的算量方式。可以避免手工计算中出现的统计错误，漏算部分材料和构件的问题，大大加快了工作效率。在实际工程中应用中三维算量软件有以下特点：
（1）实现了构件交接处的自动扣减，避免重复算量。
（2）实现了工程量的自动分类汇总及报表输出
（3）建模时标准层可以直接复制，非标准层可以稍加修改，成倍提高了工作效率
利用建立好的模型和Autodesk Quantity Takeoff软件完成钢结构中上悬杆，下悬杆，腹杆，钢窗等的用钢量统计。生成EXCEL表格，并与传统算量结果进行比较，使工程算量信息更加准确。
（1)在项目中我们首先在Revit中打开已经建吗，立好的钢结构模型，将赋予材质的REVIT模型导出成DWF格式的文件，Revit文件导出如图5-14。
图5-14 Revit文件的导出
（2）我们打开软件Autodesk Quantity Takeoff 软件，选择英制系统，美元，不使用定额等选项，并DWF文件导入到Autodesk Quantity Takeoff软件中，如图5-15。
图5-15 DWF文件的导入
（3）新建钢屋架、钢屋网等文件夹，并查阅北京市工程量清单表，将清单上的单价输出到软件当中。
（4）选择菜单栏中Take Off 下拉菜单中的 Model，软件便将模型的信息分类读入Take Off文件夹中，然后我们在Type选项的下拉菜单中选择长度，即可统计出各类钢管的总长度，钢管总长度统计如图5-16所示。
图5-16 钢管总长度统计
（5）我们再将算好的量导出成Excel表格，（因为是英制软件，所以还需要手动计算出价钱），利用公式 吨数=长度*横截面积*密度 统计出总吨数并套用定额，自动生成价钱，如图5-17所示。
图5-17 材料统计表格
5.6漫游技术
漫游技术近年来在计算机领域引起广泛关注，采用现代化的计算机技术生成逼真的视、听、触觉等多重感应的虚拟环境，的物体进行交互，能够产生二维动画所不具备的现场沉浸感。随着社会发展，漫游技术在军事、信息技术等各个领域应用越来越广泛。
建筑漫游是漫游技术的一个分支，它的表现可以不需要蓝色的天、很宽的地、很多的人和车也不需要很多的环境花草，它的作用主要是用来体现建筑师在设计某一座建筑的创作、构想、设计到完成的过程。建筑漫游可以分为楼盘漫游动画以及楼盘宣传片设计制作，楼盘动画主要表现室内外空间设计规划，诠释设计方案、提高工程投标率、提升楼盘价值。长度在5-20分钟左右，通过漫游和互动的表现方式展示楼盘整体规划设计，多用于房地产开发商对房产项目的宣传、汇报、投标等等。楼盘漫游动画用艺术的形式表现房地产住宅建筑设计理念，把建筑设计师徒手勾画出的建筑方案、立面、剖面、透视图变成逼真的虚拟楼盘，可随心所欲地漫游其中。
使用漫游技术，设计师能够对话式地堆砌和修改不同的三维场景模型，包括建筑物、树木、家居设备、动物及人体模型，及各种现实生活中的一切物品，并可设置各种色彩的灯光，为不同的物体选择各种材质贴图，以达到逼真的虚拟仿真效果。 另外还可以进行摄像机、物体、环境、动物和人物的运动设计和仿真，以达到各种虚拟场景及动物和人物事件发生、过程、结果的重现。 使用者可以实时操作画面, 身临其境地在虚拟场景里行走腾飞和漫游,和虚拟场景里的人和物进行互动. 最后， 通过三维虚拟场景及动态仿真系统自身的光线跟踪渲染润色子系统的强大功能，可生成高度逼真的三维场景图片和动画片。把这些三维场景图片和动画片和声音、文字结合， 就可为各种用户生成各自不同目的三维虚拟场景的多媒体影音和影像材料，并把这些数字化多媒体信息在光盘里或互联网上保存、交流和传输。
（1）我们通过建立好的REVIT模型沈阳桃仙机场-B1综合导出成DWF文件并在Navisworks Manage 2012中打开。
（2）选择左上方视点选项栏→真实效果，勾选其中的碰撞，重力，第三人，如图5-18所示。
图5-18 漫游属性的勾选
（3）点选漫游选项，就可以在模型中行走，跳跃和观察了，如图5-19所示。
第六章 总结与展望
在本项目的实践中为业主提供了BIM模型建立、图纸深化设计、硬碰撞检测、4D施工模拟、三维材料统计、机场漫游技术等服务。也帮助业主做出正确的投资决定、减少了工程中的浪费和返工、并且对项目中的全部工程数据进行了结构化的集中存储。
本次BIM咨询公司提供了的是超越设计企业所能提供的内容，却还未覆盖开发商全部需求的服务，一些软件自身的问题还有待解决。例如三维算量软件中定额的输入还需要手动完成，并且统计出的价格还需要换算成人民币。碰撞检测中，由于沈阳机场项目需要大量弯管，而软件中不自带弯管，我们只能将直管人工拼接，这样会导致管道接口处被检测出碰撞。模型建立精度不够，导致算量的时候会出现误差问题。希望在以后的项目中，我们能逐步解决这些问题，将BIM软件应用的更加熟练。
如今，BIM的优势正被广泛的认可。不论专业设计人员、承包商、结构件制造商还是供应商，在建模的新环境下有效工作的能力将成为差异化竞争的重要手段。在经济衰退的时间，这种优势可能对于AEC行业的生存极为关键。同时，为稀缺的资本来源而竞争的业主可以通过BIM获得精确地成本、质量和进度控制等方面的优势。
随着成千上万的已经完成的模型连同建筑实体交付到业主/运营者手中，有丰富的数据与强大的管理系统相结合的应用程序不在少数，有网络化项目管理等方面的特征。为实现物业的集成化标准化和数据交换而进行的工作将有很大发展空间。实体建筑的“逆向工程”可供进口数十年使用。已经收集到的性能数据被重复利用而改善行业的设计工作依据。
随着用户更加熟练的掌握BIM技术，他们会相应的感受到更大的益处，并且更加积极的体验BIM。这种高投入产出比的投入会促进企业和行业更广泛的推广BIM。
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