BIM正向設計與應用實踐

文/深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司 趙 楊

1 BIM正向設計

BIM正向設計是項目從方案設計開始到項目施工完成交付使用，全過程基于BIM模型進行設計、施工、管理、運營。項目設計方創建BIM模型，基于模型進行設計優化、管線碰撞、性能分析、三維協同等工作，最后基于協調模型剖切視圖進行標注深化出圖；施工方在設計模型基礎上進行施工方案深化設計、施工模擬、進度管理等；甲方基于模型進行項目管理和運營。各參與單位依據模型進行設計交互、信息共享，項目工作流程、工作方式、交付成果均發生改變，使項目從設計階段開始到施工、運營，全面提升項目質量和項目管理水平。

1.1 BIM設計資源

1.1.1 技術人力資源

現階段國內BIM人才主要分3種：①懂BIM不會設計；②懂BIM會設計；③懂BIM會設計能管理。第1種人才現在培養較容易，畢業生只要有機會很快就能掌握BIM技術，接受度很高；第2種人才相對較少，需要有機會參與正向設計并有持續的BIM項目延續；第3種更是鳳毛麟角，既需要滿足前面條件還要對BIM進行研究和總結，又需要積累一定工作經驗和項目管理經驗。針對設計院來說，培養BIM設計師的成本遠高于培養傳統設計師成本，加上設計院人員流動性較大，要組建一個穩定的BIM設計團隊，對技術人力資源的需求就更大。

1.1.2 項目設計周期

國內項目設計周期一般是倒推出來的，導致留給設計階段時間非常短，BIM設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項目設計團隊對BIM流程不夠熟悉，對軟件操作熟練度不夠，導致工作效率不高；②部分專業增加一定工作量；③軟件系統有一定限制，針對國內本地化做的不夠好，BIM國產軟件相對較少；④相關BIM標準不健全，同時BIM設計暴露出很多二維設計難以發現的問題，之前設計未解決留給施工方優化的工作只能在設計階段解決。

1.1.3 軟硬件配置

軟硬件是BIM工作中非常重要的部分，項目采用BIM軟件需統一策劃。軟件不僅用于建模，其對不同的參與方有不同的用途，對建筑師可能是設計建模和出圖；對施工單位可能是深化設計和協調模型。項目一般會設置多軟件進行協調配合，包括建模軟件、整合平臺、輕量化瀏覽、項目管理、數據分析等（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行模型的基礎，從桌面端服務器到云端服務器，高配置的計算機會提升工作效率，主要包括常規的設計團隊配置及1臺高性能的工作站進行項目的全專業合模檢查，1臺移動工作站進行BIM演示匯報。

1.1.4 設計管理升級

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、更先進的管理方法，BIM是數據集中的管理模式，其在設計方式、項目組織、人員分配、專業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計，才能更好地完成BIM相關工作。

1.2 BIM設計變革

1.2.1 設計方式改變

1）CAD設計 以線和文字為基礎，強調二維表達。圖形與文字相互獨立，易造成圖紙對不上等問題。

2）BIM設計 以模型和信息為基礎，強調三維空間，模型、信息、圖形高度統一。平面圖、剖面圖、立面圖、詳圖實際為一個模型不同的剖切視圖，圖形之間相互關聯，解決了專業內與專業間信息不統一、圖紙對不上的問題。

1.2.2 任務分配改變

1）CAD設計 按圖紙分配任務，設計順序為先平面再立面、剖面最后詳圖設計。平面圖、立面圖、剖面圖、放大圖對應不同設計師。

2）BIM設計 按照項目實際工程拆分任務，不同設計師對應的可能是核心筒、套型、標準層、外幕墻、構件族等，設計過程不僅要考慮平面而且要兼顧立面、剖面和詳圖，建模設計過程需兼顧全面。

1.2.3 協同設計升級

1）CAD設計 參照底圖模式，規定時間節點進行提資。修改設計對各專業一般是按照一個時間周期反饋；對其他人或其他專業的影響及對于問題的處理和反饋相對滯后。

2）BIM設計 為專業內中心文件+專業間鏈接中心模型的三維協同模式，專業內設置中心文件協同，按工作集劃分工作內容，一個模型一張圖可多人同時協同完成；專業間鏈接中心模型進行設計，修改提資只需點擊同步與更新，修改信息會實時反饋到各專業，對其他人或其他專業的影響會實時呈現。

