BIM正向設(shè)計與應(yīng)用實(shí)踐

文/深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司 趙 楊

1 BIM正向設(shè)計

BIM正向設(shè)計是項(xiàng)目從方案設(shè)計開始到項(xiàng)目施工完成交付使用，全過程基于BIM模型進(jìn)行設(shè)計、施工、管理、運(yùn)營。項(xiàng)目設(shè)計方創(chuàng)建BIM模型，基于模型進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化、管線碰撞、性能分析、三維協(xié)同等工作，最后基于協(xié)調(diào)模型剖切視圖進(jìn)行標(biāo)注深化出圖；施工方在設(shè)計模型基礎(chǔ)上進(jìn)行施工方案深化設(shè)計、施工模擬、進(jìn)度管理等；甲方基于模型進(jìn)行項(xiàng)目管理和運(yùn)營。各參與單位依據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計交互、信息共享，項(xiàng)目工作流程、工作方式、交付成果均發(fā)生改變，使項(xiàng)目從設(shè)計階段開始到施工、運(yùn)營，全面提升項(xiàng)目質(zhì)量和項(xiàng)目管理水平。

1.1 BIM設(shè)計資源

1.1.1 技術(shù)人力資源

現(xiàn)階段國內(nèi)BIM人才主要分3種：①懂BIM不會設(shè)計；②懂BIM會設(shè)計；③懂BIM會設(shè)計能管理。第1種人才現(xiàn)在培養(yǎng)較容易，畢業(yè)生只要有機(jī)會很快就能掌握BIM技術(shù)，接受度很高；第2種人才相對較少，需要有機(jī)會參與正向設(shè)計并有持續(xù)的BIM項(xiàng)目延續(xù)；第3種更是鳳毛麟角，既需要滿足前面條件還要對BIM進(jìn)行研究和總結(jié)，又需要積累一定工作經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)。針對設(shè)計院來說，培養(yǎng)BIM設(shè)計師的成本遠(yuǎn)高于培養(yǎng)傳統(tǒng)設(shè)計師成本，加上設(shè)計院人員流動性較大，要組建一個穩(wěn)定的BIM設(shè)計團(tuán)隊(duì)，對技術(shù)人力資源的需求就更大。

1.1.2 項(xiàng)目設(shè)計周期

國內(nèi)項(xiàng)目設(shè)計周期一般是倒推出來的，導(dǎo)致留給設(shè)計階段時間非常短，BIM設(shè)計周期需要一個合理的時間，不能極限壓縮，原因主要包括：①項(xiàng)目設(shè)計團(tuán)隊(duì)對BIM流程不夠熟悉，對軟件操作熟練度不夠，導(dǎo)致工作效率不高；②部分專業(yè)增加一定工作量；③軟件系統(tǒng)有一定限制，針對國內(nèi)本地化做的不夠好，BIM國產(chǎn)軟件相對較少；④相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)不健全，同時BIM設(shè)計暴露出很多二維設(shè)計難以發(fā)現(xiàn)的問題，之前設(shè)計未解決留給施工方優(yōu)化的工作只能在設(shè)計階段解決。

1.1.3 軟硬件配置

軟硬件是BIM工作中非常重要的部分，項(xiàng)目采用BIM軟件需統(tǒng)一策劃。軟件不僅用于建模，其對不同的參與方有不同的用途，對建筑師可能是設(shè)計建模和出圖；對施工單位可能是深化設(shè)計和協(xié)調(diào)模型。項(xiàng)目一般會設(shè)置多軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，包括建模軟件、整合平臺、輕量化瀏覽、項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)分析等（常用軟件包括：Revit、Bentley、ArchiCAD、Digital Project、Tekla、Navisworks、Enscape、Fuzor、Twinmotion等）。硬件是支持軟件和運(yùn)行模型的基礎(chǔ)，從桌面端服務(wù)器到云端服務(wù)器，高配置的計算機(jī)會提升工作效率，主要包括常規(guī)的設(shè)計團(tuán)隊(duì)配置及1臺高性能的工作站進(jìn)行項(xiàng)目的全專業(yè)合模檢查，1臺移動工作站進(jìn)行BIM演示匯報。

1.1.4 設(shè)計管理升級

BIM不僅僅是一個模型或一類軟件，而是一種會給建造過程帶來改變的更有效、更先進(jìn)的管理方法，BIM是數(shù)據(jù)集中的管理模式，其在設(shè)計方式、項(xiàng)目組織、人員分配、專業(yè)交互等方面改變了原有工作模式，需要一套新的工作流程和管理模式開展設(shè)計，才能更好地完成BIM相關(guān)工作。

