BIM正向設計轉型初探

陳志宏（成都基準方中建筑設計股份有限公司,四川 成都 610000）

從2016 年～2019 年期間，政府先后發布了多部關于BIM的標準。住房和城鄉建設部在《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》提出：“十三五”時期，全面提高建筑業信息化水平，著力增強BIM信息技術應用能力，加強信息技術在工程質量安全管理中的應用，規范了BIM發展的行業標準。

在政府的倡導和市場推動下，BIM發展經歷了多個階段，也取得了一些成就，然而至今BIM未能大規模使用，其中與其發展特點息息相關。

1 BIM在設計應用方面的發展現狀分析

1.1 BIM在設計應用方面的發展歷程

BIM在發展過程中可大致分為三個階段：第一階段是BIM 應用于設計復核階段；第二階段是BIM 正向設計初步探索階段；第三階段是多方向BIM 設計應用階段。

第一階段是BIM 應用于翻模階段，這一階段主要為BIM 在設計項目中應用的起步階段，主要用于施工圖完成后，對施工圖紙進行翻模，尤其針對電氣、給排水和暖通專業的管線，進行二次深化設計，以解決施工階段的設備管線打架交叉等問題，如圖1所示。在BIM軟件應用時代，BIM整體參數模型由各專業的BIM模型整合而來，作為統籌信息的平臺消除了空間碰撞等情況，且其對于設計變更具有全局更新的特性，方便了建設項目的整體協調運作[1]。

圖1 翻模復核管線碰撞等問題

第二階段是BIM應用在設計上的正向設計，因為BIM能實線三維模型可視化的特點，因此應用在設計階段就可以實現復核校審的工作。該階段的應用可分為兩種，第一種是在常規施工圖設計過程中，BIM翻模工作提前介入建模，復核中發現錯、漏、碰、缺等問題時可以直接反饋至設計端，起到校審的作用，如圖2所示；第二種是利用BIM軟件的出圖功能，直接利用BIM軟件進行施工圖設計和出圖，如圖3所示。由于多數BIM軟件為國外軟件，因此，應用中較為難直接適應于國內設計制圖習慣、出圖標準等，不能直接應用，因此，利用BIM出圖的形式五花八門，不同設計單位、建設單位的標準均不統一。

圖2 BIM翻模復核凈高反饋至設計

圖3 BIM正向設計通過模型出二維圖紙

第三階段是針對BIM發展的成果及上一階段的問題進行BIM正向設計的轉型。集合原BIM特點進行模塊封裝設計、正向設計、利用BIM進行算量等工作。這一階段BIM 的應用有了一定程度的收緊，但是應用面較為寬闊，且以小范圍試點探索和研發為主，可能為后續的大規模應用做一定的積淀。BIM 技術除了集成了詳盡數字化信息的工程數據模型外，還是一種可以應用于設計、建造、管理的數字化方法[2]。因此，BIM可能向集成化和多元化發展。

1.2 BIM在設計應用方面的現狀

BIM 在發展過程中，由于BIM 存在自身的短板，例如BIM較常規設計投入較大，項目周期較長，且短期內很難看出BIM應用的優勢，因此，建設單位對BIM設計的支持力度不夠，不愿意增加BIM 的成本投入，BIM 的價值難以得到最大的體現。但是BIM在設計中依然具有巨大價值，主要體現在提升設計質量、數據集成、全生命周期、圍繞高效、成本控制、全過程設計管理中。同時，也因為缺乏BIM人才，導致軟件設定慢及設計管理復雜以及缺乏行業標準等問題，阻礙了正向設計的快速發展。那么，BIM 在設計中的應用探索，可從如下方面進行：正向設計體系建立、模塊化設計的應用以及其他（例如成本算量）等方面。

正向設計體系中正向設計是一種設計方法、模式，具體指的是設計過程中應用BIM軟件完全取代二維設計工具的設計模式，主要利用BIM軟件可出圖的特點，將三維模型與二維圖紙相結合。正向設計出圖范圍也非全部，例如建筑專業出圖范圍如表1 所示，其他專業在原有的出圖技術路線基礎上，根據項目情況也會做出相應調整。

表1 建筑專業正向設計出圖范圍

模塊化設計具體指的是將企業標準化成果、標準戶型、基礎模塊等固化成為原型模型，通過BIM平臺推廣應用到具體項目，該種模式主要運用了BIM 模型可重復利用性。模塊化、預制、預裝配、數字模具生產、4D虛擬建造和全生命周期的管理都是數字化模塊建造理論中的核心概念[3]。模塊封裝可以加快正向設計進程，但不是必要前提。

