3.2 BIM技术在建筑装饰装修工程中的应用流程
3.2.1 BIM技术在设计阶段的应用流程
如图3-1所示,在传统室内设计软件体系中,CAD是将我们带到了计算机辅助设计时代的标志性工具,至此各类室内设计软件开始登场。然而室内设计软件相对于建筑设计来说,要单一很多,在传统流程中概念方案阶段可能只会使用二维或平面软件,更多的还是设计师的手绘表现。一般进行到方案设计阶段才会使用SketchUp或者3ds Max之类的三维渲染软件,但三维渲染软件中模型更大的意义在于制作动画或渲染效果图,它所承载的信息非常有限,对施工图的指导意义也仅仅存在于可视化上,存在很大的局限性。此外效果图的设计表现往往为了追求设计效果会使用一些夸张的视角和不真实的表达,甚至还会带来误导。再加上各种软件间数据兼容性不佳,很容易造成重复建模。而在施工图阶段,传统的室内设计软件无法在平、立、剖面图之间以及三维模型与图纸之间做到互相关联,一旦某一图纸做了修改,其他图纸必须得进行相应的手动修改,甚至重新绘制,稍有疏忽便很容易出现图纸之间的矛盾。
图 3-1
在基于BIM的室内设计软件体系中,传统软件体系中遇到的问题得到了有效的解决。BIM软件不是简单的几何绘图工具,模型的创建也不再只是为了得到三维浏览动画或效果图表现,BIM模型成为了大量集成化数据的载体,并且保持着实时性与一致性,贯穿建筑的全生命周期。设计师可以从繁重、费时的绘图任务中彻底解脱出来,数据间的关联大大提高了工作的效率,设计模型运用于大量的分析软件中更是有效地提高了设计的质量,轻松导出的明细表也让工程概预算的难题得到了很好的解决,如图3-2所示。
图 3-2
基本流程
(1)资料输入 接收建筑、钢结构、幕墙、机电等专业BIM模型等数据。
室内设计属于整个建筑装饰装修工程的末端,所以在室内设计前期需要大量的资料收集工作。其中包括建筑、钢结构、幕墙、机电等,几乎每个涉及的专业都会或多或少地影响室内设计,所以这些资料的掌握变得尤为重要。传统的室内设计中,拿到最多的是其他专业竣工图纸,图纸体系冗长,索引复杂,光是理清这些图纸就需要耗费大量的时间成本与人力成本;而BIM的出现给这项工作带来了巨大的便利。如今无论是建筑、钢结构、幕墙还是机电,都是在同一的BIM平台上去完成各自的工作,模型让所有的空间尺寸、节点详图变得一目了然,室内设计可以直接在建筑结构的BIM模型基础上去建立,这样大大保证了设计的准确性。
(2)初步方案:可视化的概念模型 随着设计工作的进展,BIM支持设计师(及客户)实现设计的可视化,形式可以多种多样——从简单的透视图和轴测图到最复杂的渲染图、360°全景视图以及动画漫游。大多数建筑建模工具都支持隐藏线视图,大多数解决方案也都具有某些着色功能,BIM解决方案则将进一步扩展了这些功能。各种视图——无论是立面图、平面图、透视图、线框视图、隐藏线视图还是着色视图,都可以直接展现底层的室内设计信息,包括空间配置、饰面、材质等。在设计师改变这些信息时(在任何视图中),所有视图都将自动更新。事实上,图纸(其实是底层信息模型的“实时”视图)、明细表、材料算量等,也同样会随之更新。项目的所有表现形式中的信息都是可靠的、协调的并且始终保持一致,这就是BIM的显著特征。BIM支持设计师在自己的设计环境中(利用自己熟悉的用户界面)制作可视化效果图,无须使用专用工具就能够以三维方式实现设计的可视化,而且可以毫不费力地协调模型或图像。如此一来,设计师对于设计中各种选项的把控能力得到大大提升,无论是空间布局的调整,还是材料的更换,都变得更加直观,所见即所得。
