孫嘉悅

北京市建筑設計研究院有限公司 北京 100045

引言

建筑工程設計的主要目的之一是為工程項目施工做好詳細、周全的計劃，提前規(guī)避工程施工過程中可能發(fā)生的各種問題，減少施工中出現(xiàn)的人力、物力、時間和資金的損失，整體提升項目進度和效益。而隨著工程建設項目規(guī)格、形態(tài)、功能的日趨復雜化，過去以CAD為主的二維工程設計模式因各專業(yè)協(xié)同、設計空間復雜多變等問題的出現(xiàn)，導致設計結果無法滿足當前工程建設需要。隨著信息技術、計算機技術的提升，圍繞以建筑數(shù)字信息模型（BIM）為中心的全新協(xié)同方式、管理體系、施工模式逐漸進入到工程項目中，為建筑全生命周期的提質(zhì)增效打下了堅實的基礎。

1 BIM技術的特點及協(xié)同設計要點

1.1 BIM技術的特點

BIM技術融合工程建筑、信息技術等多種先進的科學技術，是企業(yè)數(shù)字化轉型背景下產(chǎn)生的設計形式，通過建筑工程數(shù)字化建筑信息模型，形成全方位、全過程、全周期的控制模式。在當前工程項目中，利用BIM技術不僅能夠完成設計階段的各項協(xié)同設計工作，同時可以對施工階段的全過程建造、工程結構維護與設備設施管理進行全方位管理，形成設計與施工的全面融合。就BIM技術的特點而言，主要表現(xiàn)為可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點。第一，設計人員利用BIM技術時能夠通過三維立體模型直觀地展現(xiàn)其設計意圖，將分散、獨立的構件匯集到同一視口中，使設計人員能夠直觀地觀察到?jīng)_突點問題，實現(xiàn)可視化效果。第二，在設計過程中能夠?qū)崿F(xiàn)建筑、結構、給排水、暖通、電氣等不同專業(yè)的協(xié)同，不同專業(yè)的設計人員在設計工作過程中通過BIM技術互提資料、核對條件、追蹤專業(yè)進度，實現(xiàn)協(xié)同工作。第三，結合BIM技術計算，實現(xiàn)火災人員疏散、進度模擬、管線排布模擬等，結合模擬后的數(shù)據(jù)結果對相關專業(yè)進行優(yōu)化和設計，實現(xiàn)對設計條件合理性研究及工程施工成本的控制。第四，三維BIM技術的應用與二維傳統(tǒng)CAD技術相比，三維設計能夠輔助設計人員對設計條件中比較復雜、煩瑣和精準度要求高的設計內(nèi)容優(yōu)化調(diào)整，借助三維模型進行設計推敲，提升設計人員對建筑的理解和把控能力，實現(xiàn)項目整體優(yōu)化。最后，利用BIM技術二三維聯(lián)動、數(shù)據(jù)參變等特點對設計成果進行加工出圖，結合項目過程中協(xié)同優(yōu)化所完成的設計成果質(zhì)量高，為后期施工工期及造價帶來顯著的優(yōu)化[1]。

1.2 BIM技術的協(xié)同設計要點

在傳統(tǒng)建筑設計工作中，采用的設計方法普遍以二維設計為主。設計方法受限于應用的技術和工具，導致同專業(yè)內(nèi)部和不同專業(yè)之間各設計人員獨立展開工作，無法達到實時協(xié)同的目的。在此條件與背景下，建筑設計協(xié)同主要是由單專業(yè)人員利用天正和CAD相結合的繪圖工具將設計內(nèi)容繪制成二維圖紙，同時分階段將本專業(yè)圖紙作為提資條件打包發(fā)送給其他內(nèi)、外部專業(yè)；其他專業(yè)接收提資條件后，對其進行消化、整理、反提資，反復進行多輪提資、整理、校驗，最終形成單專業(yè)成果圖紙。成果圖紙完成后，各專業(yè)負責人將自己專業(yè)的設計成果以二維圖紙的方式匯總在一起，進而形成項目最終的設計成果。

