基于 BIM 的精细化设计管理研究

刘 雯（华建集团上海建筑设计研究院有限公司， 上海 200041）

近年来，超大超难工程项目越来越多，业主对项目的品质是完成度还是细节度，要求越来越高，而项目本身的周期出于时间成本、资金控制等多方面原因却常越来越短。粗放型的设计管理面对超大体量、超多超复杂的专业参与方及超难超特殊的项目类型，常束手无策。但单纯以时间节点为目标导向倒推设计进度计划的传统设计项目管理方式也越来越难以控制项目品质。最终，在设计阶段隐藏忽略的问题都会在施工期间或者项目落地完成后暴露出来，以致额外产生经济费用和时间浪费，并且牺牲了设计品质。

面对大型综合类的政府的要求、市场的需求、业主的诉求，传统的设计项目管理亟须突破改变，从根本上突破改变管理思维。

1 项目分析—上海某市级文化公园

1.1 项目概述

上海某市级文化公园位于上海市浦东新区，黄浦江中游东岸，总用地面积约 187 万 m2，是上海中心城区规划建设的最大公园绿地，也是滨江 21 km 岸线的重要节点[1]。建设上海某市级文化公园是上海完善生态系统、提升空间品质、延续世博精神、建设卓越全球城市的重大举措之一。

1.2 项目特点与挑战

1.2.1 超大体量

上海某市级文化公园占地约 187 万 m2，园区内部存在着大量的改造、废除、在建、新建的市政、单体、群体建筑等项目，具体如图 1 所示。

图中，城市道路主要为新建和改造，将原本建在地面的城市主干路“压入地下”，为地面留出公共空间[2]。为了配合公园项目的规划设计建设，既有从地下穿过公园地块的城市污水南干线及目前园区内的市政综合管廊需要进行部分地废除、改建、迁移。作为中国第一条水底公路隧道，其从南北向经由地下穿过园区，隧道管理中心也在园区之中。为保留 4 个世博场馆及其配套服务建筑，这四大场馆面临着改造更新。园区室外综合管线与场馆改建工作中的地下管线、外幕、内装施工节点需要进行大量的设计协调、设计优化等工作。上海轨道交通线东西向从地下穿过园区，新建地铁站主体位于公园场区内部，需要与公园设计条件相互协调。需考虑的因素众多，如地下结构的标高、覆土埋深、地下管线的穿越衔接等。同时，公园内部多个公共服务项目在建，除了标志性的建筑，如上海首座世界顶级标准马术专业赛馆位于公园南区、温室花园等，还有许多需要新建的配套服务项目，如管理建筑、游客中心、地下车库、变电站等。

场馆周边管线协调示意图如图 2 所示。

图 1 上海某市级文化公园北区 BIM 模型

图 2 场馆周边管线协调

由图 2 可知，虽然室外面积较大，管线路由的排布相对室内局促空间应较自由，但本项目场馆周围的地下管线非常集中，除进出建筑内部的管线外，还有许多经过此区域的市政管线。经过以模型为沟通手段地反复设计优化调整，不仅解决了管线集中布局的冲突，还协助设计师调整排除了未来可能影响景观效果的隐患（管井与绿化的空间关系）。

1.2.2 超复杂

园区建造涉及工艺繁杂，包括排水、给水、建筑、结构、强电、仪表自控、通信、燃气等多个专业，各类管线错综复杂，设备数量繁多，多工种多作业面同步实施、总体协调难度大。因此，依靠传统的项目管理方式难度大，项目风险系数高，必须综合运用基于 BIM 的各项技术手段，才能管控多类型项目及各参与方，提升多类型项目综合管控效率。

在空间维度上，道路、管线、隧道，轨道、变电站等牵一发动全身的大市政项目与园区之间需要大量的设计协调对接工作。在时间维度上，施工工序的合理性需要考虑尽量保持城市交通畅通，保证地区内现有的雨污水、通信、电力等市政管线在区域新建过程中正常运转和顺利搬迁。项目地块北侧的上海某大型湿地公园是自世博会开始政府留给市民的永久绿地，在本项目施工过程中也希望尽量保持正常对市民开放的状态，建设和运行协同要求高。由此，对于市政管线、市政道路进行科学合理施工安排也是对本项目的一个重大考验。

