BIM正向设计与应用实践

文/深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司 赵 杨

1 BIM正向设计

BIM正向设计是项目从方案设计开始到项目施工完成交付使用，全过程基于BIM模型进行设计、施工、管理、运营。项目设计方创建BIM模型，基于模型进行设计优化、管线碰撞、性能分析、三维协同等工作，最后基于协调模型剖切视图进行标注深化出图；施工方在设计模型基础上进行施工方案深化设计、施工模拟、进度管理等；甲方基于模型进行项目管理和运营。各参与单位依据模型进行设计交互、信息共享，项目工作流程、工作方式、交付成果均发生改变，使项目从设计阶段开始到施工、运营，全面提升项目质量和项目管理水平。

1.1 BIM设计资源

1.1.1 技术人力资源

现阶段国内BIM人才主要分3种：①懂BIM不会设计；②懂BIM会设计；③懂BIM会设计能管理。第1种人才现在培养较容易，毕业生只要有机会很快就能掌握BIM技术，接受度很高；第2种人才相对较少，需要有机会参与正向设计并有持续的BIM项目延续；第3种更是凤毛麟角，既需要满足前面条件还要对BIM进行研究和总结，又需要积累一定工作经验和项目管理经验。针对设计院来说，培养BIM设计师的成本远高于培养传统设计师成本，加上设计院人员流动性较大，要组建一个稳定的BIM设计团队，对技术人力资源的需求就更大。

1.1.2 项目设计周期

国内项目设计周期一般是倒推出来的，导致留给设计阶段时间非常短，BIM设计周期需要一个合理的时间，不能极限压缩，原因主要包括：①项目设计团队对BIM流程不够熟悉，对软件操作熟练度不够，导致工作效率不高；②部分专业增加一定工作量；③软件系统有一定限制，针对国内本地化做的不够好，BIM国产软件相对较少；④相关BIM标准不健全，同时BIM设计暴露出很多二维设计难以发现的问题，之前设计未解决留给施工方优化的工作只能在设计阶段解决。

1.1.3 软硬件配置

软硬件是BIM工作中非常重要的部分，项目采用BIM软件需统一策划。软件不仅用于建模，其对不同的参与方有不同的用途，对建筑师可能是设计建模和出图；对施工单位可能是深化设计和协调模型。项目一般会设置多软件进行协调配合，包括建模软件、整合平台、轻量化浏览、项目管理、数据分析等（常用软件包括：Revit、Bentley、ArchiCAD、Digital Project、Tekla、Navisworks、Enscape、Fuzor、Twinmotion等）。硬件是支持软件和运行模型的基础，从桌面端服务器到云端服务器，高配置的计算机会提升工作效率，主要包括常规的设计团队配置及1台高性能的工作站进行项目的全专业合模检查，1台移动工作站进行BIM演示汇报。

1.1.4 设计管理升级

BIM不仅仅是一个模型或一类软件，而是一种会给建造过程带来改变的更有效、更先进的管理方法，BIM是数据集中的管理模式，其在设计方式、项目组织、人员分配、专业交互等方面改变了原有工作模式，需要一套新的工作流程和管理模式开展设计，才能更好地完成BIM相关工作。

1.2 BIM设计变革

1.2.1 设计方式改变

1）CAD设计 以线和文字为基础，强调二维表达。图形与文字相互独立，易造成图纸对不上等问题。

2）BIM设计 以模型和信息为基础，强调三维空间，模型、信息、图形高度统一。平面图、剖面图、立面图、详图实际为一个模型不同的剖切视图，图形之间相互关联，解决了专业内与专业间信息不统一、图纸对不上的问题。

1.2.2 任务分配改变

1）CAD设计 按图纸分配任务，设计顺序为先平面再立面、剖面最后详图设计。平面图、立面图、剖面图、放大图对应不同设计师。

2）BIM设计 按照项目实际工程拆分任务，不同设计师对应的可能是核心筒、套型、标准层、外幕墙、构件族等，设计过程不仅要考虑平面而且要兼顾立面、剖面和详图，建模设计过程需兼顾全面。

1.2.3 协同设计升级

1）CAD设计 参照底图模式，规定时间节点进行提资。修改设计对各专业一般是按照一个时间周期反馈；对其他人或其他专业的影响及对于问题的处理和反馈相对滞后。

2）BIM设计 为专业内中心文件+专业间链接中心模型的三维协同模式，专业内设置中心文件协同，按工作集划分工作内容，一个模型一张图可多人同时协同完成；专业间链接中心模型进行设计，修改提资只需点击同步与更新，修改信息会实时反馈到各专业，对其他人或其他专业的影响会实时呈现。

1.2.4 项目模拟分析

1）CAD设计 需根据图纸重新创建模型，每次更新图纸需对应更改模型，设计、分析和建模的人可以是不同的人，可能导致模型不够准确，反馈结果相对滞后。

2）BIM设计 利用设计模型，通过转换模型格式导入计算模拟软件，设计师能独立完成模拟、分析、计算，对成果把控更好，对设计推进更有利。东莞民盈国贸中心项目方案阶段热辐射、风环境及室内风环境分析如图1所示。

