探討B(tài)IM下施工圖如何表達

1、第三屆工程建設(shè)計算機應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集 上海2011探討B(tài)IM下施工圖如何表達趙清清 劉巖 王宇中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013【摘 要】傳統(tǒng)的平法施工圖的廣泛應(yīng)用，提高了建筑行業(yè)的整體效率。在BIM技術(shù)日漸成熟和逐步推廣的背景下，三維設(shè)計和可視化越來越成為必然。這些新手段的運用改變了傳統(tǒng)的設(shè)計模式。平法施工圖中符號和數(shù)據(jù)的分離很難適應(yīng)BIM下的建筑表達和協(xié)同設(shè)計。為了適應(yīng)BIM的要求，需要將傳統(tǒng)的平法進行信息化改造將平法的抽象注釋符號所表示的信息和圖元信息以可存儲和可交換的數(shù)據(jù)形式內(nèi)嵌到BIM模型中。為了實現(xiàn)這種目的，CBIMS也需要做出相應(yīng)的修改和完善?！娟P(guān)鍵字】平法施工圖 ；BIM

2、 ；三維設(shè)計前言建筑施工是指工程建設(shè)實施階段的生產(chǎn)活動，是各類建筑物的建造過程，也可以說是把設(shè)計圖紙上的各種線條，在指定的地點，變成實物的過程。在我國現(xiàn)階段，施工階段所依據(jù)的圖紙還是傳統(tǒng)形式的2D施工圖。同時，這種形式也是設(shè)計方交付的成果。為了規(guī)范各地的圖示方法，中華人民共和國建設(shè)部于2003年1月20日下發(fā)通知，批準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造樣圖作為國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集（簡稱平法圖集），圖集號為03G101-1，于2003年2月15日執(zhí)行。毋庸置疑，施工圖平法標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)化，有利地推動了我國建筑行業(yè)的發(fā)展。據(jù)設(shè)計部門統(tǒng)計，圖紙可減少65%80%，綜合工作日減少70%，其效率

3、顯而易見1。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的不斷進步，工程界對建設(shè)項目運行的效率和成本也提出了更高的要求。另一方面，很多新設(shè)計的建筑物體型越來越復(fù)雜，功能越來越龐大，施工越來越困難，傳統(tǒng)的2D設(shè)計已經(jīng)難以勝任。面對種種現(xiàn)實，BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的出現(xiàn)幾乎成為社會進步的必然。建筑信息模型BIM是以3D技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對該工程項目相關(guān)信息的詳盡表達。其理念最早由歐特克Autodesk公司提出，其核心在于建筑實體虛擬仿真和建筑信息高度集成，從而實現(xiàn)全行業(yè)信息共享和協(xié)同工作，大大提高工作效率和工作質(zhì)量，節(jié)省資源并

4、降低能耗。BIM與三維設(shè)計和可視化在BIM技術(shù)框架下，三維信息模型不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含非構(gòu)件對象（例如空間、運動行為）的狀態(tài)信息。各種信息有著一定的邏輯關(guān)系。設(shè)計的各個階段乃至于項目全生命周期的各個階段都圍繞著BIM模型展開，并且不斷地加入本階段的信息（圖1）。隨著項目階段的延續(xù)，這個BIM模型不斷地得到充實和完善。值得一提的是，各階段的設(shè)計/運行和BIM模型存在著雙向的數(shù)據(jù)交互。比如能夠根據(jù)3D模型自動生成各種圖形和文檔，而且始終與模型邏輯相關(guān)，當(dāng)模型發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的圖形和文檔將自動更新；設(shè)計過程中所創(chuàng)建的對象存在著內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)某個對象

5、發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的對象也隨之變化?？梢钥吹?，基于這種天然的交互，真正實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計。各專業(yè)CAD系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計參數(shù)和相關(guān)信息，不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯誤。某個專業(yè)設(shè)計的對象被修改，其他專業(yè)設(shè)計中的該對象也會隨之更新。圖1 BIM下的設(shè)計運用BIM技術(shù)，項目還可以方便地實現(xiàn)可視化?？梢暬屵M度安排與3D模型直接對接。通過在視覺上預(yù)測施工進度和比較竣工進度，項目經(jīng)理可以避免進度疏漏，更好地把握項目是否如期進行或落后于進度?；?D的管線綜合平衡設(shè)計，可以在設(shè)計階段就及早地發(fā)現(xiàn)碰撞、沖突問題，大大減少修改和返工的可能。據(jù)歐特克公司的統(tǒng)計，三維可視化更便于溝通，提

