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一、 BIM主流軟件中構(gòu)件與其附著層的關(guān)系處理現(xiàn)狀
 

BIM模型是建筑的數(shù)字化虛擬模型，原則上以真實(shí)反映建筑各組成部分（各構(gòu)件）的模型與信息為己任。但從軟件的實(shí)現(xiàn)方法角度來考慮，未必能完全按現(xiàn)實(shí)中的構(gòu)件分類、組成部分以及連接關(guān)系等進(jìn)行建模，必須通過內(nèi)置一定的規(guī)則，既使模型盡可能接近現(xiàn)實(shí)，又使建模過程的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，在深度方面也可根據(jù)應(yīng)用階段與用途進(jìn)行不同深度的表達(dá)，同時(shí)還要滿足不同軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞與協(xié)同設(shè)計(jì)的要求。
 

當(dāng)前主流的BIM建模軟件（本文以Autodesk Revit 2013、Graphisoft ArchiCAD 15為例）基本上按墻體、門、窗、柱、梁、樓板、樓梯、屋頂?shù)葮?gòu)件分類體系進(jìn)行整體軟件框架的搭建，經(jīng)過多個(gè)版本的改進(jìn)已日趨成熟，但在應(yīng)用過程中仍發(fā)現(xiàn)有不完善的地方。本文著重關(guān)注構(gòu)件主體與其附著層之間的邏輯關(guān)系。
 

在現(xiàn)實(shí)中，墻體、柱、梁、樓板、屋頂?shù)葮?gòu)件類別在大部分情況下都有在構(gòu)件主體之外添加飾面層的需要，有的還需在主體與飾面層之間添加填充層。由于飾面層與填充層均需附著在構(gòu)件的主體之上，因此本文將構(gòu)件的主體構(gòu)造層稱為“核心層”，核心層以外的飾面層與填充層統(tǒng)稱為“附著層”。如圖1所示，為常見的保溫砂漿墻體的構(gòu)造層次示意，圖中的基層墻體即為核心層，基層墻體之外的多個(gè)構(gòu)造層次均為附著層。
 

 

目前主流BIM軟件對(duì)于構(gòu)件的附著層，在邏輯上將其作為主體的一部分來考慮，在技術(shù)上則通過“復(fù)合材質(zhì)”來實(shí)現(xiàn)。圖2為Revit與ArchiCAD通過設(shè)定復(fù)合材質(zhì)來模擬上述的保溫墻體。
 

 

應(yīng)該說復(fù)合材質(zhì)解決了墻體、樓板、屋頂這幾類構(gòu)件的基本模型表達(dá)，但對(duì)于另外兩類構(gòu)件——梁跟柱，軟件并沒有提供很完善的解決方式，同時(shí)在實(shí)際的BIM整體應(yīng)用中，復(fù)合材質(zhì)方案仍然存在不少的問題，下面對(duì)這些問題進(jìn)行歸納與分析。
 

二、 現(xiàn)狀導(dǎo)致的問題
 

1. 梁或柱無法添加附著層
 

首先是梁柱兩類構(gòu)件的附著層問題。對(duì)于外圍護(hù)層的梁柱，在現(xiàn)實(shí)中的附著層（外側(cè)）一般是跟外墻一致的；內(nèi)部梁柱（及外圍護(hù)梁柱的內(nèi)側(cè)）則是跟內(nèi)墻一致的飾面。目前版本的Revit與ArchiCAD兩個(gè)軟件，對(duì)于梁柱的附著層有不一樣的考慮，分述如下：
 

1) Revit：該軟件的柱分為結(jié)構(gòu)柱與建筑柱，建筑柱可自動(dòng)將墻體的飾面層對(duì)柱子進(jìn)行包絡(luò)（并非所有附著層都可包絡(luò)），但更普遍使用的結(jié)構(gòu)柱則無法添加飾面層。對(duì)于結(jié)構(gòu)梁也無法直接添加飾面層，如圖3所示。
 

 

2) ArchiCAD：該軟件的柱跟墻有較好的連接關(guān)系，柱可設(shè)為“獨(dú)立式”或“包裹式”，包裹式可將墻體所有附著層對(duì)柱進(jìn)行包絡(luò)，效果如圖4左圖示。另外，柱子可單獨(dú)添加飾面層（僅限單層材料）。但對(duì)于梁，同樣無法添加飾面層。
 

在實(shí)際應(yīng)用中，柱的飾面層基本可以解決，即使是Revit的結(jié)構(gòu)柱，也可以通過加一層墻體來進(jìn)行“手動(dòng)包絡(luò)”；但對(duì)于梁，除非修改自定義截面，否則幾乎毫無辦法。
 