1.2.5 项目信息整合

1）CAD设计 项目数据是离散的图形，携带数据有限，只能通过线型、图层及说明表达，无法对项目进行整合，也很难通过软件进行数据提取，项目管理相对分散。

2）BIM设计 数据集中管理，模型需输入项目信息，如门的具体尺寸、防火等级、生产厂家、材质等参数，能对项目信息进行整合，可通过软件进行数据筛分，可实现不同参与方对项目的不同需求。

1.2.6 设计任务前置

1）CAD设计 各阶段工作深度已比较明确，如扩初机电一般为单线表达，在项目完成90%后才进行管线综合设计。

2）BIM设计 各专业设计工作均前置，扩初深度要求结构、机电管线均需按尺寸建模，在项目周期内会有3次管线综合，分别在项目周期的50%，70%，90%阶段。BIM相关技术要求和资源均需在项目正式开始前部署完成，初步设计阶段前置施工图工作量占10%～20%。

2 BIM正向设计应用实践

2.1 设计准备阶段

2.1.1 编制项目策划书

BIM策划是具有建设性、逻辑性思维的过程，此过程的目的是提前规范所有可能影响项目进度和成果的因素，对项目实施起到指导和控制作用，以保证项目最终完成。项目策划书会随项目情况不断更新，确保策划的可实施性。BIM策划至少包含以下内容：①BIM实施策略；②软件标准及软件平台；③项目人员安排及分工；④模型拆分及权限设定；⑤项目基准点及数据交换；⑥校审、会审流程及日期；⑦成果交付标准。

2.1.2 BIM设计环境准备

基于Revit的设计环境主要包括项目基准、模型标准、注释标准。项目基准包括项目标高、轴网、立面、视图范围设定；模型标准包括墙体、柱、楼板、屋顶、管线等模型构件的设定；注释标准包括尺寸标注、文字标注、门窗标记、填充、注释线等设定，还包括协同网络搭建、权限划分等。

四季如春的厦门，岛、礁、岩、寺、花、木相互映衬，侨乡风情、闽台习俗、海滨美食、异国建筑融为一体，390平方公里的海域面积和226公里的海岸线更为其锦上添花。由于生态环境良好，厦门栖息着成千上万的白鹭，形成独特的自然景观。如此丰富的资源，在旅游开发上是大可作为的。

2.1.3 模型文件组织

项目类型不同其模型组织方式也不同，对于住宅项目按每个套型单独拆分为1个子模型，对套型进行建模和详细设计，包括平面图、放大详图、套型立面、降板、留洞设计等，套型设计工作均在套型子模型中完成，对应楼栋进行拼装出图（见图2）。对于公建项目一般按照地下、裙楼、塔楼进行拆分，每个分区对应建筑、结构、机电、幕墙等子项建模设计，最后进行合模优化和出图。

2.1.4 BIM出图策划

根据项目要求，提前对项目BIM出图范围进行策划，BIM模型出图分为2种：①完全在BIM环境中对视图进行深化设计归档（优先选择）；②将视图导入CAD环境中进行二维加工完成图纸深化设计，需注意后续所有修改应保证CAD图纸与模型一致。另外受软件限制，项目部分图纸现阶段还需CAD进行补充设计（如机电系统图等）。

2.2 建模设计阶段

2.2.1 BIM模型创建

方案阶段进行BIM建模设计，利用BIM可视化特性，向甲方进行场地、空间、建筑外形、立面效果的展示，利用BIM性能分析的优势对项目进行声光热、能耗等数据分析以优化项目方案。

扩初施工图正式开展BIM设计一般会有2种情况:①方案阶段已采用BIM进行设计，可沿用模型进行深化；②方案未采用BIM设计或采用BIM设计但标准相差较大需重新建模。无论哪种模式，施工图设计初始均需对整个项目模型按照施工图策划重新拆分和组织，并按施工图设计标准进行模型建立与标准统一。

图1 东莞民盈国贸中心项目模拟分析

图2 住宅标准套型模型组织

进行建筑、结构扩初设计需首先提出初始BIM模型和提资视图，满足第1次提资交互要求，对机电进行建模设计。全专业完成初始模型后进行第1次合模检查，接下来全专业设计工作均基于BIM模型进行交互，完成项目设计阶段工作，最后提交完整的BIM模型和图纸文件。深圳国际会展中心项目初始版BIM模型如图3所示。

2.2.2 参数化设计

BIM参数化设计分2种：①通过参数控制项目整体或局部形态，具体可通过Revit的插件Dynamo、Revit或自适应构件或Catia平台的DP实现，对于Rhino+Grasshopper进行的参数建模实际是一个几何模型，并不带有建筑信息；②参数化控制构件（如门窗、墙、柱、楼板、楼梯等），通过将建筑构件和设备的各种真实属性采用参数的形式进行模拟，通过参数调整，驱动构件形体发生改变及性能模拟比较（见图5）。

