BIM視角丨面向工程設(shè)計(jì)院的BIM軟件二次開發(fā)

作者丨張可心

來源丨中國汽車工業(yè)工程有限公司

摘要：BIM技術(shù)具有天生的優(yōu)良基因，能夠?yàn)閺氖鹿こ淘O(shè)計(jì)和總承包的設(shè)計(jì)院提供巨大動(dòng)力。論文結(jié)合筆者所在工程設(shè)計(jì)院的業(yè)務(wù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)流程和BIM技術(shù)掌握進(jìn)度，針對性闡BIM軟件二次開發(fā)的思路和規(guī)劃，并對兩種開發(fā)形式進(jìn)行對比。經(jīng)過為期兩年的實(shí)踐，自主開發(fā)過程取得良好效果，說明該規(guī)劃具有較大的理論和實(shí)際意義，值得借鑒。

1 引言

隨著國內(nèi)建設(shè)和工程設(shè)計(jì)行業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式將逐漸淡出舞臺(tái)主角，取而代之的是三維信息建模（BIM）。由于其表達(dá)形式更加直觀、易讀，無論建設(shè)方、設(shè)計(jì)方 還是施工方都能很快地全面掌握項(xiàng)目信息，從而降低了項(xiàng)目參與各方，尤其是非專業(yè)人士對項(xiàng)目信息的理解難度，減少了項(xiàng)目變更，提升不同專業(yè)間和不同參與方之間對項(xiàng)目的協(xié)同能力。

由于三維BIM在項(xiàng)目各個(gè)階段都能帶來巨大的優(yōu)勢，因此，國內(nèi)各大工程軟件開發(fā)公司加緊開發(fā)步伐，推出各自的BIM二次開發(fā)軟件來爭奪BIM高地。

然而，在現(xiàn)有客觀條件下，各設(shè)計(jì)院將長期面臨二維與 維共存的設(shè)計(jì)方式，想要讓已經(jīng)從事了多年二維設(shè)計(jì)的工程師接受三維設(shè)計(jì)模式，必將是一個(gè)長期復(fù)雜的過程。那么如何將設(shè)計(jì)院現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)換到三維設(shè)計(jì)中，同時(shí)又盡可能地保留二維設(shè)計(jì)積累下來的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，是現(xiàn)階段設(shè)計(jì)院在項(xiàng)目中應(yīng)用BIM必須要考慮的問題。因此，針對某一設(shè)計(jì)院進(jìn)行定向研發(fā)，提供既保留傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，又能兼顧三維設(shè)計(jì)優(yōu)勢的工具，成為二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)平穩(wěn)過渡的可行方案。

2 BIM開發(fā)方式的比較

目前，有兩種方式來實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)院的開發(fā)需求。一種是成立BIM開發(fā)部門進(jìn)行工具的自主研發(fā)；另一種是技術(shù)外包，即與專業(yè)的軟件開發(fā)公司簽訂開發(fā)協(xié)議，設(shè)計(jì)院提出開發(fā)需求，由軟件公司來配合實(shí)現(xiàn)功能。

這兩種開發(fā)方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)：自主開發(fā)方式能節(jié)約成本，開發(fā)針對性強(qiáng)，定制化程度高，但既懂專業(yè)技術(shù)又會(huì)開發(fā)的人才稀缺，招募困難；技術(shù)外包方式節(jié)省設(shè)計(jì)院時(shí)間，開發(fā)效率高，但無法形成自身的BIM核心能力，技術(shù)發(fā)展受制于軟件公司，而且開發(fā)周期長，費(fèi)用昂貴，定制化需求也經(jīng)常得不到及時(shí)滿足。因此，對于具備一定軟件開發(fā)能力的工程設(shè)計(jì)院，采用自主開發(fā)的方式來定制BIM是更優(yōu)的選擇。

筆者通過對所供職的A設(shè)計(jì)院的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)流程進(jìn)行調(diào)研，提出了與之相適應(yīng)的BIM軟件自主二次開發(fā)規(guī)劃。經(jīng)過兩年的實(shí)踐探索，開發(fā)過程基本按照規(guī)劃的思路推進(jìn)，且開發(fā)效果較好。因此，筆者將為該設(shè)計(jì)院制定的開發(fā)規(guī)劃進(jìn)行整理歸納，以供其他同類的工程設(shè)計(jì)院在BIM開發(fā)的規(guī)劃方面參考和借鑒。

3 二次開發(fā)規(guī)劃

對于三維軟件的開發(fā)應(yīng)遵循由點(diǎn)到面，由淺入深的原則。即從單個(gè)軟件入手，作精作深入之后再移植到其他相關(guān)軟件。 同時(shí)，針對某一特定地三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行的二次開發(fā)，也要遵循一定的順序。首先要讓開發(fā)出來的插件滿足大部分設(shè)計(jì)人的基本需求，讓使用者能比較順暢地使用三維軟件；然后再進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)各個(gè)專業(yè)的建模工具，以滿足目前圖紙翻模型的需求；之后要開發(fā)與三維設(shè)計(jì)相關(guān)的工具，逐漸讓使用者脫離 二維設(shè)計(jì)；最終，開發(fā)進(jìn)程會(huì)逐漸介入到其他軟件和平臺(tái)，形成全專業(yè)的BIM大協(xié)同。