在整體項目設計過程中，各個專業(yè)的設計成果均由二維圖紙形式進行綜合，設計之間缺乏信息交流和溝通。在單專業(yè)設計條件修改時很難及時與其他專業(yè)設計人員進行高效交流，因此容易導致某些專業(yè)因接收條件修改不及時問題而造成施工質(zhì)量和效益影響。BIM技術的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)設計之中各專業(yè)人員協(xié)同設計的工作方式，形成了由設計方、施工方、監(jiān)理方、業(yè)主方等所有項目參與人員共同設計的模式。同時引入?yún)f(xié)同平臺，結合三維數(shù)據(jù)模型將工程利益參與者整合在一起，將每個專業(yè)涉及的信息通過軟件傳遞到三維模型及平臺上，各方及時地共享更新信息，其他專業(yè)人員通過三維模型及平臺接收條件修改的消息，及時地根據(jù)設計條件修改、調(diào)整本專業(yè)的設計方案，保證整體設計方案的準確、合理性。

2 BIM技術支持下的正向設計要點

過去，提及BIM技術和正向設計，大眾普遍認為其是一種利用圖紙進行翻模而形成的設計模型。其實不然，在BIM技術支持下的正向設計是在傳統(tǒng)建筑設計基礎上形成的一種協(xié)同、創(chuàng)新、提質(zhì)增效的設計方式，是貫穿項目全生命周期、協(xié)助設計企業(yè)數(shù)字化轉型的新方法、新方式。

利用BIM技術的翻模方案雖然受到了一定的關注，但是由于人員的專業(yè)性、模型的精準度等問題，其作用并沒有真正意義上實現(xiàn)，沒有達到提升建筑設計效率、優(yōu)化設計方案、協(xié)調(diào)設計專業(yè)、提高設計質(zhì)量的目的，也無法對建筑設計方案中存在的問題進行合理校對。隨著建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展不難發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)象是BIM技術在建筑工程應用中的階段性、過渡性現(xiàn)象，對整個建筑行業(yè)的發(fā)展有著一定的促進和推動作用。建筑BIM正向設計是對傳統(tǒng)設計流程的整合，在建筑項目開展之初將各專業(yè)設計集成在三維信息化設計平臺。該平臺由參與工程設計的人員共有，形成共同的工作框架，實現(xiàn)環(huán)境共享、工作協(xié)同、數(shù)據(jù)交互、實時交流。各專業(yè)的設計成果通過BIM模型承載，從模型中直接獲取所需要的圖紙、明細表及相關數(shù)據(jù)，其他專業(yè)設計人員對這些設計條件進行提取和落實。從上述文中可見，建筑設計中容易出現(xiàn)某專業(yè)協(xié)調(diào)不到位而產(chǎn)生設計沖突，且這些沖突經(jīng)常會多次出現(xiàn)、無法在短期內(nèi)協(xié)調(diào)和控制。在這種情況下，將BIM技術和正向設計融入傳統(tǒng)設計全流程工作中，能對建設項目中不同專業(yè)進行協(xié)調(diào)，有效控制設計工作要點，及時發(fā)現(xiàn)設計中可能出現(xiàn)的錯誤并處理，有效消除傳統(tǒng)設計中存在的一定問題。

2.1 方案設計階段的場地分析

建筑設計中，方案設計的合理與否都直接關系到工程整體施工進程，影響工程施工能否順利開展。場地分析作為建筑設計中關鍵的一部分，在BIM技術支持下進行場地分析，能快速解決傳統(tǒng)方案設計中存在無法量化問題，如日照、道路、高程點等問題。通過三維激光掃描技術采集現(xiàn)場測量后的數(shù)據(jù)，能夠?qū)⒔ㄖ桨负驼w場地結合在一起，形成多指標、科學化的優(yōu)化方案。場地分析工作開展時，設計人員需要根據(jù)測繪部門、地質(zhì)部門提供的現(xiàn)場地形數(shù)據(jù)建立場地BIM模型，將相關數(shù)據(jù)整合在一起。利用地理信息技術對場地周圍的環(huán)境、氣候等因素進行綜合分析。在具體設計的時候，設計人員除了需要考慮項目自身的要求之外，還需要融入當?shù)匚幕⒌匦?、建筑面積、建筑結構形態(tài)、建筑功能等方面的要求，將不同的數(shù)據(jù)整合到一起，通過全面數(shù)據(jù)分析、進而幫助建筑師合理的制定設計策略，使建筑物與場地、環(huán)境、文化更加融合[2]。

