基于BIM云平台的协同设计管理研究

刘维跃+孔震+曾敏+徐海林+王超军

摘要：针对BIM技术在项目设计阶段的应用，运用自主研发的BIM云平台，建立项目设计阶段中BIM技术应用的工作流程。基于协同理论，对平台的工作原理和项目设计阶段各参与方之间的工作关系及工作方式展开了研究，并通过案例证明了BIM云平台能提高项目建设效率、业主满意度、项目的可控性。本课题的研究为实现工程项目建设的智慧化、信息化提供决策参考。

Abstract： Aiming at the application of BIM technology in the project design stage， the BIM cloud platform independently developed is used to establish the workflow of BIM technology application in the project design stage. Based on the theory of cooperation， the working principle of the platform and the working relationship and working methods of the participants in the project design stage are studied. The case proves that the BIM cloud platform can improve the project construction efficiency， the owner's satisfaction and the controllability of project. The research of this subject will provide decision-making reference for realizing the wisdom and informationization of project construction.

关键词：BIM云平台；设计阶段；协同设计；工作模式

Key words： BIM cloud platform；design stage；collaborative design；working mode

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0068-04

0 引言

住建部2015年6月印发的《关于推荐建筑信息模型应用的指导意见》中强调了利用BIM技术协同设计，开展多专业间的数据共享和协同工作[1]。随着“互联网+”、GIS和BIM技术的兴起，“互联网+BIM”、“BIM+GIS”的运用，使得建设行业正面临着一场变革。目前国内BIM技术的应用，更多的是利用其三维可视化、碰撞检测、优化设计等特点，还只是简单的BIM技术应用，BIM技术的核心价值并没得到充分利用。针对上述问题，本文基于BIM技术和协同管理理论，从BIM技术协同管理角度，运用BIM云平台实现多方协同设计和信息集成与共享，并对其进行分析。

1 BIM云平台的工作原理

BIM云平台集云计算、BIM、GIS应用为一体，运用协同管理平台的功能对项目进行建设管理，实现项目5D建设及信息集成。基于云计算技术，BIM云平台在对项目全过程进行管理的同时可以对多个异地项目进行管理，以下是平台的基本工作原理。

1.1 利用CMS和项目管理模块实现协同管理

CMS在項目管理中的应用主要有如下四个作用，一是信息传输的作用，日历安排、即时消息、文件共享等；二是对流程进行协同，对项目工作流管理和业务流程自动化管理；三是对信息进行协同，文档管理、内容管理、知识管理、搜索、记录管理；四是对应用进行协同，达到不同应用系统之间的优化整合[2]。根据项目管理工作的要求，项目管理模块涉及项目生命周期的管理工作任务，包括项目基本信息、设计管理、建设管理（施工、造价管理）、运维管理，以及与企业利益紧密相关的财务管理，针对以上每个模块下又有不同的项目管理模块，如设计管理模块下有前期工作、项目信息、项目策划、设计成果、进度管理、质量管理、BIM管理、流程管理、设计变更一些子模块。在CMS提供的协同管理功能基础上，结合项目管理模块的功能，可以实现对项目的协同管理。

1.2 利用BIM+3DGIS+云计算进行协同工作

BIM云平台利用BIM+GIS提供高精度的构筑物的三维信息模型，而云计算技术能储存和读取BIM技术和GIS工作产生的大量数据。云计算技术（Cloud Computing）和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术，使协同设计成为可能[3，4]。平台在设计阶段、建设阶段、运维阶段的项目管理模块中设置了“BIM浏览”功能，能查看项目模型的详细信息，供各相关工作人员参考。GIS作为一种地理信息系统，能够显示与项目相关的基础地理空间信息、地下管线状态、地质信息等，此外，通过GIS对轨道交通的线路、区间、站点方案进行设计。

1.3 信息集成与共享

平台能收录项目全生命周期的信息文档。建设过程中工程资料填报数据、变更签证、各种图纸文档等等，这些文档生成于各建设阶段，有很强的时效性。在需要投资方、建设方、施工方、设计方、咨询方、监理方、相关政府主管部门等多方参与且建设周期较长的工程建设项目中，云平台能及时收录文档并由参与各方共享。如咨询方翻模后的模型上传至平台，后对模型的某个结构或部件进行设计变更并直接在平台上直观展现，这样减少了各方的沟通和工作成本，提高了项目建设效率。对于项目，建立项目的树状结构模板，对项目各类信息进行分类管理和维护，各方在平台上进行文档的传递和通知，各方进入平台查询资料更加便捷，实现即时性信息集成和共享。endprint

