建筑設計企業BIM 技術應用研究

鄭毅ZHENG Yi；萬冬君WAN Dong-jun

（北京建筑大學，北京 100044）

0 引言

當前建筑設計企業的發展面臨巨大的挑戰，設計企業今后的發展趨勢以設計牽頭的全過程咨詢和工程總承包模式為主。這兩個方向對于設計企業的交互方式和服務能力，有著巨大的提升要求。同時，在當前設計企業BIM 應用率較高而收益率卻較低的情形下[1]，也需要設計企業從數字化的校審審批、數字化的設計能力和數字化的轉型出發，去做出更多的技術支撐和積累。設計企業如何在保證現有的CAD 設計效率的同時，又能滿足未來的BIM 數字化設計以及信息化管理的要求，以便于實現全過程、全產業鏈的建造和管理，這對于設計企業是一個急需考慮的問題。本文基于設計企業BIM 技術應用實際情況，提出設計企業BIM 技術應用發展的策略，為后續設計企業的發展提供參考依據。

1 建筑設計企業BIM 應用價值

1.1 建筑性能分析

利用專業的性能分析軟件對方案BIM 模型進行建筑能耗、日照、通風、采光等性能分析，通過多方面的分析，得出不符合預期的設計指標，并及時調整方案BIM 模型，反復推敲，直至敲定最終符合要求的建筑方案。

1.2 設計方案比選

建立方案BIM 模型后，可利用BIM 模型從結構、機電等專業的角度提出建議和要求，初步分析本項目可采用的結構形式、機電設備參數等，并能為后續設計提供參考。通過構建或局部調整方式形成多個備選的設計方案BIM 模型，進行比選，使項目方案的溝通討論和決策在可視化的三維仿真場景下進行，實現項目設計方案的直觀和高效[2]。

1.3 設計協同

在設計階段項目BIM 實施過程中，協同工作主要為建筑、結構、機電三大塊的專業內協同和專業間協同。各專業在同一平臺上進行協同設計，極大提高溝通效率，保證設計信息傳遞的及時性與完整性，保證設計質量。

1.3.1 專業內協同

專業內協同采用“中心文件”協同方式，由建筑、結構、機電各專業分別創建，并且僅包含本專業負責的內容，設計人員單獨創建、修改、訪問各自專業內BIM 成果。設計單位搭建協同服務器，所有設計成果保存在協同服務器中。在服務器項目文件系統中，應當為專業劃分各自的文件位置，以便分別保存、更新BIM 成果和多專業間協同。

1.3.2 專業間協同

專業間協同采用“鏈接文件”的方式，各專業將其他專業模型鏈接到本專業模型中，進行設計參照，相互提資。當共享BIM 成果有變更時，鏈接模型自動更新，各專業設計團隊可迅速處理變更問題。

1.4 碰撞檢測與綜合協調

碰撞檢測與綜合協調基于各專業模型，通過BIM 軟件進行各專業模型間碰撞檢測，直觀解決空間關系沖突，顯著提高管線綜合的協調能力和工作效率，優化工程設計，減少設計階段圖紙誤差，避免不必要的設計錯誤傳遞到施工階段。

1.5 凈高分析

完成碰撞檢查與綜合協調后，通過BIM 軟件對各功能區域的空間凈高進行分析，確定各功能區域的凈高合理性，并針對不滿足空間要求的區域進行分析和設計調整，給出最優的凈空高度。

1.6 出圖

施工圖設計階段BIM 模型達到出圖深度后，二維圖紙應通過BIM 模型生成后導出。出圖流程如圖1 所示[2]。出圖的線型、線寬、顏色、定位、注釋等設置均應按BIM 技術標準要求提前在BIM 軟件中進行設置，以確保輸出的圖紙在包含所需信息的同時達到標準化、規范化。BIM 設計出圖主要目的是減少二維設計的平面、立面、剖面的不一致性問題；盡量消除各專業間設計表達的信息不對稱；為后續設計交底、施工深化設計提供準確依據。

圖1 二維制圖表達BIM 應用操作流程圖

1.7 工程量統計

BIM 模型通過BIM 算量軟件，進行模型映射，算量軟件通過識別映射后模型構件屬性，運行提前設置好的運算規則，進行算量分析，導出BIM 工程量統計表。相對于傳統的手算圖紙工程量或單獨創建算量模型進行算量，直接通過施工圖階段完成的BIM 模型所輸出的工程量更加準確，也更接近現場實施的工程量，在保證使用功能的前提下，減少工程量，可以最大限度對成本進行控制。

