BIM正向設(shè)計(jì)的探索和研究方向

戴斌成

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 BIM正向設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

隨著國(guó)家層面對(duì)BIM發(fā)展的重視和支持、市場(chǎng)對(duì)BIM設(shè)計(jì)需求的增加，BIM正向設(shè)計(jì)已經(jīng)成為許多建設(shè)方對(duì)設(shè)計(jì)方資質(zhì)考察的“敲門(mén)磚”。工程建造模式正向著預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的方向發(fā)展，BIM技術(shù)是設(shè)計(jì)圖紙和構(gòu)件之間的重要信息紐帶[1]。

BIM正向設(shè)計(jì)是指基于BIM技術(shù)“先建模，后出圖”的設(shè)計(jì)方法，區(qū)別于“先在CAD中出圖，后通過(guò)BIM軟件進(jìn)行三維翻模”的設(shè)計(jì)方法。BIM正向設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師將設(shè)計(jì)思想首先表達(dá)在三維模型上，并賦予相應(yīng)的信息，之后再由三維模型形成對(duì)應(yīng)的二維圖紙。BIM正向設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使設(shè)計(jì)師能在三維的信息化平臺(tái)上，直觀地表達(dá)設(shè)計(jì)思想，省去“設(shè)計(jì)時(shí)由三維表達(dá)為二維，施工時(shí)由二維還原為三維”的過(guò)程，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的參數(shù)化功能減輕設(shè)計(jì)師的一部分工作量，使設(shè)計(jì)師能夠?qū)Ｗ⒂谠O(shè)計(jì)，而非專注于繪圖。

BIM設(shè)計(jì)是一次對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程的再造，三維設(shè)計(jì)的高集成性有別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)圖形+表格的設(shè)計(jì)流程，使不同維度的信息在同一平臺(tái)中高度集成，有利于幫助設(shè)計(jì)人員理清項(xiàng)目思路，獲取管理信息，在與業(yè)主合作的過(guò)程中掌握設(shè)計(jì)主動(dòng)權(quán)。只有在協(xié)作模式下，實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)院才能在BIM浪潮下掌握設(shè)計(jì)主動(dòng)權(quán)。協(xié)作模式一：設(shè)計(jì)院采用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)，主動(dòng)對(duì)接業(yè)主，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳到施工單位，掌握設(shè)計(jì)主動(dòng)權(quán)。協(xié)作模式二：設(shè)計(jì)院沒(méi)有BIM設(shè)計(jì)能力，依賴于BIM咨詢單位完成項(xiàng)目，BIM咨詢單位成為業(yè)主代表，設(shè)計(jì)院失去設(shè)計(jì)主動(dòng)權(quán)

2 正向設(shè)計(jì)的推廣

目前，設(shè)計(jì)院開(kāi)展BIM正向設(shè)計(jì)工作，主要存在幾個(gè)方面的困難。

1）管理體系

目前，缺少針對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)管理體系的指導(dǎo)，各個(gè)設(shè)計(jì)院在引進(jìn)BIM技術(shù)后，基本都是在原有架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程進(jìn)度邊實(shí)踐邊摸索，對(duì)于存在多個(gè)生產(chǎn)部門(mén)的設(shè)計(jì)院，由于信息溝通的延遲性，各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)可能對(duì)管理體系重復(fù)探索，造成時(shí)間、精力上的浪費(fèi)。且由于缺乏整體統(tǒng)籌，在BIM正向設(shè)計(jì)下，可能出現(xiàn)同一設(shè)計(jì)院的不同生產(chǎn)部門(mén)采用不同管理體系的情況，產(chǎn)生一定混亂。

2）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

目前，缺乏BIM正向設(shè)計(jì)下進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)的具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員入門(mén)困難且沒(méi)有方向，給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)BIM技術(shù)無(wú)法實(shí)操的印象。且由于缺乏公認(rèn)的交付標(biāo)準(zhǔn)，施工圖必須在傳統(tǒng)的CAD平臺(tái)下修改后才能出施工圖，從而造成了時(shí)間、精力的浪費(fèi)，也無(wú)法發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)越性。

