基于BIM技術(shù)的正向協(xié)同設(shè)計(jì)研究

段 然

（天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400）

BIM（BuildingInformationModeling）技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可，它通過一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成項(xiàng)目全生命周期（從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至終結(jié)）的各種信息，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的完整性和一貫性，項(xiàng)目參與各方（設(shè)計(jì)、施工、設(shè)施運(yùn)營(yíng)和業(yè)主等）可以基于BIM進(jìn)行協(xié)同工作，有效節(jié)省資源、降低成本、提高工作效率、以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

BIM的核心在于三維模型，利用數(shù)字孿生技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的信息庫(kù)。該信息庫(kù)不僅包含描述構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息。借助這個(gè)包含信息的三維模型，大大提高了項(xiàng)目的信息集成化程度，從而為項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)信息交換和共享的平臺(tái)［1］。

1 BIM應(yīng)用在設(shè)計(jì)階段存在的問題

毫無疑問，所有行業(yè)都希望通過使用BIM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的全過程應(yīng)用，特別是在設(shè)計(jì)階段，通過可視化實(shí)現(xiàn)方案的對(duì)比優(yōu)化，通過BIM模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付，實(shí)現(xiàn)工程信息與數(shù)據(jù)在不同階段的共享與傳遞。目標(biāo)是美好的，但現(xiàn)實(shí)是骨感的?，F(xiàn)實(shí)中多數(shù)項(xiàng)目BIM應(yīng)用均存在“兩張皮”現(xiàn)象，即一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行工程專業(yè)設(shè)計(jì)，一個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行BIM建模，也就是“翻?！钡默F(xiàn)象，而且“翻模”的進(jìn)度往往都是滯后于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)本身的［2］。也就是說，BIM技術(shù)其實(shí)并未真正參與到工程方案“從無到有”的設(shè)計(jì)過程中。

2 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)

“BIM正向設(shè)計(jì)”是針對(duì)“翻?！爆F(xiàn)象而提出的，首先，從工程設(shè)計(jì)的開始階段就要采用BIM設(shè)計(jì)，BIM模型隨著工程方案從無到有，貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程；其次，在設(shè)計(jì)過程中，不同專業(yè)的工程師直接以三維模型為操作對(duì)象，而不是二維圖紙；同時(shí)，在項(xiàng)目方案優(yōu)化、修改和調(diào)整時(shí)，能夠所見即所得，通過BIM模型可視化對(duì)不同方案和細(xì)節(jié)進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證。

BIM技術(shù)的核心特點(diǎn)之一是協(xié)同性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中需要同專業(yè)內(nèi)以及專業(yè)間的工作伙伴不定時(shí)的協(xié)調(diào)工作。BIM技術(shù)協(xié)同性的特點(diǎn)可以充分發(fā)揮其并行工作優(yōu)勢(shì)，可以保證專業(yè)內(nèi)及專業(yè)間的信息傳遞及時(shí)有效，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間設(shè)計(jì)過程的高度協(xié)調(diào)，更加高效地把控項(xiàng)目設(shè)計(jì)的進(jìn)度和質(zhì)量。

只有真正實(shí)現(xiàn)“BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)”，才能確保BIM技術(shù)落地于實(shí)際工程設(shè)計(jì)之中，才能發(fā)揮BIM技術(shù)在工程方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化中的實(shí)際價(jià)值。否則，如果BIM技術(shù)的應(yīng)用總是采用“翻?！钡姆绞剑粌H會(huì)失去BIM在工程設(shè)計(jì)中的核心價(jià)值，而且也無法真正發(fā)揮其在工程建設(shè)施工階段的整體價(jià)值。

3 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)流程

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程總體上是一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)，上游專業(yè)做完設(shè)計(jì)后將其設(shè)計(jì)內(nèi)容傳遞給下游專業(yè)，下游專業(yè)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行本專業(yè)內(nèi)容設(shè)計(jì)，如圖1所示（以水泥工業(yè)設(shè)計(jì)流程為例）。

圖1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

而BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)流程總體上是一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)，所有專業(yè)都基于同一個(gè)中心模型，各專業(yè)間的設(shè)計(jì)內(nèi)容互為參考。不同專業(yè)可以同步開展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)的問題可以實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，及時(shí)處理。如圖2所示（以水泥工業(yè)設(shè)計(jì)流程為例）。

圖2 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)流程

結(jié)合BIM設(shè)計(jì)流程的特點(diǎn)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中需要適當(dāng)改變?cè)械墓ぷ髁?xí)慣，以便更好的發(fā)揮BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。如圖3所示，展示了一種典型的BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程。設(shè)計(jì)過程中實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，實(shí)時(shí)碰撞檢查，貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)流程中，作為協(xié)同設(shè)計(jì)的一部分而不是事后彌補(bǔ)缺陷的手段。設(shè)計(jì)過程中實(shí)時(shí)檢查并與相關(guān)專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)解決，避免到查返階段出現(xiàn)大量返工，可有效提高總體設(shè)計(jì)效率［3］。

