基于BIM技術的正向協同設計研究

段 然

（天津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400）

BIM（BuildingInformationModeling）技術已經在全球范圍內得了廣泛的應用和認可，它通過一個三維模型信息數據庫集成項目全生命周期（從設計、施工、運行直至終結）的各種信息，實現項目信息的完整性和一貫性，項目參與各方（設計、施工、設施運營和業主等）可以基于BIM進行協同工作，有效節省資源、降低成本、提高工作效率、以實現可持續發展。

BIM的核心在于三維模型，利用數字孿生技術，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的信息庫。該信息庫不僅包含描述構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息，還包含了非構件對象（如空間、運動行為）的狀態信息。借助這個包含信息的三維模型，大大提高了項目的信息集成化程度，從而為項目的相關利益方提供了一個信息交換和共享的平臺［1］。

1 BIM應用在設計階段存在的問題

毫無疑問，所有行業都希望通過使用BIM技術來實現工程項目的全過程應用，特別是在設計階段，通過可視化實現方案的對比優化，通過BIM模型實現數字化交付，實現工程信息與數據在不同階段的共享與傳遞。目標是美好的，但現實是骨感的。現實中多數項目BIM應用均存在“兩張皮”現象，即一個團隊進行工程專業設計，一個團隊對照設計圖紙進行BIM建模，也就是“翻模”的現象，而且“翻模”的進度往往都是滯后于工程項目設計本身的［2］。也就是說，BIM技術其實并未真正參與到工程方案“從無到有”的設計過程中。

2 BIM正向協同設計

“BIM正向設計”是針對“翻模”現象而提出的，首先，從工程設計的開始階段就要采用BIM設計，BIM模型隨著工程方案從無到有，貫穿整個設計過程；其次，在設計過程中，不同專業的工程師直接以三維模型為操作對象，而不是二維圖紙；同時，在項目方案優化、修改和調整時，能夠所見即所得，通過BIM模型可視化對不同方案和細節進行對比和驗證。

BIM技術的核心特點之一是協同性，設計人員在設計過程中需要同專業內以及專業間的工作伙伴不定時的協調工作。BIM技術協同性的特點可以充分發揮其并行工作優勢，可以保證專業內及專業間的信息傳遞及時有效，實現各專業之間設計過程的高度協調，更加高效地把控項目設計的進度和質量。

只有真正實現“BIM正向協同設計”，才能確保BIM技術落地于實際工程設計之中，才能發揮BIM技術在工程方案設計與優化中的實際價值。否則，如果BIM技術的應用總是采用“翻模”的方式，不僅會失去BIM在工程設計中的核心價值，而且也無法真正發揮其在工程建設施工階段的整體價值。

3 BIM正向協同設計流程

傳統的設計流程總體上是一種串聯結構，上游專業做完設計后將其設計內容傳遞給下游專業，下游專業在此基礎上進行本專業內容設計，如圖1所示（以水泥工業設計流程為例）。

圖1 傳統設計流程

而BIM正向協同設計流程總體上是一種并聯結構，所有專業都基于同一個中心模型，各專業間的設計內容互為參考。不同專業可以同步開展設計，設計過程中發現的問題可以實時協調，及時處理。如圖2所示（以水泥工業設計流程為例）。

圖2 BIM正向協同設計流程

結合BIM設計流程的特點，在實際的設計過程中需要適當改變原有的工作習慣，以便更好的發揮BIM設計的優勢。如圖3所示，展示了一種典型的BIM正向協同設計工作流程。設計過程中實時協調，實時碰撞檢查，貫穿于整個設計流程中，作為協同設計的一部分而不是事后彌補缺陷的手段。設計過程中實時檢查并與相關專業實時協調解決，避免到查返階段出現大量返工，可有效提高總體設計效率［3］。

圖3 BIM正向協同設計工作流程

4 BIM正向協同設計階段劃分

與以往傳統設計流程相比，BIM正向協同設計依然要經歷方案設計、初步設計及施工圖設計三個階段，三個階段形成的模型分別對應BIM初始模型、中間模型和成品模型，BIM正向協同設計的過程實際上就是BIM模型的形成和完善過程。但與傳統設計不同的是，在整個BIM設計過程中，專業內部及各專業之間的協同更加頻繁，專業間的提資形式由二維圖紙轉變為階段性模型為主，二維圖像（或圖紙）為輔。

圖4 BIM正向協同設計階段劃分

5 BIM正向協同設計的制度保證

①設計階段是建模階段，優質的模型和數據對整個項目全生命周期的BIM應用起到了決定性的作用，但是BIM應用帶來的價值在設計階段體現的并不明顯，反而增加了設計人員的工作量，導致設計效率的下降。因此設計合同中應將BIM模型另計費用，只有收益與產出相匹配，才能激發設計人員的積極性。

②原有的設計流程阻礙BIM技術的發展。原有的流水線式的設計流程以及按專業劃分部門的組織形式，在一定意義上明確了不同部門專業工程師的職責范圍以及績效分配方式。而BIM設計界限相對模糊，容易造成專業間的互相推諉。因此建立新的符合BIM特點的組織形式，如項目組或者綜合設計所，將不同專業的工程師歸到同一個部門統一管理，消除組織壁壘，更好的產生協作效應。

③缺乏與BIM技術相適應的設計交付標準。傳統流程中設計院的成果是圖紙，圖紙表示方法必須要符合相關的二維制圖規范和標準。在BIM設計中不能將二維出圖標準生搬硬套，必須建立以三維模型為核心的交付標準和規范，二維圖紙只是模型在某個部位的剖面展示，與三維模型實時關聯，圖紙界面可以摒棄掉不必要的二維標注，減少“出圖”的工作量，給設計人員減少重復勞動量，讓設計人員主動去建模型，而不是畫圖紙，只有這樣，BIM正向協同設計才能順利推行。

④實行主體專業負責制。針對每個項目或子項，首先要確定其主體專業，如某工業生產車間，工藝專業為主體專業，某電力室，電氣專業為主體專業，某辦公樓，建筑為主體專業。主體專業對整體設計方案負責，根據設計要求，制定并監督各專業的設計進度，設計中出現的專業間協作問題，由主體專業負責協調。

⑤制定模型深度標準。模型深度應遵循“適度”的原則，包含兩個方面內容：模型造型精度、模型信息含量。同時，在能夠滿足BIM應用需求的基礎上應盡量簡化模型。適度創建模型很重要，模型過于簡單，將不能支持BIM的相關應用需求；模型過于精細，超出應用需求，不僅帶來無效勞動，還會出現因模型規模龐大而造成軟件運行效率下降等問題。對于BIM設計而言，在不同設計階段建模過程中對BIM模型包含的構件及其建模詳細程度標準的制定，是BIM正向協同設計順利執行的必要保障。

6 結語

BIM技術作為一種新的設計概念及工具，在工程建設設計行業的應用越來越廣泛。我們究竟應該選擇哪種技術路線，如何才能發揮出BIM技術應有的優勢，如何能夠讓設計人員從內心真正的接受和主動使用，從而對整個項目的進度、質量、成本產生良性影響，是每個行業均在熱烈討論的話題。

或許在技術應用的探索中，“翻模”是一個不得不經歷的中間過程，現階段可以滿足我們對于可視化的基本需求。但是隨著我們對BIM技術理解的越來越深，從BIM技術的整體價值來看，只有多專業BIM正向協同設計、一體化建模，才能從根本上保證海量工程BIM模型屬性信息的關聯性，杜絕重復工作量，才有可能實現BIM交付和信息共享和傳遞的目標。