BIM环境下如何实现高效的建筑协同设计

张德海 韩进宇 赵海南 姚云峰 尹 莉

(1．沈阳建筑大学BIM工程中心，沈阳 110168;2．沈阳建筑大学建筑设计研究院，沈阳 110168;3．沈阳三三牌阀门制造有限公司，沈阳 110168)

在现在的设计行业，“三维数字化协同设计”已经不再是什么新鲜的词汇，在飞机、汽车等制造领域，信息化设计和制造已经是十分普及的事情。然而建筑行业仍然处于二维设计外加效果图的设计流程上，信息化在建筑设计中的含量非常小，使得协同设计在建筑中的效果也不明显。随着建筑产业的不断升级，建筑信息化已经悄然出现，目前已经逐渐汇集成了一股潮流，席卷全球，BIM技术的应用已经成为建筑行业的一个热点。

1 基于BIM的协同设计理论

1．1 BIM 理念

BIM(Building information Modeling)是建筑信息模型的简称，最初发源于上20世纪70年代的美国，由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院(Georgia Tech College of Architecture and Computing)的查克伊士曼博士(Chuek Eastman，ph．D．)提出。根据美国国家BIM标准定义，BIM是建设项目的兼具物理特性与功能特性的数字化模型，且是从建设项目的最初概念设计开始的整个生命周期里做出任何决策的可靠共享信息资源。实现BIM的前提是:在建设项目生命周期的各个阶段不同的项目参与方通过在BIM建模过程中插入、提取、更新及修改信息以支持和反应出各参与方的职责。并且强调BIM是基于公共标准化协同作业的共享数字化模型。简单地说，BIM模型是三维建筑模型结合关联数据库(建筑信息)，信息是BIM的灵魂，建模软件是BIM的工具。

随着电力、空调、通讯、数据、安全、智能等技术在建设领域的广泛应用，建设项目的复杂性呈几何级数增加，国家“十一五”科技支撑计划和“十二五”建筑信息化发展纲要将BIM技术列入研究内容。现阶段的BIM技术主要是在设计单位和施工单位中局部使用，就广度和深度而言，BIM在中国的应用还是刚起步，但BIM技术在建设行业的推广应用的步伐将会越来越快。

1．2 协同设计

协同设计是协调两个或者两个以上的不同的个体或软件，共同完成某一设计目标的过程。协同设计的真正含义是:首先在一个完整的组织机构共同来完成一个项目，项目的信息和文档从一开始创建时起，就放置到共享平台上，被项目组的所有成员查看和利用。协同是共享信息、分析信息、完善信息的过程，包括设计各专业之间的协同、设计和施工等项目上下游企业之间的协同，还包括二维设计与三维设计之间的配合，甚至包括建筑全生命周期内的信息传递。在伴随绿色、节能概念的出现，人们对建筑的要求也在不断提高，现在一个项目设计不仅包含规划、建筑、结构、暖通、给排水、电气、动力专业，还包含网架、钢结构、智能化、景观绿化等。当协同不再是简单的文件参照，那么利用平面二维设计进行协同各专业越来越困难，只有运用三维协同设计才能更合理解决相应问题。

1．3 BIM协同设计理念与传统二维、三维设计的区别

BIM三维建筑设计和传统三维建筑设计的区别(见表1)。一是BIM模型除了进行模型空间尺寸等物理特性的表达之外，还包括材料明细表自动生成、绿色节能分析、碰撞检查、深化设计和运营管理等;二是BIM模型是参数化的，模型中包含各种信息;三是BIM模型与所生成的二维图纸之间存在对应关系，可以实现模型及图纸之间“一处修改、处处更新”，而传统三维建筑模型与二维设计图纸之间无对应关系。

表1 BIM三维建筑设计和传统三维建筑设计的区别

传统二维、三维建筑设计流程是:在建筑师初步设计图纸基础上，结构师、水暖电等设备设计师进行结构和设备施工图设计，各专业所设计的图纸之间发生冲突后，通过协调会等形式互相提条件修改，修改后委托效果图公司将二维模型翻成三维模型，在此基础上承包方提出修改意见，修改后的施工图经由施工企业进行施工，施工中遇到问题需要施工企业和设计单位进行协调。传统设计流程的缺点:一是各专业进行各自图纸或模型的设计，通过协调会议进行协调，协调效率不高;二是设计阶段缺少承包方和施工方的参与，增加了变更设计的可能;三是二维图纸之间以及与三维模型之间没有关联性，需要逐个进行修改，工作量大且容易出现错漏现象。

BIM协同设计环境下的各专业在同一个模型中进行设计，可以进行即时交流，同时，承包方和施工方能够在模型设计阶段参与，从而避免由于缺少沟通所造成的设计变更，提高设计效率，降低工程造价。

1．4 BIM执行计划书

规定在一个具体项目中如何实施BIM，是项目团队的集体决策，且经业主批准。实施BIM执行计划书包括定义BIM目标和应用、定义BIM设计流程、信息交换条件和实施的支撑条件四部分。

2 BIM协同设计实现方法

本文以沈阳建筑大学中德节能示范工程为例，实施BIM执行计划书，对BIM环境下各专业之间实现协同设计的过程进行分析，给出BIM协同设计实现模式。

2．1 定义BIM目标和应用

BIM目标是项目实施BIM的核心。BIM目标可以分为项目型BIM目标和企业级BIM目标，前者是完成特定合同或协议的BIM要求，关注于技术的实现和突破，后者是依托BIM技术实现企业的长期战略规划，关注于企业整体的资源整合、流程再造和价值提升。本文实例项目BIM目标是实现建筑、结构和机电之间的协同设计(如图1)，优化设计方案，属于项目型BIM应用的目标。

