建筑各专业BIM建模软件的协调与应用

介绍了BIM各种主流建模软件的背景、优缺点与适用专业。对BIM全生命周期跟专业模型的协调与数据应用给出了方向与解决方案。

建筑各专业BIM建模软件的协调与应用

• 主流BIM三维设计软件
  • BIM发展至今，已形成了多条成熟的工作流，不同的技术体系。 从概念方案、设计建模、碰撞检查、从协同、数据分析、到数据管理。
    • • BIM设计软件
        • Revit
          • 2000年4月5日，Revit Technology Corporation发布Revit Version 1.0 2002年被Autodesk收购，并发布 Autodesk Building Industry Solutions 2013年Autodesk合并Revit Architecture、Revit Structural、Revit MEP、三个专业
            • Revit 是Autodesk 公司一套系列软件的名称。Revit从2013版本结合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure软件的功能。Revit独有的族库功能把大量Revit族按照特性、参数等属性分类归档而成的数据库，相关行业企业或组织随着项目的开展和深入，都会积累到一套自己独有的族库，在以后的工作中，可直接调用族库数据，并根据实际情况修改参数，便可提高工作效率。Revit族库可以说是一种无形的生产力。。族库的质量，是相关行业企业或组织的核心竞争力的一种体现。在目前国内建筑市场核心建模软件中Revit的市场占有率最高，全球通用性最强，旗下多款软件与Revit数据交互性较强。
        • SKETCHUP
          • 2000年8月，LASTSOFTWARE发布SKETCHUP Version 1.0； 2006年，被GOOLE收购； 2012年，被TRIMBLE收购
            • Sketchup中文名称草图大师，是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思。SketchUp是一个极受欢迎并且易于使用的3D设计软件，官方网站将它比喻作电子设计中的“铅笔”。它的主要卖点就是使用简便，人人都可以快速上手。并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至Google Earth里，非常的酷！@Last Software公司成立于2000年，规模较小，但却以SketchUp而闻名。在BIM方案初期使用率较高。
        • OBD（Bentley）
          • Bentley基于MICROSTATION开发了AECOsim Building Designer 现更名为Open Building Designer
            • Bentley建筑、结构和设备系列，Bentley产品在 建筑专业（石油、pkpm、电力、医药等）和 建筑类 设施（ bim、水利、 市政、 市场等）领域有无可争辩的优势；
        • ARCHICAD
          • 1984年，GRAPHISOFT发布RADAR CH，后来更名为ARCHICAD
            • 2007年Nemetschek收购Graphisoft以后，ArchiCAD/AllPLAN/VectorWorks三个产品就被归到同一个门派里面了，其中国内同行最熟悉的是ArchiCAD，属于一个面向全球市场的产品，应该可以说是最早的一个具有市场影响力的BIM核心建模软件，但是在中国由于其专业配套的功能（仅限于 道路）与多专业一体的设计院体制不匹配，很难实现业务突破。Nemetschek的另外两个产品，AllPLAN主要市场在德语区，VectorWorks则是其在美国市场使用的产品名称。
        • CATIA
          • 1977年，Dassault 推出CATI（Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive——法语为交互式辅助三维设计） 1981年，正式更名为CATIA
            • Dassault公司的CATIA是全球最高端的天正设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域具有接近垄断的市场地位，应用到工程建设行业无论是对复杂形体还是超大规模建筑其建模能力、表现能力和信息管理能力都比传统的 机械 软件有明显优势，而与工程建设行业的项目特点和人员特点的对接问题则是其不足之处。Digital Project是Gery Technology公司在CATIA基础上开发的一个面向工程建设行业的应用软件（二次开发软件），其本质还是CATIA，就跟 桥梁的本质是AutoCAD一样。
      • BIM分析软件
        • 建筑分析软件：ECOTECT、VASARI
        • 结构分析软件：YJK、PKPM、MIDAS、ETABS、SAP2000、ANSYS、ABAQUS
        • 机电分析软件：REVIT、REBRO
        • 钢结构软件：3D3S、SAP2000
        • 幕墙软件：RHINO
          • Rhino是美国Robert McNeel & Assoc开发的PC上强大的专业3D造型软件，它可以广泛地应用于三维动画制作、工业制造、科学研究以及机械设计等领域。它能轻易整合3DS MAX 与Softimage的模型功能部分，对要求精细、弹性与复杂的3D NURBS模型，有点石成金的效能。能输出obj、DXF、IGES、STL、3dm等不同格式，并适用于几乎所有3D软件，尤其对增加整个3D工作团队的模型生产力有明显效果，故使用3D MAX、AutoCAD、MAYA、Softimage、Houdini、Lightwave等3D设计人员不可不学习使用。Rhino，中文名称犀牛，是一款超强的三维建模工具，大小才几十兆，硬件要求也很低。不过不要小瞧它，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模感觉非常流畅，所以大家经常用它来建模，然后导出高精度模型给其他三维软件使用。目前在BIM异形和幕墙建模领域使用率较高。