圖3 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程

4 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)階段劃分

與以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程相比，BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)依然要經(jīng)歷方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段，三個(gè)階段形成的模型分別對(duì)應(yīng)BIM初始模型、中間模型和成品模型，BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)的過程實(shí)際上就是BIM模型的形成和完善過程。但與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的是，在整個(gè)BIM設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)內(nèi)部及各專業(yè)之間的協(xié)同更加頻繁，專業(yè)間的提資形式由二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)殡A段性模型為主，二維圖像（或圖紙）為輔。

圖4 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)階段劃分

5 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)的制度保證

①設(shè)計(jì)階段是建模階段，優(yōu)質(zhì)的模型和數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的BIM應(yīng)用起到了決定性的作用，但是BIM應(yīng)用帶來的價(jià)值在設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)的并不明顯，反而增加了設(shè)計(jì)人員的工作量，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率的下降。因此設(shè)計(jì)合同中應(yīng)將BIM模型另計(jì)費(fèi)用，只有收益與產(chǎn)出相匹配，才能激發(fā)設(shè)計(jì)人員的積極性。

②原有的設(shè)計(jì)流程阻礙BIM技術(shù)的發(fā)展。原有的流水線式的設(shè)計(jì)流程以及按專業(yè)劃分部門的組織形式，在一定意義上明確了不同部門專業(yè)工程師的職責(zé)范圍以及績(jī)效分配方式。而BIM設(shè)計(jì)界限相對(duì)模糊，容易造成專業(yè)間的互相推諉。因此建立新的符合BIM特點(diǎn)的組織形式，如項(xiàng)目組或者綜合設(shè)計(jì)所，將不同專業(yè)的工程師歸到同一個(gè)部門統(tǒng)一管理，消除組織壁壘，更好的產(chǎn)生協(xié)作效應(yīng)。

③缺乏與BIM技術(shù)相適應(yīng)的設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)流程中設(shè)計(jì)院的成果是圖紙，圖紙表示方法必須要符合相關(guān)的二維制圖規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在BIM設(shè)計(jì)中不能將二維出圖標(biāo)準(zhǔn)生搬硬套，必須建立以三維模型為核心的交付標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，二維圖紙只是模型在某個(gè)部位的剖面展示，與三維模型實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，圖紙界面可以摒棄掉不必要的二維標(biāo)注，減少“出圖”的工作量，給設(shè)計(jì)人員減少重復(fù)勞動(dòng)量，讓設(shè)計(jì)人員主動(dòng)去建模型，而不是畫圖紙，只有這樣，BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)才能順利推行。

④實(shí)行主體專業(yè)負(fù)責(zé)制。針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目或子項(xiàng)，首先要確定其主體專業(yè)，如某工業(yè)生產(chǎn)車間，工藝專業(yè)為主體專業(yè)，某電力室，電氣專業(yè)為主體專業(yè)，某辦公樓，建筑為主體專業(yè)。主體專業(yè)對(duì)整體設(shè)計(jì)方案負(fù)責(zé)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制定并監(jiān)督各專業(yè)的設(shè)計(jì)進(jìn)度，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的專業(yè)間協(xié)作問題，由主體專業(yè)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。

⑤制定模型深度標(biāo)準(zhǔn)。模型深度應(yīng)遵循“適度”的原則，包含兩個(gè)方面內(nèi)容：模型造型精度、模型信息含量。同時(shí)，在能夠滿足BIM應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量簡(jiǎn)化模型。適度創(chuàng)建模型很重要，模型過于簡(jiǎn)單，將不能支持BIM的相關(guān)應(yīng)用需求；模型過于精細(xì)，超出應(yīng)用需求，不僅帶來無效勞動(dòng)，還會(huì)出現(xiàn)因模型規(guī)模龐大而造成軟件運(yùn)行效率下降等問題。對(duì)于BIM設(shè)計(jì)而言，在不同設(shè)計(jì)階段建模過程中對(duì)BIM模型包含的構(gòu)件及其建模詳細(xì)程度標(biāo)準(zhǔn)的制定，是BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)順利執(zhí)行的必要保障。

6 結(jié)語

BIM技術(shù)作為一種新的設(shè)計(jì)概念及工具，在工程建設(shè)設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。我們究竟應(yīng)該選擇哪種技術(shù)路線，如何才能發(fā)揮出BIM技術(shù)應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，如何能夠讓設(shè)計(jì)人員從內(nèi)心真正的接受和主動(dòng)使用，從而對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本產(chǎn)生良性影響，是每個(gè)行業(yè)均在熱烈討論的話題。

或許在技術(shù)應(yīng)用的探索中，“翻?！笔且粋€(gè)不得不經(jīng)歷的中間過程，現(xiàn)階段可以滿足我們對(duì)于可視化的基本需求。但是隨著我們對(duì)BIM技術(shù)理解的越來越深，從BIM技術(shù)的整體價(jià)值來看，只有多專業(yè)BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)、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(guān)聯(lián)性，杜絕重復(fù)工作量，才有可能實(shí)現(xiàn)BIM交付和信息共享和傳遞的目標(biāo)。