1.2 BIM設(shè)計變革

1.2.1 設(shè)計方式改變

1）CAD設(shè)計 以線和文字為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)二維表達(dá)。圖形與文字相互獨(dú)立，易造成圖紙對不上等問題。

2）BIM設(shè)計 以模型和信息為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)三維空間，模型、信息、圖形高度統(tǒng)一。平面圖、剖面圖、立面圖、詳圖實(shí)際為一個模型不同的剖切視圖，圖形之間相互關(guān)聯(lián)，解決了專業(yè)內(nèi)與專業(yè)間信息不統(tǒng)一、圖紙對不上的問題。

1.2.2 任務(wù)分配改變

1）CAD設(shè)計 按圖紙分配任務(wù)，設(shè)計順序?yàn)橄绕矫嬖倭⒚?、剖面最后詳圖設(shè)計。平面圖、立面圖、剖面圖、放大圖對應(yīng)不同設(shè)計師。

2）BIM設(shè)計 按照項(xiàng)目實(shí)際工程拆分任務(wù)，不同設(shè)計師對應(yīng)的可能是核心筒、套型、標(biāo)準(zhǔn)層、外幕墻、構(gòu)件族等，設(shè)計過程不僅要考慮平面而且要兼顧立面、剖面和詳圖，建模設(shè)計過程需兼顧全面。

1.2.3 協(xié)同設(shè)計升級

1）CAD設(shè)計 參照底圖模式，規(guī)定時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提資。修改設(shè)計對各專業(yè)一般是按照一個時間周期反饋；對其他人或其他專業(yè)的影響及對于問題的處理和反饋相對滯后。

2）BIM設(shè)計 為專業(yè)內(nèi)中心文件+專業(yè)間鏈接中心模型的三維協(xié)同模式，專業(yè)內(nèi)設(shè)置中心文件協(xié)同，按工作集劃分工作內(nèi)容，一個模型一張圖可多人同時協(xié)同完成；專業(yè)間鏈接中心模型進(jìn)行設(shè)計，修改提資只需點(diǎn)擊同步與更新，修改信息會實(shí)時反饋到各專業(yè)，對其他人或其他專業(yè)的影響會實(shí)時呈現(xiàn)。

1.2.4 項(xiàng)目模擬分析

1）CAD設(shè)計 需根據(jù)圖紙重新創(chuàng)建模型，每次更新圖紙需對應(yīng)更改模型，設(shè)計、分析和建模的人可以是不同的人，可能導(dǎo)致模型不夠準(zhǔn)確，反饋結(jié)果相對滯后。

2）BIM設(shè)計 利用設(shè)計模型，通過轉(zhuǎn)換模型格式導(dǎo)入計算模擬軟件，設(shè)計師能獨(dú)立完成模擬、分析、計算，對成果把控更好，對設(shè)計推進(jìn)更有利。東莞民盈國貿(mào)中心項(xiàng)目方案階段熱輻射、風(fēng)環(huán)境及室內(nèi)風(fēng)環(huán)境分析如圖1所示。

1.2.5 項(xiàng)目信息整合

1）CAD設(shè)計 項(xiàng)目數(shù)據(jù)是離散的圖形，攜帶數(shù)據(jù)有限，只能通過線型、圖層及說明表達(dá)，無法對項(xiàng)目進(jìn)行整合，也很難通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，項(xiàng)目管理相對分散。

2）BIM設(shè)計 數(shù)據(jù)集中管理，模型需輸入項(xiàng)目信息，如門的具體尺寸、防火等級、生產(chǎn)廠家、材質(zhì)等參數(shù)，能對項(xiàng)目信息進(jìn)行整合，可通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)篩分，可實(shí)現(xiàn)不同參與方對項(xiàng)目的不同需求。

1.2.6 設(shè)計任務(wù)前置

1）CAD設(shè)計 各階段工作深度已比較明確，如擴(kuò)初機(jī)電一般為單線表達(dá)，在項(xiàng)目完成90%后才進(jìn)行管線綜合設(shè)計。

2）BIM設(shè)計 各專業(yè)設(shè)計工作均前置，擴(kuò)初深度要求結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線均需按尺寸建模，在項(xiàng)目周期內(nèi)會有3次管線綜合，分別在項(xiàng)目周期的50%，70%，90%階段。BIM相關(guān)技術(shù)要求和資源均需在項(xiàng)目正式開始前部署完成，初步設(shè)計階段前置施工圖工作量占10%～20%。