2 BIM云平台的协同设计应用

BIM云平台有设计阶段功能模块，这些功能模块不仅提供设计阶段的工程BIM模型的相关信息数据，还提供设计阶段的工作流程，这对于项目业主方的管控而言，更加方便进行项目管理工作，此外，各方在平台上沟通协作，提高了设计阶段的工作效率，相比传统设计阶段工作模式，BIM云平台对其进行了整体的优化，以天津轻轨项目为案例来论述。

2.1 基于BIM云平台的协同设计管理

2.1.1 工程项目应用特点

天津市某城市轨道线路，涉及地上地下轨道，部分轨道要穿河施工，技术上有一定的复杂难度，线路全长约110公里，投资大约300亿，是目前全国唯一一条在全寿命周期内使用BIM技术的轨道工程。

2.1.2 设计阶段的协同模式

“协同设计”是设计阶段的主导思想。设计阶段工作的成败与项目的成败有着决定性的关系，传统设计工作，通过图纸来进行专业间的业务数据交换，这种方式存在着数据交换不充分、理解不完整的问题。传统设计阶段过程中，设计方、施工方、承包商、业主之间多是独立的工作状态，之间缺少有效的沟通，各方为自身利益最大化而工作，得到的项目结果并不是整体利益最大化。在项目设计阶段应用BIM云平台，各方基于平台沟通协作，如图1示，例如业主、设计方通过平台进行信息交互工作，读取和存储信息数据，因此，业主可以读取设计方在平台上存储的数据并通过平台进行沟通，避免了双方直接沟通时的不便以及沟通不及时，同样业主可以和其他参与方以及参与方彼此间基于平台进行协同设计工作，消除了传统设计阶段“信息孤岛”的弊端。

2.1.3 设计阶段项目各方工作关系

该轨道线采用总承包模式，设计阶段参与各方主要有业主、设计方、咨询方、施工方，基于协作，在设计阶段建立一种互尊互信的契约关系，使各方利益紧密相连，达到共同为项目服务的目的，各参与方在项目不同时期参与建设，在方案设计阶段和初步设计阶段，业主作为协调者和项目利益的获得者，在咨询方和设计方中间起着协调和沟通的作用，在施工图设计阶段，设计已经出图并不断完善，业主进行施工招标，施工方中标后同设计单位和咨询单位就设计成果交流技术意见，业主在这一阶段起着协调沟通作用，其他三方通过BIM云平台进行联系沟通，对设计模型提出并解决问题，实现了协同设计。

2.2 基于BIM云平台的协同设计工作模式

BIM云平台提供了工作平台，各参与方利用平台的功能：知识管理、设计变更、BIM管理（CAD导入、模型导入）、质量管理（质量分析、红线圈注、审批、提交）、進度管理、设计管理等进行设计阶段的协同设计工作。项目设计阶段分为三个阶段：方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段，每个阶段的工作需要结合平台具备的功能进行，各参与方依据合同内容利用平台功能完成设计阶段工作。清华大学BIM课题组通过调查证明了设计阶段采用BIM技术，超过半数的人生产效率提高50%，接近20%的人员生产效率的提升超过了100%[5]，以下是在设计阶段中利用BIM云平台的工作模式。

2.2.1 方案设计阶段的工作模式

在方案设计阶段，设计单位通过收集资料绘制方案设计阶段图纸，之后由业主向BIM咨询单位提供电子版地形图（用于搭建周边地形、道路等信息模型）、图纸（卫星图、地形图、方案阶段图纸、周边环境图纸、周边建构筑物相关图纸），BIM咨询单位建立相应的模型，模型中包含各方案的完整设计信息，并创建周边环境模型与方案模型进行整合。BIM咨询单位检查模型准确性、完整性，根据BIM模型进行方案阶段的模拟优化，通过规划方案阶段BIM模型，提出相关优化建议，并作为阶段性成果提交给业主，同时在业主方组织的例会上，相关单位对成果进行确认签字，最终确认优化成果生效，用以优化设计方案，具体工作流程见图2。

2.2.2 初步设计阶段的工作模式

设计方和BIM咨询单位在BIM云平台上进行二、三维联动，在确保BIM模型能正确表现设计意图的基础上，初步设计阶段主要是进行模拟分析工作，比如管线搬迁模拟、交通疏散模拟、地层三维可视化模拟、环境可是化仿真模拟、换乘站和重点站人员疏散模拟、风光声热等绿色分析模拟，操作流程见图3。

另外，模拟分析具有指导工作的作用，如地层三维可视化模拟，创建地层三维模型，对建筑主体周边地层分布情况进行可视化模拟有利于施工前业主方应做的各项准备工作，便于同施工设计沟通协调工作，通过审查地质三维模型，能够更好地看到施工过程中可能会遇到的问题，优化施工，规避风险，节省造价；管线搬迁、交通疏散模拟，建立市政管线及影响管线搬迁的周边环境模型，分阶段模拟管线搬迁方案及交通疏散情况，宏观地做好施工前准备工作，为施工设计等各单位的沟通协调提供便利，管线搬迁模拟、交通疏解模拟能更加直观的表现管线搬迁等施工中可能遇到的问题，提前规避风险，节约造价，提高质量等。

