基于 BIM 的精細(xì)化設(shè)計管理研究

劉 雯（華建集團(tuán)上海建筑設(shè)計研究院有限公司， 上海 200041）

近年來，超大超難工程項目越來越多，業(yè)主對項目的品質(zhì)是完成度還是細(xì)節(jié)度，要求越來越高，而項目本身的周期出于時間成本、資金控制等多方面原因卻常越來越短。粗放型的設(shè)計管理面對超大體量、超多超復(fù)雜的專業(yè)參與方及超難超特殊的項目類型，常束手無策。但單純以時間節(jié)點為目標(biāo)導(dǎo)向倒推設(shè)計進(jìn)度計劃的傳統(tǒng)設(shè)計項目管理方式也越來越難以控制項目品質(zhì)。最終，在設(shè)計階段隱藏忽略的問題都會在施工期間或者項目落地完成后暴露出來，以致額外產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)費用和時間浪費，并且犧牲了設(shè)計品質(zhì)。

面對大型綜合類的政府的要求、市場的需求、業(yè)主的訴求，傳統(tǒng)的設(shè)計項目管理亟須突破改變，從根本上突破改變管理思維。

1 項目分析—上海某市級文化公園

1.1 項目概述

上海某市級文化公園位于上海市浦東新區(qū)，黃浦江中游東岸，總用地面積約 187 萬 m2，是上海中心城區(qū)規(guī)劃建設(shè)的最大公園綠地，也是濱江 21 km 岸線的重要節(jié)點[1]。建設(shè)上海某市級文化公園是上海完善生態(tài)系統(tǒng)、提升空間品質(zhì)、延續(xù)世博精神、建設(shè)卓越全球城市的重大舉措之一。

1.2 項目特點與挑戰(zhàn)

1.2.1 超大體量

上海某市級文化公園占地約 187 萬 m2，園區(qū)內(nèi)部存在著大量的改造、廢除、在建、新建的市政、單體、群體建筑等項目，具體如圖 1 所示。

圖中，城市道路主要為新建和改造，將原本建在地面的城市主干路“壓入地下”，為地面留出公共空間[2]。為了配合公園項目的規(guī)劃設(shè)計建設(shè)，既有從地下穿過公園地塊的城市污水南干線及目前園區(qū)內(nèi)的市政綜合管廊需要進(jìn)行部分地廢除、改建、遷移。作為中國第一條水底公路隧道，其從南北向經(jīng)由地下穿過園區(qū)，隧道管理中心也在園區(qū)之中。為保留 4 個世博場館及其配套服務(wù)建筑，這四大場館面臨著改造更新。園區(qū)室外綜合管線與場館改建工作中的地下管線、外幕、內(nèi)裝施工節(jié)點需要進(jìn)行大量的設(shè)計協(xié)調(diào)、設(shè)計優(yōu)化等工作。上海軌道交通線東西向從地下穿過園區(qū)，新建地鐵站主體位于公園場區(qū)內(nèi)部，需要與公園設(shè)計條件相互協(xié)調(diào)。需考慮的因素眾多，如地下結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、覆土埋深、地下管線的穿越銜接等。同時，公園內(nèi)部多個公共服務(wù)項目在建，除了標(biāo)志性的建筑，如上海首座世界頂級標(biāo)準(zhǔn)馬術(shù)專業(yè)賽館位于公園南區(qū)、溫室花園等，還有許多需要新建的配套服務(wù)項目，如管理建筑、游客中心、地下車庫、變電站等。

場館周邊管線協(xié)調(diào)示意圖如圖 2 所示。

圖 1 上海某市級文化公園北區(qū) BIM 模型

圖 2 場館周邊管線協(xié)調(diào)

由圖 2 可知，雖然室外面積較大，管線路由的排布相對室內(nèi)局促空間應(yīng)較自由，但本項目場館周圍的地下管線非常集中，除進(jìn)出建筑內(nèi)部的管線外，還有許多經(jīng)過此區(qū)域的市政管線。經(jīng)過以模型為溝通手段地反復(fù)設(shè)計優(yōu)化調(diào)整，不僅解決了管線集中布局的沖突，還協(xié)助設(shè)計師調(diào)整排除了未來可能影響景觀效果的隱患（管井與綠化的空間關(guān)系）。