1.8 虛擬仿真及其漫游

虛擬仿真漫游是利用BIM 軟件模擬建筑物的三維空間，通過漫游、動畫的形式提供身臨其境的視覺、空間感受，及時發現不易察覺的設計缺陷或問題，減少由于事先規劃不周全而造成的損失，有利于設計與管理人員對設計方案進行輔助設計與方案評審，促進工程項目的規劃、設計、投標、報批與管理[2]。

本章主要描述了企業設計階段BIM 應用點及其意義。BIM 模型的可視化，優化性與協調性可以展現其價值，解決了二維設計一直以來的痛點：第一是并不會出現類似套管設置在樓梯平臺上、加壓風井送風口卡在梯段中間這類三維模型一目了然而二維協作經常發生的問題；第二是因為提資資料及圖紙等成果都在三維模型文件中，并不會出現因改動過多或周期過長而造成的提資資料或圖紙成果無法對應正確版本的問題；第三是因為模型只有一個，當有變更發生時，構件的改動會使得平面、立面、剖面視圖同步修改，并不會出現二維協作變更過程中平面修改而剖面忘記修改或者平面、剖面修改后無法完全對應等問題。BIM 設計大大提升了設計企業圖紙交付質量，為后續項目實施打下了堅實的基礎。

2 建筑設計企業BIM 應用發展趨勢

目前，我國建筑設計企業BIM 技術應用發展分為三個階段，第一階段是BIM 翻模階段，是將標書要求的BIM 模型外包給BIM 咨詢公司，BIM 咨詢公司根據設計師不斷更新的圖紙版本修改模型，達到“圖模一致”。最初這個模型僅作為交差使用，實際價值體現基本為零；后續進行了一些基于模型的應用，主要是通過BIM 模型的可視化，直觀的發現設計圖紙中的“錯漏碰缺”，通過問題報告的形式反饋設計師，設計師改圖，咨詢公司再改模型，形成閉環，BIM 模型的價值初現。第二階段是企業內部組建自己的BIM 團隊，前期是內部團隊翻模查錯，雖然本質上與外包咨詢團隊沒有大的差別，但因其在企業內部，日常的溝通交流，組會討論更為密切，協同起來效果更加突出。后期是BIM 建模師與設計師協同設計，也稱“半正向設計”。這需要兩個前提，一是設計師要有一定的BIM 軟件基礎，需要具備簡單的模型搭建能力；二是BIM 建模師要把BIM 軟件項目樣板做好，包括但不限于視圖樣板，材料做法，項目族制作等，解放設計師深度學習BIM 軟件的時間成本，最大限度的提升設計效率。第三階段是真正意義上的“正向設計”，即完全由設計師用BIM 軟件進行三維協同設計，這個階段需要傳統的設計師花費大量的時間成本，在繁重的設計規范的學習基礎上，進行BIM 軟件的學習，同時企業也要對整體的人才梯隊有一個相當長時間的培養周期。

現階段我國建筑設計企業能實現第三階段的企業鳳毛麟角。因其門檻較高，能實現的企業首先是大型國企，BIM技術接觸的早，起步的早，然后企業內部對BIM 技術的認可度高，認可BIM 設計是企業發展的必經之路，而且由于起步早，人才梯隊與培養體系也足夠完善。而大部分企業走在“半正向設計”發展道路上，BIM 建模師與傳統設計師之間如何高效協同是這些企業一直在研究的重點與難點。

3 建筑設計企業BIM 應用難點

難點一是人員組織的困難。現階段設計師出圖任務艱巨，而且設計企業是以參與項目數量以及出圖數量衡量績效，但BIM 軟件的上手難度較高，學習BIM 軟件往往需要系統性學習且時間周期較長，設計師就自身來講既沒時間系統學習，也沒動力主動學習，從而導致設計師對BIM 設計不夠重視。在企業領導層面考慮，BIM 改變了傳統的工作模式，從二維設計走向三維設計，類似于20 世紀90 年代的“甩圖板”，但顛覆程度更甚，而且BIM 對軟硬件要求很高，前期投入很高，領導要考慮這么大的變革，后面效益如何，會不會造成付出與回報不成正比的結果，這也導致領導們推動企業的BIM 應用的積極性不夠高。

難點二是市場認可的困難，設計企業在投入大量人力物力財力之后，大幅提升了圖紙質量，但設計企業提供過硬的圖紙質量似乎是市場歷來的共識。雖然是否使用BIM 設計對圖紙質量影響很大，但后續建設流程還是以施工圖為主，設計企業作為獨立分包，如此高的成本投入并沒有得到應有的價值體現，施工方還是按圖施工，業主方還是照常管理。所以設計企業的市場認可度還有待進一步提高。

