淺析建筑工程BIM協同設計

金曉玲, 譚 建

(中國建筑科學研究院西南分院， 四川成都 610041)

淺析建筑工程BIM協同設計

金曉玲, 譚 建

(中國建筑科學研究院西南分院， 四川成都 610041)

隨著建筑產業的不斷升級，建筑信息化已經悄然出現，目前已經逐漸匯集成了一股潮流，席卷全球，BIM技術的應用已經成為建筑行業的一個熱點。目前，在我國基于BIM技術的多專業協同設計的探索仍然很少，對于業內人士而言，或多或少對BIM技術的優勢和多專業協同設計的理念有所了解，但目前很多設計公司對此仍持觀望和懷疑的態度，各方面的市場機制、標準及規范及BIM技術本身的原因限制著BIM技術的發展。但是隨著BIM技術的優勢和理念得到越來越多設計人員和社會的認識和認可，作為一種國際化的設計趨勢，BIM技術必將迎來一個更加燦爛的明天。

建筑工程; 協同設計; BIM

隨著科學技術發展和社會分工細化，在現代建筑工程設計領域，常常涉及到不同的專業，如建筑設計、結構設計、設備設計(包括電氣、給排水、暖通)等，這些專業設計分別由建筑工程師、結構工程師、機電工程師完成，同一專業內部和不同專業間的復雜關聯由此產生。當這些不同專業的設計圖紙在施工現場匯總時，經常會出現不同專業之間的設計沖突問題，這些問題會導致進度拖延、成本超支及事故頻發等。同時，這些問題也是全世界建筑業生產效率比較低下的一個重要原因。普遍認為，協同設計是一種能有效提高設計者之間交流和協作以避免設計沖突的方法。協同設計是指各專業設計工程師內部以及相互之間在同一平臺上進行設計協同作業。協同設計的目的主要是解決由于各個專業設計人員單獨設計所帶來的如設計沖突等問題[1]。隨著建筑產業的不斷升級，建筑信息化已經悄然出現，目前已經逐漸匯集成了一股潮流，席卷全球，BIM技術的應用已經成為建筑行業的一個熱點[2]。

1 BIM協同設計

1.1 協同設計的概念

協同設計是項目成員在同一個環境下用同一套標準來完成同一個設計項目，設計過程中，各專業并行設計，溝通準確及時，因此協同設計很大程度上是指基于網絡的一種設計溝通手段，以及設計流程的組織管理形式。協同設計是當下設計行業技術更新的一個重要方向，也是設計技術發展的必然趨勢，目前主要有兩個技術分支，一是主要適合于大型公建，復雜結構的三維BIM協同，二是主要適合普通建筑及住宅的二維CAD協同。通過協同設計建立統一的設計標準，包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，在此基礎上，所有設計專業及人員在一個統一的平臺上進行設計，從而減少現行各專業之間(以及專業內部)由于溝通不暢或溝通不及時導致的錯、漏、碰、缺，真正實現所有圖紙信息元的單一性，實現一處修改其他自動修改，提升設計效率和設計質量。 同時，協同設計也對設計項目的規范化管理起到重要作用，包括進度管理、設計文件統一管理、人員負荷管理、審批流程管理、自動批量打印、分類歸檔等。

按參與各方工作時是否分散于不同地點可以分為分布式協同設計與集中式協同設計。分布式同步協同設計是一種近年來新興的設計方式。該設計方式允許分布在不同地點的設計人員和其他相關人員通過網絡，利用各種不同的計算機輔助設計工具來共同設計一個工程項目[3]。

以往的多專業協同設計是建筑專業完成建筑設計后，接著開始結構專業、設備專業的設計的線性模式，基本上是不可逆轉的，否則會造成巨大的工作量。各專業之間的封閉信息的操作，不利于將各個專業的信息進行共享。并且所有設計是用二維圖紙表達，不同專業之間障礙，必然會出現設計上的沖突，對于結構復雜，管線布置交叉密集的地方，碰撞問題是在施工的階段才得以解決，影響工程進度。然而目前我國絕大多數的建筑設計院仍然延續著這種傳統的工作模式。