1.2.2 超復(fù)雜

園區(qū)建造涉及工藝繁雜，包括排水、給水、建筑、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)電、儀表自控、通信、燃?xì)獾榷鄠€專業(yè)，各類管線錯綜復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量繁多，多工種多作業(yè)面同步實施、總體協(xié)調(diào)難度大。因此，依靠傳統(tǒng)的項目管理方式難度大，項目風(fēng)險系數(shù)高，必須綜合運用基于 BIM 的各項技術(shù)手段，才能管控多類型項目及各參與方，提升多類型項目綜合管控效率。

在空間維度上，道路、管線、隧道，軌道、變電站等牽一發(fā)動全身的大市政項目與園區(qū)之間需要大量的設(shè)計協(xié)調(diào)對接工作。在時間維度上，施工工序的合理性需要考慮盡量保持城市交通暢通，保證地區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的雨污水、通信、電力等市政管線在區(qū)域新建過程中正常運轉(zhuǎn)和順利搬遷。項目地塊北側(cè)的上海某大型濕地公園是自世博會開始政府留給市民的永久綠地，在本項目施工過程中也希望盡量保持正常對市民開放的狀態(tài)，建設(shè)和運行協(xié)同要求高。由此，對于市政管線、市政道路進(jìn)行科學(xué)合理施工安排也是對本項目的一個重大考驗。

1.2.3 多參與方

本項目除了園區(qū)內(nèi)部工程項目的建設(shè) 3 大參與方（業(yè)主、設(shè)計、施工）之外，還涉及諸多部門需要協(xié)調(diào)，如市政道路設(shè)計、市政管線設(shè)計、隧道設(shè)計、地鐵設(shè)計等。

另外，就園區(qū)內(nèi)部而言，由于體量大，園區(qū)劃分為 4 個區(qū)域，分別是北一區(qū)、北二區(qū)、西區(qū)和東區(qū)，由 5 個獨立的景觀項目團(tuán)隊分別對應(yīng)此類區(qū)域的工作，包括從方案到施工的設(shè)計工作。此種平面范圍上的切分亦造成了很多內(nèi)部設(shè)計團(tuán)隊之間需要交接協(xié)調(diào)的工作。如何協(xié)調(diào)多方共同參與，保證諸多參與方共同并行設(shè)計項目在運轉(zhuǎn)過程中的及時性和高效性是本設(shè)計項目管理的一大難點。

綜上所述，目前行業(yè)內(nèi)較為普遍的設(shè)計管理模式，可能無法完全支撐如此高要求的工程項目。所以，采取一種順應(yīng)市場發(fā)展要求的精細(xì)化設(shè)計管理方式是大勢所趨，在設(shè)計階段最大限度地達(dá)到融合、集成和有效，讓往常在二維空間里易忽略、難想象的灰色區(qū)域和真空地帶提前暴露于設(shè)計階段，為施工掃平障礙。

2 基于 BIM 的精細(xì)化設(shè)計管理

2.1 精細(xì)化設(shè)計管理

傳統(tǒng)的設(shè)計階段的項目管理核心是時間與成本。應(yīng)對審圖的節(jié)點解決了設(shè)計內(nèi)容規(guī)范強(qiáng)條等問題，應(yīng)對招標(biāo)的節(jié)點解決工程較為粗略的預(yù)算造價，應(yīng)對項目開工節(jié)點滿足了業(yè)主在項目時間上的控制，設(shè)計質(zhì)量的管理常難以管控而不受重視。傳統(tǒng)的二維圖紙管理模型下，設(shè)計管理者很難明確、具體、系統(tǒng)地量化設(shè)計管理標(biāo)準(zhǔn)，缺少質(zhì)量管理的抓手。

“精細(xì)化”的管理在于運用程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化、數(shù)據(jù)化和信息化的手段，組織管理各單元精確、協(xié)同、持續(xù)高效運行[3]。對于設(shè)計管理而言，“精”是經(jīng)過提煉的方法，代表了設(shè)計管理模式的科學(xué)性和高效性；“細(xì)”是微小、苛刻的，代表了設(shè)計管理內(nèi)容系統(tǒng)化、具體化、明確化；“細(xì)”是設(shè)計管理的主要著力點。基于 BIM 的設(shè)計管理，正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)粗放型設(shè)計管理缺失的“細(xì)”，可以順利實現(xiàn)傳統(tǒng)管理模式向精細(xì)化設(shè)計管理的轉(zhuǎn)變。

