BIM正向设计转型初探

陈志宏（成都基准方中建筑设计股份有限公司,四川 成都 610000）

从2016 年～2019 年期间，政府先后发布了多部关于BIM的标准。住房和城乡建设部在《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》提出：“十三五”时期，全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM信息技术应用能力，加强信息技术在工程质量安全管理中的应用，规范了BIM发展的行业标准。

在政府的倡导和市场推动下，BIM发展经历了多个阶段，也取得了一些成就，然而至今BIM未能大规模使用，其中与其发展特点息息相关。

1 BIM在设计应用方面的发展现状分析

1.1 BIM在设计应用方面的发展历程

BIM在发展过程中可大致分为三个阶段：第一阶段是BIM 应用于设计复核阶段；第二阶段是BIM 正向设计初步探索阶段；第三阶段是多方向BIM 设计应用阶段。

第一阶段是BIM 应用于翻模阶段，这一阶段主要为BIM 在设计项目中应用的起步阶段，主要用于施工图完成后，对施工图纸进行翻模，尤其针对电气、给排水和暖通专业的管线，进行二次深化设计，以解决施工阶段的设备管线打架交叉等问题，如图1所示。在BIM软件应用时代，BIM整体参数模型由各专业的BIM模型整合而来，作为统筹信息的平台消除了空间碰撞等情况，且其对于设计变更具有全局更新的特性，方便了建设项目的整体协调运作[1]。

图1 翻模复核管线碰撞等问题

第二阶段是BIM应用在设计上的正向设计，因为BIM能实线三维模型可视化的特点，因此应用在设计阶段就可以实现复核校审的工作。该阶段的应用可分为两种，第一种是在常规施工图设计过程中，BIM翻模工作提前介入建模，复核中发现错、漏、碰、缺等问题时可以直接反馈至设计端，起到校审的作用，如图2所示；第二种是利用BIM软件的出图功能，直接利用BIM软件进行施工图设计和出图，如图3所示。由于多数BIM软件为国外软件，因此，应用中较为难直接适应于国内设计制图习惯、出图标准等，不能直接应用，因此，利用BIM出图的形式五花八门，不同设计单位、建设单位的标准均不统一。

图2 BIM翻模复核净高反馈至设计

图3 BIM正向设计通过模型出二维图纸

第三阶段是针对BIM发展的成果及上一阶段的问题进行BIM正向设计的转型。集合原BIM特点进行模块封装设计、正向设计、利用BIM进行算量等工作。这一阶段BIM 的应用有了一定程度的收紧，但是应用面较为宽阔，且以小范围试点探索和研发为主，可能为后续的大规模应用做一定的积淀。BIM 技术除了集成了详尽数字化信息的工程数据模型外，还是一种可以应用于设计、建造、管理的数字化方法[2]。因此，BIM可能向集成化和多元化发展。

1.2 BIM在设计应用方面的现状

BIM 在发展过程中，由于BIM 存在自身的短板，例如BIM较常规设计投入较大，项目周期较长，且短期内很难看出BIM应用的优势，因此，建设单位对BIM设计的支持力度不够，不愿意增加BIM 的成本投入，BIM 的价值难以得到最大的体现。但是BIM在设计中依然具有巨大价值，主要体现在提升设计质量、数据集成、全生命周期、围绕高效、成本控制、全过程设计管理中。同时，也因为缺乏BIM人才，导致软件设定慢及设计管理复杂以及缺乏行业标准等问题，阻碍了正向设计的快速发展。那么，BIM 在设计中的应用探索，可从如下方面进行：正向设计体系建立、模块化设计的应用以及其他（例如成本算量）等方面。

正向设计体系中正向设计是一种设计方法、模式，具体指的是设计过程中应用BIM软件完全取代二维设计工具的设计模式，主要利用BIM软件可出图的特点，将三维模型与二维图纸相结合。正向设计出图范围也非全部，例如建筑专业出图范围如表1 所示，其他专业在原有的出图技术路线基础上，根据项目情况也会做出相应调整。

表1 建筑专业正向设计出图范围

模块化设计具体指的是将企业标准化成果、标准户型、基础模块等固化成为原型模型，通过BIM平台推广应用到具体项目，该种模式主要运用了BIM 模型可重复利用性。模块化、预制、预装配、数字模具生产、4D虚拟建造和全生命周期的管理都是数字化模块建造理论中的核心概念[3]。模块封装可以加快正向设计进程，但不是必要前提。

