ArchiBIM三维协同设计及BIM技术路线.docx
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ArchiBIM三维协同设计及BIM技术路线
企业科技成果：
艾德伽三维建筑设计软件的应用与二次开发
ArchiBIM三维协同设计及BIM技术路线
张益勋
一、什么是BIM？
BIM是建筑信息模型（BuildingInformationModel）的字母缩写，是当前AEC（建筑、工程、施工）业内热门专有技术名词。
其实称作建筑信息管理也许更恰当（BuildingInformationManage）。
它强调将建筑的所有信息（几何、非几何、材料性能等等）存储在一个数字建筑模型中，并向所有相关的用户开放，满足他们的各种需求。
BIM作为一种理念已成为AEC业内面相未来的共识，并成为CAD投资商们现在及未来的主要开发方向。
更多信息详见http:
//www.gsa.gov/bim
⏹特征
与传统的基于二维兼三维的CAD系统有明显的不同，BIM系统通常具有以下特征：
Ø所有信息高度集成，是基于单一数据库的三维数字模型；
Ø以参数化方法为主来驱动图形；
Ø系统内部具有较强自我协调能力；
Ø丰富的几何与非几何信息；
Ø支持IFC格式的外部信息交换；
Ø更方便的信息管理；
因此，BIM系统是对以图纸为导向的传统CAD辅助制图及手工制图体系的一次颠覆，不是一支‘笔’换成另一只‘笔’的简单升级，而是一次革命性改进。
⏹系统组成：
一个完整的BIM系统一般由建筑、结构、MEP（给排水、暖通、电气）等子系统组成，它们或全部或部分地整合在一个大系统中。
⏹目前市面上已知的BIM系统：
目前市面上已知的BIM系统主要有匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD、Autodesk公司收购的RevitBuilding系统、Bentley公司的MicrostationArchitecture系统、GehryTechnologies公司的DP（DigitalProject）等等。
二、为什么要BIM——“三维协同设计”？
建筑设计和施工仰赖图纸为表达方式的时期已经跨越了几百年的历史，CAD的出现结束了手工制图的历史但并没有带来彻底革新的局面，三维的空间仍被辅以若干个单向投影视图来描述，或以实体模型来补充。
虽然计算机的出现标志着人类从此进入了信息化时代，计算机本身作为信息工具已在各个领域加速了人们处理事务的速度，扮演了信息存储与传递的无可替代的角色，但在计算机辅助设计和制图领域尚未摆脱绘图笔的角色，作为信息工具并没有得到真正或完全体现，这种情况一直持续到BIM系统的出现。
BIM与其说是一个系统不如说是一个模式，因它对传统设计模式的改变超过了它作为一个工具的价值，这个过程通常被称为“三维协同设计”。
我们是否需要“三维协同设计”？
它与现有模式有何不同？
当然，建筑是一门空间艺术，我们总是用三维来描述它，从古至今都是如此。
而且当今的建筑设计已经不再重复古代的建筑创作，变成一门综合的建筑艺术，建筑设计不再是建筑师个人的独立行为，建造房屋也不再是简单地灰砂砖石的堆砌，更多的人和更多的工种被卷入进这个行业，建筑师从一个独奏演员逐渐变为主奏兼乐队指挥，一部和谐的交响乐自然需要乐队的“协同”。
传统的设计方式并非“协同”而是“协调”。
这是BIM和CAD的本质区别。
“协调”是整个设计进程中的主题，设计的过程也是协调的过程。
“协调”的质量直接影响到设计进度、建造进度、设计更改、业主花费、建筑艺术效果、设计企业信誉、等等。
传统的“协调”方式经常费时费工且不能最大限度地达到目的。
然而，很少有人对当今的“协调”方式有过深层反思，是不是他们对目前的方式很满意呢，或认为已足够应付他们的日常需要呢？
答案是否定的，但是局面仍未改变。
“协调”与“协同”有着本质区别，前者是指设计的一系列活动按线性排列，时间上有先后次序，设计的进行是阶段性和间断性的。
而后者则将这一系列活动同步进行，在时间上没有先后次序或很不明显，设计活动为实时交互，其效果将产生很大差别。
⏹传统的设计模式
符合以下事实但不局限于此：
Ø在通常的2D工作模式里，专业间的配合过程就是信息传递的过程，建筑专业作为先行专业要不断地听取其他专业及其他咨询公司的意见来先修改设计，基本过程就是“传递-修改-再传递-再修改”的过程，建筑师提供拷贝给其他专业，却以口头或另外的方式获得反馈信息；