(3)模型分析:方案优化 初步的设计方案完成后,客户和建筑师将共同决定应用哪种方案。在制定决策时,往往需要考虑多种因素:空间利用率、面积要求、审美、材料成本、采光分析、流线分析、灯光分析、声学分析、室温分析、气流分析、消防疏散分析等。其间,还要参考图纸、明细表、基于材料用量的初步成本汇总表(Cost Summary)等所有与项目相关的资料。借助BIM,这些信息都体现在建筑模型的各种实时视图中,从而进一步优化设计方案。
(4)数据输出:视图表达,文件输出,数据提取 基于BIM的思想,BIM软件在专业装修的三维建模阶段,记录了各个装修构件的详细数据信息,用于不同阶段的数据提取。因而设计师不必在3ds Max中出完效果图,再2D进行施工图的绘制。
在精细化施工指导方面,BIM软件可以按照国家图集、标准规范进行算法编制及程序处理,支持部分结构的验算。其特有的碰撞检查功能,可以检测装修构件与设备管道、原始结构、三维家具等实体间的碰撞情况,这是目前BIM技术在建筑设计中应用最广泛的内容之一。在工程前期进行实体设计及方案验证,施工人员可以及时预见碰撞情况的发生并及时对施工图纸进行修正,从而在施工中有效地避免了因为各个专业交叉而导致的返工现象,为精细化施工奠定基础。
在装饰BIM模型生成后可自动提取所需的数据信息,统计各类材料的工程用量,并自动绘制材料统计表格。通过BIM模型获得准确的工程量统计,可以用于前期设计过程中的成本估算、在预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案装修成本的比较,以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。这大大减少了烦琐的人工操作和潜在的错误,有效地降低了成本,同时提高了装饰装修各个阶段的工作效率。
3.2.2 BIM技术在深化设计阶段的应用流程
建筑装饰装修施工深化设计的目的是为了编制详细的施工方案、指导现场施工,优化施工流程和解决施工中的技术措施、工艺工法、用料问题,准确地表达施工工艺要求及施工作业空间,确保深化设计基础上的施工可行性,同时为进行全面的施工管理提供完整详细的数据。本阶段为设计方案的深化,目的在于研究如何将整体方案发展到各个局部之中,并找到材料效果、建造工艺和造价之间的最佳组合关系。本阶段将绘制详细的功能平面、家具布置平面、天花与灯具平面、立面、关键节点做法,以及特殊饰面的施工工艺与要求说明。这个阶段中,需要和其他设计顾问或公司(包括建筑、结构、灯光、视听、暖通、给水排水以及其他特殊设备设计公司)密切配合,以确保设计效果的整体性。
应用BIM后,在施工图设计模型和现场的三维数据基础上,创建深化建筑装饰装修模型,为后续的图纸会审、施工组织模拟、工艺模拟、施工交底、预制构件加工与安装等提供相关数据和工作基础;根据方案设计的各专业图纸深化模型;协助项目团队进一步确认设计的建筑空间和各系统关系,对设计进行初步检验,进行各专业间的碰撞检查,把检查报告和相应优化建议提交给项目公司及相关设计单位。在拿到设计方修改的图纸后,更新复合模型,优化项目设计,规避一些错误从而减少后期更改带来的浪费。
基于施工图的BIM模型是工程在设计阶段的信息集成,为后续深化设计调整提供准确的各专业汇总信息,更新模型为重大工程调整和中小工程调整提供信息整合的数据平台和工作节点,有助于工程各相关方在准确的项目信息的基础上进行深化调整、施工研讨、成本预估,做出准确的决策。应用BIM技术进行深化设计,获得模型数据精确、详细、指导性强。本环节的流程如图3-3所示。
图 3-3
3.2.3 BIM技术在建造施工阶段的应用流程
在建筑装饰装修工程施工过程中,现场尺寸的准确反馈和面线、点位的精确定位对设计方案优化和施工控制极其重要,能为保证施工质量和最终效果打下坚实基础。作为BIM模型建筑装饰装修工程应用的重要一环,数字化施工技术采用三维扫描仪、全站仪等仪器,结合BIM模型进行现场的精准把控,特别是在超大空间、异形造型的建筑装饰装修工程施工中,弥补传统测量、施工方法的不足,在保证质量的基础上大大提高效率,降低成本。