由于目前國內(nèi)工程設(shè)計(jì)行業(yè)使用范圍最廣的三維設(shè)計(jì)軟件是歐特克公司的Revit，其開發(fā)平臺(tái)也最為完善和易用，因此，將優(yōu)先基于該軟件進(jìn)行二次開發(fā)。

3.1 第一階段：翻模

為了讓二維設(shè)計(jì)人員能夠更順利地轉(zhuǎn)換到三維設(shè)計(jì)環(huán)境中，并進(jìn)行簡單的專業(yè)協(xié)同，開發(fā)人員首先要開發(fā)一批能滿足土建及公用設(shè)備等各專業(yè)通用的建模工具，比如創(chuàng)建視圖類工具、定位工具、可見性控制工具、構(gòu)件基本操作工具等，用這些工具來彌補(bǔ)Revit軟件自身功能的缺失，滿足Revit建模的基本需求。在此基礎(chǔ)上，再開發(fā)各個(gè)專業(yè)所特有的建模和批量處理工具，比如管線調(diào)整、對齊、翻越等，以進(jìn)一步提高專業(yè)的建模效率。

在這個(gè)階段的開發(fā)過程中，會(huì)有人提出“走捷徑”的想法，即通過二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)將二維圖紙轉(zhuǎn)成三維Revit模型的功能。但經(jīng)過多次論證，這個(gè)想法被否定。這主要基于以下兩方面考慮：首先，二維圖紙中的構(gòu)成要素是線條，缺乏必要的屬性信息，單純的轉(zhuǎn)換要么技術(shù)難度高，要么需要用戶補(bǔ)充的信息量過大，實(shí)現(xiàn)過程困難；其次，二維圖紙翻三維模型的過 程只是一個(gè)過渡階段，最終會(huì)是三維設(shè)計(jì)取代二維設(shè)計(jì)，那時(shí)也就不存在翻模的過程，所以即便現(xiàn)在開發(fā)出相關(guān)的插件，也不能具備長期可持續(xù)有用性。

3.2 第二階段：設(shè)計(jì)

在滿足設(shè)計(jì)人員使用三維軟件進(jìn)行建模糾錯(cuò)的需求之后，開發(fā)工作就要進(jìn)入下一個(gè)階段，即通過開發(fā)一系列的工具來實(shí)現(xiàn)完整的三維設(shè)計(jì)。由于當(dāng)前絕大多數(shù)工程師對于二維設(shè)計(jì)流程及思維習(xí)慣根深蒂固，因此，這個(gè)特定階段開發(fā)的三維設(shè)計(jì)工具需要在延續(xù)二維設(shè)計(jì)思路的前提下，盡量引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員接受三維設(shè)計(jì)思想，以降低設(shè)計(jì)人員平臺(tái)遷移難度。

在這個(gè)設(shè)計(jì)階段，開發(fā)人員要做的主要工作是設(shè)計(jì)計(jì)算工具、材料統(tǒng)計(jì)工具、管道匯總工具和標(biāo)注出圖工具的開發(fā)。

1）設(shè)計(jì)計(jì)算工具—將各個(gè)專業(yè)在二維設(shè)計(jì)軟件中常用的計(jì)算和設(shè)計(jì)工具遷移到三維軟件中，同時(shí)根據(jù)三維模型的特有優(yōu)勢來進(jìn)行必要的改進(jìn)，能夠最明顯地提高設(shè)計(jì)工程師對于三維軟件的親和度，用戶上手快，三維設(shè)計(jì)的推廣速度也會(huì)加快。

2）材料統(tǒng)計(jì)工具—借助已建立的三維模型來統(tǒng)計(jì)工程材料用量，能夠補(bǔ)充和完善二維設(shè)計(jì)中材料統(tǒng)計(jì)所缺失的功能，提高統(tǒng)計(jì)的精確性，這在工程概預(yù)算和招投標(biāo)中都會(huì)起到巨大的作用。

3）管道匯總工具—在三維設(shè)計(jì)中，進(jìn)行管道匯總和排布支吊架是非常便利的，能夠避免二維管匯的頻繁比對專業(yè)圖紙、專業(yè)協(xié)調(diào)不暢、細(xì)節(jié)照顧不到等諸多問題。基于這樣的先天優(yōu)勢，進(jìn)行管道匯總工具的開發(fā)，能夠提高管匯質(zhì)量，降低碰撞干涉概率。

4）標(biāo)注出圖工具—由于國家并未出臺(tái)具有實(shí)際應(yīng)用意義的的三維出圖標(biāo)準(zhǔn)，因此，一段時(shí)間內(nèi)都要面臨模型和圖紙共存的狀態(tài)。然而，由于三維模型的表達(dá)方式會(huì)與二維圖紙存在一些差異，要將三維模型轉(zhuǎn)換成施工用的二維圖紙，就必須開發(fā)必要的標(biāo)注出圖工具，通過對模型進(jìn)行特定的調(diào)節(jié)和標(biāo)注，來盡量符合二維出圖標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 第三階段：拓展