Ø其他专业要在稍晚的时间才能真正进入设计制图阶段；
Ø专业间的协调靠“专业综合”活动及次数来保障；
Ø“专业综合”活动通常是阶段性的，综合次数与项目的复杂程度成正比；
Ø协调的效果以次数、责任心和经验来保障，并且花费制图以外的时间。
ØXref外部参照协调模式
这是ACAD提出的一种外部文件参照模式。
有经验的事务所（如贝聿铭事务所）多采用Xref（外部参照）的方式来进行建筑专业内部或和咨询公司的协调。
这种方式的原理是用Xref命令建立文件间的指涉关系，具体操作就是把完整的设计图按设计职责和范围分解成一个个独立的片断，每个片断的动态变化反映了设计的真实过程；最终将相关的片断通过Xref组合成一张完整的图（即一个电子文档）。
这种模式结合了网络功能和Xref的参照作用，是2DCAD类目前较有效的协同设计模式。
但Xref也有它文件数量大而且分散的局限性（贝氏的一个项目通常由500~600个文件组成），文件关系复杂加重了文件管理负担，因此在国内很少被设计师采用。
并且此种模式不能够离线操作，降低了操作的实用性和灵活性，还使文件冒丢失的风险，其对网络性能的依赖也较高。
⏹传统设计模式存在的问题：
Ø设计永远是个同步的过程，但传统模式的信息传递却总是间断的，线形排列的，导致设计与沟通的时滞，其结果是在时间和人力本来有限的情况下不知不觉地浪费时间和人力；
Ø专业之间的协调靠阶段性的综合活动来完成，由于承受设计周期紧迫的压力综合活动也不能够得到次数和质量的保障；
Ø虽然有建筑师提供的电子拷贝，很多信息仍然需要设备工程师和建筑师面对面地沟通才能获得，占用了双方的时间；在复杂空间的设计中，项目的参与者不能从二维信息中获得准确的三维信息，对空间的理解是有限的；
Ø设备工程师永远在建筑师提供的拷贝（副本）上工作，这份拷贝在拿到不久即已“过期”，双方的基础资料始终不能同步更新（除非是Xref模式），基础资料的差异也是导致错漏碰缺的原因之一；
ØXref模式是在文件间建立相互指涉关系，项目越复杂文件指涉越多导致文件关系越复杂，需要强化管理才能可靠运行，安全性、可操作性均较差，有一定的局限性；
图1：
Xref模式
Ø设备专业的最终图纸几乎很少有能和建筑专业的图纸保持一致的。
即使他们愿意拷贝建筑的最后一版图，也要花去额外的时间和精力。
⏹三维协同设计的不同与优势：
一个系统的效能永远大于构成该系统元素单一效能的总合，BIM系统的作用就是在这样一种原理下得以体现。
图2：
ArchiCADTeamwork模式
三维协同设计是项目的参与者以团队的形式加入到一个项目数据库中，它的最大特点是所有参与者从一个“源”文件中获得项目信息（如图2），信息不存在重叠、冗余，不再有新旧版本，他们仿佛面对同一个大厦的框架各自添加自己的那一部分内容，因此三维协同设计比传统的设计模式具有革新的优势：
Ø项目运作更加流畅
在设计过程中，团队中的成员共同工作并随时可以看到所有其他人的工作而不需要离开电脑，沟通不再受时间、地点和距离的限制，充分体现设计是同步、交互进行的自然过程；
Ø提高速度
比起传统模式，所有专业可以在更早的时间介入到项目中去，边设计边制图；建筑专业也可以在更早的时间得到有用的反馈信息，实现了专业间的实时设计互动，最终能缩短设计周期；
Ø保证质量
设计综合不再是阶段性的，甚至不需要专门的综合活动来保障，因为综合活动实际上在日常的设计工作中随时进行，在没有耗费额外时间和精力的情况下专业间增加了彼此的了解而且达到了空前的程度，节省了时间也有力地保障了设计质量；
Ø信息传递更加流畅、无间断
建筑师给设备专业提条件图的方式已成为历史。
设备专业可以实时获得建筑资料，对于一些建筑信息、复杂的建筑空间意象，其他专业人员可以不再需要咨询建筑师，自己从三维模型中直接观察、查询，使项目成员对项目的了解更加方便、透彻，实现零距离沟通；
Ø操作更加灵活
项目成员可以离线操作而不影响他人的工作。
每个成员的操作文件存放在本地机器上，他（她）可以随时将自己的更改传送回源文件并从源文件获得他人的最新更改。
在不需要传送的时候任何人可以暂时地离线操作，即使在旅途或身处异地设计也可以照常进行。
Ø数据完整而安全
即使有再多的本地版本，源文件永远是信息最完整的，并有安全备份措施；
Ø成品图纸协调一致
可以最大限度地保障所有专业的最终打印图纸的高度一致性。
系统的自动更新功能可以保障输出的图纸永远是当前最新的版本。
即便设在手动更新的模式上，设计人员一样可以方便地更新图纸；
Ø……..
