BIM助力设计—施工一体化案例分析

刘建

前言

现阶段国内BIM的应用主要集中在设计和施工阶段，运营阶段的应用相对较少。而设计阶段的应用主要以辅助设计为主，即在不改变传统二维设计的模式下，增加BIM技术的应用，解决二维无法处理的异形曲面定位问题以及图纸中存在的错、漏、碰、缺等设计问题。BIM辅助设计对现有的设计模式影响较小，随着设计协调时间的增加，可以在设计阶段解决很多以往施工过程中才会发现的问题，减少设计师在施工阶段的精力投入。

越来越多的项目开始全程使用BIM进行三维设计，这就要求较长的设计周期和大量的人员、时间投入，相应的设计取费也较高。BIM设计项目的业主基于对BIM技术的了解，并对项目周期、设计取费的承受能力较强，也更愿意使用BIM三维设计。而在施工阶段的BIM应用主要是施工深化、施工模拟和施工管理等，以下结合实际工程进行详细阐述。

米兰世界博览会中国企业联合馆

项目概况

米兰世界博览会中国企业联合馆于意大利米兰，由国内企业投资、设计，部分钢结构在国内预制，当地施工企业负责施工建造。项目总建筑面积约2 000m2，高12m，共3层，环绕中心影院的双重坡道设计使得空间关系非常复杂，建筑师充分利用错层、夹层等空间处理手法达到空间利用的集约化，满足使用面积的需求（图1～5）。

由于空间的复杂和紧凑特点，在项目前期BIM介入主要用于解决三个问题：1）建筑内部空间关系的转换；2）建筑形体与结构的关系；3）管线路由布置。前两个问题，利用BIM三维可视化及协同效率高的优势得到了很好的解决。对于第三个问题，解决的过程却异常困难。

BIM下的管线布置和优化

项目前期建筑师并没有明确净高要求，BIM主要辅助机电设计师在交错的空间为各类管线寻找出路。随后建筑师为了满足尽可能高的净高舒适性要求，吊顶基本上都贴着梁进行设计，而楼面梁的布置又极不规则，因此BIM要辅助机电设计师在不规则布置的梁中寻找最优路径，并确定钢结构预留洞位置（图6）。

原来布置管线的工作模式是：BIM工程师验证机电设计师管线布置的路由是否可行，并提出问题及给出解决方案，由机电设计师确定后修改图纸再交给BIM工程师复核，如此需要反复几次才能最终解决问题。由于项目时间紧迫，我们对原工作模式进行了改进（图7）。

在新模式下，机电设计师只提供初步的管线路由，BIM工程师对管线路由进行优化，以寻求最佳路线；机电设计师对照BIM模型，认可管线布置路由后，所有机电图纸中管线的具体布置均按照BIM模型中优化好的路径调整（图8）。

BIM设计-施工一体化

项目中钢结构有一部分是在国内加工，国外组装，因此钢结构预留洞位置和尺寸必须非常准确，否则管线就无法安装，该项目BIM应用在设计-施工一体化上也算是一个新的尝试。

前期钢结构预留洞设计与制造厂家的配合过程是：机电设计师在BIM辅助下确定好机电管线路由后，由机电设计师将所需的预留洞大小与位置提给结构设计师，结构设计师再将预留洞位置提给厂家深化，相互之间都需要多次反复协调，时间长、效率低。现在通过借鉴BIM管线路由布置的原则，跳过中间环节，BIM工程师直接进行深化协调。

在新模式下，梁的预留洞大小和位置，由BIM工程师根据管线情况及结构工程师定的原则来确定，BIM工程师将预留洞的布置以二维图纸的形式提给结构深化厂家。由于厂家使用Tekla软件（无法使用BIM模型），相对于三维模型，二维图纸更易被其接受。结构深化厂家在Tekla中根据二维图纸中留洞位置深化模型，并考虑加工条件，对留洞进行调整，然后直接将深化模型反提给BIM工程师，BIM工程师复核后与深化单位协调交流。在项目中，最终深化模型的留洞完全能够满足管线安装要求，厂家按照Tekla模型生产加工结构构件，在满足现有管线的情况下，钢结构留洞在条件允许的情况下增加了部分预留洞，为后期可能出现的变更提供了空间。

项目后关于BIM的思考

BIM技术的直观可视化和协同性有利于跨专业、跨阶段的交流，特别是施工阶段项目团队在跨国、跨语言沟通交流问题上，极大降低了因语言及文化的差异带来的困难，提高了协调效率。通过使用BIM技术，本项目才能够在传统二维设计无法推进的情况下顺利完成。项目推进的过程中，我们有两点对于BIM技术较为深刻的思考。

