“雙碳”目標下建筑專業推進BIM正向設計教學實踐

李提蓮　趙遲

摘要：BIM技術是建筑數據的三維可視化建模載體，廣泛應用于建筑數據描述領域。文章研究“雙碳”目標下，建筑專業推進BIM正向設計的教學探索與實踐，分析BIM正向設計推進的難點與技巧，探究我國相關建筑專業處理三維碰撞、三維可視化問題的路徑。

關鍵詞：雙碳；BIM正向設計；建筑專業

2021年，碳排放和碳達峰問題被納入政府的工作報告內容。在這種背景下，中國建筑行業必須對實現“雙碳”目標做出調整，因為建筑設計技術與中國實現的低碳環境目標密不可分。

目前，我國經濟發展不斷深入，BIM技術已經被廣泛應用于建筑設計、施工、計算、運營等全過程。而BIM正向設計是一種全新的全職業三維協作設計方式，在中國建設領域的應用越來越受到重視。

一、BIM正向設計概述

（一）什么是BIM正向設計

BIM技術是建筑現代數字化模式和施工數字模式，是全新的建筑、施工、算量和運維一體化的新技術。在傳統三維數據技術基礎上，整合建筑施工過程等相關數據形成的現代工程數據模型，實現了對建筑新數據技術的高效運用。BIM是協調管理工作的基石，能有效提高建筑工程的效率，減少施工項目風險和環境影響，進而實現環保建筑和可持續建筑。

BIM是建筑領域一項新型的數字化建筑設計方法，運用虛擬建筑信息模型進行全面的建筑與管道綜合監控等工作，可以在工程設計階段盡量減少錯漏碰缺，減少工程設計死角，提高設計品質，完善管線綜合，并進行工程設計完畢以后的一鍵算量。BIM徹底改變了過去從工程業主到建筑設計、建筑施工、算量、管理運維中間的界限隔閡，可以管控建筑施工的整個生命周期，大大提高了施工效益，降低了施工風險，減少了資源耗費。

（二）BIM正向設計的特點

1.可視化

可視化技術應用在建筑行業可以達到“所見即所得”的作用。如在施工冬紙中，冬紙上的相關結構數據雖然是用二維曲線繪制的，但是面對建筑的復雜造型卻不能實現。而BIM施工技術模塊里的全部信息都是可視化的，它既可以呈現三維結果，又可以確保項目的設計、施工、算量、運維等都在可視化階段進行。因此，利用BIM技術可以將過去二維表示的建筑結構，用三維或者立體實體的方式表現出來。在移動終端小型化便攜式的技術大潮流下，BIM輕量化的設計模式能為展現工程設計效果和開展實際施工提供很大便利。

2.協調性

在施工企業中，協調是一個關鍵問題。施工單位、企業、建筑設計單位等要齊心協力，才能順利地達成工程任務。而在施工過程中，各專業建筑設計人員往往無法做到合理協調，容易產生專業沖突，如布置暖通等專用管道時，或許會出現某地具有梁等結構障礙物的布置狀態，從而造成施工矛盾。

利用BIM正向設計的協調性服務，可以及時地找到問題并解決。基于BIM的正向設計可以在建筑設計階段全學科協同設計，利用三維信息模型設計的技術，處理各學科之間的相互碰撞問題，并通過模擬設計，評估未來可能產生的問題。另外，利用BIM的協調性特點也可以處理其他設計問題，如建筑物的凈高控制、綜合管線信息設計、消防分區設計、地下排水設計等。

二、BIM正向設計的難點

第一，設計時間較長。從CAD的輔助設計到Revit建模的復雜工作，在工期緊張的情況下，設計人員難以按時完成。目前的主流模式還是利用CAD制圖、Revit沖模進行BIM正向設計。

第二，難以達到施工圖審查深度。現在國內建設工程設計文檔審核主要是通過文件和PDF電子文件，而不是Revit模型。就工程電力而言，Revit的重點在于BIM的構建與應用，而CAD對文檔的要求和規格的準確性仍存在不足。

例如，Revit的平面資訊系統連接采用導線，不夠靈活，影響無線網絡之間的區別，并且會出現“飛線”現象，不符合現階段建筑文檔的內容要求；若自動生成平面的連接，必須設置控制系統，工程量很大，且生產設計圖紙不能滿足現階段工程的深度需求。因此，建筑設計工作人員通常使用詳示線進行系統間的連接，但詳示線具有線型小，有故障時不能自行斷開的缺陷，增加了平面圖的繪制難度。

第三，處理三維碰撞問題。從工程設計管理視角來看，Revit核心為可視化工程設計，在工程設計階段需要處理沖突，以及原本在后期推進和實施配套過程中才必須處理的事情，如火災報警指示燈和配電柜或照明開關的沖撞，在CAD協助工程設計中，因處理各種控制系統平面圖而不能互相參考，不能直觀判定有無沖突；火災感煙檢測器與進氣口、阻隔間距只限于文字描述，無法直接判斷是否滿足規范的需要；在進行大跨度的橋面布局時，只能計算柱寬、梁高，CAD無法直接判定是否存在碰撞，與其他專用管道、汽車之間的間距是否符合規范。上述難題聚集于設計期間，加大了設計的難度，對設計管理的需求與風險更高。

三、BIM正向設計需要注意的問題

第一，系統設計要實現三維可視化。利用建筑物水平與三維視圖的協同調整，把裝置放在適當方位，如電燈吸頂不懸空、電門貼墻不相碰、配電箱柜高度適當等。此項工作是各學科實現碰撞的重要因素，必須嚴格落實。