一个三维数字模型富含了大量信息，它所传达的内容胜过千言万语，它的革新优势难以归纳和列举齐全，还需要在应用中细心体会和挖掘。
三、ArchiCAD三维协同设计解决方案
ArchiBIM使用ArchiCAD作为其三维协同设计主要平台工具。
ArchiCAD是世界上第一个提出虚拟建筑VB（如今称BIM）理念的设计工具，比它的竞争对手早了17年，技术上更加成熟、运行也更加稳定。
ArchiBIM按以下图示建立设计模式。
图3：
ArchiBIM三维协同设计模式
⏹建筑专业与设备专业
共同使用ArchiCAD平台，建筑师使用ArchiCAD完成设计的各个阶段，从方案至施工图。
设备工程师可以使用ArchiCAD的组件MEP，也可以使用二维的符号表达方式。
全体成员在适时阶段以Teamwork方式加入到项目中。
以下截图是MEP的应用效果：
图4：
MEP
图5：
MEP
⏹建筑与结构的配合
建筑专业可以将自己的模型通过一些专门的接口或IFC界面与目前市面上流行的结构软件连接，进行结构分析和计算。
目前ArchiCAD支持的结构软件有很多，而且多数支持IFC格式，因此可以和ArchiCAD很好地衔接并且实现双向交流。
以下结构软件能与ArchiCAD相互支持。
A,与TeklaStructures（XSteel）
专业钢结构软件
在ArchiCAD中建好的结构草模返回ArchiCAD后的模型效果
在ArchiCAD里看到的经过Tekla分析的模型。
所有构件在ArchiCAD里是参数化的。
B,与ETABS
国内应用广泛
在ETABS里的3D钢结构模型同样的模型在ArchiCAD里
C，与SAP2000v10
国内应用广泛
这是在SAP2000里的一座桥梁这是输入到ArchiCAD里的情况。
E，与PKPM国内权威结构软件
与PKPM的接口目前也已经完成。
结构制图可以在ACAD或ArchiCAD里完成，ArchiCAD可以输出dwg文件，目前支持的最高版本为AutoCAD2007。
四、实际应用
BIM系统实质上是一个综合信息的集成，这些信息只有得到很好的管理才能真正发挥它们的作用，而管理信息的途径就是要建立起信息录入的标准。
目前ArchiBIM已经基本建立起自己的BIM系统标准，并在实践中不断丰富和完善。
⏹标准的建立
标准的内容主要包括以下几个部分：
1，标准的文件管理
2，标准的工作环境设置（软件环境）
3，标准的项目模板
4，标准图库
5，标准制图规范
6，标准工程技术管理
⏹标准的项目模板
成熟的设计企业都有自己的设计标准，包括设计制图和常用技术措施等方面，ArchiCAD提供了存储这些标准设置的途径，ArchiCAD模板文档（tpl文件）可以包含以下内容：
1）预填写的项目信息；
2）标准的图层命名、图层组合等，包含了所有专业的图层及图层组合；
3）若干预设楼层及楼层名；
4）若干个预设的立面及若干个方向的剖面；
5）按专业组织过的各类视图集，如视图图集、布图图集、发布图集等；
6）标准的收藏夹设置，含各个专业；
7）标准的线型和填充；标准的画笔调色板，按专业需要设置若干套绘
图笔；
8）标准的截面造型设置：
含各类异型柱、梁、墙等
9）标准的复合结构填充，可按国标图集的工程做法进行设置及命名。
10）预定义的材料属性；
11）预定义的区域工具属性；
12）预定义的城市地理信息；
13）标准的显示选项配置方案；
14）各类标准的图纸标题；
15）标准的设计说明（预设在布图图集中），包括企业的统一技术措施；
16）标准的图纸排序及编号命名；
