BIM正、逆向设计在建筑工程设计中的差异化应用

李震宇

北京市建筑设计研究院有限公司 北京 100045

BIM英文全称为Building Information Modeling，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便被工程各参与方使用。

在引入BIM平台协同设计后，BIM设计平台的软件为各专业使用的不同软件数据协同提供了统一的文件接口，确保各专业的数据模型可以使用同一平台，各专业设计时只需要完成本专业的模型并上传至统一的云办公平台上，通过项目的设计协调员通知其它专业设计师及设计项目的总控，即可实现最终设计模型的共享和统一，避免了设计过程中的设计误差[1]。

BIM的逆向设计也就是建筑设计领域俗称的翻模，也称设计后BIM,即首先开展传统的CAD图纸的二维设计，然后在CAD图纸的基础上进行二维图的三维模型搭建。

基于BIM的自身设计特点和产品特性，BIM的这上述两种设计方式在BIM以下设计特色上存在一定的差异化应用：

1 BIM的设计特色1参数化设计

参数化指建立特定的关系，当这种关系的某个基本元素发生变化，其他的元素也随之变化，简单概括参数化的重点是彼此元素之间的关联性。

BIM的参数化设计分为两个部分：“族的参数化”和“修改的参数化”。

族是BIM系列软件中组成项目的单元，同时是参数信息的载体，是一个包含通用属性集和相关图形表示的图元组。族中的每一类型都具有相关的图形表示和一组相同的参数。族的参数化指的是BIM这些族之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了族作为数字化建模的所有信息。

“修改的参数化”指的是参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动，都可以自动的在其它相关联的部分反映出来。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改速度[2]。

BIM的逆向设计即翻模主要是为了利用BIM模型，完成进行电缆桥架，梁、板、各种大型管线等构件的综合管线、碰撞检测、净高优化等一系列工作内容。“BIM翻模”其实就是为了复核施工图的设计错误和不足，把图纸的准确率提高。因此对于参数设定的精度和范围的相比正向设计较为宽泛和模糊。

对比BIM的逆向设计，BIM正向设计所需进行的参数化设计工作量要巨大很多，因为是直接进行三维建模，需要考虑和设定的参数较为复杂和多样化。比如电气设备、电气桥架、电管、导线、标注等都是不同类型的族，电气族在三维模型上要符合事物的实际样貌，需要补充尺寸、性能、负荷类型、光源参数等一系列属性参数。

2 BIM的设计特色2可视化设计

通过BIM技术，将模型进行细化及深化之后，配合相关软件可以进行贴近现实的模拟演示，模型之中不但添加了构件信息，还可以进行360度旋转以及细部的放大等观赏方式。让项目各方可以对建筑整体及细节都有了解，增加业主或相关人员的真实体验感

通过BIM模型的建立，进而提前在开始施工之前，检视所有的建筑空间以及里面的相关设备和设施，进而延伸更多的视觉分析与检讨，甚至是动态仿真施工到维运，将可以更直觉快速以及正确的看到建筑物实际完成后会产生何种问题，了解未来工程的全貌及预计施工的过程，提前预防并解决错误的产生。

BIM的可视化精度有不同精度的设计标准要求，可以根据建筑业主的要求而进行设定的。BIM翻模因为通常仅要求对大型管线，建筑构件进行先期模拟检测和优化，因此其对可视化精度要求相对正向设计有部分降低。而BIM正向设计则要求制作较高精度的三维设计图纸，精度越高，真实性越强，达到700的标准可以做到所见即所得的逼真工程效果图，为工程施工和设计工作提供便利。

3 BIM的设计特色3可预见性设计

针对施工设计中图纸经常出现的’错漏碰缺”的问题，BIM设计软件可以通过内部检测功能实现对图纸设计及现场施工情况进行有针对性的预见性检测，从而尽量减少甚至避免上述问题，提高工程效率，缩短工程进度，为各工程合作方减少不必要的时间及费用的损耗：

3.1 图纸错误

将cad文件导入到bim软件中，通过建模软件根据图纸建模模型，就能发现图纸错误，例如上下楼层的构件图形错误，间距不符合。在二维图面转换至三维模型时，可以发现传统二维图纸看不到的错误，大约70%的问题确认会在日后按图施工时出现，而这些问题已经经由三维建模及可视化检查而消除，充分显示三维模型的功效。

由于BIM翻模是从二维CAD图纸导入BIM软件建立三维模型，因而此类问题的出现与纠正通常会出现于BIM翻模过程中，这也是BIM翻模进行图纸核查的主要目的之一。而由于正向设计是直接建模，在BIM正向设计出现的机率不太大，多数出现在BIM从三维导出二维图纸的工作过程中。

3.2 图纸漏缺

漏缺图问题主要包括建筑物平面、立面与其他图面等，发生该绘制而未绘制的柱、梁、版、墙或者其他应有的构件，以及图面应标示而未标示的编号，如门窗编号、楼板编号等，皆属于此项问题的范围。归纳分析此类议题的发生原因，大多为绘图人员于图面绘制时的失误、疏漏所致。BIM可以通过可视化三维空间布局排列和自带的比对功能帮助设计人员及时发现遗漏，避免在后期对施工进度和费用产生负面影响[3]。