1.2.4 項目模擬分析

1）CAD設計 需根據圖紙重新創建模型，每次更新圖紙需對應更改模型，設計、分析和建模的人可以是不同的人，可能導致模型不夠準確，反饋結果相對滯后。

2）BIM設計 利用設計模型，通過轉換模型格式導入計算模擬軟件，設計師能獨立完成模擬、分析、計算，對成果把控更好，對設計推進更有利。東莞民盈國貿中心項目方案階段熱輻射、風環境及室內風環境分析如圖1所示。

1.2.5 項目信息整合

1）CAD設計 項目數據是離散的圖形，攜帶數據有限，只能通過線型、圖層及說明表達，無法對項目進行整合，也很難通過軟件進行數據提取，項目管理相對分散。

2）BIM設計 數據集中管理，模型需輸入項目信息，如門的具體尺寸、防火等級、生產廠家、材質等參數，能對項目信息進行整合，可通過軟件進行數據篩分，可實現不同參與方對項目的不同需求。

1.2.6 設計任務前置

1）CAD設計 各階段工作深度已比較明確，如擴初機電一般為單線表達，在項目完成90%后才進行管線綜合設計。

2）BIM設計 各專業設計工作均前置，擴初深度要求結構、機電管線均需按尺寸建模，在項目周期內會有3次管線綜合，分別在項目周期的50%，70%，90%階段。BIM相關技術要求和資源均需在項目正式開始前部署完成，初步設計階段前置施工圖工作量占10%～20%。

2 BIM正向設計應用實踐

2.1 設計準備階段

2.1.1 編制項目策劃書

BIM策劃是具有建設性、邏輯性思維的過程，此過程的目的是提前規范所有可能影響項目進度和成果的因素，對項目實施起到指導和控制作用，以保證項目最終完成。項目策劃書會隨項目情況不斷更新，確保策劃的可實施性。BIM策劃至少包含以下內容：①BIM實施策略；②軟件標準及軟件平臺；③項目人員安排及分工；④模型拆分及權限設定；⑤項目基準點及數據交換；⑥校審、會審流程及日期；⑦成果交付標準。

2.1.2 BIM設計環境準備

基于Revit的設計環境主要包括項目基準、模型標準、注釋標準。項目基準包括項目標高、軸網、立面、視圖范圍設定；模型標準包括墻體、柱、樓板、屋頂、管線等模型構件的設定；注釋標準包括尺寸標注、文字標注、門窗標記、填充、注釋線等設定，還包括協同網絡搭建、權限劃分等。

四季如春的廈門，島、礁、巖、寺、花、木相互映襯，僑鄉風情、閩臺習俗、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。由于生態環境良好，廈門棲息著成千上萬的白鷺，形成獨特的自然景觀。如此豐富的資源，在旅游開發上是大可作為的。

2.1.3 模型文件組織

項目類型不同其模型組織方式也不同，對于住宅項目按每個套型單獨拆分為1個子模型，對套型進行建模和詳細設計，包括平面圖、放大詳圖、套型立面、降板、留洞設計等，套型設計工作均在套型子模型中完成，對應樓棟進行拼裝出圖（見圖2）。對于公建項目一般按照地下、裙樓、塔樓進行拆分，每個分區對應建筑、結構、機電、幕墻等子項建模設計，最后進行合模優化和出圖。

2.1.4 BIM出圖策劃

根據項目要求，提前對項目BIM出圖范圍進行策劃，BIM模型出圖分為2種：①完全在BIM環境中對視圖進行深化設計歸檔（優先選擇）；②將視圖導入CAD環境中進行二維加工完成圖紙深化設計，需注意后續所有修改應保證CAD圖紙與模型一致。另外受軟件限制，項目部分圖紙現階段還需CAD進行補充設計（如機電系統圖等）。

2.2 建模設計階段

2.2.1 BIM模型創建

方案階段進行BIM建模設計，利用BIM可視化特性，向甲方進行場地、空間、建筑外形、立面效果的展示，利用BIM性能分析的優勢對項目進行聲光熱、能耗等數據分析以優化項目方案。

擴初施工圖正式開展BIM設計一般會有2種情況:①方案階段已采用BIM進行設計，可沿用模型進行深化；②方案未采用BIM設計或采用BIM設計但標準相差較大需重新建模。無論哪種模式，施工圖設計初始均需對整個項目模型按照施工圖策劃重新拆分和組織，并按施工圖設計標準進行模型建立與標準統一。

圖1 東莞民盈國貿中心項目模擬分析

圖2 住宅標準套型模型組織

進行建筑、結構擴初設計需首先提出初始BIM模型和提資視圖，滿足第1次提資交互要求，對機電進行建模設計。全專業完成初始模型后進行第1次合模檢查，接下來全專業設計工作均基于BIM模型進行交互，完成項目設計階段工作，最后提交完整的BIM模型和圖紙文件。深圳國際會展中心項目初始版BIM模型如圖3所示。

