BIM正、逆向設計在建筑工程設計中的差異化應用

李震宇

北京市建筑設計研究院有限公司 北京 100045

BIM英文全稱為Building Information Modeling，是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，是一個完備的信息模型，能夠將工程項目在全生命周期中各個不同階段的工程信息、過程和資源集成在一個模型中，方便被工程各參與方使用。

在引入BIM平臺協同設計后，BIM設計平臺的軟件為各專業使用的不同軟件數據協同提供了統一的文件接口，確保各專業的數據模型可以使用同一平臺，各專業設計時只需要完成本專業的模型并上傳至統一的云辦公平臺上，通過項目的設計協調員通知其它專業設計師及設計項目的總控，即可實現最終設計模型的共享和統一，避免了設計過程中的設計誤差[1]。

BIM的逆向設計也就是建筑設計領域俗稱的翻模，也稱設計后BIM,即首先開展傳統的CAD圖紙的二維設計，然后在CAD圖紙的基礎上進行二維圖的三維模型搭建。

基于BIM的自身設計特點和產品特性，BIM的這上述兩種設計方式在BIM以下設計特色上存在一定的差異化應用：

1 BIM的設計特色1參數化設計

參數化指建立特定的關系，當這種關系的某個基本元素發生變化，其他的元素也隨之變化，簡單概括參數化的重點是彼此元素之間的關聯性。

BIM的參數化設計分為兩個部分：“族的參數化”和“修改的參數化”。

族是BIM系列軟件中組成項目的單元，同時是參數信息的載體，是一個包含通用屬性集和相關圖形表示的圖元組。族中的每一類型都具有相關的圖形表示和一組相同的參數。族的參數化指的是BIM這些族之間的不同，是通過參數的調整反映出來的，參數保存了族作為數字化建模的所有信息。

“修改的參數化”指的是參數更改技術使用戶對建筑設計或文檔部分作的任何改動，都可以自動的在其它相關聯的部分反映出來。在參數化設計系統中，設計人員根據工程關系和幾何關系來指定設計要求。參數化設計的本質是在可變參數的作用下，系統能夠自動維護所有的不變參數。因此，參數化模型中建立的各種約束關系，正是體現了設計人員的設計意圖。參數化設計可以大大提高模型的生成和修改速度[2]。

BIM的逆向設計即翻模主要是為了利用BIM模型，完成進行電纜橋架，梁、板、各種大型管線等構件的綜合管線、碰撞檢測、凈高優化等一系列工作內容。“BIM翻模”其實就是為了復核施工圖的設計錯誤和不足，把圖紙的準確率提高。因此對于參數設定的精度和范圍的相比正向設計較為寬泛和模糊。

對比BIM的逆向設計，BIM正向設計所需進行的參數化設計工作量要巨大很多，因為是直接進行三維建模，需要考慮和設定的參數較為復雜和多樣化。比如電氣設備、電氣橋架、電管、導線、標注等都是不同類型的族，電氣族在三維模型上要符合事物的實際樣貌，需要補充尺寸、性能、負荷類型、光源參數等一系列屬性參數。

2 BIM的設計特色2可視化設計

通過BIM技術，將模型進行細化及深化之后，配合相關軟件可以進行貼近現實的模擬演示，模型之中不但添加了構件信息，還可以進行360度旋轉以及細部的放大等觀賞方式。讓項目各方可以對建筑整體及細節都有了解，增加業主或相關人員的真實體驗感

通過BIM模型的建立，進而提前在開始施工之前，檢視所有的建筑空間以及里面的相關設備和設施，進而延伸更多的視覺分析與檢討，甚至是動態仿真施工到維運，將可以更直覺快速以及正確的看到建筑物實際完成后會產生何種問題，了解未來工程的全貌及預計施工的過程，提前預防并解決錯誤的產生。

BIM的可視化精度有不同精度的設計標準要求，可以根據建筑業主的要求而進行設定的。BIM翻模因為通常僅要求對大型管線，建筑構件進行先期模擬檢測和優化，因此其對可視化精度要求相對正向設計有部分降低。而BIM正向設計則要求制作較高精度的三維設計圖紙，精度越高，真實性越強，達到700的標準可以做到所見即所得的逼真工程效果圖，為工程施工和設計工作提供便利。