图1 BIM目标

BIM应用是实现BIM目标的方法，BIM项目实施计划指南将BIM应用分为25种。在设计阶段常用有:设计方案论证、设计建模、能量分析和3D协调。实例项目中BIM应用属于项目型BIM设计建模和3D协调应用。

2．2 定义BIM设计流程

BIM设计流程分为总体流程和详细流程，前者包括所有的BIM应用，后者是对每个BIM应用的详细流程图。实例中总体设计流程(如图2)分为概念设计、初步设计、施工图设计、综合协调及审查存档几个阶段，之后对每个阶段流程制定BIM详细流程图(如图3)。

图2 BIM总体设计流程

图3 施工图阶段详细流程

2．2．1 协同设计准备阶段

此阶段是协同设计的基础，需要确定BIM设计实施的支撑条件和信息交换平台。首先根据项目信息和合同等项目参考信息组织人员，确定BIM设计模型拆分原则、模型详细程度、模型质量控制程序和BIM设计交付标准，然后确定完成所需BIM应用的软硬件，最后需创建项目样板、共享坐标和共享文件夹等。

图4 沈阳建筑大学中德节能示范工程项目工作集

专业间BIM协同设计可以采用信息化平台或共享文件夹的方式实现。信息交换是协同设计的核心，因此所有设计资料必须定时保存到共享文件夹或更新到信息平台，以便其他专业的人员根据自己需要调取最新模型信息。

实例中选择Revit 2013及NavisWorks Manage 2013软件，软件之间信息交互传递格式为RVT。模型根据专业分为建筑、结构和机电，每专业根据构件类别分为多个工作集，使用工作集作为信息交换平台(如图4)。因为各专业模型在同一个模型中创建，所以没有考虑共享坐标。

2．2．2 协同设计方法

协同设计过程包括视觉协同和综合协调两部分，前者是在设计初期设计师在其他专业模型基础上的设计，后者是在设计后期不同专业间的碰撞。专业间的协同设计流程是:概念设计阶段，建筑专业预先设计模型，验证审批后提供给结构专业和机电专业人员;初步设计阶段所有专业人员进行设计模型(如图，3，A、B、C)，此时模型信息没有进行验证及审批，不能作为参考信息，结构专业和机电专业人员基于概念设计阶段建筑设计模型进行视觉协同设计，定时对所有专业进行综合协调，各专业模型验证后可以生成二维图纸;施工图设计阶段，结合二维图纸制图规范，对模型生成的二维图纸进行细节修改和深化设计，并进行节点详图设计。

图5 专业间视觉协同

实例项目中采用Revit 2013软件工作集方法建立的共享中心文件作为信息化平台来实现协同设计。并通过借用图元方式所有专业设计同一构件，实现建筑、结构和机电在同一模型中设计。如图5，排水管在建筑墙和结构柱的基础上进行设计布置，并在三维视图中实时更新，通过视觉协同专业间的位置。

通过RVT格式将设计模型导入Naviswroks中对全专业进行综合检查。可以快速地检查出管路之间的三处碰撞，如图6(a)。设计人员进行沟通后，管路碰撞应本着小管让大管，无压让有压的原则进行调整。协商结果是1号排水水管、2号喷洒、3号排水管分别偏移200mm、400mm、100mm，如图6(b)。

图6 综合检查协调

在各专业设计模型的楼层平面视图中按照二维出图标准调整标注、字体、线样式和比例等，然后导出DWG格式图纸(如图7)，对不符合标准的地方修改后，审查验证存档。

3 结论

(1)BIM协同设计中参数化设计出图可以与传统的出图效率相比节省时间接近38%，一定程度上节省设计人员出图的精力;

(2)BIM协同设计中的视觉协同和碰撞协调比传统协同方式减少设计变更将近90%，很大程度上提高了设计质量;

(3)BIM实施计划书的质量决定了BIM协同设计的效果。

图7 二维图纸

［1］Goldberg，H．E．，The Building In formation Model，CADalyst，Nov 2004．Vol．ZI，56-58．

［2］NIBSNational BIM Standard Project Committee，National BIM Standard，2006，Retrieved from http//cie．vtt，fi/projects/vbe-net/data/What_is_the_NBIMS．pdf，5-12．

［3］清华大学BIM课题组．设计企业BIM实施标准指南［M］．北京．中国建筑工业出版社．2013．

［4］贾滨．二维协同设计在建筑设计院的应用研究［J］．山西建筑，2012(28):285-286．

［5］NIBSNational BIM Standard Project Committee，National BIM Standard，2006，Retrieved from http//cic．．vtt．fi/project/vbe-net/data/What_is_the_NBIMS．pdf，5-12．

［6］梅苏良，周与淳．中国BIM协同设计的现状分析［J］．科技创新导报，2012(28):4-5．

［7］何关培，李刚．那个叫BIM的东西究竟是什么［M］．北京，中国建筑工业出版社．2012

［8］何关培，李刚．那个叫BIM的东西究竟是什么2［M］．北京，中国建筑工业出版社．2012

［9］任波．从二维走向三维的计算机辅助建筑设计［D］．重庆:重庆大学．2010．

［10］王珺，BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究［D］．成都，西南交通大学．2011．

［11］Singapore BIM Guide，2012，Retrieved from http://www．corenet．gov．sg/integrated_submission/bim/BIM_Guide．htm．

［12］袁烽，孟媛．基于BIM平台的数字模块化建造理论方法［J］．时代建筑，2013(2):31-37．

［13］杰里莱瑟林，王新．美国BIM应用的观察与启示［J］．时代建筑，2013(2):17-21．

［14］夏海兵，熊城．Tekla BIM技术在上海城建PC建筑深化设计 中的应用［J］．土木建筑工程信息技术．2012(4):96-103．