基于BIM云平臺的協同設計管理研究

劉維躍+孔震+曾敏+徐海林+王超軍

摘要：針對BIM技術在項目設計階段的應用，運用自主研發的BIM云平臺，建立項目設計階段中BIM技術應用的工作流程。基于協同理論，對平臺的工作原理和項目設計階段各參與方之間的工作關系及工作方式展開了研究，并通過案例證明了BIM云平臺能提高項目建設效率、業主滿意度、項目的可控性。本課題的研究為實現工程項目建設的智慧化、信息化提供決策參考。

Abstract： Aiming at the application of BIM technology in the project design stage， the BIM cloud platform independently developed is used to establish the workflow of BIM technology application in the project design stage. Based on the theory of cooperation， the working principle of the platform and the working relationship and working methods of the participants in the project design stage are studied. The case proves that the BIM cloud platform can improve the project construction efficiency， the owner's satisfaction and the controllability of project. The research of this subject will provide decision-making reference for realizing the wisdom and informationization of project construction.

關鍵詞：BIM云平臺；設計階段；協同設計；工作模式

Key words： BIM cloud platform；design stage；collaborative design；working mode

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0068-04

0 引言

住建部2015年6月印發的《關于推薦建筑信息模型應用的指導意見》中強調了利用BIM技術協同設計，開展多專業間的數據共享和協同工作[1]。隨著“互聯網+”、GIS和BIM技術的興起，“互聯網+BIM”、“BIM+GIS”的運用，使得建設行業正面臨著一場變革。目前國內BIM技術的應用，更多的是利用其三維可視化、碰撞檢測、優化設計等特點，還只是簡單的BIM技術應用，BIM技術的核心價值并沒得到充分利用。針對上述問題，本文基于BIM技術和協同管理理論，從BIM技術協同管理角度，運用BIM云平臺實現多方協同設計和信息集成與共享，并對其進行分析。

1 BIM云平臺的工作原理

BIM云平臺集云計算、BIM、GIS應用為一體，運用協同管理平臺的功能對項目進行建設管理，實現項目5D建設及信息集成。基于云計算技術，BIM云平臺在對項目全過程進行管理的同時可以對多個異地項目進行管理，以下是平臺的基本工作原理。

1.1 利用CMS和項目管理模塊實現協同管理

CMS在項目管理中的應用主要有如下四個作用，一是信息傳輸的作用，日歷安排、即時消息、文件共享等；二是對流程進行協同，對項目工作流管理和業務流程自動化管理；三是對信息進行協同，文檔管理、內容管理、知識管理、搜索、記錄管理；四是對應用進行協同，達到不同應用系統之間的優化整合[2]。根據項目管理工作的要求，項目管理模塊涉及項目生命周期的管理工作任務，包括項目基本信息、設計管理、建設管理（施工、造價管理）、運維管理，以及與企業利益緊密相關的財務管理，針對以上每個模塊下又有不同的項目管理模塊，如設計管理模塊下有前期工作、項目信息、項目策劃、設計成果、進度管理、質量管理、BIM管理、流程管理、設計變更一些子模塊。在CMS提供的協同管理功能基礎上，結合項目管理模塊的功能，可以實現對項目的協同管理。

1.2 利用BIM+3DGIS+云計算進行協同工作

BIM云平臺利用BIM+GIS提供高精度的構筑物的三維信息模型，而云計算技術能儲存和讀取BIM技術和GIS工作產生的大量數據。云計算技術（Cloud Computing）和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術，使協同設計成為可能[3，4]。平臺在設計階段、建設階段、運維階段的項目管理模塊中設置了“BIM瀏覽”功能，能查看項目模型的詳細信息，供各相關工作人員參考。GIS作為一種地理信息系統，能夠顯示與項目相關的基礎地理空間信息、地下管線狀態、地質信息等，此外，通過GIS對軌道交通的線路、區間、站點方案進行設計。

1.3 信息集成與共享

平臺能收錄項目全生命周期的信息文檔。建設過程中工程資料填報數據、變更簽證、各種圖紙文檔等等，這些文檔生成于各建設階段，有很強的時效性。在需要投資方、建設方、施工方、設計方、咨詢方、監理方、相關政府主管部門等多方參與且建設周期較長的工程建設項目中，云平臺能及時收錄文檔并由參與各方共享。如咨詢方翻模后的模型上傳至平臺，后對模型的某個結構或部件進行設計變更并直接在平臺上直觀展現，這樣減少了各方的溝通和工作成本，提高了項目建設效率。對于項目，建立項目的樹狀結構模板，對項目各類信息進行分類管理和維護，各方在平臺上進行文檔的傳遞和通知，各方進入平臺查詢資料更加便捷，實現即時性信息集成和共享。endprint