3 BIM的設計特色3可預見性設計

針對施工設計中圖紙經常出現的’錯漏碰缺”的問題，BIM設計軟件可以通過內部檢測功能實現對圖紙設計及現場施工情況進行有針對性的預見性檢測，從而盡量減少甚至避免上述問題，提高工程效率，縮短工程進度，為各工程合作方減少不必要的時間及費用的損耗：

3.1 圖紙錯誤

將cad文件導入到bim軟件中，通過建模軟件根據圖紙建模模型，就能發現圖紙錯誤，例如上下樓層的構件圖形錯誤，間距不符合。在二維圖面轉換至三維模型時，可以發現傳統二維圖紙看不到的錯誤，大約70%的問題確認會在日后按圖施工時出現，而這些問題已經經由三維建模及可視化檢查而消除，充分顯示三維模型的功效。

由于BIM翻模是從二維CAD圖紙導入BIM軟件建立三維模型，因而此類問題的出現與糾正通常會出現于BIM翻模過程中，這也是BIM翻模進行圖紙核查的主要目的之一。而由于正向設計是直接建模，在BIM正向設計出現的機率不太大，多數出現在BIM從三維導出二維圖紙的工作過程中。

3.2 圖紙漏缺

漏缺圖問題主要包括建筑物平面、立面與其他圖面等，發生該繪制而未繪制的柱、梁、版、墻或者其他應有的構件，以及圖面應標示而未標示的編號，如門窗編號、樓板編號等，皆屬于此項問題的范圍。歸納分析此類議題的發生原因，大多為繪圖人員于圖面繪制時的失誤、疏漏所致。BIM可以通過可視化三維空間布局排列和自帶的比對功能幫助設計人員及時發現遺漏，避免在后期對施工進度和費用產生負面影響[3]。

在BIM的正逆向設計中均存在不少此類問題，因為BIM的正向設計要求更高的圖紙精度和更廣泛的核查范圍，因此BIM正向設計中發現此類問題的數量和頻次相對BIM翻模要更多，更頻繁。而且由于Revit軟件本身出圖標注功能不夠智能且美觀度較差，因此設計師經常需要在模型上標注好基礎的定位和標高數據后，需在導出的CAD圖上做二次加工，繼續添加文字標注信息并調整圖面至出圖標準。

3.3 碰撞檢查

在以往傳統設計時，由于各專業設計師之間的溝通不到位，而經常出現各種專業之間的碰撞問題，例如機電專業中的管道或橋架在進行布置時，由于施工圖紙是各自繪制在各自的施工圖紙上的，真正施工過程中，可能在布置管線時正好此處有結構梁等構件妨礙著管線的布置，這種就是施工中常遇到的碰撞問題，像這樣的碰撞問題的協調解決就只能在問題出現之后再進行解決嗎？BIM的協調性服務就可以幫助處理這種問題，也就是說BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來。當然BIM的協調作用也并不是只能解決各專業間的碰撞問題，它還可以解決例如：電梯井布置與其他設計布置及凈空要求的協調，防火分區與其他設計布置之協調，地下排水布置與其他設計布置的協調等。

以各種管道及管線設計較為復雜，經常出現碰撞問題的地下室設計為例子，該處建筑梁下3000MM，卷簾門卷軸高500MM，導致沒有空間敷設機電管線。卷簾門與水管沖突。

與圖紙漏缺的問題一樣，在BIM的正逆向設計中也均存在不少此類碰撞問題，因為BIM的正向設計要求更高的圖紙精度和更廣泛的核查范圍，因此BIM正向設計中發現此類問題的數量和頻次相對BIM翻模要更多，更頻繁。而BIM翻模由于對于模型精度和制作范圍的局限性，對于工程后續施工中尤其是較為細小的建筑工程構件的碰撞準確性明顯降低。