除了以上兩個方面BIM 在設計中的應用探索，實際上，BIM 的應用范圍非常廣泛，可以涵蓋整個建筑工程生命周期[4]，例如進行了一些成本算量方面的一些工作。其研究的思路大致為，模型交付之前，通過與成本算量進行對比，通過修改模型，進行適量的修改，將成本算量控制在一定的范圍之內，然后反向確定模型標準以及算量的標準。這種思路與純粹的依靠模型來直接導出成本清單不同，后者是希望通過模型的足夠精細，模型信息足夠精準，達到通過模型的構件統計成本的目的。這樣的工作對于設計來說是繁瑣的，不具有設計特點。而前者控制成本是不明顯增加工作量的基礎上，控制一定的成本誤差比例，達到成本控制的目的。在實際項目中主要針對鋼筋混凝土、建筑構件、外墻涂料和安裝等進行算量工作。

2 BIM正向設計轉型探索應用

2.1 BIM正向設計

2.1.1 案例分析

以某商業綜合體項目為例，項目地上局部四層，地下局部兩層，總面積12 萬m2,見圖4。該項目為正向設計試點項目，在設計過程中遇到了很多的干擾，第一個是方案調整的擾動，例如屋面的仿古建筑，見圖5。內裝的中庭洞口等等遲遲不能定案，方案的反復對于正向設計的工作量內容增加很多；第二是項目需要進行構件掛接，需要將模型族掛接在項目平臺上，如圖6；第三是模型精細度和二維圖紙表達的沖突，就是對于模型精度的要求是高于二維表達的，例如樓梯的抹灰、扶梯的上下關系等，見圖7。

圖4 項目效果圖

圖5 屋頂仿古建筑造型

圖6 BIM模型構件量大影響掛接

圖7 模型精度與圖紙表達深度不一致

針對這些問題，我們進行了如下解決措施：一是對于計劃的管理，一定要嚴格按照計劃進行，若有延遲則需要進行風險報備及應對措施；二是提前梳理新增的構件，提供新增構件的清單，以便后面能夠順利地入庫；三是圖紙精細度，務必充分認識模型精度和二維表達的差異，提前考慮；最后，針對管綜的鏈接方式，避免過多的拆分出現多余的族類型。

2.1.2 經驗及啟發

通過這個試點項目，可以總結出如下經驗和啟發：一是要做好圖模一致，正向設計若做不到，那么項目就是失敗的，不能促進BIM正向設計的發展；二是計劃的管理，務必做好預判和時間的緩沖，提前做好風險報備和應對措施，尤其控制好修改內容，修改對于正向設計的工作量增加十分巨大；三是構件入庫，控制好兩次入庫的時間，會節省后面大量的掛接時間。

2.2 BIM的模塊化設計

2.2.1 案例分析

針對模塊化BIM 設計我們以某住宅項目為例，模塊化封裝設計也是專門針對住宅的。簡單來說，模塊化BIM設計是根據一個實際項目的施工圖進行BIM模型的建立，做一個母版標準，圖紙/模型和信息都在里面，后面的實際項目中就直接套用這個模板的模型，見圖8。在這個住宅項目中，通過封裝模型，也拆分出了模塊，例如門廳、主臥、廚房、衛生間和核心筒模塊的應用，通過對封裝模型尺寸、布局和點位的分析，來處理模型，針對尺寸、點位等參數的變化進行調整，然后應用到現在的項目中，見圖9。可以看出，模塊化BIM 設計的重點，就是模塊的參數調整，在這個項目中，僅對衛生間和廚房在尺寸和點位有一點點微調，核心筒等是直接利用，得到了最終的BIM模型。

圖8 住宅項目模塊化BIM設計過程

圖9 住宅項目模塊化BIM設計過程

2.2.2 經驗及啟發

模塊化BIM 設計在項目實踐中，應充分運用BIM標準化的特點和優勢，并將其特點與住宅的標準戶型相結合，確不失為BIM 的一個有效發展方向。同理可知，模塊化BIM 設計可以應用在酒店設計、宿舍、醫院住院部等項目設計中。模塊化BIM設計在后續的發展方向是制定建模標準，合理的模塊文件拆分、模塊集的應用以及在模塊拆分前對于二維圖紙的反復校審和完善。

3 結語

BIM在設計中的應用經過多年的發展，才達到現在的高度，雖然過程坎坷，且現在仍然不具備大規模使用和推廣的條件。但是，BIM的優勢以及能夠在設計中起到的巨大作用的理念毋庸置疑，因此BIM 在后續的發展前景十分可觀。

BIM在設計方面的應用，直接應用在設計仍然以設計出圖為主，再以后的發展可從以下方面考慮：一是企業定制，出圖標準固化、企業標準封裝、效率工具延展方面均可以針對不同企業的定制；第二，輕量化平臺應用指導施工，利用BIM 模型的可視性進行三維立體施工規劃，可以通過合作資源建立（例如瑞斯圖平臺），提高施工模型使用的機會；第三、深化設計的應用，例如鋁模深化設計的應用，BIM 指導鋁模深化設計，減少鋁模深化圖紙錯誤和返工；第四是VR 體驗，第一視角置身于項目中，提前感知項目實際建成效果。