【摘要】 新世紀(jì)之初,人類正走進(jìn)以信息技術(shù)為核心的知識經(jīng)濟(jì)時代,信息技術(shù)正以廣泛的滲透性和無與倫比的先進(jìn)性與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合。建筑業(yè)也正積極地借助信息技術(shù)的發(fā)展來提高自身的生產(chǎn)效率。充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)我國建筑業(yè)的跨越式發(fā)展,已經(jīng)成為當(dāng)前建筑業(yè)的首要任務(wù)。而建筑信息模型(BIM)技術(shù)和基于BIM技術(shù)的建筑生命周期管理(BLM)成為建筑業(yè)提高生產(chǎn)效率的重要有效手段。本文研究BIM技術(shù)和BLM思想的內(nèi)涵,基于BIM技術(shù)的軟件應(yīng)用,分析了我國建筑業(yè)當(dāng)前存在的不足和BIM技術(shù)的優(yōu)勢,闡明了BLM思想是我國建筑業(yè)信息化發(fā)展的趨勢。結(jié)合我國當(dāng)前給水排水工程設(shè)計的特點(diǎn),論述了給水排水工程設(shè)計中需要BIM技術(shù),并對基于BIM技術(shù)的Revit MEP設(shè)備設(shè)計軟件進(jìn)行了研究。在實(shí)際項目的多工種協(xié)同設(shè)計過程中,創(chuàng)新地提出了給水排水專業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的具體實(shí)施方案,并且采用該方案完成了施工圖設(shè)計,并總結(jié)出采用BIM技術(shù)進(jìn)行給水排水施工圖設(shè)計的有效經(jīng)驗,為BIM應(yīng)用于建筑設(shè)計提供了理論和應(yīng)用依據(jù)。 

第一章 緒   論 

1.1  研究背景 

在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)和金融業(yè)等領(lǐng)域，計算機(jī)應(yīng)用和數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)帶來了生產(chǎn)率的大幅度提升。而在工程建設(shè)領(lǐng)域，計算機(jī)應(yīng)用和數(shù)字化技術(shù)對生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)尚與上述行業(yè)存在較大差距。美國斯坦福大學(xué)的設(shè)施集成化工程研究中心的一項研究表明，美國在 1964～2003 年的四十年里，其它非農(nóng)業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)效率(見圖 1-1 中藍(lán)線)同期增長了約一倍，而建筑業(yè)生產(chǎn)效率(見圖1-1 中紅線)不僅沒有增長，反而在下降。我國的發(fā)展情況同樣類似。    

建設(shè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率雖然沒有得到改善，但工程項目卻變得日益復(fù)雜。業(yè)主對智能化的建設(shè)過程、協(xié)同程度高的項目團(tuán)隊的需求也與日俱增，要求工程設(shè)計從業(yè)者和承包商提供更加精良的服務(wù)。為了改善生產(chǎn)效率，建筑業(yè)已經(jīng)開始借鑒制造業(yè)領(lǐng)域的最新信息化成果——PDM(Product Data Management)和 PLM(Product Lifecycle Management)技術(shù)，開發(fā)出具有建立建筑產(chǎn)品信息模型 (Building Information Model，簡稱BIM)  功能的技術(shù)。所謂 BIM 技術(shù)是指通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，在這里，信息的內(nèi)涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息，還包含大量的非幾何信息，如材料的耐火等級、材料的傳熱系數(shù)、構(gòu)件的造價、采購信息等。實(shí)際上，BIM 就是通過數(shù)字化技術(shù)，在計算機(jī)中建立一座虛擬建筑，一個建筑信息模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建筑信息庫。 

1.2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 

2004 年，中國首個BLM實(shí)驗室在哈爾濱工業(yè)大學(xué)成立，并召開了BLM國際論壇會議。華南理工大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)也在 2004～2005 年間先后成立了BLM實(shí)驗室。BLM正是BIM技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 

2007 年 8 月 30 日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布“十一五”國家科技支撐計劃重點(diǎn)項目“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題申請指南，將重點(diǎn)開展以下5 個方面的研究與開發(fā)工作： 