難點三是設計流程改變的困難，BIM 設計是對傳統項目設計流程的再造，新技術的應用會對原有工程設計模式產生沖擊[3]。傳統的CAD 協作模式專業內及專業間溝通繁瑣，不能牽一發而動全身，需要相互之間反復不停地協調[4]，很容易造成專業內圖紙無法正確對應的問題、專業間圖紙的碰撞問題、變更后的不同版本間圖紙無法對應的問題等，BIM 協作模式雖然能較好的解決這些問題，但會使專業間配合前置、后期工作量前置[5]，暴露更多傳統二維設計中設計階段不會發現的問題，同時原本施工階段考慮的問題也會前置到設計階段考慮，這些會增加設計師的工作量，改變了傳統二維設計的工作流程，并且由于BIM 設計前期積累過少，導致很難做出令人滿意的成果，會給各參與方造成BIM 無用的錯覺。

難點四是成本投入的困難。首先是軟硬件的費用，設計師使用的電腦需要更新換代，BIM 建模及應用相關軟件需要購買，BIM 協同服務器需要配置，配套軟硬件的成本是一筆高昂的費用；其次是培訓的成本，成體系的培訓需要外聘專業講師，培訓后要用實際項目練手，培訓完成到設計師熟練掌握需要高昂的時間成本；最后是企業運營成本，沿用傳統的CAD 協作模式，現階段效率高于BIM 協作模式，一旦啟用BIM 協作模式，設計師的效率大打折扣。當設計企業花費大量成本使用BIM 設計提升圖紙質量，卻得不到應有的利潤，會使設計企業推動BIM 設計的積極性大打折扣，無疑對于工程建設行業的發展是個沉重的打擊。

綜上所述，建筑設計企業現階段BIM 應用難點主要集中在人員組織，市場認可，工作流程改變，成本投入等方面，整體上建筑設計企業BIM 技術的成熟應用任重而道遠。

4 建筑設計企業BIM 應用策略

BIM 的巨大價值隨著政策的宣貫以及建筑設計企業的實際應用已經毋庸置疑，現階段如何解決BIM 設計的效率問題是推動BIM 發展的關鍵。本文主要從組織及管理策略、技術及經濟策略來探討建筑設計企業BIM 應用策略。

4.1 組織及管理策略

企業的組織與管理的優劣是企業發展的決定性因素。首先企業領導層要意識到BIM 設計的重要性與必要性，對企業內部，從領導層面強力推動企業內部BIM 設計的發展，制定科學的發展計劃，從試點設計項目起，培養中青年設計師作為BIM 設計主力軍，同時各專業總工也要熟悉BIM 設計軟件運行邏輯，做到全人員、全專業、全過程應用BIM 技術。對企業外部，要將BIM 技術成果傳遞給業主方及施工方，要將自身的BIM 高質量成果推銷出去，要讓業主方和施工方認可BIM 技術帶來的質量與效率的提升。這樣既可以形成合力一同推動建筑行業高質量發展，同時對于設計企業來說，自身的競爭力與效益都形成了良性的發展。

4.2 技術及經濟策略

提升BIM 設計效率離不開有效的技術方式方法，第一企業要配置可以支持異地協同的平臺，滿足多地多人同時協同的需求，此外平臺還應具有經營管理、質量管理、圖檔管理相關功能[6]；第二軟硬件配置要滿足日常BIM 設計需求，特別是軟件的選用要從工作效率提升、市場占有率、可開發性進行分析和評估[7]；第三企業要定制企業BIM 實施方案，包括但不限于BIM 實施流程、BIM 協同方式、BIM實施標準、BIM 工程應用等；第四要通過項目的積累，不斷完善企業內部資源庫，形成標準化資源庫，提升BIM 設計效率。

技術策略離不開企業經濟投入的支持，第一企業對于軟硬件配置要有足夠的預算，盡可能滿足日常BIM 設計所需；第二要外聘專業講師團隊對設計師進行BIM 全流程培訓；第三對于參與BIM 設計項目的設計師要給予足額補貼，提升設計師的工作積極性；第四設計企業的BIM成熟應用是一個相對漫長的過程，企業要根據自身實際情況衡量是否有條件持續投入直到BIM 設計開花結果。

本章主要從組織與管理、技術與經濟兩大方面給予設計企業BIM 應用策略建議，這兩大方面相輔相成，缺一不可。隨著國內政策持續推進，試點項目逐步落地，越來越多的成功經驗將助力國內BIM 設計企業更好更快的發展。

5 結語

本文提出了建筑設計企業的發展方向，分析了BIM技術在建筑設計企業的應用價值及發展趨勢，同時基于現階段建筑設計企業BIM 技術應用推動存在的困難，從組織與管理、技術與經濟兩大方面提出了建筑設計企業發展策略，為后續建筑設計企業的BIM 技術應用發展提供了參考依據。相信的在不久的將來建筑設計企業的BIM 技術應用發展及工程建設行業的數字化轉型會走向正軌，為國家的高質量發展提供助力。