前兩個(gè)階段的開發(fā)成果，基本上已經(jīng)能夠滿足設(shè)計(jì)人員從二維設(shè)計(jì)遷移到三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的需求。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)人員需要做進(jìn)一步的開發(fā)工作，進(jìn)行各種方向和階段的拓展，來 進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)BIM的優(yōu)勢。比如進(jìn)行方案階段的快速建模，施工階段的工程管理等。此外，二次開發(fā)工作還將介入到與Revit相關(guān)聯(lián)的下游軟件，進(jìn)行功能的增強(qiáng)和補(bǔ)充，比如對Navisworks的檢查碰撞和施工模擬工具進(jìn)行必要的改進(jìn)，以提高工作效率；對二維Auto CAD進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_發(fā)，來更平滑地進(jìn)行二三維交互。

由于某些工程設(shè)計(jì)院的機(jī)電設(shè)備專業(yè)還會(huì)使用到其他平臺(tái)的一些軟件，比如Inventor、Microstation等，開發(fā)人員也可以對其基本功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，來與Revit和Navisworks等軟件進(jìn)行協(xié)作。對此，需要對上述軟件進(jìn)行細(xì)致的調(diào)研，根據(jù)軟件用戶群體的數(shù)量和重要性，安排軟件二次開發(fā)的優(yōu)先順序。

3.4 第四階段：協(xié)同

工程設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)人員在三維設(shè)計(jì)上順利開展的同時(shí)， 不可避免地需要一個(gè)專門針對三維項(xiàng)目的集成管理平臺(tái)，來統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)過程和管理設(shè)計(jì)成果，形成真正意義上全專業(yè)的整合。由于三維的協(xié)作過程與二維設(shè)計(jì)協(xié)同過程差異很大， 因此，這個(gè)平臺(tái)不能繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的二維協(xié)同平臺(tái)，而只能自行開發(fā)。通過協(xié)同平臺(tái)，開發(fā)人員根據(jù)工程設(shè)計(jì)院特有的設(shè)計(jì)風(fēng)格和工作流程進(jìn)行定制，幫助其改善專業(yè)提資流程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間模型和數(shù)據(jù)的交互，管理項(xiàng)目進(jìn)度和成果，延長設(shè)計(jì)成果生命期等。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)人員還可將自身多年來開發(fā)出來的工具進(jìn)行整合，比如建立專有的服務(wù)器存放模型，開發(fā)模型的網(wǎng)頁瀏覽功能，給模型輕量化，在較差的現(xiàn)場施工網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠輕易地瀏覽模型，來進(jìn)行現(xiàn)場的施工和管理等。

至此，工程設(shè)計(jì)院實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)的BIM變革，徹底擺脫二維設(shè)計(jì)。

4 實(shí)現(xiàn)的必要因素

以上所述是針對工程設(shè)計(jì)院的BIM開發(fā)規(guī)劃。要成功實(shí)現(xiàn)上述4個(gè)階段，需要工程設(shè)計(jì)院在以下方面進(jìn)行大力支持：

1）足夠重視三維開發(fā)工作，努力培養(yǎng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，加大資金引進(jìn)開發(fā)人才，整合現(xiàn)有的開發(fā)人員，并對其進(jìn)行外派培訓(xùn)；

2）注重設(shè)計(jì)院普通員工的BIM軟件培訓(xùn)學(xué)習(xí)工作，做好宣傳，并提供適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)措施；

3）加大BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)目分配比例，提高員工的BIM參與度，防止員工對于三維軟件“學(xué)而不用”的現(xiàn)象發(fā)生；

4）主動(dòng)承接各類BIM項(xiàng)目，積極迎合和拓展BIM市場需求，進(jìn)而強(qiáng)迫自身轉(zhuǎn)型升級(jí)；

5）開展研討會(huì)和座談會(huì)，收集用戶需求，發(fā)掘和聚攏有興趣和能力的人才。

5 結(jié)語

當(dāng)前，工程建設(shè)行業(yè)正處在一個(gè)技術(shù)變革的時(shí)期，如何應(yīng)對這一變革，步入三維設(shè)計(jì)時(shí)代，將關(guān)系到相關(guān)企業(yè)的未來發(fā)展和國際地位。如果我們能夠通過BIM定制開發(fā)，盡早實(shí)現(xiàn) 全專業(yè)的三維設(shè)計(jì)和BIM協(xié)同，將會(huì)對工程設(shè)計(jì)院在國內(nèi)外的業(yè)務(wù)開展產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

【1】李犁.基于BIM技術(shù)建筑協(xié)同平臺(tái)的初步研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

【2】馮延力.鴻業(yè)科技BIM系列軟件的研發(fā)之路[C].北京：信息化推動(dòng)工程建設(shè)工業(yè)化—第四屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集，2013.