图3 深圳国际会展中心项目初始版BIM模型

图4 奥宸腾冲酒店BIM模型创建

图5 Revit自适应参数化BIM模型

2.2.3 BIM协同设计

BIM三维协同设计是各专业在同一个模型空间进行3D协调设计，项目信息高度集成，数据交互一致。专业内按照中心文件设置模型，划分工作集可实现多人同时完成同一个模型设计。专业间采用链接服务器中心文件进行数据交换，保证数据的准确性和及时性。其优势是一处修改，处处更新，所有数据源头模型唯一，大量减少专业内及专业间对图的时间，也避免因专业间不一致而造成的变更，更有利于项目数据的管理。

2.2.4 可视化设计

可视化设计是BIM技术带来的全新设计方式，平面设计和三维空间相互关联，模型和图纸结合在一起。BIM更注重建筑构件之间的三维关系。基于BIM模型成果的效果图、虚拟漫游、仿真模拟等多种项目展示手段,可让各方对项目本身有深度直观的了解（见图6，7）。

2.3 BIM应用成果

2.3.1 数据统计

采用BIM进行项目管理的关键点之一是数据共享，采用BIM进行数据分析的优势在于模型、信息、表格是关联的，设计过程就是布置各类构件族的过程。各类构件布置完成、信息录入准确，相当于各类数据表格已完成，项目需要的指标可通过明细表功能将所需信息提取出来，也可通过其他软件进行分类提取，根据模型进行的工程量计算、设计调整、数据结果均无需手动计算会自动更新，深圳回龙埔安居型商品房项目装配式预制数据计算如图8所示。

2.3.2 碰撞检查

碰撞检查是BIM应用现阶段价值点之一，如何进行有效、有价值的检查是关键点，同时对于问题的跟踪记录也必不可少。Navisworks是一款整合项目BIM模型进行检查和问题记录的平台，其基本可整合现阶段所有通用的数据格式文件。通过Navisworks对各专业模型进行全面检查和验证，专业间的冲突、高度方向的碰撞是考量重点。同时对问题通过保存视点的方式进行记录；在下一版模型进行对比，对问题跟踪验证（见图9）。

图6 屋顶设计漫游

图7 室内设计漫游

图8 深圳回龙埔安居型商品房项目装配式预制数据计算

图9 全专业BIM模型合模检查

2.3.3 管线综合

BIM现阶段应用最广泛的是管综综合，通过整合建筑、结构、设备BIM模型，结合净高分析结果对重点部位及不满足设计要求部位进行管线路由优化设计，梳理管线走向排布，按照不同专业的功能要求和施工安装要求统筹协调管线和设备，完成定位和走向排布，最终完成管线综合图纸和协调模型。BIM正向设计会分阶段进行模型综合和管综优化，一般会在项目周期的50%，70%，90%阶段和最终完成100%，每个阶段对应要审查和关注的问题点有所区别，例如第1版注重根据合模结果优化机房位置和路由。国家食品安全中心地下室管综模型如图10所示。

2.3.4 图模一致

BIM正向设计二维图纸来源于模型，设计师基于模型进行项目性能分析、合模检查、管线综合等设计协调工作，完成后通过剖切模型生成平面视图，对二维平面视图进行标注并完成施工图设计出图，保证模型-图纸的一致性、准确性（见图11）。不论是否为正向设计出图，只有实现图模一致，后续BIM才能发挥更大价值，模型准确度应优先于图纸表达的准确性，基于模型的BIM应用成果才能准确有效。

2.3.5 轻量化成果

BIM模型分设计模型和浏览模型，设计模型对计算机配置要求较高，需专业软件查看。浏览模型是设计模型转换为轻量化模型，供参与方共享（见图12，13）。各参与人员无需安装专业软件即可在网页端、移动端、PC端随时查看模型，并进行审核和意见批注，可提高业主及设计相关方的沟通效率，为设计提供良好的决策条件。

图10 国家食品安全中心地下室管综模型

图11 深圳北里莫斯科大学BIM模型和建筑出图

图12 国家食品安全中心项目轻量化BIM模型

图13 大中华白酒交易中心项目轻量化BIM模型

3 结语

在不断更新的技术条件下，不论是企业还是个人均需制定短期、中期、长期的BIM规划，规划既要符合行业发展方向又要符合国家战略。对于企业初期明确方向和设定目标非常重要，同时要做好长期投入准备，不仅是软硬件还包括人才培养、BIM研发等方面，这会是持久的改变过程。对于BIM带来的改变要积极适应，优化企业相关工作流程、改变激励制度、改革分配机制。同时要对可预见的风险做好应对措施，包括相关法律法规、合约合同签订、成果交付标准等。相信BIM正向设计的普及只是时间问题，BIM最终会实现项目全生命周期的信息化和数字化精益管理。