2 BIM正向設(shè)計應(yīng)用實(shí)踐

2.1 設(shè)計準(zhǔn)備階段

2.1.1 編制項(xiàng)目策劃書

BIM策劃是具有建設(shè)性、邏輯性思維的過程，此過程的目的是提前規(guī)范所有可能影響項(xiàng)目進(jìn)度和成果的因素，對項(xiàng)目實(shí)施起到指導(dǎo)和控制作用，以保證項(xiàng)目最終完成。項(xiàng)目策劃書會隨項(xiàng)目情況不斷更新，確保策劃的可實(shí)施性。BIM策劃至少包含以下內(nèi)容：①BIM實(shí)施策略；②軟件標(biāo)準(zhǔn)及軟件平臺；③項(xiàng)目人員安排及分工；④模型拆分及權(quán)限設(shè)定；⑤項(xiàng)目基準(zhǔn)點(diǎn)及數(shù)據(jù)交換；⑥校審、會審流程及日期；⑦成果交付標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 BIM設(shè)計環(huán)境準(zhǔn)備

基于Revit的設(shè)計環(huán)境主要包括項(xiàng)目基準(zhǔn)、模型標(biāo)準(zhǔn)、注釋標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目基準(zhǔn)包括項(xiàng)目標(biāo)高、軸網(wǎng)、立面、視圖范圍設(shè)定；模型標(biāo)準(zhǔn)包括墻體、柱、樓板、屋頂、管線等模型構(gòu)件的設(shè)定；注釋標(biāo)準(zhǔn)包括尺寸標(biāo)注、文字標(biāo)注、門窗標(biāo)記、填充、注釋線等設(shè)定，還包括協(xié)同網(wǎng)絡(luò)搭建、權(quán)限劃分等。

四季如春的廈門，島、礁、巖、寺、花、木相互映襯，僑鄉(xiāng)風(fēng)情、閩臺習(xí)俗、海濱美食、異國建筑融為一體，390平方公里的海域面積和226公里的海岸線更為其錦上添花。由于生態(tài)環(huán)境良好，廈門棲息著成千上萬的白鷺，形成獨(dú)特的自然景觀。如此豐富的資源，在旅游開發(fā)上是大可作為的。

2.1.3 模型文件組織

項(xiàng)目類型不同其模型組織方式也不同，對于住宅項(xiàng)目按每個套型單獨(dú)拆分為1個子模型，對套型進(jìn)行建模和詳細(xì)設(shè)計，包括平面圖、放大詳圖、套型立面、降板、留洞設(shè)計等，套型設(shè)計工作均在套型子模型中完成，對應(yīng)樓棟進(jìn)行拼裝出圖（見圖2）。對于公建項(xiàng)目一般按照地下、裙樓、塔樓進(jìn)行拆分，每個分區(qū)對應(yīng)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、幕墻等子項(xiàng)建模設(shè)計，最后進(jìn)行合模優(yōu)化和出圖。

2.1.4 BIM出圖策劃

根據(jù)項(xiàng)目要求，提前對項(xiàng)目BIM出圖范圍進(jìn)行策劃，BIM模型出圖分為2種：①完全在BIM環(huán)境中對視圖進(jìn)行深化設(shè)計歸檔（優(yōu)先選擇）；②將視圖導(dǎo)入CAD環(huán)境中進(jìn)行二維加工完成圖紙深化設(shè)計，需注意后續(xù)所有修改應(yīng)保證CAD圖紙與模型一致。另外受軟件限制，項(xiàng)目部分圖紙現(xiàn)階段還需CAD進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計（如機(jī)電系統(tǒng)圖等）。

2.2 建模設(shè)計階段

2.2.1 BIM模型創(chuàng)建

方案階段進(jìn)行BIM建模設(shè)計，利用BIM可視化特性，向甲方進(jìn)行場地、空間、建筑外形、立面效果的展示，利用BIM性能分析的優(yōu)勢對項(xiàng)目進(jìn)行聲光熱、能耗等數(shù)據(jù)分析以優(yōu)化項(xiàng)目方案。