除了以上两个方面BIM 在设计中的应用探索，实际上，BIM 的应用范围非常广泛，可以涵盖整个建筑工程生命周期[4]，例如进行了一些成本算量方面的一些工作。其研究的思路大致为，模型交付之前，通过与成本算量进行对比，通过修改模型，进行适量的修改，将成本算量控制在一定的范围之内，然后反向确定模型标准以及算量的标准。这种思路与纯粹的依靠模型来直接导出成本清单不同，后者是希望通过模型的足够精细，模型信息足够精准，达到通过模型的构件统计成本的目的。这样的工作对于设计来说是繁琐的，不具有设计特点。而前者控制成本是不明显增加工作量的基础上，控制一定的成本误差比例，达到成本控制的目的。在实际项目中主要针对钢筋混凝土、建筑构件、外墙涂料和安装等进行算量工作。

2 BIM正向设计转型探索应用

2.1 BIM正向设计

2.1.1 案例分析

以某商业综合体项目为例，项目地上局部四层，地下局部两层，总面积12 万m2,见图4。该项目为正向设计试点项目，在设计过程中遇到了很多的干扰，第一个是方案调整的扰动，例如屋面的仿古建筑，见图5。内装的中庭洞口等等迟迟不能定案，方案的反复对于正向设计的工作量内容增加很多；第二是项目需要进行构件挂接，需要将模型族挂接在项目平台上，如图6；第三是模型精细度和二维图纸表达的冲突，就是对于模型精度的要求是高于二维表达的，例如楼梯的抹灰、扶梯的上下关系等，见图7。

图4 项目效果图

图5 屋顶仿古建筑造型

图6 BIM模型构件量大影响挂接

图7 模型精度与图纸表达深度不一致

针对这些问题，我们进行了如下解决措施：一是对于计划的管理，一定要严格按照计划进行，若有延迟则需要进行风险报备及应对措施；二是提前梳理新增的构件，提供新增构件的清单，以便后面能够顺利地入库；三是图纸精细度，务必充分认识模型精度和二维表达的差异，提前考虑；最后，针对管综的链接方式，避免过多的拆分出现多余的族类型。

2.1.2 经验及启发

通过这个试点项目，可以总结出如下经验和启发：一是要做好图模一致，正向设计若做不到，那么项目就是失败的，不能促进BIM正向设计的发展；二是计划的管理，务必做好预判和时间的缓冲，提前做好风险报备和应对措施，尤其控制好修改内容，修改对于正向设计的工作量增加十分巨大；三是构件入库，控制好两次入库的时间，会节省后面大量的挂接时间。

2.2 BIM的模块化设计

2.2.1 案例分析

针对模块化BIM 设计我们以某住宅项目为例，模块化封装设计也是专门针对住宅的。简单来说，模块化BIM设计是根据一个实际项目的施工图进行BIM模型的建立，做一个母版标准，图纸/模型和信息都在里面，后面的实际项目中就直接套用这个模板的模型，见图8。在这个住宅项目中，通过封装模型，也拆分出了模块，例如门厅、主卧、厨房、卫生间和核心筒模块的应用，通过对封装模型尺寸、布局和点位的分析，来处理模型，针对尺寸、点位等参数的变化进行调整，然后应用到现在的项目中，见图9。可以看出，模块化BIM 设计的重点，就是模块的参数调整，在这个项目中，仅对卫生间和厨房在尺寸和点位有一点点微调，核心筒等是直接利用，得到了最终的BIM模型。

图8 住宅项目模块化BIM设计过程

图9 住宅项目模块化BIM设计过程

2.2.2 经验及启发

模块化BIM 设计在项目实践中，应充分运用BIM标准化的特点和优势，并将其特点与住宅的标准户型相结合，确不失为BIM 的一个有效发展方向。同理可知，模块化BIM 设计可以应用在酒店设计、宿舍、医院住院部等项目设计中。模块化BIM设计在后续的发展方向是制定建模标准，合理的模块文件拆分、模块集的应用以及在模块拆分前对于二维图纸的反复校审和完善。

3 结语

BIM在设计中的应用经过多年的发展，才达到现在的高度，虽然过程坎坷，且现在仍然不具备大规模使用和推广的条件。但是，BIM的优势以及能够在设计中起到的巨大作用的理念毋庸置疑，因此BIM 在后续的发展前景十分可观。

BIM在设计方面的应用，直接应用在设计仍然以设计出图为主，再以后的发展可从以下方面考虑：一是企业定制，出图标准固化、企业标准封装、效率工具延展方面均可以针对不同企业的定制；第二，轻量化平台应用指导施工，利用BIM 模型的可视性进行三维立体施工规划，可以通过合作资源建立（例如瑞斯图平台），提高施工模型使用的机会；第三、深化设计的应用，例如铝模深化设计的应用，BIM 指导铝模深化设计，减少铝模深化图纸错误和返工；第四是VR 体验，第一视角置身于项目中，提前感知项目实际建成效果。