1.2.3 多参与方

本项目除了园区内部工程项目的建设 3 大参与方（业主、设计、施工）之外，还涉及诸多部门需要协调，如市政道路设计、市政管线设计、隧道设计、地铁设计等。

另外，就园区内部而言，由于体量大，园区划分为 4 个区域，分别是北一区、北二区、西区和东区，由 5 个独立的景观项目团队分别对应此类区域的工作，包括从方案到施工的设计工作。此种平面范围上的切分亦造成了很多内部设计团队之间需要交接协调的工作。如何协调多方共同参与，保证诸多参与方共同并行设计项目在运转过程中的及时性和高效性是本设计项目管理的一大难点。

综上所述，目前行业内较为普遍的设计管理模式，可能无法完全支撑如此高要求的工程项目。所以，采取一种顺应市场发展要求的精细化设计管理方式是大势所趋，在设计阶段最大限度地达到融合、集成和有效，让往常在二维空间里易忽略、难想象的灰色区域和真空地带提前暴露于设计阶段，为施工扫平障碍。

2 基于 BIM 的精细化设计管理

2.1 精细化设计管理

传统的设计阶段的项目管理核心是时间与成本。应对审图的节点解决了设计内容规范强条等问题，应对招标的节点解决工程较为粗略的预算造价，应对项目开工节点满足了业主在项目时间上的控制，设计质量的管理常难以管控而不受重视。传统的二维图纸管理模型下，设计管理者很难明确、具体、系统地量化设计管理标准，缺少质量管理的抓手。

“精细化”的管理在于运用程序化、标准化、协同化、数据化和信息化的手段，组织管理各单元精确、协同、持续高效运行[3]。对于设计管理而言，“精”是经过提炼的方法，代表了设计管理模式的科学性和高效性；“细”是微小、苛刻的，代表了设计管理内容系统化、具体化、明确化；“细”是设计管理的主要着力点。基于 BIM 的设计管理，正好弥补了传统粗放型设计管理缺失的“细”，可以顺利实现传统管理模式向精细化设计管理的转变。

2.2 BIM 应用要求与标准

上海某市级文化公园的项目面临投资大、工期紧、不确定性因素多、管理工作量巨大等诸多压力，BIM 应用的着力点不仅是传统的“发现问题、解决问题”被动式管理模式，用模型解决一些错漏碰缺现象，更是为了保证项目正常的推进，在项目管理方面 BIM 应用也起到了积极的作用。

在项目初期，对 BIM 建模标准和应用内容进行了统一，并制定了较为标准的技术流程和路线。在设计方面，本工程需要借助 BIM 手段进行多专业综合设计和地下管线综合协调，辅助优化设计成果，使各个专业、不同区域的设计人员之间的沟通更加清晰和全面，提升设计成果的准确性。

（1）明确技术路线。在项目的设计阶段，建立协同平台的数据资源库、通过 BIM 技术优化设计流程，研究了本项目设计阶段的 BIM 应用技术路线，具体如图 3 所示。于平台完成二维图纸向三维模型的转化，以 BIM 模型数据为基础，基于各个模型及所有模型整合进行数据分析、方案比选、冲突检测、设计优化、工程量概算等，以三维可视化特性为管理人员提供辅助决策，保证设计图纸的正确性乃至整个工程的最终品质。

图 3 BIM 应用技术路线

（2）重点突出，兼顾实效。根据本工程项目的上述特 点—大体量且多参与方，本项目 BIM 策划明确技术实施重点，更加关注隐性的问题，如地表空间和地下空间等设计内容，地下的结构、隧道空间、地铁空间、市政地下管线、园区内各个专业地下管线以及它们与起伏地表之间的关系等等。因此，前期的 BIM 应用内容制定必须考虑时间和成本，注重实际应用效果和实施成本权衡，应避免因过分追求模型精细程度而增加项目工期和管理成本控制难度。精细化的管理重点绝不是一味追求模型的细与全。

