浅析建筑工程BIM协同设计

金晓玲, 谭 建

(中国建筑科学研究院西南分院， 四川成都 610041)

浅析建筑工程BIM协同设计

金晓玲, 谭 建

(中国建筑科学研究院西南分院， 四川成都 610041)

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。目前，在我国基于BIM技术的多专业协同设计的探索仍然很少，对于业内人士而言，或多或少对BIM技术的优势和多专业协同设计的理念有所了解，但目前很多设计公司对此仍持观望和怀疑的态度，各方面的市场机制、标准及规范及BIM技术本身的原因限制着BIM技术的发展。但是随着BIM技术的优势和理念得到越来越多设计人员和社会的认识和认可，作为一种国际化的设计趋势，BIM技术必将迎来一个更加灿烂的明天。

建筑工程; 协同设计; BIM

随着科学技术发展和社会分工细化，在现代建筑工程设计领域，常常涉及到不同的专业，如建筑设计、结构设计、设备设计(包括电气、给排水、暖通)等，这些专业设计分别由建筑工程师、结构工程师、机电工程师完成，同一专业内部和不同专业间的复杂关联由此产生。当这些不同专业的设计图纸在施工现场汇总时，经常会出现不同专业之间的设计冲突问题，这些问题会导致进度拖延、成本超支及事故频发等。同时，这些问题也是全世界建筑业生产效率比较低下的一个重要原因。普遍认为，协同设计是一种能有效提高设计者之间交流和协作以避免设计冲突的方法。协同设计是指各专业设计工程师内部以及相互之间在同一平台上进行设计协同作业。协同设计的目的主要是解决由于各个专业设计人员单独设计所带来的如设计冲突等问题[1]。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[2]。

1 BIM协同设计

1.1 协同设计的概念

协同设计是项目成员在同一个环境下用同一套标准来完成同一个设计项目，设计过程中，各专业并行设计，沟通准确及时，因此协同设计很大程度上是指基于网络的一种设计沟通手段，以及设计流程的组织管理形式。协同设计是当下设计行业技术更新的一个重要方向，也是设计技术发展的必然趋势，目前主要有两个技术分支，一是主要适合于大型公建，复杂结构的三维BIM协同，二是主要适合普通建筑及住宅的二维CAD协同。通过协同设计建立统一的设计标准，包括图层、颜色、线型、打印样式等，在此基础上，所有设计专业及人员在一个统一的平台上进行设计，从而减少现行各专业之间(以及专业内部)由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，真正实现所有图纸信息元的单一性，实现一处修改其他自动修改，提升设计效率和设计质量。 同时，协同设计也对设计项目的规范化管理起到重要作用，包括进度管理、设计文件统一管理、人员负荷管理、审批流程管理、自动批量打印、分类归档等。

按参与各方工作时是否分散于不同地点可以分为分布式协同设计与集中式协同设计。分布式同步协同设计是一种近年来新兴的设计方式。该设计方式允许分布在不同地点的设计人员和其他相关人员通过网络，利用各种不同的计算机辅助设计工具来共同设计一个工程项目[3]。

以往的多专业协同设计是建筑专业完成建筑设计后，接着开始结构专业、设备专业的设计的线性模式，基本上是不可逆转的，否则会造成巨大的工作量。各专业之间的封闭信息的操作，不利于将各个专业的信息进行共享。并且所有设计是用二维图纸表达，不同专业之间障碍，必然会出现设计上的冲突，对于结构复杂，管线布置交叉密集的地方，碰撞问题是在施工的阶段才得以解决，影响工程进度。然而目前我国绝大多数的建筑设计院仍然延续着这种传统的工作模式。

1.2 BIM协同设计

BIM(Boilding Information Modeling),是指建筑信息模型,它是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程。BIM协同设计是一种新兴的建筑设计方式，他可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计工程师通过网络协同展开工作(图1)。

图1 BIM协同设计

传统二维CAD设计通过向业主提供设计说明、材料表、平面图、立面图、剖面图、详图等设计图纸方式传递和提交设计成果。传统二维CAD设计方式最常见的错误就是信息在各种复杂的平面、立面、剖面图之间传递差错，至于机电管线碰撞、错位问题更是无法避免。而对于关系复杂建筑造型和空间，体量巨大的设计项目来说，以上问题更为突出[4]。与传统二维CAD协同设计相比，BIM协同设计除了进行模型空间尺寸等物理特性的表达之外，还可以自动生成材料明细表，进行绿色节能分析、碰撞检查、深化设计以及运营管理等。BIM模型与所生成的二维图纸之间存在着对应关系，可以实现模型及图纸之间“一处修改、处处更新”。BIM模型是参数化的，模型中包含各种信息。BIM三维协同设计和传统二维CAD协同设计的区别见表1。

表1 三维BIM协同设计与传统二维CAD协同设计比较

BIM给不同的设计专业开发商乃至最终用户等各个环节的人员提供“模拟和分析”的平台，帮助他们利用信息模型对项目进行设计、施工、运营管理[5]。在BIM协同设计环境下的各专业在同一个建筑模型中进行设计，可以进行即时交流，同时承包方和施工方能够参与在模型设计阶段，从而有效避免因缺少沟通所造成的设计变更等，提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。

