淺析建筑工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

金曉玲, 譚 建

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院西南分院， 四川成都 610041)

淺析建筑工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

金曉玲, 譚 建

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院西南分院， 四川成都 610041)

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)，建筑信息化已經(jīng)悄然出現(xiàn)，目前已經(jīng)逐漸匯集成了一股潮流，席卷全球，BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為建筑行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，在我國(guó)基于BIM技術(shù)的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的探索仍然很少，對(duì)于業(yè)內(nèi)人士而言，或多或少對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的理念有所了解，但目前很多設(shè)計(jì)公司對(duì)此仍持觀(guān)望和懷疑的態(tài)度，各方面的市場(chǎng)機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范及BIM技術(shù)本身的原因限制著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展。但是隨著B(niǎo)IM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和理念得到越來(lái)越多設(shè)計(jì)人員和社會(huì)的認(rèn)識(shí)和認(rèn)可，作為一種國(guó)際化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，BIM技術(shù)必將迎來(lái)一個(gè)更加燦爛的明天。

建筑工程; 協(xié)同設(shè)計(jì); BIM

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)分工細(xì)化，在現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，常常涉及到不同的專(zhuān)業(yè)，如建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)(包括電氣、給排水、暖通)等，這些專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)分別由建筑工程師、結(jié)構(gòu)工程師、機(jī)電工程師完成，同一專(zhuān)業(yè)內(nèi)部和不同專(zhuān)業(yè)間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)由此產(chǎn)生。當(dāng)這些不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)匯總時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)之間的設(shè)計(jì)沖突問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致進(jìn)度拖延、成本超支及事故頻發(fā)等。同時(shí)，這些問(wèn)題也是全世界建筑業(yè)生產(chǎn)效率比較低下的一個(gè)重要原因。普遍認(rèn)為，協(xié)同設(shè)計(jì)是一種能有效提高設(shè)計(jì)者之間交流和協(xié)作以避免設(shè)計(jì)沖突的方法。協(xié)同設(shè)計(jì)是指各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工程師內(nèi)部以及相互之間在同一平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)同作業(yè)。協(xié)同設(shè)計(jì)的目的主要是解決由于各個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員單獨(dú)設(shè)計(jì)所帶來(lái)的如設(shè)計(jì)沖突等問(wèn)題[1]。隨著建筑產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)，建筑信息化已經(jīng)悄然出現(xiàn)，目前已經(jīng)逐漸匯集成了一股潮流，席卷全球，BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為建筑行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)[2]。

1 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)的概念

協(xié)同設(shè)計(jì)是項(xiàng)目成員在同一個(gè)環(huán)境下用同一套標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)過(guò)程中，各專(zhuān)業(yè)并行設(shè)計(jì)，溝通準(zhǔn)確及時(shí)，因此協(xié)同設(shè)計(jì)很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)溝通手段，以及設(shè)計(jì)流程的組織管理形式。協(xié)同設(shè)計(jì)是當(dāng)下設(shè)計(jì)行業(yè)技術(shù)更新的一個(gè)重要方向，也是設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前主要有兩個(gè)技術(shù)分支，一是主要適合于大型公建，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維BIM協(xié)同，二是主要適合普通建筑及住宅的二維CAD協(xié)同。通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括圖層、顏色、線(xiàn)型、打印樣式等，在此基礎(chǔ)上，所有設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)及人員在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而減少現(xiàn)行各專(zhuān)業(yè)之間(以及專(zhuān)業(yè)內(nèi)部)由于溝通不暢或溝通不及時(shí)導(dǎo)致的錯(cuò)、漏、碰、缺，真正實(shí)現(xiàn)所有圖紙信息元的單一性，實(shí)現(xiàn)一處修改其他自動(dòng)修改，提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。 同時(shí)，協(xié)同設(shè)計(jì)也對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的規(guī)范化管理起到重要作用，包括進(jìn)度管理、設(shè)計(jì)文件統(tǒng)一管理、人員負(fù)荷管理、審批流程管理、自動(dòng)批量打印、分類(lèi)歸檔等。

按參與各方工作時(shí)是否分散于不同地點(diǎn)可以分為分布式協(xié)同設(shè)計(jì)與集中式協(xié)同設(shè)計(jì)。分布式同步協(xié)同設(shè)計(jì)是一種近年來(lái)新興的設(shè)計(jì)方式。該設(shè)計(jì)方式允許分布在不同地點(diǎn)的設(shè)計(jì)人員和其他相關(guān)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，利用各種不同的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)共同設(shè)計(jì)一個(gè)工程項(xiàng)目[3]。

