BIM節點法在設計管理中的應用

金 戈

(上海水石建筑規劃設計股份有限公司，上海 200235)

引言

設計對建筑工程的成本、質量、進度和功能需求的滿足具有重大的影響和作用，因此設計管理是進行項目管理、決定項目成敗的關鍵因素之一。隨著地產開發的資金壓力，設計的質量和進度成為了不可調和的矛盾點。而高周轉的地產項目又不允許在施工過程中產生嚴重的設計問題，從而影響了施工進度。業主需要更快的設計成果，施工需要更準確的設計成果，這些都給傳統的設計管理帶來了巨大的挑戰，設計管理迫切需要一場革命[1]。

BIM即建筑信息模型，作為一種全新的建筑信息化技術，可為設計施工提供可視化管理和技術支持，是目前國際和行業建設領域關注和研究應用的熱點。但是，BIM在國內的實施過程中，出現了諸多不如意的地方，甚至很多聲音在質疑BIM的價值[2]。

如何利用BIM技術的優勢來提高建筑工程的項目管理水平，如何實現BIM技術的真正落地，成為了一個迫在眉睫的問題。筆者結合多年的外資項目的精細化管控經驗，以及BIM技術的特點，研發了一套適用國內建筑工程項目的設計管理的方法。

1 設計管理的現狀及不足

據研究分析，設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的1%以下，但正是這少于1%的費用對投資的影響卻高達75%以上。據統計，在工程質量事故的眾多原因中，設計責任占40.1%，居第一位。不少建筑產品由于缺乏優化設計，而導致功能設置不合理，影響正常使用； 有的設計圖紙質量差，專業設計之間相互矛盾，造成施工返工、停工的現象，有的造成質量缺陷和安全隱患，給國家和人民帶來巨大損失，造成投資的極大浪費[3]。

為何設計會出現如此多的問題呢？業主對設計周期的不斷壓縮是第一因素，甚至出現一個月出圖、一周出圖、一天出圖的情況，另一因素是設計人員能力不足。排除這些客觀原因，筆者仔細研究了國內的項目流程，發現了一個很重要的現象：國內的設計管理是單線傳遞(見圖1)。每個專業的設計傳遞到施工階段，問題才暴露出來。設計院原本內部需要做的拍圖(專業協調)，因為二維工具的限制，以及設計周期的不足，已經被大大簡化，甚至有些項目省略了這個環節。現有的體制中，拍圖工作一般由若干經驗豐富的設計總牽頭，根據他們的經驗來協調。然而，有限的設計總完全跟不上無限的項目的需求[4]。

圖1 設計管理的現狀

因為缺少了多專業協調這個關鍵環節，在目前傳統的設計過程中，經常出現以下問題：信息不對稱，各專業的變更無法及時更新到相關專業圖紙里，導致諸多不一致的情況出現。例如建筑和結構的樓梯位置不一致； 雨水管和建筑外立面碰撞在一起； 局部凈高不滿足； 公共走廊經常會排布大量的管線，特別是有大尺寸的排煙管，就更容易導致凈高無法滿足業主的要求； 施工空間及維修空間不滿足； 設計師缺乏施工經驗，導致對后續施工空間控制不足，從而影響了正常的施工實施工作等等。

由于缺乏有效的設計管理，傳統的設計成果存在的問題已經嚴重影響了建筑工程的項目質量，亟需改進。

2 BIM技術的應用現狀

從BIM技術引入國內開始，從政府到業主等各方，都對BIM技術在項目中的應用寄予厚望。BIM技術本身具備三維可視、數據聯動等優勢。而BIM技術在國內的實際應用中，卻依然存在諸多問題，其中最突出的一個問題就是BIM無法有效落地，或者說設計做的BIM，施工無法應用，BIM技術的應用出現階段性或碎片化。通過對國內多個BIM案例的分析和研究，筆者有如下結論：

(1)BIM從業者的能力太低，無法提供高質量的BIM成果。

(2)設計方案的頻繁變更，導致BIM成果無法快速更新，而喪失了有效性。目前比較普遍的BIM設計的做法是二維設計一遍，然后再有BIM工程師把二維設計翻模為三維模型。每一次二維設計的方案變更，都需要三維模型跟著更新。而在傳統二維設計成果中，有些只是幾條線的表示，在三維模型中需要很復雜的工作來實現，無法在短時間內完成，導致BIM成果無法和二維設計成果同步完成。