1.基本流程
(1)数据采集:现场土建三维扫描数据采集 建筑装饰装修工程施工入场后的第一件重要工作就是勘察土建结构,核对图纸与现场的偏差,为施工方案的完善和优化提供第一手的现场数据。目前,传统现场测量方法大都为人工拉尺,这在简单的空间区域内较为简便、实用,但涉及高大空间或异形结构时,就无法有效采集数据;但现在利用BIM+三维扫描技术,采用扫描仪提取现场数据,提供平面图与现场点云模型进行比对,实时发现现场与图纸偏差,及时修改施工图纸,保证图纸与现场的一致性,如图3-4所示。
图 3-4
(2)BIM模型与现场数据匹配:建筑装饰装修模型与现场土建点云数据进行匹配对比 点云模型是将利用三维扫描仪采集到的点云数据进行处理得到对的立体模型。数据采集原理和激光测距仪类似,通过仪器发射出的大量激光束全方位覆盖所扫描区域,通过返回的激光得到所照射到物体上的点的空间信息,这些点就像照片上的像素一样,在得到无数多个点的精确空间信息后,将其组合起来即可得出所扫描物体的整体三维模型,就像拍摄一幅立体照片。点云模型也和照片一样可以真实反映出所摄范围的实际情况,且是立体的、可操作的,如图3-5所示。
图 3-5
利用点云模型进行土建结构复合时,不仅可以将平面设计图纸与现场结构进行比对,还可以将BIM模型与现场点云进行比对,将模型模拟装配到现场点云模型中,碰撞调整。实时展示施工效果的同时还可发现设计与现场的冲突和偏差,及时整改,将问题消除在前期,如图3-6、图3-7所示。
图 3-6
图 3-7
(3)BIM数据提取放线 对异形面线施放、安装点位或预埋点位的准确定位是数字化施工的优势,也是配合BIM模型施工运用的重要一环。它主要是通过坐标的形式将图纸、模型中的点在现场找定。
如上两节所介绍的,结构点云模型建立后与现场坐标系进行匹配统一,将BIM模型模拟装配到现场点云模型中后,BIM模型中任意一个点位均可通过坐标表示,如图3-8所示。根据提取的坐标数据在现场即可通过全站仪放样找定对应的点位,如图3-9所示。
图 3-8
图 3-9
(4)BIM模型下单 材料下单加工图的绘制出具是材料生产加工的重要前提,精确详细的下单图直接影响建筑装饰装修材料尺寸、造型与数量的精确性,继而影响最终的施工成本和质量。满足现场施工尺寸要求和材料分块的平面化表达是下单图的两大要素,虽然随着计算机应用水平的提高,数字化软件如AutoCAD、3ds Max、SketchUp等在建筑装饰装修业大量运用,但目前的施工下单图绘制方法主要还是依靠大量的人工测量操作来提供这两大要素的支撑;在面对大空间、复杂造型、涉及专业较多等情况时,无法及时有效地提供精确的下单图纸,并且复杂的异形材料也无法用平面图纸完美地表达清楚。
基于现场点云模型进行深化的BIM模型,从开始建立到最终通过模型审核这个不断完善的过程,其实就是现场施工模拟的过程。最终的BIM模型不仅满足现场施工尺寸要求,也合理地处理了各类材料和各专业施工的收口交接关系,如图3-10所示。此时,以BIM模型导出的下单图纸完全满足现场要求。
图 3-10
由于BIM模型参数化、三维可视化的特点,在最终的BIM模型中可直观地对材料进行排版分割,取得最优效果。例如,在某展厅模型(见图3-11),对墙面石材拼花进行整体排版(见图3-12),控制整体效果,最大程度保证模数化,最后利用BIM模型软件对材料分块进行统计,按照要求导出所需部位的材料图,即可作为下单图纸,十分快捷方便,如图3-13所示。这种操作还可适用于其他部位材料的下单。
图 3-11