課題一：建筑業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系及關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研究 

課題二：基于 BIM 技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究 

課題三：勘察設(shè)計企業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 

課題四：建筑工程設(shè)計與施工過程信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 

課題五：建筑施工企業(yè)管理信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

2009 年 5 月 18 日，“十一五”國家科技支撐計劃重點(diǎn)項目“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”在北京啟動。 

第二章 建筑信息模型（BIM）理論的誕生、發(fā)展趨勢及應(yīng)用現(xiàn)狀 

2.1 BIM 的概念 

BIM 是“建筑信息模型”（Building Information Model）的簡稱，BIM 技術(shù)是指將建筑工程項目中的單一構(gòu)件或物體作為基本元素，將描述基本元素的幾何數(shù)據(jù)、物理特性、施工要求、價格資料等相關(guān)信息有機(jī)地組織起來，形成一個數(shù)據(jù)化的建筑模型，作為整個建筑工程項目的數(shù)據(jù)資料庫。這些圍繞建筑物構(gòu)件或物體組織起來的數(shù)據(jù)不僅只是簡單地反映了建筑元素的幾何特征、物理屬性等特性，相互之間還保持著作為建筑整體一部分的空間關(guān)系和邏輯關(guān)系，作為虛擬空間的數(shù)字化建筑物，形成了完整的、有層次的信息系統(tǒng)。 

由于整個建筑相關(guān)的信息存儲在 BIM 集成數(shù)據(jù)庫中，所有設(shè)計內(nèi)容都是參數(shù)化和相互關(guān)聯(lián)的，這樣就可以在 BIM 上構(gòu)建各個專業(yè)協(xié)同工作的平臺，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)的信息的傳遞準(zhǔn)確、及時共享和有效管理。 

在工程項目全生命周期中，包括決策、設(shè)計、施工、運(yùn)營、管理等各階段，各個參與人員都可以根據(jù)自己的需要在 BIM 中提取自己所需要的數(shù)據(jù)，來完成各自的任務(wù)。也同時把各人創(chuàng)建的信息反映到 BIM 中去，如此使工程中各參與人員通過BIM 緊密的聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同工作的目的。如圖 2-1所示 ：

2.2 BIM 技術(shù)的誕生歷程 

2.2.1 BIM 技術(shù)誕生的內(nèi)因——CAD 技術(shù)應(yīng)用于建筑業(yè)尚存在不足 

（1）CAD 技術(shù)的發(fā)展歷程

計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，簡稱CAD）技術(shù)是利用計算機(jī)強(qiáng)有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助設(shè)計者進(jìn)行工程和產(chǎn)品的設(shè)計與分析，以達(dá)到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。它是綜合了計算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科。它的發(fā)展與計算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，與工程設(shè)計方法的革新緊密相關(guān)。 

CAD把人類的邏輯推理、學(xué)習(xí)聯(lián)想、富于創(chuàng)造性的優(yōu)點(diǎn)與計算機(jī)高速、精確、信息存貯量大的特性結(jié)合起來，通過人機(jī)交互技術(shù)溶為一體，從而使兩者的優(yōu)勢都得到了充分的發(fā)揮。據(jù)統(tǒng)計，美國一些設(shè)計公司在采用了CAD技術(shù)后，除提高了繪圖質(zhì)量，改善了工作環(huán)境外，還可提高工作效率 1.5～3 倍，減少設(shè)計修改工作量 80%以上。美國國家工程科學(xué)院將CAD評為當(dāng)代十項最杰出的工程技術(shù)成就之一。美國國家科委曾評價CAD是“人類從電力發(fā)現(xiàn)以來，最具有生產(chǎn)潛力的一項技術(shù)” 。 