(3)施工單位從業者能力不足以熟練掌握BIM技術和相應的BIM成果。

(4)沒有完善的BIM工作路徑來指導項目各方參與和應用BIM技術。

圖2 BIM應用的現狀

目前BIM實施最常態化的一種情況，就是如圖2所示。BIM供應商搭建了一個BIM模型和一份不知所云的碰撞報告，然后交付給業主和施工，各方都無從下手，然后項目存在的問題依然在施工中頻頻爆發。設計管理是一個動態的過程，而現在的BIM工作是一個靜態的過程，兩者必然存在無法調和的矛盾，而導致BIM無法落地。

為解決以上諸多BIM實施中的問題，提高BIM設計效率，結合多年的外資項目的經驗和BIM技術的優勢，本文提出了一種方法來實現通過BIM技術提高設計管理——BIM節點法。

3 BIM節點法的定義及關鍵要素

3.1 BIM節點法的定義

所謂BIM節點法,是指專業的BIM工程師根據BIM技術規格書的工作標準，將建筑工程項目的所有專業整合在一起，并進行多專業協調從而使BIM模型達到滿足規格書及項目要求的深度，將整個項目根據不同區域的難點和項目需求，拆分成若干個占據一定空間的節點，每個節點包含此空間的建筑、結構和機電等所需的專業模型，同時按照平面、0度剖面和90度剖面，以及模型的形式整合在一張圖紙上； 每個節點按照節點法跟蹤表單進行設置不同的狀態來跟蹤實施情況，從設計到最后竣工復核； 通過對各個節點的分階段控制，提高整個項目的設計管理水平。

圖3 BIM節點法示意圖

要理解BIM節點法(如圖3)，首先要接受一個概念，那就是無論是三維模型還是二維圖紙，使用的目的就是為了有效地傳遞設計信息。

而有效的信息傳遞，需要注意幾件事：

(1)模型適合人機交互和圖紙適合人人交互； 例如差量比對，在二維設計很難實現，而在三維設計就很容易。

(2)模型的信息量過大，而圖紙的信息量太少。但是模型富含的大量非幾何信息在施工建造階段，其實是沒有太多應用的，主要是幾何信息的應用。所以，將信息量富裕的模型轉化為有足夠幾何信息的二維圖紙，也能滿足項目的需求。如上文所說，無論三維還是二維，目的是有效地傳遞設計信息。所以用模型還是圖紙，不重要，重要的是傳遞的這個媒介，具備項目需要的信息。

所以，可以得到一個這樣的結論，在設計過程中，我們可以發揮模型可視的優勢，來進行三維設計； 在設計交付的時候，我們應該發揮二維圖紙更容易交流的優勢。如此混合交叉使用BIM，才能真正發揮BIM的價值。

BIM節點法的特點和價值主要是通過一套完整的節點詳圖，把項目的關鍵部位進行拆解，實現了項目的定量分析。同時，將節點部位的所有信息在一張圖紙上進行展示和協調，提高了溝通的效率，解決了模型無法有效傳遞的問題。BIM模型作為各方交流溝通的工具是可行的，但是指導施工依然存在很多問題，指導施工依然離不開二維圖紙的表現方式。

3.2 BIM節點法的關鍵要素

BIM節點法主要包括以下5項關鍵要素：

(1)專業的BIM工程師

美國的DPR公司在《BIM HANDBOOK》一書的案例中，有明確的說明。一個合格的BIM工程師應該具備設計領域的知識、施工領域的知識和這兩個領域知識的融合[5]。 所以，在BIM團隊建設中，需要制定嚴格的培訓計劃，這個培訓計劃包括了建筑結構機電等專業的設計知識培訓； 一級建造師的建筑實務培訓、 一級建造師的機電實務培訓、 現場觀摩學習以及Revit等軟件操作培訓。同時，可以招聘有施工現場經驗的工程師，再進行設計知識和BIM軟件的培訓。保證BIM工程師能同時接受到BIM軟件操作、設計和施工三個維度的培訓。因此，BIM工程師并不是像外界所說的門檻低，其實是學習曲線很高的一個崗位[6]。

此項主要應對現狀問題的第一項人員能力不足問題，主要作用在于保證實施的人員具備專業的技術能力。

(2)BIM技術規格書

前文已經講到，在傳統的協調過程中，主要有多年經驗的設計師牽頭，而依據的也是這些設計師在無數項目中碰到的問題的解決方案。那么，為了彌補年輕工程師經驗不足的問題，我們收集國內外各類項目實踐中碰到的問題，編制了《BIM技術規格書》。本規格書主要是各類施工、驗收和運維過程中發生過的問題的經驗匯總。此類問題基本上不涉及設計的強規強條，但是在實際施工和使用過程中，會有諸多問題。目前，本規格書有收集76項。例如：