在BIM的正逆向设计中均存在不少此类问题，因为BIM的正向设计要求更高的图纸精度和更广泛的核查范围，因此BIM正向设计中发现此类问题的数量和频次相对BIM翻模要更多，更频繁。而且由于Revit软件本身出图标注功能不够智能且美观度较差，因此设计师经常需要在模型上标注好基础的定位和标高数据后，需在导出的CAD图上做二次加工，继续添加文字标注信息并调整图面至出图标准。

3.3 碰撞检查

在以往传统设计时，由于各专业设计师之间的沟通不到位，而经常出现各种专业之间的碰撞问题，例如机电专业中的管道或桥架在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好此处有结构梁等构件妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗？BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如：电梯井布置与其他设计布置及净空要求的协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置的协调等。

以各种管道及管线设计较为复杂，经常出现碰撞问题的地下室设计为例子，该处建筑梁下3000MM，卷帘门卷轴高500MM，导致没有空间敷设机电管线。卷帘门与水管冲突。

与图纸漏缺的问题一样，在BIM的正逆向设计中也均存在不少此类碰撞问题，因为BIM的正向设计要求更高的图纸精度和更广泛的核查范围，因此BIM正向设计中发现此类问题的数量和频次相对BIM翻模要更多，更频繁。而BIM翻模由于对于模型精度和制作范围的局限性，对于工程后续施工中尤其是较为细小的建筑工程构件的碰撞准确性明显降低。

4 BIM的设计特色4广泛协同性设计

BIM的主要“中心文件”工作模式：区别于传统的二维设计使用的各设计人、设计专业、设计单位各自为营的单兵作战式工作模式，BIM通常采用协同性更强的中心文件工作模式，也就是所有人都要在同一文件中利用副本来将设计工作进行完成，从而使Revit能够对所有项目的工作模式相适应。比如将电气中心文件和其它专业中心文件之间链接起来。在电气中心文件中，把图纸划分成多个系统，配合系统和团队的工作安排部署内容来决定人员配置状态。电脑服务器用于放置BIM的中心文件，而且位置建立后将不会另行调整以确保数据的完整准确性。设计人员需要在本地电脑上创建本地文件。并且在各自设计工作完成后，使用BIM同步功能实现与中心文件的双向互通。最后，设计方将使用全部完成同步的中心文件中的所有设计内容，将模型向业主交付使用时。

BIM的这一特色工作模式形成了其设计的广泛协同性。而BIM的广泛协同性在设计工作中主要有下面两个方面的内容体现：

4.1 电气专业内部协同

由于电气设计内容较为繁杂，包括照明设计，消防防雷设计，防雷，楼宇自控，安保等多项设计内容，因此设计工作通常需要多位电气设计人员共同配合完成设计工作，各设计人对于本人的设计内容实行个人负责制。传统使用二维CAD技术制图时，由于缺乏有效的实时同步沟通，设计时经常会有产品选型不一致的情况发生。而使用BIM后，由于采用信息同步性及协同性较好的中心文件工作模式，各设计人员可以在本专业权限里，对相关的信息进行调取，及时了解其他负责人的选型信息，并可以方便地及时可能进行调整的信息在本地文件保存后，上传到中心文件，快速实现专业内部实时协调统一、提高工作效率，实现效能与质量的双重提升。

4.2 对于专业间的协同合作

传统的CAD设计工作的单一工作模式，不仅导致了建筑工程各专业内部的设计人员在项目实施前，往往缺乏高质量、双向、同步的交流沟通，而且也导致了专业间沟通的不畅通，大大增加了后续协调的工作量。比如在以往传统的设计过程中，通常要等到建筑专业设计人员提供建筑CAD图纸后，其他专业的设计人员才能结合收到的图纸反馈修改意见。整个过程中，就会产生专业间管线碰撞、净高空间不足等情况，造成图纸的重复多次调整。同时在完成调整后，图纸还会因标识的不清晰，使得图纸及管线相互间存在较多错、漏、碰、缺的实践问题，降低了工作效率，并为后续施工埋下安全隐患。通过利用BIM，能够在设计时对其它专业的模型进行链接，进行碰撞检查，同时实时协调。在建筑标高发生变化的情况，会使后续设计带来负面影响时，模型会将警告自动给出，从而使设计的同步性得以保证[4]。

上述工作方式在BIM的正逆向设计中均有使用，翻模设计要想修改三维模型，需要先改二维CAD图纸再导入BIM软件，进行三维模型的调整。而在BIM的正向设计中，由于是可以直接生成三维模型，对于模型的修改是实时且同步的。因此比起翻模，三维模型修改的时间耗用少，反应速度快，也在很大程度减少了施工中因专业间协调而引起的变更和返工。

表1 正向设计与逆向设计应用差异的对比分析

从上面的表格和阐述中，可以看出BIM正向设计和逆向设计在BIM设计中的应用存在一定差异。这些差异由于业主对于三维模型的精度和工程进度要求的变化而变化，同时这些差异对于BIM在工程设计工作过程中所体现的作用和效率也有着不同的影响。

5 结语

随着BIM技术发展，BIM技术作为建筑业信息化的代表，在未来建筑设计和施工领域会扮演越来越重要的角色,基于BIM正逆向设计在工程设计中的差异化应用及正向设计的高精度模型、高预见性、广泛协同性，正向设计在实际工程设计的应用比例会逐渐提高，这样可以能在提高设计效率的同时，还可以提前精准模拟施工的过程，方便项目管理团队对整个项目的把控管理，降低人为影响给建筑设计和施工带来的误差。