2 BIM云平臺的協同設計應用

BIM云平臺有設計階段功能模塊，這些功能模塊不僅提供設計階段的工程BIM模型的相關信息數據，還提供設計階段的工作流程，這對于項目業主方的管控而言，更加方便進行項目管理工作，此外，各方在平臺上溝通協作，提高了設計階段的工作效率，相比傳統設計階段工作模式，BIM云平臺對其進行了整體的優化，以天津輕軌項目為案例來論述。

2.1 基于BIM云平臺的協同設計管理

2.1.1 工程項目應用特點

天津市某城市軌道線路，涉及地上地下軌道，部分軌道要穿河施工，技術上有一定的復雜難度，線路全長約110公里，投資大約300億，是目前全國唯一一條在全壽命周期內使用BIM技術的軌道工程。

2.1.2 設計階段的協同模式

“協同設計”是設計階段的主導思想。設計階段工作的成敗與項目的成敗有著決定性的關系，傳統設計工作，通過圖紙來進行專業間的業務數據交換，這種方式存在著數據交換不充分、理解不完整的問題。傳統設計階段過程中，設計方、施工方、承包商、業主之間多是獨立的工作狀態，之間缺少有效的溝通，各方為自身利益最大化而工作，得到的項目結果并不是整體利益最大化。在項目設計階段應用BIM云平臺，各方基于平臺溝通協作，如圖1示，例如業主、設計方通過平臺進行信息交互工作，讀取和存儲信息數據，因此，業主可以讀取設計方在平臺上存儲的數據并通過平臺進行溝通，避免了雙方直接溝通時的不便以及溝通不及時，同樣業主可以和其他參與方以及參與方彼此間基于平臺進行協同設計工作，消除了傳統設計階段“信息孤島”的弊端。

2.1.3 設計階段項目各方工作關系

該軌道線采用總承包模式，設計階段參與各方主要有業主、設計方、咨詢方、施工方，基于協作，在設計階段建立一種互尊互信的契約關系，使各方利益緊密相連，達到共同為項目服務的目的，各參與方在項目不同時期參與建設，在方案設計階段和初步設計階段，業主作為協調者和項目利益的獲得者，在咨詢方和設計方中間起著協調和溝通的作用，在施工圖設計階段，設計已經出圖并不斷完善，業主進行施工招標，施工方中標后同設計單位和咨詢單位就設計成果交流技術意見，業主在這一階段起著協調溝通作用，其他三方通過BIM云平臺進行聯系溝通，對設計模型提出并解決問題，實現了協同設計。

2.2 基于BIM云平臺的協同設計工作模式

BIM云平臺提供了工作平臺，各參與方利用平臺的功能：知識管理、設計變更、BIM管理（CAD導入、模型導入）、質量管理（質量分析、紅線圈注、審批、提交）、進度管理、設計管理等進行設計階段的協同設計工作。項目設計階段分為三個階段：方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段，每個階段的工作需要結合平臺具備的功能進行，各參與方依據合同內容利用平臺功能完成設計階段工作。清華大學BIM課題組通過調查證明了設計階段采用BIM技術，超過半數的人生產效率提高50%，接近20%的人員生產效率的提升超過了100%[5]，以下是在設計階段中利用BIM云平臺的工作模式。

2.2.1 方案設計階段的工作模式

在方案設計階段，設計單位通過收集資料繪制方案設計階段圖紙，之后由業主向BIM咨詢單位提供電子版地形圖（用于搭建周邊地形、道路等信息模型）、圖紙（衛星圖、地形圖、方案階段圖紙、周邊環境圖紙、周邊建構筑物相關圖紙），BIM咨詢單位建立相應的模型，模型中包含各方案的完整設計信息，并創建周邊環境模型與方案模型進行整合。BIM咨詢單位檢查模型準確性、完整性，根據BIM模型進行方案階段的模擬優化，通過規劃方案階段BIM模型，提出相關優化建議，并作為階段性成果提交給業主，同時在業主方組織的例會上，相關單位對成果進行確認簽字，最終確認優化成果生效，用以優化設計方案，具體工作流程見圖2。

2.2.2 初步設計階段的工作模式

設計方和BIM咨詢單位在BIM云平臺上進行二、三維聯動，在確保BIM模型能正確表現設計意圖的基礎上，初步設計階段主要是進行模擬分析工作，比如管線搬遷模擬、交通疏散模擬、地層三維可視化模擬、環境可是化仿真模擬、換乘站和重點站人員疏散模擬、風光聲熱等綠色分析模擬，操作流程見圖3。

另外，模擬分析具有指導工作的作用，如地層三維可視化模擬，創建地層三維模型，對建筑主體周邊地層分布情況進行可視化模擬有利于施工前業主方應做的各項準備工作，便于同施工設計溝通協調工作，通過審查地質三維模型，能夠更好地看到施工過程中可能會遇到的問題，優化施工，規避風險，節省造價；管線搬遷、交通疏散模擬，建立市政管線及影響管線搬遷的周邊環境模型，分階段模擬管線搬遷方案及交通疏散情況，宏觀地做好施工前準備工作，為施工設計等各單位的溝通協調提供便利，管線搬遷模擬、交通疏解模擬能更加直觀的表現管線搬遷等施工中可能遇到的問題，提前規避風險，節約造價，提高質量等。