1)車位處不可以有排水溝；

2)如果有貨運或垃圾車，考慮主通道運輸路線的凈高；

3)母線槽盡量不要翻彎(母線槽彎頭需定制，成本代價高)；

4)大型設備的運輸路徑是否通暢，門口大小是否滿足設備運入；

5)風管寬度不要大于1 200，否則風管底部需要設置噴淋，管底凈高反而變小；

6)管道的翻彎盡量從主管到設備末端，盡量從高到低或者從低到高，中間不要出現U型或幾字形。如果需要翻彎，管道翻彎時盡量上翻。(下翻會產生積水、存渣，即使安裝泄水閥，水排往何處也是個問題)。

此項的作用在于保證BIM的成果是解決了項目的問題或實際需求，不是為了BIM而BIM，避免提交沒有用處的模型。

(3)BIM節點法管理表單

BIM節點法管理表單包括節點狀態跟蹤表單、節點布置示意圖和節點詳圖。

節點狀態跟蹤表單主要包括所有節點的數量和內容概述，以及節點的當前實施階段和狀態。見圖4。

圖4 節點狀態跟蹤表示例

節點布置示意圖按照項目的大小，原則上是每個樓層一張。每張圖中放置軸網和建筑，將節點位置圈出，并放上編號，方便項目各方快速了解節點的大概位置。

節點詳圖的種類主要包括復雜節點和標準節點。復雜節點主要指項目的復雜區域或者需要清晰表達的區域，一般包括：公共走廊、管井、機房、防火卷簾、地下坡道、主要車道等其他業主或施工方關心的地方。標準節點主要指內容并不復雜的走廊或車道等區域，但是涉及的區域較大，需要用一個節點來反映所有的情況。

節點詳圖表現內容主要包括：此空間的建筑、結構和機電等所需的專業模型，平面、0度剖面和90度剖面，以及模型。在剖面圖里，必須包含管線、管線類別、大小和高度、管線水平定位、層高、凈高和其他項目需要的要素，見圖5示例。

此項是本管理方法的核心。跟蹤表的作用是保證項目各方都清楚地了解整個項目的各個難點當前的位置和情況，且有一個可視化的記錄，方便業主及項管公司的管理。節點詳圖的作用在于保證項目各方都能快速識別節點的情況，不會出現施工單位能力原因而無法使用模型的問題。詳圖可以用PDF或者實體紙質的方式交付給各方。

(4)雙循環工作流程

理想的BIM實施，應該是設計施工一起工作，且所有專業都已經完成設計圖紙。國內的實際情況是，DBB模式下設計施工分開招標，且在施工過程中，還會有很多設計工作。所以針對真實的建筑工程情況，我們將BIM的工作劃分為兩個工作流程，簡稱為雙循環工作流程[7]。

第一輪，以設計優化為協調主線，以滿足凈高等業主需求的全局協調。主要針對地庫、走道等公共空間和標準層，優先標準層等能確定無修改的區域，實施周期主要在施工圖設計階段。

第二輪，以施工深化為協調主線，以滿足施工所需要的細節協調。各機房、衛生間、室外、精裝、幕墻等，實施周期主要在施工準備及施工期間。

劃分兩個循環還有一個原因是，現在大量的項目，業主都要求設計和施工單位分別做BIM。所以，需要在兩者之間有一個清晰的工作界面。設計BIM只需要負責全局的協調，一些主要空間或標準層，無需關注細節。所有細節在精裝設計進去后，都會調整，前期進行也是會浪費掉。當然設計BIM和施工BIM可以是各主業承包單位做，也可以是一家BIM顧問一起來完成，但是管理工作最好需要BIM顧問來統一完成。當然，其中一家的BIM團隊如果有管理能力，也可能承擔這個工作。

此項內容的作用在于界定設計施工的工作界面和BIM工程師的工作深度。

(5)BIM協調會

圖5 節點詳圖示例

BIM協調會由業主或代建方主持召開，第一次需要明確所有BIM工程師及項目工程師工作目標及各方職責； 協調會主要根據BIM節點圖顯示的問題或BIM服務商提供的問題報告，進行多方協商。協調會的參與方必須包括業主、設計負責人和施工技術人員，或者成立一個BIM工作組，這個工作組必須包括上述的人員[7]。