3）應(yīng)用軟件

軟件對(duì)工程的適用性和相互間接口的問(wèn)題，也是當(dāng)下困擾設(shè)計(jì)院的一大問(wèn)題，一方面國(guó)產(chǎn)軟件廠商掌握中國(guó)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，但是開(kāi)放的設(shè)計(jì)軟件精細(xì)建模能力還不夠強(qiáng)大；另一方面國(guó)外的BIM軟件功能強(qiáng)大，能夠建立復(fù)雜精細(xì)的模型，但是尚未與國(guó)內(nèi)的相關(guān)規(guī)范相配套，未能很好地在工程實(shí)踐中發(fā)揮作用。

4）人才儲(chǔ)備

人才儲(chǔ)備是影響B(tài)IM發(fā)展的重要因素。目前BIM專職人員較少，且大部分專職從事BIM的技術(shù)人員缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其工作主要以翻模為主，設(shè)計(jì)工作還是由設(shè)計(jì)師完成。因此，大部分項(xiàng)目都需要BIM工程師和設(shè)計(jì)師協(xié)同才能完成BIM設(shè)計(jì)，既影響了項(xiàng)目進(jìn)度，還由于一些協(xié)同問(wèn)題產(chǎn)生矛盾。缺乏既有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)又掌握BIM技術(shù)的工程師成為設(shè)計(jì)院開(kāi)展BIM正向設(shè)計(jì)工作的最大障礙。

3 正向設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 符合BIM理念

BIM正向設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法、信息交付方式和工程管理模式。多專業(yè)在三維的協(xié)作平臺(tái)下協(xié)同效率顯著提升。應(yīng)用BIM正向設(shè)計(jì)，使工程項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)同源、信息同根，形成了以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的數(shù)字交付成果，并賦予了協(xié)作模式的多樣化，全面感知、協(xié)作優(yōu)化、科學(xué)決策。以模型為數(shù)據(jù)載體，而不是僅作為管理手段，大幅提升設(shè)計(jì)品質(zhì)。

3.2 體現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)工具及手段的限制，禁錮了設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力和生產(chǎn)力。設(shè)計(jì)師大部分的精力是放在制圖和圖紙修改上而非設(shè)計(jì)優(yōu)化和空間創(chuàng)造上。BIM正向設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)師將更多精力用于設(shè)計(jì)本身，而降低在圖紙和表達(dá)上的精力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)力的解放。利用BIM模型也可以有效降低溝通成本，尤其是非專業(yè)業(yè)主，較原來(lái)抽象的二維圖紙。利用BIM模型進(jìn)行多方溝通可以有效提高溝通效率。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以提一次資換一次底圖為一個(gè)迭代周期，而B(niǎo)IM正向設(shè)計(jì)可以是以模型同步為一次迭代周期。各專業(yè)可以更快更方便地實(shí)現(xiàn)信息溝通。由于模型包含參與設(shè)計(jì)的所有專業(yè)，很多設(shè)計(jì)問(wèn)題都可以及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，有效提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免后期返工現(xiàn)象。

站在工程全生命周期的角度看，問(wèn)題前置也不僅僅指設(shè)計(jì)階段。這里的前置也可以理解為設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)方向的“顯性”風(fēng)險(xiǎn)、施工階段安全和質(zhì)量的“顯性”風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營(yíng)階段的故障和維護(hù)的“隱性”風(fēng)險(xiǎn)。在開(kāi)展相關(guān)任務(wù)之前就提前預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間和空間，從而采取有效措施應(yīng)對(duì)和化解相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，可有效提升工程項(xiàng)目的質(zhì)量和安全。