1.2 BIM協同設計

BIM(Boilding Information Modeling),是指建筑信息模型,它是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過程。BIM協同設計是一種新興的建筑設計方式，他可以使分布在不同地理位置的不同專業的設計工程師通過網絡協同展開工作(圖1)。

圖1 BIM協同設計

傳統二維CAD設計通過向業主提供設計說明、材料表、平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖等設計圖紙方式傳遞和提交設計成果。傳統二維CAD設計方式最常見的錯誤就是信息在各種復雜的平面、立面、剖面圖之間傳遞差錯，至于機電管線碰撞、錯位問題更是無法避免。而對于關系復雜建筑造型和空間，體量巨大的設計項目來說，以上問題更為突出[4]。與傳統二維CAD協同設計相比，BIM協同設計除了進行模型空間尺寸等物理特性的表達之外，還可以自動生成材料明細表，進行綠色節能分析、碰撞檢查、深化設計以及運營管理等。BIM模型與所生成的二維圖紙之間存在著對應關系，可以實現模型及圖紙之間“一處修改、處處更新”。BIM模型是參數化的，模型中包含各種信息。BIM三維協同設計和傳統二維CAD協同設計的區別見表1。

表1 三維BIM協同設計與傳統二維CAD協同設計比較

BIM給不同的設計專業開發商乃至最終用戶等各個環節的人員提供“模擬和分析”的平臺，幫助他們利用信息模型對項目進行設計、施工、運營管理[5]。在BIM協同設計環境下的各專業在同一個建筑模型中進行設計，可以進行即時交流，同時承包方和施工方能夠參與在模型設計階段，從而有效避免因缺少溝通所造成的設計變更等，提升項目生產效率、提高建筑質量、縮短工期、降低建造成本。

2 BIM協同設計的實現

2.1 定義BIM目標和應用

BIM目標是項目實施BIM的核心。BIM目標一般分為項目型 BIM目標和企業級BIM目標，項目型 BIM目標是完成特定合同或協議的BIM要求，主要偏向于技術的實現和突破，而企業級BIM目標是依托BIM技術實現企業的長期戰略規劃，關注于企業整體的資源整合、流程再造和價值提升。

BIM應用是實現BIM目標的方法，在項目設計階段常用BIM應用方法有:設計方案論證、設計建模、能量分析和協調等。

2.2 定義BIM設計流程

BIM設計流程一般分為總體流程和詳細流程，總體流程包括所有的BIM應用，詳細流程是對每個BIM應用的詳細流程圖。總體設計流程一般分為概念設計流程、初步設計流程、施工圖設計流程、綜合協調及審查存檔幾個階段，然后再對每個階段流程制定BIM詳細流程圖。施工圖設計階段詳細流程圖見圖2。

圖2 施工圖設計詳細流程

2.2.1 BIM協同設計準備階段

協同設計準備階段是協同設計的基礎，首先需要確定BIM設計實施的支撐條件和信息交換平臺。先是根據項目信息及項目合同等項目參考信息組織人員，確定BIM設計模型拆分原則、模型詳細程度、模型質量控制程序和BIM設計交付標準，然后確定完成所需BIM應用的軟硬件，最后創建項目樣板、共享坐標和共享文件夾等。

專業間的BIM協同設計可以采用信息化平臺或共享文件夾的方式實現。信息交換是協同設計的核心，因此所有設計資料必須定時保存到共享文件夾或更新到信息平臺，以便其他專業的人員根據自己需要調取最新模型信息。例如Autodesk Revit軟件 ，軟件之間信息交互傳遞格式為VRT。模型根據專業劃分為建筑專業、結構專業和設備(包括給排水、電氣、暖通空調等)專業，各個專業根據構件類別分為多個工作集，使用工作集作為信息交換平臺。

2.2.2 協同設計過程

協同設計過程包括視覺協同和綜合協調兩部分，前者是在設計初期設計師在其他專業模型基礎上的設計，后者是在設計后期不同專業間的碰撞。專業間的協同設計流程是：概念設計階段，建筑專業預先設計模型，驗證審批后提供給結構專業和設備專業人員；初步設計階段所有專業人員進行設計模型，此時模型信息沒有進行驗證及審批，不能作為參考信息，結構專業和設備專業人員基于概念設計階段建筑設計模型進行視覺協同設計，定時對所有專業進行綜合協調，各專業模型驗證后可以生成二維圖紙；施工圖設計階段，結合二維圖紙制圖規范，對模型生成的二維圖紙進行細節修改和深化設計，并進行節點詳圖設計。