17）含有图框的标准样板布图，已填写预设的项目信息；
18）带网格的详图样板；
19）预定义图纸目录（图纸目录可自动完成）；
20）预定义的元素列表格式：
门窗表、库部件列表、区域列表，楼板列
表等等。
⏹取得的成果
ArchiBIM多专业团队协同作业的几个关键技术是：
7，Teamwork（团队）功能。
允许所有队员以“登录”而“非获得拷贝”的方式加入到一个核心项目数据库中；
8，优于图纸集的集成项目导航器；
9，随意创建的、无数量限制的独立非模型空间窗口；
10，多画笔技术；
11，视图显示模式控制技术；
12，图层管理技术；
13，MEP组件
图6：
ArchiCAD的图层管理
图7：
项目登录及项目导航器
图8：
多画笔技术
以上技术保障了各专业能在一个核心数据库中保持各自独立的工作权限、操作空间和图纸面貌。
⏹面对BIM技术谁将受益
在这场变革中谁将受益？
答案很乐观。
事实上与建筑项目涉及的所有人及行业都将受益。
Ø对建筑师来说，可以将更多精力用于三维设计而不是制图。
因为绘制图纸这样的低价值劳动完全可以交由计算机完成，ArchiCAD可以自动完成立、剖面图及其它详图的大部分工作；更好的协同能力保证了设计质量；更方便的沟通保证了设计意图的准确传达；自动产生的材料清单、工程数据准确可靠，节省了建筑师的宝贵时间，还可更理性、更科学地控制设计规模，做出正确的决策；更加流畅的设计进程加快了项目交付的时间，提高了企业的市场竞争力；
Ø对业主来说，从设计方得到的信息较以往更加可靠和值得信赖，对未来的效果理解得更加透彻，因此也可以更准确地控制开发方向、力度及成本；设计方提交的建筑信息模型还包含了大量有用信息，其价值可延伸到销售、采购、设施管理等等，直至项目的整个生命周期，比简单的二维图纸更有潜在价值；较少的错漏碰缺设计为业主节省了无法估量的建造成本，降低了不可预见费用，给业主带来最直接的经济利益；
Ø对于施工承建商1，建筑信息模型能更准确完整地传达设计意图，施工图纸更加清晰明了；较少的图纸问题有效地保障了施工的顺利进行，减少返工作业；准确的工料统计方便做施工预算；
事实上，在美国、欧洲、日本都有建筑施工总承包公司应用ArchiCAD为其承揽的施工项目作计算机模拟施工（预施工），从中查找实际施工中可能存在的问题，这种重新制图的工作是其它施工公司所没有的，看似多余，但其中的获益匪浅使他们十数年乐此不疲。
作者简介：
1988年毕业于天津大学建筑系，1988至2007年工作于天津大学建筑设计研究院。
2007年加盟天津
艾德伽建筑及规划设计有限公司*，担任主任建筑师工作。
多年来除了致力建筑设计外还潜心于BIM
建筑信息模型技术领域的开发应用，积累了一定经验，并于艾德伽公司内部建立了专门的ArchiBIM
部门，专注于BIM技术的深度研究并且和平台软件的匈牙利开发商Graphisoft公司合作制定适合于
中国市场的ArchiCAD建筑软件模板。
目前这个模板已经在中国市场应用了三年三个版本，成为事实
上的中国标准。
同时ArchiBIM内部正在建立和完善自己的操作标准，在未来使艾德伽公司的建筑设
计咨询领域拓展至包括建筑虚拟施工领域，为客户提供带有新技术的增值服务。
艾德伽建筑及规划设计有限公司：
该公司于2004年由天津福莱特装饰设计工程有限公司和意大利ADO建筑师事务所携双方各自的优势一
同创办，并在天津注册，主要从事于建筑设计及城市规划咨询业务。
公司的天津分支隶属于福莱特旗下。
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