2.2 BIM 應(yīng)用要求與標(biāo)準(zhǔn)

上海某市級文化公園的項目面臨投資大、工期緊、不確定性因素多、管理工作量巨大等諸多壓力，BIM 應(yīng)用的著力點不僅是傳統(tǒng)的“發(fā)現(xiàn)問題、解決問題”被動式管理模式，用模型解決一些錯漏碰缺現(xiàn)象，更是為了保證項目正常的推進(jìn)，在項目管理方面 BIM 應(yīng)用也起到了積極的作用。

在項目初期，對 BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)一，并制定了較為標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)流程和路線。在設(shè)計方面，本工程需要借助 BIM 手段進(jìn)行多專業(yè)綜合設(shè)計和地下管線綜合協(xié)調(diào)，輔助優(yōu)化設(shè)計成果，使各個專業(yè)、不同區(qū)域的設(shè)計人員之間的溝通更加清晰和全面，提升設(shè)計成果的準(zhǔn)確性。

（1）明確技術(shù)路線。在項目的設(shè)計階段，建立協(xié)同平臺的數(shù)據(jù)資源庫、通過 BIM 技術(shù)優(yōu)化設(shè)計流程，研究了本項目設(shè)計階段的 BIM 應(yīng)用技術(shù)路線，具體如圖 3 所示。于平臺完成二維圖紙向三維模型的轉(zhuǎn)化，以 BIM 模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于各個模型及所有模型整合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、方案比選、沖突檢測、設(shè)計優(yōu)化、工程量概算等，以三維可視化特性為管理人員提供輔助決策，保證設(shè)計圖紙的正確性乃至整個工程的最終品質(zhì)。

圖 3 BIM 應(yīng)用技術(shù)路線

（2）重點突出，兼顧實效。根據(jù)本工程項目的上述特 點—大體量且多參與方，本項目 BIM 策劃明確技術(shù)實施重點，更加關(guān)注隱性的問題，如地表空間和地下空間等設(shè)計內(nèi)容，地下的結(jié)構(gòu)、隧道空間、地鐵空間、市政地下管線、園區(qū)內(nèi)各個專業(yè)地下管線以及它們與起伏地表之間的關(guān)系等等。因此，前期的 BIM 應(yīng)用內(nèi)容制定必須考慮時間和成本，注重實際應(yīng)用效果和實施成本權(quán)衡，應(yīng)避免因過分追求模型精細(xì)程度而增加項目工期和管理成本控制難度。精細(xì)化的管理重點絕不是一味追求模型的細(xì)與全。

2.3 “精”“細(xì)”—BIM 要素+設(shè)計管理

2.3.1 BIM 要素提煉

針對 BIM 構(gòu)件要素的概念，目前已經(jīng)出臺的 GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》中，將建筑構(gòu)件按元素劃分至 480 多種。在技術(shù)層面上，這是目前較為成熟的最精細(xì)化的分類標(biāo)準(zhǔn)。在國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，基于通過BIM 開展的設(shè)計管理項目總結(jié)，從項目管理的角度，對 400多個元素構(gòu)件行二次梳理，初步提煉了幾十類有效的、具有普適工程意義的要素類別。

本項目中主要應(yīng)用 BIM 構(gòu)件要素如表 1 所示。并從工程維度，如時間、深度、應(yīng)用方向等各個角度賦予其一些具有設(shè)計管理者理解的意義，讓這些構(gòu)件要素成為項目管理者的著力點，從而協(xié)調(diào)團(tuán)隊工作、提升設(shè)計品質(zhì)、加快項目進(jìn)度、推動業(yè)主決策。

表 1 基于 BIM 構(gòu)件要素的精細(xì)化設(shè)計管理

對標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)中對室外管線的元素定義，經(jīng)過本項目的應(yīng)用實踐發(fā)現(xiàn)，國標(biāo)在此領(lǐng)域的分類僅停留在大類級別，尚待細(xì)化。本項目中，加入設(shè)計施工運作的維度，將相關(guān)的室外管線和設(shè)施設(shè)備要素定義更加細(xì)化。

此外，在室外的元素定義上，國標(biāo)分類 14-10.10.00 場地大類與 15-32.00.00 室外工程大類內(nèi)有很多元素重復(fù).如道路這個元素同時出現(xiàn)在 14-10.10.03 和 15-32.20.10 兩個編碼中。圍墻、擋土墻、大門、植物等元素同樣有兩個編碼，出現(xiàn)定義重復(fù)模糊現(xiàn)象，需進(jìn)一步梳理、詳細(xì)分類定義。