BIM的節點詳圖會暴露很多潛在的問題，而這些問題的修改，主要會涉及到三個方面：成本、設計合規性和施工可實施性，而這三個方面又正好代表了項目主要參與方的各自利益。

當出現一個問題后，不再會有業主、設計、總包、分包的反復溝通與協同，所有的問題會在節點里體現，并在BIM協調會上由BIM工作組進行裁定，最后變成確定的設計變更，以消除傳統協同的冗余過程。

日常BIM協調會的會議流程如下：

1)BIM經理闡述上一次的BIM工作內容及交付的成果；

2)BIM經理提前一天將需要討論的問題，以郵件形式發送給會議參與方；

3)BIM經理闡述設計或施工BIM供應商提供的上一次會議要求的工作成果；

4)各參與方在現場討論確定問題解決方案、解決時間、責任人寫在協調會的白板上；

5)根據項目問題解決情況，對已經解決的問題從白板上擦除，添加上新的問題；

6)以上過程每次會議循環往復，實現對問題的跟蹤與執行處理記錄。

4 應用案例

項目名稱：上海某會議中心項目。業主方：上海久事集團；設計方：上海華建集團；施工方：上海建工總承包公司；BIM顧問：上海水石；項目概況：本項目位于上海黃浦路附近，總建筑面積約10萬m2，其中地上5.7萬m2，地下4.3萬m2。項目地下3層，地上分別是1/2/3號樓。

本項目的BIM策略是：設計院提交設計圖紙給到BIM顧問； BIM顧問結合設計、施工和運維的多維度需求，劃分BIM節點，排查會給項目帶來嚴重影響的問題； 優化后的設計成果提交個施工單位進行施工BIM深化。

2019年10月，設計院完成第一稿設計圖紙。BIM顧問進行復雜節點排查。以1號樓為例：復核設備有243臺，其中空調30臺，新風機組8臺，風盤129臺，風機74臺，設備表有歧義的有11臺； 另外1號樓，各類問題166個，其中復雜節點34個，防火卷簾問題12個，暖通問題11個，給排水問題16個等。其中地下室有2塊區域問題特別嚴重，凈高不足2 m，而業主的期望是2.6 m以上。

圖6 問題匯總

遵循BIM節點法的邏輯，首先BIM顧問將這些問題以節點的方式一一生產出來，并在BIM協調會上和業主方、設計方進行溝通。大家都能快速地理解問題所在，節省大量溝通的時間。其次，BIM顧問基于設計經驗，提交了優化方案。其中最嚴重的凈高問題的解決思路是在地下室增加管井，從而減少車道上方的各類大尺寸風管，來提高凈高滿足業主需求。各方在BIM節點的基礎上，快速地達成了一致。最后，設計院按照BIM顧問的意見修改設計圖紙，從而實現設計方案的優化，給后續的施工減少設計遺留問題。

作為本項目的BIM顧問，我們并沒有將所有的圖紙都建模，而只是針對復雜節點進行模型復核，這樣可以大大減少建模的時間。其次，所有問題是從設計、施工、運維三個角度去考慮，而不是單單從設計角度。

BIM的意義在于發現問題，解決問題，不是為了建模，這個是以往很多項目經常犯的一個錯誤。

本項目目前處于土建施工階段，現場反饋圖紙質量明顯優于以往其他項目，在項目例會中，業主高度評價BIM顧問的價值。

5 結束語

BIM技術已經在國內發展十多年了，但是大量的BIM從業者依然被束縛在軟件操作的層面。筆者根據十多年的工作經驗，得出的結論是BIM技術在國內缺少一種符合中國國情的工作模式或工作方法。在本文中，筆者幾乎沒有談論使用何種軟件工具進行BIM工作，更多的是和大家探討我們使用過的方法和對人員的要求。BIM節點法作為一種新型的設計管理模式，有效地結合了BIM技術和設計管理流程，實現了BIM技術的落地應用，大大提高了設計成果的質量。總的來說，BIM節點法解決了BIM實施過程三個核心問題：一個是將模型轉化為各方都更容易理解的三維方式，解決了項目各方交流及交付問題； 第二個是通過化整為零，通過若干個節點實現項目的定量控制、定量分析，避免了項目管理的假大空； 最后一個是通過狀態表，可以實現項目節點的動態管理，實現了BIM技術應用的完整閉合。

另外需要說明的是，BIM作為建筑業信息化的技術，同時涵蓋了幾何和非幾何數據。BIM節點法更多的是解決了幾何數據的應用問題或者說解決了施工建造過程中的問題。關于非幾何數據的應用，筆者在另外一文《基于BIM技術的信息集成及交付研究》中有詳細闡述。