擴(kuò)初施工圖正式開展BIM設(shè)計一般會有2種情況:①方案階段已采用BIM進(jìn)行設(shè)計，可沿用模型進(jìn)行深化；②方案未采用BIM設(shè)計或采用BIM設(shè)計但標(biāo)準(zhǔn)相差較大需重新建模。無論哪種模式，施工圖設(shè)計初始均需對整個項(xiàng)目模型按照施工圖策劃重新拆分和組織，并按施工圖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型建立與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

圖1 東莞民盈國貿(mào)中心項(xiàng)目模擬分析

圖2 住宅標(biāo)準(zhǔn)套型模型組織

進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)擴(kuò)初設(shè)計需首先提出初始BIM模型和提資視圖，滿足第1次提資交互要求，對機(jī)電進(jìn)行建模設(shè)計。全專業(yè)完成初始模型后進(jìn)行第1次合模檢查，接下來全專業(yè)設(shè)計工作均基于BIM模型進(jìn)行交互，完成項(xiàng)目設(shè)計階段工作，最后提交完整的BIM模型和圖紙文件。深圳國際會展中心項(xiàng)目初始版BIM模型如圖3所示。

2.2.2 參數(shù)化設(shè)計

BIM參數(shù)化設(shè)計分2種：①通過參數(shù)控制項(xiàng)目整體或局部形態(tài)，具體可通過Revit的插件Dynamo、Revit或自適應(yīng)構(gòu)件或Catia平臺的DP實(shí)現(xiàn)，對于Rhino+Grasshopper進(jìn)行的參數(shù)建模實(shí)際是一個幾何模型，并不帶有建筑信息；②參數(shù)化控制構(gòu)件（如門窗、墻、柱、樓板、樓梯等），通過將建筑構(gòu)件和設(shè)備的各種真實(shí)屬性采用參數(shù)的形式進(jìn)行模擬，通過參數(shù)調(diào)整，驅(qū)動構(gòu)件形體發(fā)生改變及性能模擬比較（見圖5）。

圖3 深圳國際會展中心項(xiàng)目初始版BIM模型

圖4 奧宸騰沖酒店BIM模型創(chuàng)建

圖5 Revit自適應(yīng)參數(shù)化BIM模型

2.2.3 BIM協(xié)同設(shè)計

BIM三維協(xié)同設(shè)計是各專業(yè)在同一個模型空間進(jìn)行3D協(xié)調(diào)設(shè)計，項(xiàng)目信息高度集成，數(shù)據(jù)交互一致。專業(yè)內(nèi)按照中心文件設(shè)置模型，劃分工作集可實(shí)現(xiàn)多人同時完成同一個模型設(shè)計。專業(yè)間采用鏈接服務(wù)器中心文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性。其優(yōu)勢是一處修改，處處更新，所有數(shù)據(jù)源頭模型唯一，大量減少專業(yè)內(nèi)及專業(yè)間對圖的時間，也避免因?qū)I(yè)間不一致而造成的變更，更有利于項(xiàng)目數(shù)據(jù)的管理。

2.2.4 可視化設(shè)計

可視化設(shè)計是BIM技術(shù)帶來的全新設(shè)計方式，平面設(shè)計和三維空間相互關(guān)聯(lián)，模型和圖紙結(jié)合在一起。BIM更注重建筑構(gòu)件之間的三維關(guān)系。基于BIM模型成果的效果圖、虛擬漫游、仿真模擬等多種項(xiàng)目展示手段,可讓各方對項(xiàng)目本身有深度直觀的了解（見圖6，7）。

2.3 BIM應(yīng)用成果

2.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用BIM進(jìn)行項(xiàng)目管理的關(guān)鍵點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)共享，采用BIM進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢在于模型、信息、表格是關(guān)聯(lián)的，設(shè)計過程就是布置各類構(gòu)件族的過程。各類構(gòu)件布置完成、信息錄入準(zhǔn)確，相當(dāng)于各類數(shù)據(jù)表格已完成，項(xiàng)目需要的指標(biāo)可通過明細(xì)表功能將所需信息提取出來，也可通過其他軟件進(jìn)行分類提取，根據(jù)模型進(jìn)行的工程量計算、設(shè)計調(diào)整、數(shù)據(jù)結(jié)果均無需手動計算會自動更新，深圳回龍埔安居型商品房項(xiàng)目裝配式預(yù)制數(shù)據(jù)計算如圖8所示。