2. 構(gòu)件交接部位較難處理
 

在墻、柱、梁、板等構(gòu)件的交接處，附著層的連接處理非常復(fù)雜，很難做到核心層與附著層均連接正確，兩個(gè)主流BIM軟件均努力解決這個(gè)問題，但目前仍未盡如人意。如圖5所示，一個(gè)最常見的墻體與樓板、梁交接的節(jié)點(diǎn)，即可看出軟件的不完美之處。
 

 

3. 難以滿足不同專業(yè)在協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)的不同要求
 

對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，一般只需要考慮構(gòu)件的核心層，當(dāng)BIM模型導(dǎo)出至結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件時(shí)，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可能會(huì)將核心層的尺寸誤認(rèn)為包含附著層的總尺寸，從而出現(xiàn)失誤。比如通過IFC格式將Revit或ArchiCAD模型導(dǎo)入Tekla Structure，會(huì)發(fā)現(xiàn)所有構(gòu)件都按總厚度顯示，以這樣的模型為基礎(chǔ)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)很容易造成失誤。
 

即使是Revit內(nèi)部的建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)通過工作集協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)同一構(gòu)件的不同理解也會(huì)造成配合中的麻煩或沖突。如圖6所示，對(duì)建筑來說，樓板定位標(biāo)高為10.700，其結(jié)構(gòu)標(biāo)高實(shí)際為10.650，但由于采用了復(fù)合材質(zhì)，樓板沒有任何參數(shù)表明其核心結(jié)構(gòu)層標(biāo)高比其定位標(biāo)高低了50，因此對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，這個(gè)樓板的定位也就成了10.700了。如果以結(jié)構(gòu)樓板為準(zhǔn)，只表達(dá)核心層，那么建筑專業(yè)中的樓板飾面層、填充層又無從表達(dá)，這是一個(gè)很矛盾的問題。

4. 難以將核心層與附著層分開顯示
 

Revit跟ArchiCAD都有考慮到對(duì)于BIM模型不同深度的表達(dá)需求。Revit通過“詳細(xì)程度”來控制圖面是否顯示各構(gòu)造層次，但無法僅顯示核心層，并且“詳細(xì)程度”功能對(duì)3D視圖無效；ArchiCAD通過“復(fù)合層部分結(jié)構(gòu)顯示”功能可實(shí)現(xiàn)不同深度的切換。
 

但由于附著層始終屬于構(gòu)件的組成部分，無法單獨(dú)剝開，因此在下游應(yīng)用中，BIM模型的構(gòu)件亦是核心層與附著層一體的，這導(dǎo)致某些功能難以實(shí)現(xiàn)，比如在現(xiàn)實(shí)中構(gòu)件的核心層施工跟填充層、飾面層施工總是分開的，但將BIM模型導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行4D施工模擬時(shí)，一體化的構(gòu)件很難將這兩個(gè)施工過程分開表達(dá)。
 

5. 附著層的修改可能導(dǎo)致核心層的位置改變
 

隨著設(shè)計(jì)的推進(jìn)，構(gòu)件材料不可避免會(huì)有更改。對(duì)于墻體，目前BIM軟件考慮得比較周到，提供了多種定位方式，如圖7所示。以外墻為例，采用核心層外側(cè)定位，則無論墻體增加保溫層、修改飾面層或修改砌體厚度，其砌體外邊線均可保持一致，不影響核心層的位置。
 

 

其他構(gòu)件則沒有這樣的待遇。比如樓板與屋頂，雖然都可以采用復(fù)合材質(zhì)，但其定位均為整體定位：樓板以頂部定位，屋頂以底部定位。以樓板為例，將架空木地板修改為地磚，會(huì)導(dǎo)致樓板的結(jié)構(gòu)層高度變化，如圖8所示，與實(shí)際明顯不符。需說明的是，盡管在方案初期，可能只需考慮完成面的變高，反而需要圖示效果，但一旦進(jìn)入多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)階段，這種結(jié)構(gòu)標(biāo)高的改變需極其慎重。
 

 

如果BIM模型應(yīng)用到建成后的改建階段，填充層與飾面層應(yīng)可隨意更換，但結(jié)構(gòu)層一般不允許隨意變更。目前的BIM軟件一旦變更樓板面層材料厚度，其標(biāo)高值還需相應(yīng)修改，才能保持結(jié)構(gòu)層標(biāo)高不變。而樓板標(biāo)高改變可能會(huì)帶來一系列的連鎖反應(yīng)，這里不再展開。

 

6. 圖面表達(dá)方面，需花費(fèi)大量時(shí)間處理附著層的交接

當(dāng)前BIM軟件的現(xiàn)狀，導(dǎo)致在精細(xì)化設(shè)計(jì)時(shí)圖面表達(dá)有許多問題，需要通過二維的方式手動(dòng)處理。前面也提到，在附著層的交接處很難處理，如圖9所示，要將一個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)處理好需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間。這種意義不大但又必不可少的圖面處理將BIM設(shè)計(jì)流程的效率明顯降低，往往讓設(shè)計(jì)人員視為畏途。

 