第二，當完成本學科專業設備布置時，開放每個學科專業的全部工作集，模型類別全部選擇并無過濾器限制信息展示，如此可以在樓層水平中發現與其他專業設備的沖突，從而結合三維視圖，以緩解沖突。此點設計是BIM正向設計相較于CAD輔助設計最大的差異與優點。

第三，各學科都要采取中央建模文檔與本地建模文檔一致，并連接中心模塊的協同設計方法。根據工程電氣專業的特點，在設計電器照明、火災感煙探測器、墻壁照明位置與插座時，建筑設計工作人員必須考慮每個工程的房屋、墻壁、窗戶的要求。因此，針對布置設備過程中出現問題時，如結構梁突出吊頂下、建筑物吊頂標高不合理導致吊頂內設施無法布置，墻與梁的關系不合理等，建筑設計工作人員應該及時向專業技術人員協調，各專業齊力完善模型，并建立有序的教學設計合作。

四、BIM正向設計技巧

第一，如果相同類型的裝置外形類似，但是大小參數類型不一樣，則可以通過一個不同長度的立體實體，嵌套定義數目的類型。通過創建不同的族類，修改不同的大小限制類別和細節條目的可視化類別，構建不同的寬度和不同的圖形表達類型。

第二，在建筑工程中，應急燈、應急疏散指示燈、聲光報警燈、自動報警燈等往往會有兩個燈重疊在一起（實際的3D中，應該是貼著墻壁安裝）。在裝備族成立后，建筑設計工作人員要根據位移量（以三維實體族基為基礎的位移量），在需要移動的機械上，實現一個合適的位點。

第三，在建筑電氣中，建筑設計工作人員會采用既可吸頂裝，又可貼壁裝的裝置，如照明燈、消防緊急廣播等，此時必須在相對立面內嵌二維詳示項目族，否則在壁裝時，水平無法表示二維詳圖項目族。

在設計階段，建筑設計工作人員要確定工程項目中包括什么學科，幫助每個學科通過BIM技術完成工程設計，增強整體工程設計中的規范性、專業性和精密度。在運用BIM等軟件技術開展復雜的電氣工程設計時，工程管理者應建立一個高水平、高質量的團隊，以保證各類設計人才掌握必要的BIM設計知識、應用與操作技能，確保各類設計任務順利開展。

五、BIM正向設計在建筑設計中的應用

（一）方案設計階段

建筑設計技術人員利用BIM技術或者GIS方法，詳細勘測項目的自然環境和自然資源，獲取場地的三維資料信息，從而在實施建筑設計時，為用戶提供充分的依據資料。BIM技術具備了三維空間實時可視化、數據分析化、可參變的特點，在概念設計時也可以很好地輔助設計，在進行建筑設計的時候，可以很直觀迅速地表現相應的建筑設計情況。

在建筑項目的設計過程中，建筑設計工作人員采用BIM正向設計，從面積設計、功能設計、體型設計等方面優化和修改，可以使整個設計過程更加完整。在審核項目的過程中，建筑設計工作人員可以根據不同的角度和方式修改項目設計，確保項目的效果。

（二）初步設計階段

在初步設計過程中，建筑設計工作人員運用BIM技術，能深度設計建筑設計，同時利用一些輔助程序，對建筑的內部設計、功能表現以及所運用的科技手段等進行三維科學計算可視化校審，這樣可以直接地看出問題并解決問題。

比如，目前建筑的主體軟件平臺是Revit，結合Fuzor、Twinmotion、Navisworks等軟件，可以有效達到建筑三維可視化功能，可以通過檢測建筑的墻面功能，表達建筑的總體視覺感受，從而傳達建筑設計的整體風格與理念。

（三）施工設計階段

圖紙設計是現代建筑中的重要環節，是實施建筑設計的理論基礎，對施工、算量等有著關鍵的引導與指導作用。BIM全專業的正向協同建設，可以較好地解決目前建筑設計行業中普遍存在的先畫圖再翻模，BIM設計技術只能用作檢測工程設計錯漏碰缺的手段等缺陷。

在Revit軟件平臺，建筑設計工作人員可以通過三維建模技術直接制作二維圖紙，做到圖模合一，并且可以通過明確建模原則、優化設計過程、提高家族庫儲備、編制可參變的建筑設計原型圖等手段，在提高工程設計質量的同時，達到一鍵算量建模的目的，從而實現設計階段的低成本設計造價。

BIM技術的運用，可以協助建筑設計工作人員更直接地完成方案之間的比選，從而做出最佳的產品設計。全學科BIM正向協作建設，要求工程隊伍和各個學科的設計師在同一網絡平臺上采用鏈接的形式，完成本學科的協同建設，即時反映工程進展，逐漸實現相應的工程功能，并能及時發現各學科是否出現問題，以及學科之間相互沖突的現象，這對管線與工程設計和房屋空間設計尤為重要。

因此，在施工圖方案設計中運用全學科BIM正向協同設計技能，可以保證施工圖紙的品質與水準，同時通過持續的技能積累，實現提高工程設計效果與管理水平的目的。

綜上所述，在建筑領域中，BIM技術也成為建筑行業廣泛采用的一項建筑設計方法。通過全學科BIM的正向共享建筑設計，能實現多個學科在同一個系統下合作構建三維信息模型，共同完成建筑設計，最后生成計算工程量最大的三維信息模型，以及滿足標準的二維圖紙設計等技術創新應用。

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（作者單位：江蘇建筑職業技術學院）