4 BIM的設計特色4廣泛協同性設計

BIM的主要“中心文件”工作模式：區別于傳統的二維設計使用的各設計人、設計專業、設計單位各自為營的單兵作戰式工作模式，BIM通常采用協同性更強的中心文件工作模式，也就是所有人都要在同一文件中利用副本來將設計工作進行完成，從而使Revit能夠對所有項目的工作模式相適應。比如將電氣中心文件和其它專業中心文件之間鏈接起來。在電氣中心文件中，把圖紙劃分成多個系統，配合系統和團隊的工作安排部署內容來決定人員配置狀態。電腦服務器用于放置BIM的中心文件，而且位置建立后將不會另行調整以確保數據的完整準確性。設計人員需要在本地電腦上創建本地文件。并且在各自設計工作完成后，使用BIM同步功能實現與中心文件的雙向互通。最后，設計方將使用全部完成同步的中心文件中的所有設計內容，將模型向業主交付使用時。

BIM的這一特色工作模式形成了其設計的廣泛協同性。而BIM的廣泛協同性在設計工作中主要有下面兩個方面的內容體現：

4.1 電氣專業內部協同

由于電氣設計內容較為繁雜，包括照明設計，消防防雷設計，防雷，樓宇自控，安保等多項設計內容，因此設計工作通常需要多位電氣設計人員共同配合完成設計工作，各設計人對于本人的設計內容實行個人負責制。傳統使用二維CAD技術制圖時，由于缺乏有效的實時同步溝通，設計時經常會有產品選型不一致的情況發生。而使用BIM后，由于采用信息同步性及協同性較好的中心文件工作模式，各設計人員可以在本專業權限里，對相關的信息進行調取，及時了解其他負責人的選型信息，并可以方便地及時可能進行調整的信息在本地文件保存后，上傳到中心文件，快速實現專業內部實時協調統一、提高工作效率，實現效能與質量的雙重提升。

4.2 對于專業間的協同合作

傳統的CAD設計工作的單一工作模式，不僅導致了建筑工程各專業內部的設計人員在項目實施前，往往缺乏高質量、雙向、同步的交流溝通，而且也導致了專業間溝通的不暢通，大大增加了后續協調的工作量。比如在以往傳統的設計過程中，通常要等到建筑專業設計人員提供建筑CAD圖紙后，其他專業的設計人員才能結合收到的圖紙反饋修改意見。整個過程中，就會產生專業間管線碰撞、凈高空間不足等情況，造成圖紙的重復多次調整。同時在完成調整后，圖紙還會因標識的不清晰，使得圖紙及管線相互間存在較多錯、漏、碰、缺的實踐問題，降低了工作效率，并為后續施工埋下安全隱患。通過利用BIM，能夠在設計時對其它專業的模型進行鏈接，進行碰撞檢查，同時實時協調。在建筑標高發生變化的情況，會使后續設計帶來負面影響時，模型會將警告自動給出，從而使設計的同步性得以保證[4]。

上述工作方式在BIM的正逆向設計中均有使用，翻模設計要想修改三維模型，需要先改二維CAD圖紙再導入BIM軟件，進行三維模型的調整。而在BIM的正向設計中，由于是可以直接生成三維模型，對于模型的修改是實時且同步的。因此比起翻模，三維模型修改的時間耗用少，反應速度快，也在很大程度減少了施工中因專業間協調而引起的變更和返工。

表1 正向設計與逆向設計應用差異的對比分析

從上面的表格和闡述中，可以看出BIM正向設計和逆向設計在BIM設計中的應用存在一定差異。這些差異由于業主對于三維模型的精度和工程進度要求的變化而變化，同時這些差異對于BIM在工程設計工作過程中所體現的作用和效率也有著不同的影響。

5 結語

隨著BIM技術發展，BIM技術作為建筑業信息化的代表，在未來建筑設計和施工領域會扮演越來越重要的角色,基于BIM正逆向設計在工程設計中的差異化應用及正向設計的高精度模型、高預見性、廣泛協同性，正向設計在實際工程設計的應用比例會逐漸提高，這樣可以能在提高設計效率的同時，還可以提前精準模擬施工的過程，方便項目管理團隊對整個項目的把控管理，降低人為影響給建筑設計和施工帶來的誤差。