CAD 技術(shù)起步于 20 世紀(jì) 50 年代后期，60 年代開始迅速發(fā)展。人們希望借助此項技術(shù)來擺脫繁瑣、費(fèi)時、精度低的傳統(tǒng)手工繪圖。此時 CAD 技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是用傳統(tǒng)的三視圖方法來表達(dá)零件，以圖紙為媒介進(jìn)行技術(shù)交流，這就是二維計算機(jī)繪圖技術(shù)。此時 CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即計算機(jī)輔助“繪圖”（Computer Aided Drawing or Drafting），而并非計算機(jī)輔助“設(shè)計”（Compter Aided Design）。CAD 技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到70 年代末期，以后作為CAD 技術(shù)的一個分支而相對單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。 

20 世紀(jì) 70 年代后期，以 CAD 技術(shù)為代表的新的技術(shù)改革浪潮席卷了全世界，它不僅促進(jìn)了計算機(jī)本身性能的提高和更新?lián)Q代，而且?guī)缀跤绊懙饺�部技術(shù)領(lǐng)域，沖擊著傳統(tǒng)的工作模式。以計算機(jī)輔助設(shè)計這種高技術(shù)為代表的先進(jìn)技術(shù)給人類帶來了巨大的影響和利益。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的水平成了衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。近十年來占據(jù)繪圖市場主導(dǎo)地位的是美國Autodesk 公司的 AutoCAD 軟件。在今天中國的 CAD用戶特別是初期 CAD用戶中，二維繪圖仍然占有相當(dāng)大的比重。 

20 世紀(jì) 80 年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、工作站和 RISC（精簡指令集計算機(jī)）等的出現(xiàn)使 CAD 系統(tǒng)的性能大大提高了一步。與此同時，圖形軟件更趨成熟，二維、三維圖形處理技術(shù)、真實(shí)感圖形技術(shù)以及有限元分析、優(yōu)化、模擬仿真、動態(tài)景觀、科學(xué)計算可視化等方面都已進(jìn)入實(shí)用階段。 

20 世紀(jì) 90 年代，這一時期 CAD 的發(fā)展日趨成熟，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：CAD標(biāo)準(zhǔn)化體系進(jìn)一步完善；系統(tǒng)智能化成為又一個技術(shù)熱點(diǎn)；集成化成為 CAD 技術(shù)發(fā)展的一大趨勢；科學(xué)計算可視化、虛擬設(shè)計、虛擬制造技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代 CAD 技術(shù)發(fā)展的新趨向。 

（2）CAAD 軟件的發(fā)展及應(yīng)用 

CAAD是“計算機(jī)輔助建筑設(shè)計”(Computer Aided Architectural Design)的簡稱，是針對建筑設(shè)計專業(yè)的需要而發(fā)展起來的，也是CAD的一個重要分支，促進(jìn)了計算機(jī)時代建筑設(shè)計方式的變革。集成化的CAAD應(yīng)具有圖形顯示與繪圖、信息處理、科學(xué)計算，仿真模擬、評價優(yōu)化以及今后將大力發(fā)展的專家系統(tǒng)(或決策支持系統(tǒng))的咨詢、決策等諸多方面的功能。它除承擔(dān)起建筑設(shè)計過程中大部分事務(wù)性和重復(fù)性的工作外，還將大大擴(kuò)展建筑師的思維和創(chuàng)造能力，將把建筑設(shè)計活動推到更高的水平和更廣闊的境界。 

20 世紀(jì) 60 年代末至 70 年代初，還沒有專門用于建筑設(shè)計的 CAD 軟件。當(dāng)時的CAD 軟件的基本特征只是通用的圖形處理能力，而且主要是二維圖形繪制、標(biāo)注尺寸和符號等功能，可用于通過圖形表達(dá)設(shè)計意圖的各個行業(yè)。 

