BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)分析

楊廷光

(云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院)

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，加快數(shù)字化發(fā)展和數(shù)字建設(shè)已經(jīng)成為各行業(yè)發(fā)展的新導(dǎo)向。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為建筑業(yè)數(shù)字化建設(shè)的基石，其重要性不言而喻。依托于BIM 技術(shù)的BIM 正向設(shè)計(jì)是建筑業(yè)數(shù)字化建設(shè)的關(guān)鍵。它可以有效提高建筑設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低建設(shè)成本，有助于推動(dòng)建筑業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級(jí)。因此，探討B(tài)IM 正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)，對(duì)于加快建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展、推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型升級(jí)以及BIM正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 BIM正向設(shè)計(jì)概述

BIM 正向設(shè)計(jì)是相對(duì)于“BIM 逆向設(shè)計(jì)”而提出的[1]。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，一般以二維出圖為導(dǎo)向，先完成二維圖紙的繪制，再利用BIM 技術(shù)介入輔助設(shè)計(jì)和二次開發(fā)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果和確保圖模一致性，簡(jiǎn)而言之就是“先出圖，后建模”。一般將上述方法稱之為“BIM逆向設(shè)計(jì)”[2]。在“BIM 逆向設(shè)計(jì)”模式下，BIM 技術(shù)多為驗(yàn)證二維設(shè)計(jì)和二維圖審服務(wù)，其本身的優(yōu)勢(shì)并不能完全發(fā)揮，設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，設(shè)計(jì)缺乏全壽命周期視角?；谝陨夏Ｊ降娜秉c(diǎn)和不足，一種克服以上硬傷的設(shè)計(jì)模式——BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

BIM 正向設(shè)計(jì)是以BIM 模型為設(shè)計(jì)核心，通過BIM技術(shù)完成設(shè)計(jì)工作并形成設(shè)計(jì)成果文檔的設(shè)計(jì)模式[3]。 BIM 正向設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師直接在BIM 模型中表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，并將問題前置化，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)共享，以達(dá)到生產(chǎn)力的釋放和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。

相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，BIM 正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)意圖表達(dá)更直觀，設(shè)計(jì)流程更簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率更高，多專業(yè)協(xié)同程度和信息共享程度更高，設(shè)計(jì)成果的呈現(xiàn)形式更豐富，一定程度上能夠節(jié)約設(shè)計(jì)成本。 BIM 正向設(shè)計(jì)具備傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所不具備的優(yōu)勢(shì)，其要求也自然水漲船高。圖面表達(dá)規(guī)則不僅繁雜而要求更為嚴(yán)格，各專業(yè)之間的協(xié)同緊密程度要求也更高，對(duì)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和軟件操作能力的要求也自然提高。

BIM 正向設(shè)計(jì)還提倡集成化設(shè)計(jì)，以BIM 模型為核心數(shù)據(jù)源，項(xiàng)目的不同階段均可圍繞同一BIM 模型進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)方案優(yōu)化、自動(dòng)化出圖、一模多用等目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工、運(yùn)維等各個(gè)階段的緊密銜接和信息傳遞，推動(dòng)建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展。

2 BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

BIM 正向設(shè)計(jì)是BIM 技術(shù)的核心應(yīng)用之一，與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式相比，其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要為以下幾個(gè)方面。

2.1整體化的設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，設(shè)計(jì)流程相對(duì)分散，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)緊密程度相對(duì)較低，圖像與模型的關(guān)聯(lián)性較差，設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不直觀，在普遍高壓縮的設(shè)計(jì)周期中，設(shè)計(jì)師的大部分時(shí)間和精力都集中在制圖和修改工作上，且BIM 技術(shù)的介入也多為管線綜合服務(wù)，其本身的優(yōu)勢(shì)所起的作用不大，這些難免會(huì)造成設(shè)計(jì)的隱形問題難以發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目后期的各種風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)隨之增加，項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量也將受到影響。

BIM 正向設(shè)計(jì)則可以彌補(bǔ)以上存在的不足，避免類似問題的出現(xiàn)。盡管BIM 正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但其要求設(shè)計(jì)師直接在三維模型中表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，是對(duì)傳統(tǒng)“2D-3D-2D”設(shè)計(jì)形式的整合，即“3D-2D”[4]、。在這種設(shè)計(jì)形式下，不僅設(shè)計(jì)效果可以得到全面有效的控制，而且圖紙與模型的關(guān)聯(lián)性還很高，設(shè)計(jì)錯(cuò)漏的修改和完善只需在三維模型中進(jìn)行，有效減少二維制圖的反復(fù)性勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化出圖和一定程度上的圖紙合規(guī)性自動(dòng)化審查，這對(duì)于目前的圖紙審核是非常有利的。