2.3.2 重點元素關(guān)聯(lián)+碰撞規(guī)則

在本項目的設(shè)計管理過程中，重點對相應(yīng)用的 BIM 構(gòu)件要素之間關(guān)聯(lián)性和設(shè)計項目管理的內(nèi)在邏輯進(jìn)行匹配研究，在不影響設(shè)計流程的情況下，將核心關(guān)注問題與設(shè)計節(jié)點緊密結(jié)合，創(chuàng)新了室外項目的核心碰撞規(guī)則，具體如表 2所示。

表 2 核心碰撞規(guī)則和解決原則

表 2 中，有效的碰撞數(shù)量是在首輪碰撞中累計的數(shù)量，但并非軟件自動生成。有效的定義是表示該數(shù)量經(jīng)過了一定設(shè)計施工邏輯規(guī)則設(shè)置以及設(shè)計與管理人員的人工篩選后，對確實有必要協(xié)調(diào)的設(shè)計問題進(jìn)行累計計算。如種植設(shè)計中影響其他元素的關(guān)鍵要素是大喬木的球根，通過設(shè)計施工經(jīng)驗判斷球根直徑在 1.3～1.5 m 的大喬木影響較大，基于苗木胸徑與土球之間 8～10 倍的關(guān)系，對大喬木的定量篩選指標(biāo)為胸徑 16 cm 以上的喬木。

本項目中較為突出的問題之一是地下各專業(yè)的重力管線系統(tǒng)（即室外排水）與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的矛盾。如因受項目特性制約影響，人造山體下有大量的陸地樁位，在設(shè)計覆土淺層之處，雨污水系統(tǒng)標(biāo)高受到對接市政接口約束，與地下結(jié)構(gòu)沖突嚴(yán)重。在結(jié)構(gòu)施工前，此類隱藏問題暴露推動了設(shè)計修改，取消了部分陸地樁，減少了現(xiàn)場返工現(xiàn)象。

2.3.3 可指標(biāo)量化的管理質(zhì)量成果

本項目也采用了基于多年項目積累所創(chuàng)新的問題報告追溯記錄機(jī)制，實際落實了問題追溯的責(zé)任主體。對可能出現(xiàn)反復(fù)性、衍生性的問題提出了多條記錄的管理追溯辦法，明確了設(shè)計邊界。問題記錄中可以清晰看出應(yīng)該由哪個專業(yè)落實、消化問題。通過狀態(tài)欄，非常明確地辨別是否仍有問題尚未解決。逐條問題進(jìn)行管理分類，可以分為3類，即未解決的問題、有解決方案還未落實圖紙的問題、閉環(huán)的問題。

管理成果質(zhì)量的指標(biāo)化是項目管理科學(xué)數(shù)字化實現(xiàn)的難題，通過要素之間的關(guān)聯(lián)性研究，此類指標(biāo)具備普適性、可復(fù)制性，完全可覆蓋大多數(shù)的項目需求。如在本項目中，隨著圖紙迭代一直消減的有效問題數(shù)量與問題追溯記錄，讓設(shè)計管理者明確推進(jìn)項目進(jìn)程方向。基于 BIM 構(gòu)件要素的精細(xì)化設(shè)計管理全面提高圖紙質(zhì)量，保證設(shè)計品質(zhì)，明確的問題報告也能避免繁復(fù)設(shè)計的修改工作，引導(dǎo)設(shè)計師更加專注于設(shè)計本身。

3 結(jié) 語

隨著科技的飛速發(fā)展，信息化、數(shù)字化的維度不斷劇增，傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計管理模式也亟須改進(jìn)。但這種改變不能流于表面，僅依靠一個軟件、一個平臺、一個模型是很難撬動，基于新技術(shù)的管理思維亟須有所突破。基于 BIM 技術(shù)的可視化、信息化、協(xié)同化、智能化的特點， BIM+ 設(shè)計管理思維模式可以減少管理者水平的“差異化”，實現(xiàn)推廣性、標(biāo)準(zhǔn)性強(qiáng)的管理模式。同時，只有做好設(shè)計 BIM+ 設(shè)計管理，才可能與施工、后期運維等進(jìn)一步深度融合，向優(yōu)化整個建設(shè)工程行業(yè)邁進(jìn)。