BIM設(shè)計(jì)自帶協(xié)同。相比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)迭代周期短，問(wèn)題暴露全面。在建筑專業(yè)內(nèi)部，因?yàn)樵O(shè)計(jì)體量過(guò)大，需要分樓棟或分區(qū)設(shè)計(jì)，為了同時(shí)解決設(shè)計(jì)的沖突和影響，在統(tǒng)一的協(xié)同工作集下工作，設(shè)計(jì)人員之間的工作界面是被清晰界定的[2]。如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中可以連接機(jī)電模型，便于預(yù)判結(jié)構(gòu)梁布置形式，提前為機(jī)電管線預(yù)留排布空間。機(jī)電專業(yè)可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中快速查詢土建布置，優(yōu)化自身路由。

由于地域限制，傳統(tǒng)CAD模式協(xié)同往往是單項(xiàng)的，如方案通過(guò)壓縮包形式將全套圖紙打包發(fā)給施工圖設(shè)計(jì)單位，施工圖設(shè)計(jì)單位通過(guò)壓縮包將全套圖紙打包發(fā)給施工單位?，F(xiàn)有BIM軟件可以通過(guò)廣域網(wǎng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同，各方可以存取同一個(gè)模型，在同一個(gè)模型上進(jìn)行批注和修改。這就有效降低了溝通壁壘，實(shí)現(xiàn)理想化的實(shí)時(shí)協(xié)同。

同時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)由于基于二維圖形，容易出現(xiàn)方案設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)偏差導(dǎo)致項(xiàng)目完成度不高，效果出不來(lái)?；贐IM正向設(shè)計(jì)的項(xiàng)目具備直觀、可視化、所見(jiàn)即所得的特點(diǎn)，因此可以更好地幫助業(yè)主實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無(wú)法快速查詢到單個(gè)構(gòu)件的信息，門(mén)窗、設(shè)備參數(shù)等重要信息無(wú)法快速查詢、提取，往往基于圖表表示等輔助手段進(jìn)行記錄。BIM軟件的信息留存是面向單個(gè)構(gòu)件的，不僅可以方便篩選，也可以快速提取，甚至可以在不同階段不斷添加信息，其信息的全面和完整性是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程所無(wú)法企及的。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，很多在二維設(shè)計(jì)中無(wú)法得到良好解決的問(wèn)題通過(guò)BIM正向設(shè)計(jì)可以得到妥善解決。同時(shí)，BIM模型也是真實(shí)物理實(shí)體的虛擬映射，設(shè)計(jì)人員能借助這個(gè)虛擬實(shí)體做更多工作，以幫助解決真實(shí)實(shí)體可能發(fā)生的設(shè)計(jì)或施工困難。

3.3 逐步實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)進(jìn)階

BIM正向設(shè)計(jì)從無(wú)到有不是一蹴而就的，BIM正向設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)對(duì)比，第一次全專業(yè)正向設(shè)計(jì)往往耗時(shí)耗力，因?yàn)橛写罅康膱D層，專用族二維平面表達(dá)，注釋族、二維表達(dá)需要完善。根據(jù)評(píng)估，第一個(gè)正向協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目往往兩三倍于常規(guī)二維設(shè)計(jì)工作量，第二個(gè)正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目往往兩倍于常規(guī)二維設(shè)計(jì)工作流，第三或者第四個(gè)正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目才能追平常規(guī)二維設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

4 BIM正向設(shè)計(jì)研究方向

4.1 BIM正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理方法研究

根據(jù)BIM正向設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和影響正向設(shè)計(jì)效率的因素，以及BIM正向設(shè)計(jì)與企業(yè)ISO管理體系的關(guān)系，需要明確各技術(shù)崗位工作職責(zé)與工作明細(xì)，特別是BIM負(fù)責(zé)人在項(xiàng)目組的重要作用。針對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)，給出方案階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段具體工作流程。由BIM部門(mén)編制《BIM正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理指引》，主要內(nèi)容包括BIM正向設(shè)計(jì)概述、BIM正向設(shè)計(jì)崗位及職責(zé)、BIM正向設(shè)計(jì)工作流程、BIM正向設(shè)計(jì)管理范例、正向設(shè)計(jì)培訓(xùn)內(nèi)容和BIM正向設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等章節(jié)。以項(xiàng)目管理手冊(cè)為指導(dǎo)，可以發(fā)揮BIM項(xiàng)目的共享、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化、出圖的特點(diǎn)，有利于提升設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，提升項(xiàng)目的全生命周期有效管理和綜合效益。