此外，BIM 正向設(shè)計(jì)是整體化的設(shè)計(jì)。BIM 正向設(shè)計(jì)是以BIM 模型為設(shè)計(jì)的核心，進(jìn)行高精度的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，并基于BIM 技術(shù)三維可視化進(jìn)行各種模擬和分析，將設(shè)計(jì)問題甚至項(xiàng)目后續(xù)問題前置化，提高創(chuàng)造性和生產(chǎn)力的同時(shí)還能達(dá)到數(shù)據(jù)信息的深度集成，彌補(bǔ)二維設(shè)計(jì)存在的設(shè)計(jì)盲區(qū)，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，徹底解決專業(yè)沖突和圖模一致性等問題，從而減少設(shè)計(jì)返工甚至是后期的設(shè)計(jì)變更等問題的出現(xiàn)，提高項(xiàng)目的完成度和精細(xì)度?？梢哉f，BIM 正向設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程進(jìn)一步整合，克服了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)工作比較離散和繁瑣的缺點(diǎn)，加強(qiáng)了各專業(yè)間的協(xié)作和數(shù)據(jù)交流以及資料交換，以整體性的視野完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。

2.2打破信息孤島

信息孤島或者信息的不對(duì)稱，是以二維出圖為導(dǎo)向的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式一直存在的弊病。在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式中，導(dǎo)致信息孤島出現(xiàn)的原因有很多。比如，在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式中，各專業(yè)的工作相對(duì)獨(dú)立，協(xié)同程度不高，難以有效地共享和傳遞設(shè)計(jì)信息；以線條和圖層為主的CAD 圖形作為設(shè)計(jì)載體，往往容易造成設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不清晰或者存在主觀理解的偏差；資料互提或信息傳遞程序冗雜，數(shù)據(jù)信息管理形式相對(duì)單一，導(dǎo)致信息的傳遞和反饋存在一定的延遲；BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)的優(yōu)勢(shì)并未發(fā)揮，其本身僅作為驗(yàn)證設(shè)計(jì)和管線綜合服務(wù)的工具等。以上這些問題的存在，導(dǎo)致了信息孤島的出現(xiàn)。

基于BIM 三維可視化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和深層信息預(yù)留和集成的特點(diǎn)，BIM 正向設(shè)計(jì)可以打破傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式存在的信息孤島。三維可視化的設(shè)計(jì)意圖表達(dá)和多樣化成果展示，可以讓各專業(yè)之間或者非專業(yè)人員更好的理解設(shè)計(jì)意圖，一定程度上打破信息壁壘；多專業(yè)化集成化的BIM 模型建立，讓BIM 模型成為一個(gè)信息綜合體，通過共享BIM 模型，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的協(xié)同設(shè)計(jì)和溝通，有效地促進(jìn)信息交流和資料交叉，實(shí)現(xiàn)更高效的協(xié)同配合，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，打破不同專業(yè)之間存在的數(shù)據(jù)孤島和信息隔離；BIM 正向設(shè)計(jì)基于參數(shù)化建模的特點(diǎn)，可以將設(shè)計(jì)信息嵌入到模型中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)參數(shù)和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和自動(dòng)化更新。BIM 正向設(shè)計(jì)是BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的正向應(yīng)用，這使得BIM 本身的優(yōu)勢(shì)可以得到充分發(fā)揮，通過BIM 正向設(shè)計(jì)可以打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式存在的信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享。

2.3推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化

BIM 正向設(shè)計(jì)以BIM 模型為設(shè)計(jì)核心，提倡服務(wù)于項(xiàng)目全生命周期的設(shè)計(jì)理念，以期達(dá)到真正意義上的BIM設(shè)計(jì)，這與建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展的要求不謀而合。

目前，BIM 技術(shù)在我國已經(jīng)進(jìn)入了“深化融合階段”[5]，在國家政策的主導(dǎo)下，建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)成為必然。而BIM 正向設(shè)計(jì)，作為BIM 技術(shù)的核心應(yīng)用之一，是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全壽命周期數(shù)字化的第一步，也是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵一部，推進(jìn)BIM 正向設(shè)計(jì)對(duì)于對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)數(shù)字化具有重要意義。

3 BIM正向設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

盡管BIM 正向設(shè)計(jì)具有很多明顯的優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)用和推廣方面其仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要如下：