2.2.3 施工圖設計階段的工作模式

在施工圖設計階段BIM咨詢單位根據設計圖紙進行BIM模型搭建，并提取工程量協助業主單位進行招標價格的確定。施工單位通過合同簽訂與業主、設計方、咨詢單位建立相互協作的合約關系，施工方在設計階段協助BIM咨詢單位進行管線碰撞、綜合模擬優化，與設計單位就管線碰撞、綜合模擬優化的結果進行修改和完善，并與設計單位共同進行設計交底和技術交底，提高施工圖的質量。在施工圖設計階段后期，BIM咨詢單位配合業主單位和施工單位進行設備安拆路徑模擬，對于業主而言能更好地管控現場，提高管理效率，節約成本；對于施工方，能在施工前看到設備安裝過程中可能存在的問題，避免后期返工，減小施工難度，節約材料成本，進而滿足業主與設計單位的要求；對于設計方來說，施工之前進行設備安裝拆除路徑模擬，能檢測出設計圖紙中存在的問題，進一步優化設計。

2.3 BIM云平臺在設計階段的應用價值endprint

BIM云平臺在設計階段應用的核心思想是協同項目進行管理，相對于傳統設計階段，平臺的應用提升了工作效率，提高了業主滿意度，同時增強了項目的可控性。

2.3.1 提升工作效率

在設計階段，業主、設計方、咨詢方、施工方參與設計階段工作，各方針對BIM模型以及其展現的設計效果進行交流和溝通工作，BIM云平臺提升工作效率從兩個方面體現。一是利用BIM技術的三維可視化等特點，更直觀地展現設計意圖和成果，通過碰撞檢測和深化設計減少了傳統設計階段的反復工作，從而提高工作效率；二是BIM技術搭建的模型上傳至云平臺，參與各方可快速瀏覽模型，并對模型進行標記修改再上傳至云平臺，如設計變更見圖4示，在需要變更的模型部位進行標記，由設計方和咨詢方對模型進行修改，并在修改后重新標記修改部位，所做工作基于平臺完成，如此改變了傳統設計變更流程，提高了工作效率。

2.3.2 提高業主滿意度

在圖2、圖3中，業主對設計結果有最終審核權，在設計階段由設計單位把設計圖紙交于BIM咨詢單位進行模型搭建，業主就BIM模型展現的設計成果提出意見，設計單位根據業主需求進行設計變更，再由BIM咨詢單位向業主展示變更后的成果，直到業主滿意。而傳統設計階段，業主對設計成果缺乏立體的感受，一般按設計方的設計進行項目建設，比較被動。BIM云平臺應用過程中，業主對設計方提出自己的要求和建議，并對設計成果進行驗收，這在保證設計質量的同時，也提高了業主的滿意度。

2.3.3 增強項目可控性

設計階段BIM云平臺的應用使得項目可控性提高，主要體現在成本和質量兩個方面。BIM咨詢單位根據模型提取工程量明細表，在后期的建造中業主會根據前期的工程量明細表控制項目的投資成本，BIM云平臺在設計階段利用BIM+GIS技術可以對項目的建造環境進行仿真模擬分析，增強施工現場管控和成本控制，提高效率，節約成本。在質量控制方面，BIM咨詢單位對BIM模型進行管線碰撞、綜合模擬優化等工作減少了設計上的失誤，使得正常建造中的設計變更和返工等現象減少，提高了項目建造質量。

3 結語

隨著BIM技術推廣，其在項目全生命周期中的應用經驗會越來越成熟，本文對BIM云平臺在設計階段的集成應用進行研究，不足之處是限于項目建設的進度，無法基于全生命周期的角度探索BIM云平臺在項目中的應用效果，而是截取BIM云平臺在設計階段的應用情況展開研究，未來研究采用定量研究的方法對BIM云平臺應用效果進行闡述更具說服力。

參考文獻：

[1]徐偉，劉元東.BIM協同設計在設計準備階段的應用研究[J].價值工程，2015（33）：74-76.

[2]杜棟.協同管理系統的理論與應用[M].北京：清華大學出版社，2013：126-129.

[3]Marinescu D C. Cloud Computing：Theory and Practice[M].Newnes， 2013.

[4]Jiao Y， Zhang S， Li Y， et al. Towards Cloud Augmented Reality for Construction Application by BIM and SNS Integration[J].Automation in Construction，2013，33：37-47.

[5]清華大學BIM課題組/互聯立方（isBIM）公司BIM課題組.設計企業BIM實施標準指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2013：10-12.endprint