6、高企業(yè)競爭力66%，減少信息請求50%70%，縮短施工周期5%10%，減少各專業(yè)協(xié)調(diào)時間20%25%。BIM和平法施工圖所謂“平法”，是把結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和配筋等，按照平面整體表示方法的制圖規(guī)則，整體直接地表示在各類構(gòu)件的結(jié)構(gòu)布置平面圖上，再與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造詳圖配合，結(jié)合成了一套新型完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計表示方法2。首先，在我國現(xiàn)階段，平法是建筑行業(yè)普遍采用的建筑信息（比如結(jié)構(gòu)尺寸、標(biāo)高、構(gòu)造、配筋等）表達的標(biāo)準(zhǔn)。在這種2D模式下，設(shè)計的最后階段往往就是出施工圖。在出圖后，圖形符號和數(shù)據(jù)分離，信息就固化在圖面元素中，修改往往難以聯(lián)動，需要返回到模型中手動修改。這使得文檔管理上極易出現(xiàn)偏差、混亂，各個視圖的平、

7、立、剖經(jīng)常出現(xiàn)不一致的情況。其次，2D施工圖往往分專業(yè)出圖。不能全面反映各專業(yè)、各系統(tǒng)之間碰撞的可能。各專業(yè)既無法協(xié)同設(shè)計，返工的現(xiàn)象幾乎難以避免。第三，2D施工圖是一種平面表達方式。一些特殊的、復(fù)雜的工程，用二維是表達不清楚的。例如2008年北京奧運會主體育場“鳥巢”，其外殼的型鋼不是直的，而是曲線的，如果用二維圖來表達就非常困難。而使用基于BIM的軟件系統(tǒng)，就可以直觀地看到“鳥巢”的3D模型，甚至可以使用這個模型通過計算機直接加工那些異型鋼構(gòu)件，從而實現(xiàn)無紙化建造。圖2鋼筋3D實體與對應(yīng)的剖面詳圖據(jù)此可見，傳統(tǒng)的平法施工圖是有悖于BIM要求的，但據(jù)此將其完全摒棄也不足取。須看到，我國建筑行

8、業(yè)現(xiàn)在仍處于粗放型階段，平法施工圖和圖紙仍然占據(jù)主流地位。作者以為需要對平法施工圖進行“信息化”改造，以適應(yīng)BIM要求。這種信息化改造需將平法中抽象注釋符號所表示的信息和圖元信息（比如鋼筋標(biāo)注和構(gòu)件尺寸）以可存儲和可交換的數(shù)據(jù)形式內(nèi)嵌到BIM模型中（圖2），改變現(xiàn)階段平法施工圖作為設(shè)計的最終形式，代之以作為深化階段。那么，平法理念的抽象化信息與BIM的數(shù)據(jù)信息就可以統(tǒng)一，平法與BIM就不會矛盾。在這種新的模式下，建筑各構(gòu)件信息前后高度一致，3D模型檢查切實可行。在深化設(shè)計之后，如果有需要可以采用紙質(zhì)圖紙的形式提交成果，適應(yīng)施工人員的要求和習(xí)慣。目前國外的BIM工具軟件研發(fā)公司，如歐特克，看到中

9、國市場巨大，正在大力將平法的理念融入BIM技術(shù)之中，以適應(yīng)中國用戶的習(xí)慣。歐特克旗下的速博Sub公司已著手于這方面的工作，且有一些初步的技術(shù)處理方法和解決方案提供給客戶。其基本思路是利用2D詳圖和共享參數(shù)將平法的注釋符號和標(biāo)注文本與BIM模型建立聯(lián)系3。速博公司的初步解決方案已經(jīng)表明平法在BIM技術(shù)中是可以實現(xiàn)的。但要獲得中國用戶的認(rèn)可還需要市場驗證。國內(nèi)工程師非常熟悉的PKPM系列軟件從誕生之日起就著眼于各專業(yè)的數(shù)據(jù)共享和交換，是目前國內(nèi)優(yōu)秀的BIM軟件。在其“墻梁柱施工圖”中已經(jīng)有三維視圖的功能。用戶可以通過這個功能非常方便的查看鋼筋布置信息。同時用戶在平面圖（圖3）中所做的修改可以記錄下