以往的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)是建筑專(zhuān)業(yè)完成建筑設(shè)計(jì)后，接著開(kāi)始結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、設(shè)備專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)的線(xiàn)性模式，基本上是不可逆轉(zhuǎn)的，否則會(huì)造成巨大的工作量。各專(zhuān)業(yè)之間的封閉信息的操作，不利于將各個(gè)專(zhuān)業(yè)的信息進(jìn)行共享。并且所有設(shè)計(jì)是用二維圖紙表達(dá)，不同專(zhuān)業(yè)之間障礙，必然會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)上的沖突，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管線(xiàn)布置交叉密集的地方，碰撞問(wèn)題是在施工的階段才得以解決，影響工程進(jìn)度。然而目前我國(guó)絕大多數(shù)的建筑設(shè)計(jì)院仍然延續(xù)著這種傳統(tǒng)的工作模式。

1.2 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM(Boilding Information Modeling),是指建筑信息模型,它是利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的過(guò)程。BIM協(xié)同設(shè)計(jì)是一種新興的建筑設(shè)計(jì)方式，他可以使分布在不同地理位置的不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工程師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同展開(kāi)工作(圖1)。

圖1 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)通過(guò)向業(yè)主提供設(shè)計(jì)說(shuō)明、材料表、平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖等設(shè)計(jì)圖紙方式傳遞和提交設(shè)計(jì)成果。傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)方式最常見(jiàn)的錯(cuò)誤就是信息在各種復(fù)雜的平面、立面、剖面圖之間傳遞差錯(cuò)，至于機(jī)電管線(xiàn)碰撞、錯(cuò)位問(wèn)題更是無(wú)法避免。而對(duì)于關(guān)系復(fù)雜建筑造型和空間，體量巨大的設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，以上問(wèn)題更為突出[4]。與傳統(tǒng)二維CAD協(xié)同設(shè)計(jì)相比，BIM協(xié)同設(shè)計(jì)除了進(jìn)行模型空間尺寸等物理特性的表達(dá)之外，還可以自動(dòng)生成材料明細(xì)表，進(jìn)行綠色節(jié)能分析、碰撞檢查、深化設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)管理等。BIM模型與所生成的二維圖紙之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)模型及圖紙之間“一處修改、處處更新”。BIM模型是參數(shù)化的，模型中包含各種信息。BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)二維CAD協(xié)同設(shè)計(jì)的區(qū)別見(jiàn)表1。

表1 三維BIM協(xié)同設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)二維CAD協(xié)同設(shè)計(jì)比較

BIM給不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)商乃至最終用戶(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的人員提供“模擬和分析”的平臺(tái)，幫助他們利用信息模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理[5]。在BIM協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的各專(zhuān)業(yè)在同一個(gè)建筑模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行即時(shí)交流，同時(shí)承包方和施工方能夠參與在模型設(shè)計(jì)階段，從而有效避免因缺少溝通所造成的設(shè)計(jì)變更等，提升項(xiàng)目生產(chǎn)效率、提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本。

2 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

2.1 定義BIM目標(biāo)和應(yīng)用

BIM目標(biāo)是項(xiàng)目實(shí)施BIM的核心。BIM目標(biāo)一般分為項(xiàng)目型 BIM目標(biāo)和企業(yè)級(jí)BIM目標(biāo)，項(xiàng)目型 BIM目標(biāo)是完成特定合同或協(xié)議的BIM要求，主要偏向于技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和突破，而企業(yè)級(jí)BIM目標(biāo)是依托BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃，關(guān)注于企業(yè)整體的資源整合、流程再造和價(jià)值提升。

BIM應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)BIM目標(biāo)的方法，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段常用BIM應(yīng)用方法有:設(shè)計(jì)方案論證、設(shè)計(jì)建模、能量分析和協(xié)調(diào)等。

2.2 定義BIM設(shè)計(jì)流程

BIM設(shè)計(jì)流程一般分為總體流程和詳細(xì)流程，總體流程包括所有的BIM應(yīng)用，詳細(xì)流程是對(duì)每個(gè)BIM應(yīng)用的詳細(xì)流程圖?？傮w設(shè)計(jì)流程一般分為概念設(shè)計(jì)流程、初步設(shè)計(jì)流程、施工圖設(shè)計(jì)流程、綜合協(xié)調(diào)及審查存檔幾個(gè)階段，然后再對(duì)每個(gè)階段流程制定BIM詳細(xì)流程圖。施工圖設(shè)計(jì)階段詳細(xì)流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 施工圖設(shè)計(jì)詳細(xì)流程