2.3 “精”“细”—BIM 要素+设计管理

2.3.1 BIM 要素提炼

针对 BIM 构件要素的概念，目前已经出台的 GB/T 51269-2017《建筑信息模型分类和编码标准》中，将建筑构件按元素划分至 480 多种。在技术层面上，这是目前较为成熟的最精细化的分类标准。在国家标准基础上，基于通过BIM 开展的设计管理项目总结，从项目管理的角度，对 400多个元素构件行二次梳理，初步提炼了几十类有效的、具有普适工程意义的要素类别。

本项目中主要应用 BIM 构件要素如表 1 所示。并从工程维度，如时间、深度、应用方向等各个角度赋予其一些具有设计管理者理解的意义，让这些构件要素成为项目管理者的着力点，从而协调团队工作、提升设计品质、加快项目进度、推动业主决策。

表 1 基于 BIM 构件要素的精细化设计管理

对标国家标准中对室外管线的元素定义，经过本项目的应用实践发现，国标在此领域的分类仅停留在大类级别，尚待细化。本项目中，加入设计施工运作的维度，将相关的室外管线和设施设备要素定义更加细化。

此外，在室外的元素定义上，国标分类 14-10.10.00 场地大类与 15-32.00.00 室外工程大类内有很多元素重复.如道路这个元素同时出现在 14-10.10.03 和 15-32.20.10 两个编码中。围墙、挡土墙、大门、植物等元素同样有两个编码，出现定义重复模糊现象，需进一步梳理、详细分类定义。

2.3.2 重点元素关联+碰撞规则

在本项目的设计管理过程中，重点对相应用的 BIM 构件要素之间关联性和设计项目管理的内在逻辑进行匹配研究，在不影响设计流程的情况下，将核心关注问题与设计节点紧密结合，创新了室外项目的核心碰撞规则，具体如表 2所示。

表 2 核心碰撞规则和解决原则

表 2 中，有效的碰撞数量是在首轮碰撞中累计的数量，但并非软件自动生成。有效的定义是表示该数量经过了一定设计施工逻辑规则设置以及设计与管理人员的人工筛选后，对确实有必要协调的设计问题进行累计计算。如种植设计中影响其他元素的关键要素是大乔木的球根，通过设计施工经验判断球根直径在 1.3～1.5 m 的大乔木影响较大，基于苗木胸径与土球之间 8～10 倍的关系，对大乔木的定量筛选指标为胸径 16 cm 以上的乔木。

本项目中较为突出的问题之一是地下各专业的重力管线系统（即室外排水）与结构基础的矛盾。如因受项目特性制约影响，人造山体下有大量的陆地桩位，在设计覆土浅层之处，雨污水系统标高受到对接市政接口约束，与地下结构冲突严重。在结构施工前，此类隐藏问题暴露推动了设计修改，取消了部分陆地桩，减少了现场返工现象。

2.3.3 可指标量化的管理质量成果

本项目也采用了基于多年项目积累所创新的问题报告追溯记录机制，实际落实了问题追溯的责任主体。对可能出现反复性、衍生性的问题提出了多条记录的管理追溯办法，明确了设计边界。问题记录中可以清晰看出应该由哪个专业落实、消化问题。通过状态栏，非常明确地辨别是否仍有问题尚未解决。逐条问题进行管理分类，可以分为3类，即未解决的问题、有解决方案还未落实图纸的问题、闭环的问题。

管理成果质量的指标化是项目管理科学数字化实现的难题，通过要素之间的关联性研究，此类指标具备普适性、可复制性，完全可覆盖大多数的项目需求。如在本项目中，随着图纸迭代一直消减的有效问题数量与问题追溯记录，让设计管理者明确推进项目进程方向。基于 BIM 构件要素的精细化设计管理全面提高图纸质量，保证设计品质，明确的问题报告也能避免繁复设计的修改工作，引导设计师更加专注于设计本身。

3 结 语

随着科技的飞速发展，信息化、数字化的维度不断剧增，传统的规划设计管理模式也亟须改进。但这种改变不能流于表面，仅依靠一个软件、一个平台、一个模型是很难撬动，基于新技术的管理思维亟须有所突破。基于 BIM 技术的可视化、信息化、协同化、智能化的特点， BIM+ 设计管理思维模式可以减少管理者水平的“差异化”，实现推广性、标准性强的管理模式。同时，只有做好设计 BIM+ 设计管理，才可能与施工、后期运维等进一步深度融合，向优化整个建设工程行业迈进。