三、 解決的思路
 

上面所總結(jié)的多方面問題，歸結(jié)起來原因只有一個(gè)：將構(gòu)件的附著層與核心層一起作為構(gòu)件本身的組成部分，無法拆分，各種構(gòu)件又各自為政，缺乏整體的考慮。如何解決上述問題，軟件廠商可以以當(dāng)前的框架繼續(xù)細(xì)化構(gòu)件設(shè)置、對(duì)構(gòu)件之間的連接多加考慮，并對(duì)IFC格式轉(zhuǎn)換進(jìn)行附著層的專門處理，盡量減少實(shí)際應(yīng)用中的障礙。
 

而當(dāng)我們跳出單一類構(gòu)件本身設(shè)置的慣性思維，不再糾結(jié)于不同構(gòu)件附著層之間的連接關(guān)系，或許會(huì)有新的思路。回到“虛擬現(xiàn)實(shí)”的本源，重新考察附著層與構(gòu)件主體之間的邏輯關(guān)系， 我們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)構(gòu)件的附著層與核心層之間是一種“依附”的關(guān)系，并不一定是緊密結(jié)合在一起的整體，在施工工序上也有明顯的先后區(qū)別。就如“毛坯房”與“精裝修房”的關(guān)系，核心層應(yīng)當(dāng)可以單獨(dú)存在；附著層應(yīng)當(dāng)可以隨時(shí)添加、拆除、更換，而不影響核心層的定位。
 

從這個(gè)思路出發(fā)，筆者提出一個(gè)解決方案，即在當(dāng)前BIM軟件的構(gòu)件分類架構(gòu)上，單獨(dú)增加一個(gè)“附著層”的分類，在暫不考慮編程難度的前提下，“附著層”擬擁有以下技術(shù)特點(diǎn)：
 

1) 可以附著在各類構(gòu)件的各個(gè)表面，跟隨主體移動(dòng)；
 

2) 附著層本身可以設(shè)置復(fù)合材質(zhì)；
 

3) 不同構(gòu)件的附著層相交時(shí)，相同材料的附著層會(huì)自動(dòng)相連；
 

如果采用這樣的思路，前面所述的問題將可以迎刃而解。


 

四、 可實(shí)現(xiàn)的效果

 

1. 梁柱也可以添加跟墻體一樣的附著層
 

獨(dú)立的附著層可以附著在墻、柱、梁、板甚至樓梯等各種構(gòu)件的表面，如圖10示意。
 

 

2. 構(gòu)件交接部位不再難以處理
 

按筆者的設(shè)想，同樣材質(zhì)的附著層可自動(dòng)連接，那么構(gòu)件的交接部位就可以只考慮主體的交接，附著層直接覆蓋在外層即可。如圖11所示，交接部位的附著層可做到非常方便而明晰。
 

3. 滿足不同專業(yè)在協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)的不同要求
 

將附著層與主體分開，在不同專業(yè)配合時(shí)可只考慮本專業(yè)的需求，比如前面談到的對(duì)于樓板標(biāo)高，結(jié)構(gòu)專業(yè)與建筑專業(yè)都以樓板主體為準(zhǔn)，建筑專業(yè)另外考慮附著層的厚度，這就避免了協(xié)同時(shí)的沖突。
 

4. 輕松實(shí)現(xiàn)將核心層與附著層分開顯示
 

獨(dú)立的附著層可以隨時(shí)開關(guān)，滿足不同階段、不同專業(yè)的需要。在4D施工模擬時(shí)，也可以將附著層的施工單獨(dú)考慮，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的施工模擬。同時(shí)獨(dú)立的附著層更容易進(jìn)行材料的統(tǒng)計(jì)。
 

5. 附著層的修改不會(huì)影響核心層的位置
 

這是非常重要的一點(diǎn)，將附著層單獨(dú)分開，可隨時(shí)修改附著層的材質(zhì)、厚度，不會(huì)影響主體的定位。這對(duì)于改建項(xiàng)目來說意義更大。
 

6. 圖面表達(dá)方面，處理附著層的交接的工作量大大減少。
 

從上面的圖11也可看出，類似這種墻身大樣無需額外的處理，繪圖效率得以提高。
 

五、 結(jié)語
 

隨著BIM技術(shù)往縱深發(fā)展，一些軟件上的限制逐漸浮現(xiàn)出來，需要軟件廠商與用戶進(jìn)行深入的交流并加以完善。本文提出的構(gòu)件主體及其附著層之間的關(guān)系問題，在實(shí)際應(yīng)用中頗感不便，因此筆者從用戶的角度出發(fā)，提出一個(gè)比較大膽的解決方案：將附著層跟主體拆開，單獨(dú)成為一類構(gòu)件，從而解決一系列的問題。但這個(gè)方案在技術(shù)上是否可行、會(huì)不會(huì)帶來其他更多的問題，還有待更深入的探討。