• Revit常规导出格式
  • *.dwg
    • Autodesk AutoCAD 的CAD文件格式
      • ‘.dwg’被设计于1970年，是一个二进制文件格式、用于存储2D和3D设计数据。 1982年，由Autodesk推出AutoCAD设计软件，迅速占领了工业设计、工程设计等领域市场。 .dwg就是AutoCAD的文件存储格式。这也使得.dwg成为市场占有率最大的CAD格式。
  • *.dxf
    • 开放的文件格式。用于进行CAD文件数据交换。
      • 1982年12月由Autodesk开发DXF文件格式，作为软件之间进行数据交换的媒介。DXF基本上可以理解为是DWG的ASCII版本。
  • *.sat
    • 开放的文件格式，用于存储建模信息。
      • .sat文件主要用来存储空间三维几何信息。 .sat是一种标准ASCII文本文件格式，可以通过文件编辑器进行查看。
  • *.dgn
    • Bentley Microstation的CAD文件格式
      • Bentley于1987年2月推出MicroStation制图软件。 ‘.dgn’作为MicroStation的文件格式，被用于存储软件的图元信息，并一度成为了Bentley系列制图软件的通用存储格式。保证了一个框架的设计原则，避免了平台间数据传递的壁垒。 但‘.dgn’是OLE 复合二进制文件格式，第三方无法直接进行文件流读取。
  • 其他常见格式
    • .*FBX
      • 通用的文件格式，目前市面上大部分的三维软件都兼容，可以支持三维、二维、音频、视频等数据内容
        • 主流三维模型格式，(只有模型数据，没有建筑信息)
    • *IFC
      • 标准格式，目前发展到IFC4*2，是建筑对象的工业基础类数据模型
        • 工业基础类数据模型，(既有模型，又有信息)
    • .*gbXML
      • 全程Green Building XML，是建筑能耗模型的数据存储文件格式
        • 为了促进存储在基于CAD的建筑信息模型中的建筑信息的传输，从而实现不同建筑设计和工程分析软件工具之间的互操作性。
    • .*DWF
      • 用于AU设计流的格式，可用Design Review读取文件。在工作流中，通常对设计元素进行标记，再导入设计软件中。
        • 用于存储2D和3D数据，并且支持矢量图形和文本。
• 自定义数据传递
  • 导出方式
    • 前台
      • 通过目标软件或平台所提供的插件进行数据导出或者上传。
      • 在Revit运行模式下，通过遍历所有图元，对几何信息和非几何信息进行解析，并根据目标数据结构进行转换，或存储于数据库，或通过二进制压缩存储于自定义数据格式。
    • 后台
      • 通过目标软件或平台的后台直接读取文件数据。
      • 在非Revit模式下，使用RevitNet类库或者逆向工程对Revit文件的几何信息和非几何信息进行解析，并转换为目标数据结构。
• 运维应用
  • 运维平台
    • B/S
      • 基于Webgl技术，对模型进行轻量化处理，结合设备终端接口，实时进行数据采集，由后端进行算法处理后，将数据展示在前段页面。
    • C/S
      • 基于Unreal Engine平台，游戏引擎，支持PC、Mac等多个平台。 引擎本身开源、免费，提供大量API接口和文档。 使用UE引擎，可以达到实时渲染，并提供真实的光影效果、物理引擎。
  • 开发方向
    • 模型数据
      • 数据解析
        • 数据展示
  • 解决方案
    • 数据导出
      • 通过对Revit图元进行逐一解析，并根据Office Open XML文件规范格式将图元Unique ID作为唯一标识符进行存储。 将图元的几何图形信息和非集合图形信息解析作为Asset，以二进制文件形式存储。
    • 传递
      • 1、在引擎中根据每一个Asset建立模型图元。 2、将非几何信息绑定到对应的图元上。 3、根据图元在空间中的坐标定位进行转换。
    • 建模
      • 每一个图元都根据Revit的三维控件坐标进行转换。 每一个图元在面板上，都可以看到在Revit对应的所有数据。
  • 国外主流运维平台
    • 一、老牌软件ARCHIBUS
      • 美国的ARCHIBUS/FM管理平台是一款老牌的资产管理解决方案，用于企业各项设施管理以及不动产管理等信息交流与沟通，涉及范围很广，囊括了土地、建物、楼层、房间、机电设备、家具、装潢、保全监视设备、IT 设备、电讯网络设备等等。也是国内外BIM运维的主流软件之一。
      • 它包含了三大管理模块
        • 空间管理 (Space Management)
        • 家具与机电设备管理系统 (Furniture and Equipment Management)
        • 建筑物营运与维修管理 (Building Operations Management)
        • 其主要功能如下：
          • 1. 主管信息系统 (Executive Information System)
          • 2. 不动产与租赁管理 (Real Property and Lease Management)