图 3-12
图 3-13
(5)施工误差检测及数字化验收 在施工过程中实时检测复核、核定偏差,施工完成后进行验收是保证施工质量和效果不可或缺的环节。在面对高大异形空间造型施工时,传统方法无法及时有效地对完成部分进行数据采集和精度比对。结合BIM模型,通过对数字化测量原理的灵活运用,即可高效、精准地对已完成区域经行检测复核,并及时统计偏差区域和数据。下面介绍几种常用的数字化检测验收方法。
1)进场材料检测。BIM模型经过碰撞调整后即可排版下单,进行加工。进场的异形材料的造型尺寸是否满足模型和现场要求,可用手持扫描仪对材料进行扫描,将采集的实时数据与BIM模型进行比对,即可对材料尺寸质量进行精确把控,防止返厂造成的一系列成本浪费,如图3-14所示。
图 3-14
2)曲面基层检测。在现场实际施工过程中,经常会根据结构直接制作基层,但对完成后的基层无法对尺寸等信息经行测量复核。通过全站仪对基层数据进行采集,如图3-15所示,即可得出现场基层面线尺寸,并可汇总成CAD图纸,以便多方运用,如图3-16所示。
图 3-15
图 3-16
3)异形面层测量。对于某些造型复杂的建筑装饰装修设计,在施工完成后,无法对装饰面层进行有效测量,这样既无法检测施工质量,也无法为成本计算提供数据支持。采用三维扫描仪进行现场扫描,即可通过点云模型对面层进行精确还原,并通过模型软件进行检测复核,统计核算数据,如图3-17和图3-18所示。
图 3-17
图 3-18
3.2.4 BIM技术在运营维护阶段的应用流程
1.建筑运营维护管理的定义
当前国内没有统一定义建筑运营维护管理的概念、范畴及内容。依据我国国民经济和城市化建设的发展进程,建筑行业的发展水平及消费者对生活、工作综合环境的要求程度,可以认为,建筑物的运营维护管理是整合人员、资金及技术等关键资源,通过对已投入使用建筑物的空间、资产、设施及环境进行设计、运行、评价和改进,满足人员在建筑中的基本使用及安全舒适的需求,充分提高建筑的使用率,降低其经营成本,增加投资效益。
2.运维BIM建模内容
运维BIM模型是在竣工模型基础上,在计算机中建立一个综合专业的虚拟建筑物,同时通过运维平台管理系统形成一个完整、逻辑能力强大的建筑运维信息库。当前,运维管理系统更多的产品是针对机电专业,只有少量的装饰设备维修。运维BIM建模主要内容是根据业主需求进行运维模型的转换、维护和管理、添加运行维护信息等,根据使用功能与运维模块不同,建模内容有所不同。该运维信息库所具有的真实信息,不仅只是几何形状描述的视觉信息,还包含大量的非几何信息,如材料的强度、性能、传热系数,构件的造价、采购信息等,其运维包括运维数据录入与运维数据存储管理。
3.建筑装饰装修改造运维管理
建筑装饰装修改造运维管理是在运维阶段,根据建筑装饰装修工程的特点通过运维平台管理系统进行综合,充分发挥建筑装饰功能和性能的运维管理。改造运维管理内容包括建筑物加固、外立面翻新改造、局部空间功能调整、内部改造装修、安全管理等方面;目的是使建筑更适合当前的使用需求。BIM技术在本阶段的应用管理,涵盖设计阶段和施工阶段的BIM应用范围,也具有本阶段特有的BIM应用特征。
建筑装饰装修改造运维管理应用内容:依据基础数据源如运维BIM模型、竣工BIM模型、现场三维扫描数据、二维图纸等,根据业主的改造计划,制定维修改造实施方案,并依据基础数据创建项目改造实施方案BIM模型;利用改造实施方案BIM模型,分析改造实施方案的风险预警、改造实施时间及成本,对比不同施工工序的实施时间及成本,确认最优改造实施方案。在实施方案制定后,进行招投标,制定BIM应用策划方案,按照既有建造工程的BIM实施进行一系列的BIM应用,最终实现建筑装饰装修运维改造的全过程BIM应用。