2.2.1 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段

協(xié)同設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段是協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，首先需要確定BIM設(shè)計(jì)實(shí)施的支撐條件和信息交換平臺(tái)。先是根據(jù)項(xiàng)目信息及項(xiàng)目合同等項(xiàng)目參考信息組織人員，確定BIM設(shè)計(jì)模型拆分原則、模型詳細(xì)程度、模型質(zhì)量控制程序和BIM設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)，然后確定完成所需BIM應(yīng)用的軟硬件，最后創(chuàng)建項(xiàng)目樣板、共享坐標(biāo)和共享文件夾等。

專(zhuān)業(yè)間的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)可以采用信息化平臺(tái)或共享文件夾的方式實(shí)現(xiàn)。信息交換是協(xié)同設(shè)計(jì)的核心，因此所有設(shè)計(jì)資料必須定時(shí)保存到共享文件夾或更新到信息平臺(tái)，以便其他專(zhuān)業(yè)的人員根據(jù)自己需要調(diào)取最新模型信息。例如Autodesk Revit軟件 ，軟件之間信息交互傳遞格式為VRT。模型根據(jù)專(zhuān)業(yè)劃分為建筑專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)和設(shè)備(包括給排水、電氣、暖通空調(diào)等)專(zhuān)業(yè)，各個(gè)專(zhuān)業(yè)根據(jù)構(gòu)件類(lèi)別分為多個(gè)工作集，使用工作集作為信息交換平臺(tái)。

2.2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程

協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程包括視覺(jué)協(xié)同和綜合協(xié)調(diào)兩部分，前者是在設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)師在其他專(zhuān)業(yè)模型基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，后者是在設(shè)計(jì)后期不同專(zhuān)業(yè)間的碰撞。專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)流程是：概念設(shè)計(jì)階段，建筑專(zhuān)業(yè)預(yù)先設(shè)計(jì)模型，驗(yàn)證審批后提供給結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)和設(shè)備專(zhuān)業(yè)人員；初步設(shè)計(jì)階段所有專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)模型，此時(shí)模型信息沒(méi)有進(jìn)行驗(yàn)證及審批，不能作為參考信息，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)和設(shè)備專(zhuān)業(yè)人員基于概念設(shè)計(jì)階段建筑設(shè)計(jì)模型進(jìn)行視覺(jué)協(xié)同設(shè)計(jì)，定時(shí)對(duì)所有專(zhuān)業(yè)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，各專(zhuān)業(yè)模型驗(yàn)證后可以生成二維圖紙；施工圖設(shè)計(jì)階段，結(jié)合二維圖紙制圖規(guī)范，對(duì)模型生成的二維圖紙進(jìn)行細(xì)節(jié)修改和深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)詳圖設(shè)計(jì)。

采用REVIT軟件工作集方法建立的共享中心文件作為信息化平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，并通過(guò)借用圖元方式所有專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)同一構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備專(zhuān)業(yè)在同一模型中設(shè)計(jì)。通過(guò)RVT格式將設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入Naviswroks中對(duì)全專(zhuān)業(yè)進(jìn)行綜合檢查，便可以快速地檢查出管路之間的碰撞，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通后，管路碰撞應(yīng)本著小管讓大管，無(wú)壓讓有壓的原則進(jìn)行調(diào)整。在各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)模型的樓層平面視圖中按照二維出圖標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整標(biāo)注、字體、線(xiàn)型樣式和比例等，然后導(dǎo)出 DWG格式圖紙，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的地方修改后，審查驗(yàn)證存檔。

3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

目前我國(guó)絕大多數(shù)的建筑設(shè)計(jì)院仍然延續(xù)著傳統(tǒng)的建筑專(zhuān)業(yè)完成建筑設(shè)計(jì)后，接著開(kāi)始結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、設(shè)備專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)的線(xiàn)性工作模式。目前BIM協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題有：