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來實現協同設計，并通過借用圖元方式所有專業設計同一構件，實現建筑、結構和設備專業在同一模型中設計。通過RVT格式將設計模型導入Naviswroks中對全專業進行綜合檢查，便可以快速地檢查出管路之間的碰撞，設計人員進行溝通后，管路碰撞應本著小管讓大管，無壓讓有壓的原則進行調整。在各專業設計模型的樓層平面視圖中按照二維出圖標準調整標注、字體、線型樣式和比例等，然后導出 DWG格式圖紙，對不符合標準的地方修改后，審查驗證存檔。

3 BIM協同設計存在的問題

目前我國絕大多數的建筑設計院仍然延續著傳統的建筑專業完成建筑設計后，接著開始結構專業、設備專業的設計的線性工作模式。目前BIM協同設計發展的主要問題有：

一是市場機制發展不協調[6]。BIM技術的發展不僅會帶來技術風險而且會影響設計工作流程，因而BIM的應用在短時間內會影響到企業及個人的利益分配，強制在企業內部推廣存在較大的利益問題。另外目前設計交付的成果為二維圖紙，BIM技術在二維出圖方面存在細節表達不到位、表述不規范等現象，為設計圖紙的交付及存檔造成困難。

二是軟件體系不完善。現階段BIM軟件存在一些弱點：本地化不夠徹底，工種配合不夠完善，細節不到位，特別是缺乏本土第三方軟件的支持。為提高設計效率，基于BIM技術的本土第三方工具軟件的開發會在實際應用中發揮及其重要的作用。

三是應用要求高、培訓難度較大、技術支持不到位。相對二維設計而言，對于部分設計人員來說熟練掌握BIM 技術難度比較大。對于復雜建筑模型而言，模型創建甚至要求建筑師具備良好的數學功底及一定的編程能力，或有相關CAD 程序工程師的配合，這無形中也提高了應用難度。盡管主流BIM 軟件一再強調其易學易用性，但是實際上BIM軟件培訓難度較大。而且BIM軟件服務商不可能對客戶提供長期的技術支持。

四是BIM技術規范及標準問題。目前國內BIM技術仍處于探索階段，國家和地方關于BIM規范及標準仍在調研研究及正在制定之中，目前沒有完善的BIM技術標準和規范。

五是交付深度及存檔。不同階段不同用途的BIM設計深度標準不同，總體及階段設計深度較二維設計有較大的提高，協同設計模式較二維設計有較大的改變。同時缺少BIM技術文檔儲存的標準，而且現有建設檔案館數據庫條件不足以支撐BIM存檔的要求。

4 BIM協同設計展望

現代計算機技術日新月異的發展為BIM技術的發展提供了良好的硬件及軟件條件，使得協同設計、優化設計、信息集成和共享成為現實。目前，在我國基于BIM技術的多專業協同設計的探索仍然很少，對于業內人士而言，或多或少對BIM技術的優勢和多專業協同設計的理念有所了解，但目前很多設計公司對此仍持觀望和懷疑的態度，各方面的市場機制、標準及規范及BIM技術本身的原因限制著BIM技術的發展。但是隨著BIM技術的優勢和理念得到越來越多設計人員和社會的認識和認可，作為一種國際化的設計趨勢，BIM技術必將迎來一個更加燦爛的明天。

[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,韓進宇,趙海南,等.BIM環境下如何實現高效的建筑協同設計[J].土木建筑工程信息技術,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. 第二次建筑設計革命——BIM技術[J]. 建筑設計管理,2012(5).

[5] 歐特克軟件(中國)有限公司.BIM技術給力建筑業推動行業大變革[J].網絡與信息, 2011(5).

[6] 陳宇軍,劉玉龍. BIM協同設計的現狀及未來[J]. 中國建設信息,2010(4).

譚建(1988～)，男，本科，從事建筑技術研究工作。

TU201.4

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[定稿日期]2015-07-02