2 BIM协同设计的实现

2.1 定义BIM目标和应用

BIM目标是项目实施BIM的核心。BIM目标一般分为项目型 BIM目标和企业级BIM目标，项目型 BIM目标是完成特定合同或协议的BIM要求，主要偏向于技术的实现和突破，而企业级BIM目标是依托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。

BIM应用是实现BIM目标的方法，在项目设计阶段常用BIM应用方法有:设计方案论证、设计建模、能量分析和协调等。

2.2 定义BIM设计流程

BIM设计流程一般分为总体流程和详细流程，总体流程包括所有的BIM应用，详细流程是对每个BIM应用的详细流程图。总体设计流程一般分为概念设计流程、初步设计流程、施工图设计流程、综合协调及审查存档几个阶段，然后再对每个阶段流程制定BIM详细流程图。施工图设计阶段详细流程图见图2。

图2 施工图设计详细流程

2.2.1 BIM协同设计准备阶段

协同设计准备阶段是协同设计的基础，首先需要确定BIM设计实施的支撑条件和信息交换平台。先是根据项目信息及项目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，最后创建项目样板、共享坐标和共享文件夹等。

专业间的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。例如Autodesk Revit软件 ，软件之间信息交互传递格式为VRT。模型根据专业划分为建筑专业、结构专业和设备(包括给排水、电气、暖通空调等)专业，各个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。

2.2.2 协同设计过程

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设备专业人员；初步设计阶段所有专业人员进行设计模型，此时模型信息没有进行验证及审批，不能作为参考信息，结构专业和设备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。

采用REVIT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、结构和设备专业在同一模型中设计。通过RVT格式将设计模型导入Naviswroks中对全专业进行综合检查，便可以快速地检查出管路之间的碰撞，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。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、线型样式和比例等，然后导出 DWG格式图纸，对不符合标准的地方修改后，审查验证存档。

3 BIM协同设计存在的问题

目前我国绝大多数的建筑设计院仍然延续着传统的建筑专业完成建筑设计后，接着开始结构专业、设备专业的设计的线性工作模式。目前BIM协同设计发展的主要问题有：

一是市场机制发展不协调[6]。BIM技术的发展不仅会带来技术风险而且会影响设计工作流程，因而BIM的应用在短时间内会影响到企业及个人的利益分配，强制在企业内部推广存在较大的利益问题。另外目前设计交付的成果为二维图纸，BIM技术在二维出图方面存在细节表达不到位、表述不规范等现象，为设计图纸的交付及存档造成困难。

二是软件体系不完善。现阶段BIM软件存在一些弱点：本地化不够彻底，工种配合不够完善，细节不到位，特别是缺乏本土第三方软件的支持。为提高设计效率，基于BIM技术的本土第三方工具软件的开发会在实际应用中发挥及其重要的作用。

三是应用要求高、培训难度较大、技术支持不到位。相对二维设计而言，对于部分设计人员来说熟练掌握BIM 技术难度比较大。对于复杂建筑模型而言，模型创建甚至要求建筑师具备良好的数学功底及一定的编程能力，或有相关CAD 程序工程师的配合，这无形中也提高了应用难度。尽管主流BIM 软件一再强调其易学易用性，但是实际上BIM软件培训难度较大。而且BIM软件服务商不可能对客户提供长期的技术支持。

四是BIM技术规范及标准问题。目前国内BIM技术仍处于探索阶段，国家和地方关于BIM规范及标准仍在调研研究及正在制定之中，目前没有完善的BIM技术标准和规范。

五是交付深度及存档。不同阶段不同用途的BIM设计深度标准不同，总体及阶段设计深度较二维设计有较大的提高，协同设计模式较二维设计有较大的改变。同时缺少BIM技术文档储存的标准，而且现有建设档案馆数据库条件不足以支撑BIM存档的要求。

4 BIM协同设计展望

现代计算机技术日新月异的发展为BIM技术的发展提供了良好的硬件及软件条件，使得协同设计、优化设计、信息集成和共享成为现实。目前，在我国基于BIM技术的多专业协同设计的探索仍然很少，对于业内人士而言，或多或少对BIM技术的优势和多专业协同设计的理念有所了解，但目前很多设计公司对此仍持观望和怀疑的态度，各方面的市场机制、标准及规范及BIM技术本身的原因限制着BIM技术的发展。但是随着BIM技术的优势和理念得到越来越多设计人员和社会的认识和认可，作为一种国际化的设计趋势，BIM技术必将迎来一个更加灿烂的明天。

[1] Lee H, Kim J, Banerjee A. Collaborative Intelligent CAD Framework Incorporating Design History Tracking Algorithm[J]. Computer-Aided Design, 2010, 42(12): 1125-1142.

[2] 张德海,韩进宇,赵海南,等.BIM环境下如何实现高效的建筑协同设计[J].土木建筑工程信息技术,2013(12)

[3] Bardsiri A K，Hashemi S M．A Review of Workflow Scheduling in Cloud-Computing Environment [J]. International Journal of Computer Science and Management Research，2012，1(3)：348-351．

[4] 张勇. 第二次建筑设计革命——BIM技术[J]. 建筑设计管理,2012(5).

[5] 欧特克软件(中国)有限公司.BIM技术给力建筑业推动行业大变革[J].网络与信息, 2011(5).

[6] 陈宇军,刘玉龙. BIM协同设计的现状及未来[J]. 中国建设信息,2010(4).

谭建(1988～)，男，本科，从事建筑技术研究工作。

TU201.4

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[定稿日期]2015-07-02