（1）BIM技术的应用推广，需要建筑业改变传统的协作模式，如不改变，很可能在原来的工作模式下增加协作环节和协同的复杂性，甚至可能降低效率和质量。特别是机电专业，设计阶段“重系统轻安装”，安装问题主要由施工单位深化解决，而机电安装单位一般会晚于土建总包介入，使得结构预留及净高问题在后期才被发现，造成施工时的返工浪费。现在机电施工深化问题的解决已经提前到了设计阶段，让机电设计师把更多精力放到系统的设计上，在设计阶段考虑施工深化问题，采用BIM新技术及新的协作模式能够很好地解决设计-施工一体化实施中出现的问题。

（2）BIM技术的高效应用需要BIM工程师具备相当强的专业技术能力，这样才能真正帮助设计师解决问题，充分发挥其优势。很多BIM使用者仅把BIM看作一个建模软件，希望一个BIM工程师包揽所有专业的建模。一个项目动辄几千甚至上万个碰撞问题，却不提供专业筛选后的问题报告，甚至直接使用软件导出的问题报告。这对于设计师不仅没有任何帮助，反而降低了工作效率，更会造成设计师对BIM技术的抵触。

虽然严格上讲，本项目可能不算是完整意义上的设计-施工一体化项目，但是由于项目的特殊性，我们借助BIM技术，已经在很大程度上实现了部分设计-施工一体化。

BIM助力设计-施工设计案例

项目背景

本项目建筑面积约3 000m2，业主为外方（图9）。在项目已经采用传统设计模式完成了施工图纸，并通过了审图之后，方案又要进行大规模调整，需要重新出图。在这种情况下，业主想采用BIM技术改变传统设计、施工模式，采用设计-施工一体化模式，在设计阶段实现BIM设计、深化、算量的目标，施工单位使用BIM模型招标、施工，减少施工返工浪费（图10）。

传统算量与BIM算量

为了在设计过程中解决算量、施工问题，业主特别聘请造价顾问和施工顾问，在设计阶段把可能对造价与施工造成影响的因素考虑进来，提前考虑算量和施工的可行性，并提供可行的优化方案（图11，12）。

要使用模型算量，对模型深度的要求非常高，所有专业的各类构件都要在模型中创建。这就要求部分构件需要重新做族，同时已有的构件二维图例与国家和业主的标准不一致，这就需要增加大量的工作来满足原来二维出图的制图标准。

为了保证BIM算量准确，该项目采用传统算量和模型算量两种方式同时进行，用传统算量来验证模型算量的准确性。经过对比，发现梁板柱均比传统算量要多，后来经过仔细核对，发现模型中没有进行扣减，所以造成算量不准确。经过调整模型，考虑扣减后，两者基本一致。而对于钢筋算量，也局部尝试使用模型计算，由于模型工作量太大，并没有全部采用，部分采用传统方法计算得出（图13）。

本项目虽然体量不大，但是设计团队出图却历时近9个月，采用BIM模型出图。原来只在详图中表达的内容也全部在模型中得以表现。例如，为了避免由于阀门组件详图只有二维图纸，但没有在三维模型中表达，会造成阀门组件空间不足和施工返工，BIM设计模型均考虑了安装及维修的问题，达到了施工深化深度，BIM设计阶段除完成土建和机电设计外，还整合第三方的专业设备模型，解决专业设备与结构基础的标高偏差问题（图14，15）。

项目后关于BIM的思考

BIM技术的应用推广需要尽快完善相应的制度及管理，以匹配技术的发展。现在国家没有正式的BIM标准，因此为了适应传统的二维出图标准，不得不削足适履，投入大量工作。本项目模型的信息远比二维图纸更全面和准确，但是由于审图的需要，只能将三维信息再转换为二维图纸。一些复杂的阀组，由于空间关系复杂，如果采用三维导二维剖面，会造成阀门相互叠加，难以满足出图要求，最后只能单独绘制二维原理图纸来满足审图要求。

BIM技术的应用是一个逐步推进的过程，需要与传统的技术手段配合共同解决问题。真正要实现BIM理念所定义的目标，需要投入大量的人力和时间，在实际应用中切忌一刀切要求使用BIM技术解决所有问题。由于建筑行业市场、管理体制和软硬件设施等多方面的限制，在设计阶段BIM技术作为一种辅助设计手段很可能会长期存在。

结语

BIM作为一种全新的理念和技术，正在引领建筑行业的变革。其作为一项在建筑设计、建造、运营全生命周期实现协同共享的信息技术，为我国设计、施工一体化模式的推广提供了很好的技术平台和解决思路。