4.2 BIM正向設(shè)計(jì)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

從總體應(yīng)用和局部應(yīng)用兩個(gè)維度研究分析BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題。根據(jù)國(guó)內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制規(guī)劃狀況，結(jié)合BIM正向設(shè)計(jì)流程和模型內(nèi)容、各個(gè)設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用要點(diǎn)，以此引導(dǎo)BIM正向設(shè)計(jì)的流程化實(shí)施。通過(guò)梳理企業(yè)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括族庫(kù)管理、色彩規(guī)則、模型內(nèi)容、設(shè)計(jì)協(xié)同方法和模型深度等級(jí)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)模型的規(guī)范性管理。BIM的實(shí)施部門(mén)編制《BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，內(nèi)容可包括BIM設(shè)計(jì)模型管理標(biāo)準(zhǔn)，方案階段BIM流程，初步設(shè)計(jì)階段BIM流程，施工圖階段BIM流程，建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電三維設(shè)計(jì)和BIM施工圖設(shè)計(jì)等。統(tǒng)一了相關(guān)的BIM工作規(guī)范，確定正向設(shè)計(jì)的相關(guān)流程、模型深度、施工圖表達(dá)和BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為各專業(yè)BIM設(shè)計(jì)師提供BIM設(shè)計(jì)參考依據(jù)，提升工程在BIM設(shè)計(jì)模式下的工作效率和工作質(zhì)量。

4.3 BIM三維設(shè)計(jì)及擴(kuò)展應(yīng)用研究

優(yōu)化建筑專業(yè)三維設(shè)計(jì)標(biāo)高軸網(wǎng)、墻體、門(mén)窗幕墻、樓板屋頂和檐口造型等建筑構(gòu)件的創(chuàng)建方法；研究建筑各類施工平面圖、立面圖、剖面圖、墻身詳圖以及二維圖紙的常見(jiàn)處理方法；分析結(jié)構(gòu)專業(yè)三維設(shè)計(jì)中各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件和鋼筋的建模方法、鋼筋和圖例信息的添加以及施工圖的繪制方法；研究給排水、電氣和暖通專業(yè)三維設(shè)計(jì)具體建模方法和施工圖繪制方法。通過(guò)實(shí)際案例的分析，介紹BIM技術(shù)在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)階段和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)階段中的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法。

4.4 BIM正向設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)研究

基于模型的協(xié)同、文件管理、權(quán)限構(gòu)件管理、非幾何信息的存儲(chǔ)、一校兩審的需求，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)單位協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)、BIM設(shè)計(jì)需求、相關(guān)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行對(duì)比分析，提出了基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)+文件服務(wù)器方式進(jìn)行數(shù)模分離的正向設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)架構(gòu)。即在Revit等BIM建模平臺(tái)中，進(jìn)行幾何模型及加工模型的建模、調(diào)整、出圖等操作，并記錄其構(gòu)件對(duì)應(yīng)的ID值，同時(shí)在正向設(shè)計(jì)管理平臺(tái)中，可對(duì)該ID值進(jìn)行跟蹤，并在獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)版本、狀態(tài)等信息進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)校對(duì)、審核審定、工作量統(tǒng)計(jì)等功能。

4.5 BIM正向設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用研究

對(duì)現(xiàn)階段設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的BIM軟件進(jìn)行了分析和評(píng)估，并給出了軟件選購(gòu)的建議。從建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電三個(gè)專業(yè)的主流軟件，包括天正、鴻業(yè)和探索者的軟件使用功能著手，探索各軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用方案。由于現(xiàn)階段各專業(yè)單個(gè)軟件難以滿足全過(guò)程設(shè)計(jì)需要，應(yīng)考慮多個(gè)軟件配套使用。在基于Revit二次開(kāi)發(fā)的軟件，包括向日葵結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計(jì)插件的使用功能，提出基本的個(gè)人計(jì)算機(jī)和中心服務(wù)器硬件配置建議。