第三章 建筑信息模型（BIM）技術(shù)在給水排水設(shè)計中的   應(yīng)用研究........24 

3.1  給水排水設(shè)計中需要BIM技術(shù) .......... 24 

3.1.1  建筑給水排水工程設(shè)計的特點(diǎn)....... 24 

3.1.2  現(xiàn)階段建筑給水排水工程設(shè)計存在的問題 ........ 25

3.1.3  建筑給水排水工程設(shè)計中需要BIM技術(shù) ........... 26 

3.2 BIM技術(shù)在給水排水應(yīng)用中所需要的軟件支持............ 27

3.2.1  基于BIM技術(shù)的軟件Revit簡介 ............. 29 

3.3  在給水排水設(shè)計中應(yīng)用基于BIM技術(shù)的REVIT MEP  軟件的具體實(shí)施步驟 ............ 30 

3.3.1  理解Autodesk Revit MEP ........... 30 

3.3.2  參數(shù)化模型中的圖元行為...........31 

3.3.3   Revit MEP中的族設(shè)計............ 32 

3.3.4 Revit MEP  中管道系統(tǒng)的創(chuàng)建............ 35 

第四章 基于BIM技術(shù)的多工種協(xié)同設(shè)計應(yīng)用實(shí)例.........37 

4.1  設(shè)計軟件和工程項目的選擇.......... 37 

4.1.1  設(shè)計軟件的選擇............... 37 

4.1.2  工程項目的選擇.............. 38 

4.2  多工種協(xié)同設(shè)計方案的實(shí)施............. 39 

4.2.1  設(shè)計研究環(huán)境的構(gòu)建................ 39 

4.2.2  協(xié)同設(shè)計工作方式的選擇............. 39 

4.2.3  項目共享、協(xié)同設(shè)計的實(shí)現(xiàn)............. 40 

4.3  給水排水專業(yè)遇到的關(guān)鍵問題及解決方法 ........... 42 

4.3.1  解決可用族數(shù)量少的問題............. 42 

4.3.2  解決各種類型管道的標(biāo)識問題............ 43 

4.3.3  解決各專業(yè)部分構(gòu)件無法在本地模型中自動更新... 46 

4.4  軟件碰撞檢查的應(yīng)用.............. 46 

4.4.1  傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式存在各工種構(gòu)件容易發(fā)生碰撞的缺點(diǎn) ............. 46 

4.4.2 Revit MEP軟件碰撞檢查的應(yīng)用............ 47 

4.4.3 Revit MEP軟件漫游功能的應(yīng)用................. 50 

4.5  主要研究成果..... 54 

4.5.1  實(shí)現(xiàn)了圖紙管理的智能化....... 54 

4.5.2  實(shí)現(xiàn)了給水排水平面圖表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化........... 54 

4.5.3  實(shí)現(xiàn)了給水排水系統(tǒng)圖表達(dá)的精準(zhǔn)化............ 55 

4.5.4  實(shí)現(xiàn)了給水排水大樣圖表達(dá)的形象化.......... 57 

第四章 基于 BIM 技術(shù)的多工種協(xié)同設(shè)計應(yīng)用實(shí)例 

華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院近幾年來陸續(xù)設(shè)計了廣州國際會展中心、2008 年北京奧運(yùn)會羽毛球館與摔跤館、南京大屠殺紀(jì)念館擴(kuò)建工程、2010 年上海世博會中國館等一大批功能復(fù)雜，在國內(nèi)外具有較強(qiáng)影響力的標(biāo)志性建筑，標(biāo)志著華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院在建筑方案創(chuàng)作水平上已經(jīng)處于國內(nèi)頂尖水平，并且能與世界上一流水平的建筑設(shè)計事務(wù)所進(jìn)行同臺競爭。 

一個好的建筑方案構(gòu)思出來了，需要采用優(yōu)秀的建筑軟件繪制出來，并且用繪制出來的圖紙指導(dǎo)施工建成，才能便于眾人欣賞，獲得廣泛的認(rèn)同。在建筑設(shè)計的基本軟件中，基于 BIM 技術(shù)的建筑設(shè)計軟件已經(jīng)展示出巨大的優(yōu)勢，并將成為以后的發(fā)展方向，歐美發(fā)達(dá)國家的優(yōu)秀建筑事務(wù)所也已經(jīng)普遍不同程度地應(yīng)用了。 