2.2.2 參數化設計

BIM參數化設計分2種：①通過參數控制項目整體或局部形態，具體可通過Revit的插件Dynamo、Revit或自適應構件或Catia平臺的DP實現，對于Rhino+Grasshopper進行的參數建模實際是一個幾何模型，并不帶有建筑信息；②參數化控制構件（如門窗、墻、柱、樓板、樓梯等），通過將建筑構件和設備的各種真實屬性采用參數的形式進行模擬，通過參數調整，驅動構件形體發生改變及性能模擬比較（見圖5）。

圖3 深圳國際會展中心項目初始版BIM模型

圖4 奧宸騰沖酒店BIM模型創建

圖5 Revit自適應參數化BIM模型

2.2.3 BIM協同設計

BIM三維協同設計是各專業在同一個模型空間進行3D協調設計，項目信息高度集成，數據交互一致。專業內按照中心文件設置模型，劃分工作集可實現多人同時完成同一個模型設計。專業間采用鏈接服務器中心文件進行數據交換，保證數據的準確性和及時性。其優勢是一處修改，處處更新，所有數據源頭模型唯一，大量減少專業內及專業間對圖的時間，也避免因專業間不一致而造成的變更，更有利于項目數據的管理。

2.2.4 可視化設計

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

2.3 BIM應用成果

2.3.1 數據統計

采用BIM進行項目管理的關鍵點之一是數據共享，采用BIM進行數據分析的優勢在于模型、信息、表格是關聯的，設計過程就是布置各類構件族的過程。各類構件布置完成、信息錄入準確，相當于各類數據表格已完成，項目需要的指標可通過明細表功能將所需信息提取出來，也可通過其他軟件進行分類提取，根據模型進行的工程量計算、設計調整、數據結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目裝配式預制數據計算如圖8所示。

2.3.2 碰撞檢查

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

圖6 屋頂設計漫游

圖7 室內設計漫游

圖8 深圳回龍埔安居型商品房項目裝配式預制數據計算

圖9 全專業BIM模型合模檢查

2.3.3 管線綜合

BIM現階段應用最廣泛的是管綜綜合，通過整合建筑、結構、設備BIM模型，結合凈高分析結果對重點部位及不滿足設計要求部位進行管線路由優化設計，梳理管線走向排布，按照不同專業的功能要求和施工安裝要求統籌協調管線和設備，完成定位和走向排布，最終完成管線綜合圖紙和協調模型。BIM正向設計會分階段進行模型綜合和管綜優化，一般會在項目周期的50%，70%，90%階段和最終完成100%，每個階段對應要審查和關注的問題點有所區別，例如第1版注重根據合模結果優化機房位置和路由。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正向設計二維圖紙來源于模型，設計師基于模型進行項目性能分析、合模檢查、管線綜合等設計協調工作，完成后通過剖切模型生成平面視圖，對二維平面視圖進行標注并完成施工圖設計出圖，保證模型-圖紙的一致性、準確性（見圖11）。不論是否為正向設計出圖，只有實現圖模一致，后續BIM才能發揮更大價值，模型準確度應優先于圖紙表達的準確性，基于模型的BIM應用成果才能準確有效。

2.3.5 輕量化成果

BIM模型分設計模型和瀏覽模型，設計模型對計算機配置要求較高，需專業軟件查看。瀏覽模型是設計模型轉換為輕量化模型，供參與方共享（見圖12，13）。各參與人員無需安裝專業軟件即可在網頁端、移動端、PC端隨時查看模型，并進行審核和意見批注，可提高業主及設計相關方的溝通效率，為設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BIM模型和建筑出圖

圖12 國家食品安全中心項目輕量化BIM模型

圖13 大中華白酒交易中心項目輕量化BIM模型

3 結語

在不斷更新的技術條件下，不論是企業還是個人均需制定短期、中期、長期的BIM規劃，規劃既要符合行業發展方向又要符合國家戰略。對于企業初期明確方向和設定目標非常重要，同時要做好長期投入準備，不僅是軟硬件還包括人才培養、BIM研發等方面，這會是持久的改變過程。對于BIM帶來的改變要積極適應，優化企業相關工作流程、改變激勵制度、改革分配機制。同時要對可預見的風險做好應對措施，包括相關法律法規、合約合同簽訂、成果交付標準等。相信BIM正向設計的普及只是時間問題，BIM最終會實現項目全生命周期的信息化和數字化精益管理。