3.1缺乏完善的設(shè)計(jì)體系

傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式擁有完善的設(shè)計(jì)流程和圖像表達(dá)，設(shè)計(jì)體系相對(duì)已經(jīng)很完善和成熟，不論是行業(yè)還是市場(chǎng)都已經(jīng)適應(yīng)了這種設(shè)計(jì)模式，而BIM 正向設(shè)計(jì)之所以推進(jìn)困難，其原因之一就是缺乏完善的設(shè)計(jì)體系。

與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式相比，BIM 正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)載體、制圖原理不同，設(shè)計(jì)流程有所差異，協(xié)同方式和協(xié)同緊密程度不同，資料共享方式和成果交付不同，設(shè)計(jì)體系也自然會(huì)不同，而傳統(tǒng)的粗放型設(shè)計(jì)體系儼然不適合高要求高精度的BIM 正向設(shè)計(jì)，因此BIM 正向設(shè)計(jì)的進(jìn)一步推進(jìn)需要構(gòu)建起合適的、完善的設(shè)計(jì)體系。

要構(gòu)建起適合BIM 正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)體系，需要國家的政策支持和引導(dǎo)，需要行業(yè)的不斷實(shí)踐和探索，需要企業(yè)在技術(shù)和管理方面不斷完善，需要從業(yè)者具備過硬的專業(yè)素養(yǎng)以及轉(zhuǎn)變觀念認(rèn)知?？傊瑯?gòu)件起完善的設(shè)計(jì)體系，是推進(jìn)BIM 正向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這需要國家、行業(yè)和從業(yè)者等的共同努力，將各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)聯(lián)動(dòng)起來，這樣才能實(shí)現(xiàn)更好的BIM 正向設(shè)計(jì)，推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化發(fā)展。

3.2技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不完善

目前為止，國家已經(jīng)陸續(xù)出臺(tái)了7部BIM國家標(biāo)準(zhǔn)，地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在增加和完善。然而，這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)多是基于二維圖像表達(dá)而編制，服務(wù)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，適用于三維設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還有待編制和完善。

此外，國內(nèi)也缺乏統(tǒng)一的BIM 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。盡管國產(chǎn)BIM 軟件已經(jīng)相對(duì)成熟，但不同廠商同類型BIM 軟件之間的數(shù)據(jù)交換存在一定障礙，甚至某些BIM 軟件對(duì)自家以外的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并不兼容，對(duì)國際BIM 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC（Industry Foundation Classes）的兼容程度也有限，這對(duì)于通過國產(chǎn)BIM 軟件實(shí)現(xiàn)BIM 正向設(shè)計(jì)是不利的。目前國內(nèi)缺乏成熟度高和專業(yè)性強(qiáng)的綜合BIM軟件，BIM 正向設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)通常以國外的Autodesk Revit 軟件為主，但其與國內(nèi)環(huán)境存在差異，某些設(shè)計(jì)或技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要國產(chǎn)軟件參與，而在這個(gè)過程中往往需要經(jīng)歷繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或者部分?jǐn)?shù)據(jù)無法識(shí)別，這對(duì)多專業(yè)協(xié)同和設(shè)計(jì)精度要求較高的BIM正向設(shè)計(jì)也是非常不利的。

因此，BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)，針對(duì)性的技術(shù)規(guī)范和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)必不可缺。

3.3項(xiàng)目交付模式的制約

項(xiàng)目的交付模式也是制約BIM 正向設(shè)計(jì)進(jìn)一步推進(jìn)的原因之一。傳統(tǒng)的項(xiàng)目交付模式，如DB(designbuild)模式，DBB(design-bid-build)模式等，項(xiàng)目各方往往責(zé)任和分工相對(duì)清晰，合同也較為明確，技術(shù)和管理也較為成熟。而BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)，不僅需要大量的成本和技術(shù)投入，對(duì)項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)甚至總體效益提升還不明顯，在此前提下設(shè)計(jì)單位更愿意采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，盡管這樣會(huì)使項(xiàng)目總體的開發(fā)成較高，開發(fā)周期較長。且在傳統(tǒng)的項(xiàng)目交付模式下，設(shè)計(jì)單位所得的利益比例基本固定，而BIM 正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用，意味著同等條件下設(shè)計(jì)單位的收益將會(huì)減少，BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)自然會(huì)受到阻礙。