10、來，可以更新到三維視圖中（圖4）。PKPM系統(tǒng)集建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)綜合、設(shè)備設(shè)計、節(jié)能設(shè)計及概預(yù)算、施工軟件于一體，具有從結(jié)構(gòu)分析計算到出結(jié)構(gòu)平法施工圖的系列解決方案4。各專業(yè)、各階段都圍繞統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，專業(yè)協(xié)同和數(shù)據(jù)交換毫無障礙。其施工圖的“三維鋼筋”可以看作是BIM下施工圖表達的有益嘗試。圖3 梁的傳統(tǒng)平法標(biāo)注圖4KL2三維鋼筋平法融入BIM尚需解決的問題34.1建議CBIMS 標(biāo)準(zhǔn)將平法理念納入其中將來的中國BIM標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)建筑行業(yè)各方應(yīng)BIM技術(shù)需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)框架體系。BIM既然要求協(xié)同，就不能沒有施工圖表達的標(biāo)準(zhǔn)。將平法的理念納入其中，有助于目前建筑行業(yè)平穩(wěn)過渡到BIM 時代，實現(xiàn)可持

11、續(xù)設(shè)計。4.2BIM 的法規(guī)中要重新劃分各方的責(zé)任BIM 時代，各階段各工種的設(shè)計深度和責(zé)任都需要重新來界定。各階段設(shè)計的責(zé)任，需要完善什么模型信息，完善多少信息都要有明確的界定。各工種之間需要以何種形式和成熟度的模型交互數(shù)據(jù)也應(yīng)有明確的界定。開發(fā)容納平法信息的BIM工具軟件在這類軟件中，應(yīng)該有一套適合中國用戶習(xí)慣的平法智能符號族。這些符號族既要繼承傳統(tǒng)平法標(biāo)注的特色和優(yōu)點，又要適應(yīng)于計算機上的三維表達。同時平法信息還要考慮與結(jié)構(gòu)計算軟件、工程造價軟件、鋼筋下料和放樣軟件的數(shù)據(jù)交換。這需要既具有豐富工程設(shè)計經(jīng)驗，又熟悉工程軟件開發(fā)的團隊共同完成?？偨Y(jié)BIM的出現(xiàn)將使建筑行業(yè)進入3D時代。圍繞統(tǒng)

12、一的BIM模型，三維設(shè)計、協(xié)同設(shè)計、可視化建造都將成為可能。在這種新的模式下，施工圖如何表達成為必須要解決的問題。在平法的基礎(chǔ)上加以改進和創(chuàng)新，將圖形符號和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是使其適應(yīng)BIM要求的可行路徑。國內(nèi)外的工程軟件開發(fā)商在這方面都進行了嘗試和應(yīng)用，并取得了不錯的效果。但BIM的推廣和應(yīng)用并非一朝一夕所能成就，需要中國BIM標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善來推動，同時，也需要建筑行業(yè)的共同努力。參考文獻1 徐民彥.結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖方法的改革與突破.科技信息,2010,2:152 平法圖集03G101-1,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院,20033 龍輝元.結(jié)構(gòu)施工圖平法與BIM.土木建筑工程信息技術(shù),2011,1(3):27-

13、304 PKPM用戶手冊,2010A discussion of how to express construction drawing in BIMZhaoQingqingLiuYan WangYuChina Academy of Building Research, Beijing 100013Abstract: It is true that the widely using of plane-method construction drawing has largely improved the productivity of construction industry. With B

14、IM maturing and expanding in china, 3D design and visualization have been the inevitable trend .The new technology based on BIM has changed the traditional design model. The dependence between mark symbols and dates in the plane method disagree with buildings representation and collative design. To make it more suitable to the BIMs development, an improvement called informatization which link the information represented by mark symbols