一是市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展不協(xié)調(diào)[6]。BIM技術(shù)的發(fā)展不僅會(huì)帶來(lái)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)而且會(huì)影響設(shè)計(jì)工作流程，因而B(niǎo)IM的應(yīng)用在短時(shí)間內(nèi)會(huì)影響到企業(yè)及個(gè)人的利益分配，強(qiáng)制在企業(yè)內(nèi)部推廣存在較大的利益問(wèn)題。另外目前設(shè)計(jì)交付的成果為二維圖紙，BIM技術(shù)在二維出圖方面存在細(xì)節(jié)表達(dá)不到位、表述不規(guī)范等現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)圖紙的交付及存檔造成困難。

二是軟件體系不完善。現(xiàn)階段BIM軟件存在一些弱點(diǎn)：本地化不夠徹底，工種配合不夠完善，細(xì)節(jié)不到位，特別是缺乏本土第三方軟件的支持。為提高設(shè)計(jì)效率，基于BIM技術(shù)的本土第三方工具軟件的開(kāi)發(fā)會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮及其重要的作用。

三是應(yīng)用要求高、培訓(xùn)難度較大、技術(shù)支持不到位。相對(duì)二維設(shè)計(jì)而言，對(duì)于部分設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)熟練掌握BIM 技術(shù)難度比較大。對(duì)于復(fù)雜建筑模型而言，模型創(chuàng)建甚至要求建筑師具備良好的數(shù)學(xué)功底及一定的編程能力，或有相關(guān)CAD 程序工程師的配合，這無(wú)形中也提高了應(yīng)用難度。盡管主流BIM 軟件一再?gòu)?qiáng)調(diào)其易學(xué)易用性，但是實(shí)際上BIM軟件培訓(xùn)難度較大。而且BIM軟件服務(wù)商不可能對(duì)客戶(hù)提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。

四是BIM技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)仍處于探索階段，國(guó)家和地方關(guān)于BIM規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)仍在調(diào)研研究及正在制定之中，目前沒(méi)有完善的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

五是交付深度及存檔。不同階段不同用途的BIM設(shè)計(jì)深度標(biāo)準(zhǔn)不同，總體及階段設(shè)計(jì)深度較二維設(shè)計(jì)有較大的提高，協(xié)同設(shè)計(jì)模式較二維設(shè)計(jì)有較大的改變。同時(shí)缺少BIM技術(shù)文檔儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)，而且現(xiàn)有建設(shè)檔案館數(shù)據(jù)庫(kù)條件不足以支撐BIM存檔的要求。

4 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)展望

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展為BIM技術(shù)的發(fā)展提供了良好的硬件及軟件條件，使得協(xié)同設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、信息集成和共享成為現(xiàn)實(shí)。目前，在我國(guó)基于BIM技術(shù)的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的探索仍然很少，對(duì)于業(yè)內(nèi)人士而言，或多或少對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的理念有所了解，但目前很多設(shè)計(jì)公司對(duì)此仍持觀(guān)望和懷疑的態(tài)度，各方面的市場(chǎng)機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范及BIM技術(shù)本身的原因限制著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展。但是隨著B(niǎo)IM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和理念得到越來(lái)越多設(shè)計(jì)人員和社會(huì)的認(rèn)識(shí)和認(rèn)可，作為一種國(guó)際化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，BIM技術(shù)必將迎來(lái)一個(gè)更加燦爛的明天。

[1] Lee H, Kim J, Banerjee A. Collaborative Intelligent CAD Framework Incorporating Design History Tracking Algorithm[J]. Computer-Aided Design, 2010, 42(12): 1125-1142.

[2] 張德海,韓進(jìn)宇,趙海南,等.BIM環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)高效的建筑協(xié)同設(shè)計(jì)[J].土木建筑工程信息技術(shù),2013(12)

[3] Bardsiri A K，Hashemi S M．A Review of Workflow Scheduling in Cloud-Computing Environment [J]. International Journal of Computer Science and Management Research，2012，1(3)：348-351．

[4] 張勇. 第二次建筑設(shè)計(jì)革命——BIM技術(shù)[J]. 建筑設(shè)計(jì)管理,2012(5).

[5] 歐特克軟件(中國(guó))有限公司.BIM技術(shù)給力建筑業(yè)推動(dòng)行業(yè)大變革[J].網(wǎng)絡(luò)與信息, 2011(5).

[6] 陳宇軍,劉玉龍. BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及未來(lái)[J]. 中國(guó)建設(shè)信息,2010(4).

譚建(1988～)，男，本科，從事建筑技術(shù)研究工作。

TU201.4

A

[定稿日期]2015-07-02