2.2.3 施工图设计阶段的工作模式

在施工图设计阶段BIM咨询单位根据设计图纸进行BIM模型搭建，并提取工程量协助业主单位进行招标价格的确定。施工单位通过合同签订与业主、设计方、咨询单位建立相互协作的合约关系，施工方在设计阶段协助BIM咨询单位进行管线碰撞、综合模拟优化，与设计单位就管线碰撞、综合模拟优化的结果进行修改和完善，并与设计单位共同进行设计交底和技术交底，提高施工图的质量。在施工图设计阶段后期，BIM咨询单位配合业主单位和施工单位进行设备安拆路径模拟，对于业主而言能更好地管控现场，提高管理效率，节约成本；对于施工方，能在施工前看到设备安装过程中可能存在的问题，避免后期返工，减小施工难度，节约材料成本，进而满足业主与设计单位的要求；对于设计方来说，施工之前进行设备安装拆除路径模拟，能检测出设计图纸中存在的问题，进一步优化设计。

2.3 BIM云平台在设计阶段的应用价值endprint

BIM云平台在设计阶段应用的核心思想是协同项目进行管理，相对于传统设计阶段，平台的应用提升了工作效率，提高了业主满意度，同时增强了项目的可控性。

2.3.1 提升工作效率

在设计阶段，业主、设计方、咨询方、施工方参与设计阶段工作，各方针对BIM模型以及其展现的设计效果进行交流和沟通工作，BIM云平台提升工作效率从两个方面体现。一是利用BIM技术的三维可视化等特点，更直观地展现设计意图和成果，通过碰撞检测和深化设计减少了传统设计阶段的反复工作，从而提高工作效率；二是BIM技术搭建的模型上传至云平台，参与各方可快速浏览模型，并对模型进行标记修改再上传至云平台，如设计变更见图4示，在需要变更的模型部位进行标记，由设计方和咨询方对模型进行修改，并在修改后重新标记修改部位，所做工作基于平台完成，如此改变了传统设计变更流程，提高了工作效率。

2.3.2 提高业主满意度

在图2、图3中，业主对设计结果有最终审核权，在设计阶段由设计单位把设计图纸交于BIM咨询单位进行模型搭建，业主就BIM模型展现的设计成果提出意见，设计单位根据业主需求进行设计变更，再由BIM咨询单位向业主展示变更后的成果，直到业主满意。而传统设计阶段，业主对设计成果缺乏立体的感受，一般按设计方的设计进行项目建设，比较被动。BIM云平台应用过程中，业主对设计方提出自己的要求和建议，并对设计成果进行验收，这在保证设计质量的同时，也提高了业主的满意度。

2.3.3 增强项目可控性

设计阶段BIM云平台的应用使得项目可控性提高，主要体现在成本和质量两个方面。BIM咨询单位根据模型提取工程量明细表，在后期的建造中业主会根据前期的工程量明细表控制项目的投资成本，BIM云平台在设计阶段利用BIM+GIS技术可以对项目的建造环境进行仿真模拟分析，增强施工现场管控和成本控制，提高效率，节约成本。在质量控制方面，BIM咨询单位对BIM模型进行管线碰撞、综合模拟优化等工作减少了设计上的失误，使得正常建造中的设计变更和返工等现象减少，提高了项目建造质量。

3 结语

随着BIM技术推广，其在项目全生命周期中的应用经验会越来越成熟，本文对BIM云平台在设计阶段的集成应用进行研究，不足之处是限于项目建设的进度，无法基于全生命周期的角度探索BIM云平台在项目中的应用效果，而是截取BIM云平台在设计阶段的应用情况展开研究，未来研究采用定量研究的方法对BIM云平台应用效果进行阐述更具说服力。

参考文献：

[1]徐伟，刘元东.BIM协同设计在设计准备阶段的应用研究[J].价值工程，2015（33）：74-76.

[2]杜栋.协同管理系统的理论与应用[M].北京：清华大学出版社，2013：126-129.

[3]Marinescu D C. Cloud Computing：Theory and Practice[M].Newnes， 2013.

[4]Jiao Y， Zhang S， Li Y， et al. Towards Cloud Augmented Reality for Construction Application by BIM and SNS Integration[J].Automation in Construction，2013，33：37-47.

[5]清華大学BIM课题组/互联立方（isBIM）公司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，2013：10-12.endprint