          • 3. 整体长期策略规划 (Strategic Master Planning)
          • 4. 建筑物营运与维修管理 (Building Operations Management)
          • 5. 空间管理 (Space Management)
          • 6. 家具与机电设备管理系统 (Furniture and Equipment Management)
          • 7. 电讯与电缆网络管理 (Telecommunication and Cable Management)
          • 8. AutoCAD 设计图资整合管理 (Overlay with Design Management for AutoCAD)
          • 9. 工作流程规则设定(Workflow Rules)
          • 10. 文件管理(Document Management)
          • 11. 状况评估(Condition Assessment)
          • 12. 因特网在线查询与管理各项数据功能 (WEB Central)
    • 二、BIM软件鼻祖ArchiCAD旗下的ArchiFM.net
      • Archifm.net系统不仅继承了ArchiFM系统的传统功能，也包含了许多创新，包括功能创新以及技术方面的突破。作为运行在Web浏览器的应用程序，它提供了CAFM所涵盖的所有功能，包括与ArchiCAD的深入协同(如果用户需要)。能帮助用户更高效地操作设备，节省建设管理成本，并提高服务质量。它能兼容ArchiCAD，并直接以ArchiCAD的BIM格式创建自己的FM数据库。
      • CAFM活动包括两个核心组别：
        • 第一组包括区域相关活动，以及以非常简单的方式处理大量数据。
        • 第二组是面向过程的维护管理，它包括故障处理，以及计划中的和特别条件下的维护活动。
      • 除此之外，Archifm.net系统还包括：设施管理功能、租户管理模块、计划\故障维护模块、报告供能等。
    • 三、主流BIM软件商欧特克旗下的Autodesk FM Desktop
      • Autodesk FMDesktop可以读取由Revit宣布的DWF文件，并可主动辨认空间和房间数据，而FMDesktop用户无需理解(甚至无需领有)Revit软件产品。由于现在国内诸多项目皆是Revit建模，所以无形中为Autodesk FM Desktop在后期运维过程中做了铺垫，Autodesk FMDesktop可以读取由Revit宣布的DWF文件，并可主动辨认空间和房间数据，而FMDesktop用户无需理解Revit软件产品，使企业不再依靠于休息密集型、手工创立多线段的流程。设备治理员运用DWF技巧将和谐一致的牢靠空间和房间数据从Revit建筑信息模型迁徙到Autodesk FMDesktop。
• 多专业建模协调
  • 建筑专业
    • 方案一（推荐）
      • 基于同版本号Revit平台建模，减少数据的导入导出；
        • 件格式包括：.rvt项目文件、。rfa族文件
    • 方案二
      • 建筑由ARCHICAD进行建模，需要进行数据的导入导出；
      • 数据交换解决方案：
        • 1、 由ARCHICAD进行IFC文件的导出（需要先对IFC导出模块进行补丁添加）
        • 2、通过对应版本的ARCHICAD TO Revit 插件（下载地址在备注）将IFC文件导入到Revit中
  • 结构专业
    • 方案一（推荐）
      • 基于同版本号Revit平台建模，减少数据的导入导出；结构土建部分不建议选择其他产品
        • 件格式包括：.rvt项目文件、。rfa族文件
  • 机电安装专业
    • 方案一（推荐）
      • 基于同版本号Revit平台建模，减少数据的导入导出；缺点->大模型易卡顿
        • 件格式包括：.rvt项目文件、。rfa族文件
    • 方案二
      • 机电由REBRO进行建模，需要进行数据的导入导出；
      • 数据交换解决方案：
        • 1、 REBRO提供双向传递到Revit的转换工具（下载地址在备注）， 注意最低仅支持到Revit2017，需要考虑多专业协作
  • 钢结构专业
    • 方案一
      • 基于同版本号Revit平台建模，减少数据的导入导出；缺点->建模难度大,工作量大
        • 件格式包括：.rvt项目文件、。rfa族文件
    • 方案二（推荐）
      • 通过钢结构设计软件（3D3S等）进行设计分析，并导出设计成果；优点：无需二次建模
      • 数据交换解决方案：
        • 1、 通过设计软件导出设计成果，格式要求【.xlsx】Excel格式；内容包括，杆件节点空间坐标，杆件类型；
        • 2、通过Dynamo进行Excel的文件数据读取，并利用【自适用】节点在Revit中生成模型
  • 幕墙专业
    • 方案一（平整垂直幕墙推荐方案）
      • 基于同版本号Revit平台建模，减少数据的导入导出；缺点->建模难度大,工作量大
        • 文件格式包括：.rvt项目文件、。rfa族文件
    • 方案二（大型复杂曲面幕墙推荐方案）
      • 通过RHINO + GH进行幕墙深化；优点：软件成熟度高，可落地性强；
      • 数据交换解决方案
        • 1：RHINO . INSIDE . REVIT插件在Revit生成
        • 2：导出DWG文件格式到Revit（仅作为三维模型进行多专业整合）