4.1  設(shè)計軟件和工程項目的選擇 

4.1.1  設(shè)計軟件的選擇 

目前比較成熟的BIM軟件主要有Graphisoft公司的ArchiCAD，Bentley公司的Microstation.TriFoma，和Autodesk公司的Revit。盡管Graphisoft公司最先開發(fā)了基于BIM技術(shù)的軟件ArchiCAD，但是Autodesk公司作為全球最大的二維和三維設(shè)計軟件公司，利用其在行業(yè)內(nèi)的資金、技術(shù)和人才優(yōu)勢，推出的Revit系列建筑設(shè)計軟件后來居上，在全世界范圍內(nèi)得到多數(shù)的設(shè)計人員的支持。 

Revit Architecture 建筑設(shè)計軟件已經(jīng)在 2004 年引入我國，  Revit Structure 結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件和  Revit MEP設(shè)備設(shè)計軟件也在2008年引入我國。據(jù)Autodesk公司技術(shù)人員介紹，截止 2008 年 8 月，國內(nèi)尚無一家設(shè)計單位采用了 Revit 全系列軟件進(jìn)行了一個項目的建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣和暖通空調(diào)的多工種協(xié)同設(shè)計。主要有兩個原因，一是 Revit Structure 結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件和  Revit  MEP 設(shè)備設(shè)計軟件本身并不成熟，設(shè)計中需要用到的族，軟件自身集成的很少，另外設(shè)計的圖紙表達(dá)方法與國內(nèi)現(xiàn)行的制圖標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。二是硬件設(shè)備的制約，一個集成了建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣和暖通空調(diào)的建筑信息模型動輒上百兆，一般的工作電腦打開一個建筑信息模型都得十幾分鐘，更別說進(jìn)行設(shè)計、修改等操作。 

結(jié)論與展望 

結(jié)論 

建筑信息模型(BIM)技術(shù)是信息技術(shù)革命應(yīng)用于建筑業(yè)的產(chǎn)物，隨著計算機(jī)硬件水平的飛速提升和基于 BIM 技術(shù)軟件的日益完善，大力推廣 BIM 技術(shù)，將迅速提高建筑企業(yè)的管理水平和技術(shù)水平，提高工程質(zhì)量和效率，減少工程浪費(fèi)，增強(qiáng)我國建筑業(yè)在國際上的競爭力。 

本文通過對 BIM 技術(shù)在給水排水工程設(shè)計中的應(yīng)用研究，提出了給水排水工程設(shè)計中應(yīng)用 BIM 技術(shù)的具體實(shí)施辦法，并且用實(shí)踐證實(shí)了 BIM 技術(shù)的在給水排水工程設(shè)計中的優(yōu)越性和巨大效益，具有一定的推廣和使用價值。 

在基于BIM 技術(shù)的多工種協(xié)同設(shè)計應(yīng)用實(shí)踐中，取得了以下主要研究成果： 

實(shí)現(xiàn)了圖紙管理的智能化；實(shí)現(xiàn)了給水排水平面圖表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化；實(shí)現(xiàn)了給水排水系統(tǒng)圖表達(dá)的精準(zhǔn)化；實(shí)現(xiàn)了給水排水大樣圖表達(dá)的形象化。 

展望 

BIM 技術(shù)是建筑生命周期管理（BLM）思想的核心。目前 BIM 技術(shù)在我國的應(yīng)用研究還主要停留在設(shè)計階段，甚至主要是建筑專業(yè)的設(shè)計，但是在國家政策的大力支持下，未來的幾年 BIM 技術(shù)在我國的應(yīng)用研究，必將迅速地擴(kuò)展到建筑設(shè)計的各個專業(yè)和建筑生命周期管理的各個階段。 

2009 年 7 月，中國軟件聯(lián)盟宣布成立中國工程建設(shè)行業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)聯(lián)合體，旨在為構(gòu)筑完整的中國建筑全生命周期（BLM）解決方案。這表明中國軟件企業(yè)已經(jīng)充分認(rèn)識到 BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，意識到 BLM 是未來建筑業(yè)的發(fā)展方向。 

中國工程建設(shè)行業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)聯(lián)合體的成立，將極大地促進(jìn)我國建筑行業(yè)軟件企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，加快工程建設(shè)行業(yè)信息化發(fā)展。 
 

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