2.3.2 碰撞檢查

碰撞檢查是BIM應(yīng)用現(xiàn)階段價值點(diǎn)之一，如何進(jìn)行有效、有價值的檢查是關(guān)鍵點(diǎn)，同時對于問題的跟蹤記錄也必不可少。Navisworks是一款整合項(xiàng)目BIM模型進(jìn)行檢查和問題記錄的平臺，其基本可整合現(xiàn)階段所有通用的數(shù)據(jù)格式文件。通過Navisworks對各專業(yè)模型進(jìn)行全面檢查和驗(yàn)證，專業(yè)間的沖突、高度方向的碰撞是考量重點(diǎn)。同時對問題通過保存視點(diǎn)的方式進(jìn)行記錄；在下一版模型進(jìn)行對比，對問題跟蹤驗(yàn)證（見圖9）。

圖6 屋頂設(shè)計漫游

圖7 室內(nèi)設(shè)計漫游

圖8 深圳回龍埔安居型商品房項(xiàng)目裝配式預(yù)制數(shù)據(jù)計算

圖9 全專業(yè)BIM模型合模檢查

2.3.3 管線綜合

BIM現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的是管綜綜合，通過整合建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備BIM模型，結(jié)合凈高分析結(jié)果對重點(diǎn)部位及不滿足設(shè)計要求部位進(jìn)行管線路由優(yōu)化設(shè)計，梳理管線走向排布，按照不同專業(yè)的功能要求和施工安裝要求統(tǒng)籌協(xié)調(diào)管線和設(shè)備，完成定位和走向排布，最終完成管線綜合圖紙和協(xié)調(diào)模型。BIM正向設(shè)計會分階段進(jìn)行模型綜合和管綜優(yōu)化，一般會在項(xiàng)目周期的50%，70%，90%階段和最終完成100%，每個階段對應(yīng)要審查和關(guān)注的問題點(diǎn)有所區(qū)別，例如第1版注重根據(jù)合模結(jié)果優(yōu)化機(jī)房位置和路由。國家食品安全中心地下室管綜模型如圖10所示。

2.3.4 圖模一致

BIM正向設(shè)計二維圖紙來源于模型，設(shè)計師基于模型進(jìn)行項(xiàng)目性能分析、合模檢查、管線綜合等設(shè)計協(xié)調(diào)工作，完成后通過剖切模型生成平面視圖，對二維平面視圖進(jìn)行標(biāo)注并完成施工圖設(shè)計出圖，保證模型-圖紙的一致性、準(zhǔn)確性（見圖11）。不論是否為正向設(shè)計出圖，只有實(shí)現(xiàn)圖模一致，后續(xù)BIM才能發(fā)揮更大價值，模型準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)先于圖紙表達(dá)的準(zhǔn)確性，基于模型的BIM應(yīng)用成果才能準(zhǔn)確有效。

2.3.5 輕量化成果

BIM模型分設(shè)計模型和瀏覽模型，設(shè)計模型對計算機(jī)配置要求較高，需專業(yè)軟件查看。瀏覽模型是設(shè)計模型轉(zhuǎn)換為輕量化模型，供參與方共享（見圖12，13）。各參與人員無需安裝專業(yè)軟件即可在網(wǎng)頁端、移動端、PC端隨時查看模型，并進(jìn)行審核和意見批注，可提高業(yè)主及設(shè)計相關(guān)方的溝通效率，為設(shè)計提供良好的決策條件。

圖10 國家食品安全中心地下室管綜模型

圖11 深圳北里莫斯科大學(xué)BIM模型和建筑出圖

圖12 國家食品安全中心項(xiàng)目輕量化BIM模型

圖13 大中華白酒交易中心項(xiàng)目輕量化BIM模型

3 結(jié)語

在不斷更新的技術(shù)條件下，不論是企業(yè)還是個人均需制定短期、中期、長期的BIM規(guī)劃，規(guī)劃既要符合行業(yè)發(fā)展方向又要符合國家戰(zhàn)略。對于企業(yè)初期明確方向和設(shè)定目標(biāo)非常重要，同時要做好長期投入準(zhǔn)備，不僅是軟硬件還包括人才培養(yǎng)、BIM研發(fā)等方面，這會是持久的改變過程。對于BIM帶來的改變要積極適應(yīng)，優(yōu)化企業(yè)相關(guān)工作流程、改變激勵制度、改革分配機(jī)制。同時要對可預(yù)見的風(fēng)險做好應(yīng)對措施，包括相關(guān)法律法規(guī)、合約合同簽訂、成果交付標(biāo)準(zhǔn)等。相信BIM正向設(shè)計的普及只是時間問題，BIM最終會實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的信息化和數(shù)字化精益管理。