因此，BIM 正向技術(shù)的順利推進(jìn)，需要合適的項(xiàng)目交付模式。通過項(xiàng)目交付模式的創(chuàng)新和升級(jí)，保證設(shè)計(jì)單位在BIM 正向設(shè)計(jì)下獲益增加甚至項(xiàng)目各方均有所獲，那么順利推進(jìn)BIM正向設(shè)計(jì)自然不成問題。

3.4利益分配情況的制約

相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式，BIM 正向設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)方投入更多的成本，雖然BIM 正向設(shè)計(jì)在某些方面的效率提升遠(yuǎn)超傳統(tǒng)模式，但總體效率提升還是不理想，甚至不如二維CAD設(shè)計(jì)模式。目前，實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)的主體是設(shè)計(jì)方，但設(shè)計(jì)方在傳統(tǒng)的項(xiàng)目交付模式下所得利益有限，而BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)，業(yè)主和施工方所得利益提升明顯，設(shè)計(jì)單位卻不是關(guān)鍵獲益者，設(shè)計(jì)方推進(jìn)BIM 正向設(shè)計(jì)的積極性自然不佳，BIM 正向設(shè)計(jì)自然難以更進(jìn)一步[6]。因此，利益的分配情況是制約BIM正向設(shè)計(jì)推進(jìn)的原因之一。

BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)，設(shè)計(jì)方既是實(shí)施主體，又是實(shí)施的源頭，而調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)方推進(jìn)正向設(shè)計(jì)的積極性，利益分配情況是關(guān)鍵。只有保證設(shè)計(jì)方在實(shí)施BIM 正向設(shè)計(jì)中所得收益合理甚至有所增加，BIM 正向設(shè)計(jì)的推進(jìn)才得以順利進(jìn)行。而利益的重新分配，需要市場(chǎng)和行業(yè)的共同努力，更需要國家的政策支持。

3.5人才和技術(shù)的制約

BIM 正向設(shè)計(jì)之所以推進(jìn)困難，人才和技術(shù)的制約也是其中原因。目前，國內(nèi)同時(shí)具備豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和精通BIM 軟件的人才少之又少，而培養(yǎng)合格的人才不僅需要時(shí)間和成本，更需要大量項(xiàng)目的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，這對(duì)于提升設(shè)計(jì)方的經(jīng)濟(jì)效益是不利的。由此可見，人才也是關(guān)乎正向設(shè)計(jì)的進(jìn)一步推進(jìn)。

除人才外，技術(shù)也是BIM 正向設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。三維設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)是通過BIM 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，而BIM 平臺(tái)以軟件為主。目前市場(chǎng)上的BIM 軟件還無法做到真正意義上的全專業(yè)集成設(shè)計(jì)，如結(jié)構(gòu)專業(yè)的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)模型相對(duì)獨(dú)立，電氣專業(yè)某些部分難以在BIM 模型中集成，因而全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)將受到限制，管理上的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)也比較困難。此外，想要彌補(bǔ)BIM 正向設(shè)計(jì)在總體設(shè)計(jì)效率和圖像表達(dá)上的短板，也需要大量的技術(shù)投入?？梢哉f，技術(shù)是實(shí)現(xiàn)BIM 正向設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)智慧建筑的根本。

4 結(jié)論與展望

BIM 正向設(shè)計(jì)的提出及推進(jìn)，有效地解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式存在的諸多問題，一定程度上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的BIM 設(shè)計(jì)，為建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

然而，BIM 正向設(shè)計(jì)是基于BIM 翻模應(yīng)用模式的不足和局限性而提出的，其仍然以二維圖紙為信息載體，仍然服務(wù)于勘察設(shè)計(jì)階段，自動(dòng)化出圖存在局限性，多專業(yè)協(xié)同不全面，圖面表達(dá)仍需要完善，某些三維表達(dá)效果不及二維表達(dá)，BIM 技術(shù)介入的時(shí)機(jī)仍然亟待解決，BIM出圖范圍有待研究，全生命周期的BIM設(shè)計(jì)和實(shí)施仍然難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而這其中種種無疑與BIM設(shè)計(jì)的初衷相悖。歸根結(jié)底，國內(nèi)的環(huán)境因素和時(shí)代的局限性是制約BIM正向設(shè)計(jì)推進(jìn)的主要因素。

未來BIM 正向設(shè)計(jì)將過渡到BIM 設(shè)計(jì)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)不再以出圖為主導(dǎo)，而是回歸到BIM 設(shè)計(jì)的本質(zhì)，項(xiàng)目各方共同參與，以BIM 模型為核心，貫穿全壽命周期，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)全過程的高度集成化設(shè)計(jì)。