2.2 初步方案階段的設計

初步設計是根據(jù)既定的建筑設計方案、技術指標開展的設計初步優(yōu)化過程。在當前建筑設計工作中，利用BIM技術能夠高效、高質(zhì)完成初步設計條件的建立，實現(xiàn)各專業(yè)信息的同步控制，及時對建筑功能、空間布局、工程施工經(jīng)濟性指標進行分析，方便設計方案的優(yōu)化。

在初步設計的過程中，通過Revit模型構建建筑內(nèi)部的流動線、空間感、功能分區(qū)，針對機電專業(yè)初步判斷管線密集區(qū)域位置，在初設過程中對管線路由進行調(diào)整。通過各專業(yè)之間協(xié)同設計進行專業(yè)沖突評估、質(zhì)量驗證等，達到優(yōu)化方案和綜合協(xié)調(diào)匹配的設計目標。

2.3 施工圖設計階段

施工圖設計是建筑設計的重要組成部分，通過設計完成的圖紙將設計意圖完整表達出來，作為施工依據(jù)展開工作。其設計圖紙內(nèi)容必須符合國家相關部門給出的規(guī)定。在進行施工圖紙設計的時候，需要在其他設計方案、設計信息準確無誤的基礎上，對各項數(shù)據(jù)和信息進行審核，在符合規(guī)范的基礎上進行修改。

在正向設計過程中，主要圖紙均由Revit模型中導出。將施工圖紙歸納到Revit模型之中，利用視圖詳細程度、視覺樣式、剖切高度、構件顯隱、裁切和適當?shù)亩S注釋，可將其制作成為相應的二維工程圖紙；利用Revit軟件中獨特的三維聯(lián)動性，使構件能夠根據(jù)設計變化自動在各視圖進行更新，大大提高了整體工作效率與質(zhì)量。完善的Revit模型能夠完整地將設計意圖表達在三維模型和出圖圖紙中，進而實現(xiàn)各個圖紙之間的互動。對于復雜轉換井道、越級夾層、設備管廊等土建條件苛刻位置，三維模型能夠準確表達空間效果，便于機電管線排布。施工圖設計階段應用BIM技術與正向設計融合，不但能夠有效減少設計的“錯、漏、碰、缺”問題發(fā)生，也能夠減少溝通成本，提高工作效率。同時依據(jù)BIM技術中圖模一致的特性，能夠保證每個專業(yè)之間的設計統(tǒng)一性和圖紙平、立、剖、詳圖設計的連續(xù)性和統(tǒng)一性[3]。

初設模型向下傳遞到施工圖階段時，需要深入分析模型及數(shù)據(jù)的合理應用。在施工圖深化過程中應優(yōu)先確定建筑、結構設計條件中所使用的門、窗、墻、梁、板、柱、基坑以及其他土建相關構件，確定本階段三維、二維所需參數(shù)的基礎上，將相關的數(shù)據(jù)植入到模型數(shù)據(jù)中并創(chuàng)建相應的構件。在創(chuàng)建構件過程中，以設計圖紙的標準圖集、企業(yè)出圖標準為基礎，構建行之有效的三維設計文件，設置相應的參數(shù)與信息，有效控制相關數(shù)據(jù)增量。土建模型及機電初始文件建立后暖通、給排水、電氣專業(yè)介入深化，其正向設計流程應與土建專業(yè)相同；設計周期較短時，項目負責人應指導多專業(yè)進度并行，以確保終版圖紙符合時間周期。項目在施工階段為適應現(xiàn)場情況所做的變更及洽商調(diào)整，應及時將其更新至施工圖階段模型框架內(nèi)，并由模型中出具變更圖紙和變更單。此方式極大程度上方便了后期模型的交付、圖紙存檔以及圖模一致性。BIM技術與正向設計主要以三維模型為基礎，利用二維抽象符號和線條進行集中表達。兩種展示信息最終表達內(nèi)容是一致的，沒有直接沖突，兩方結合可以實現(xiàn)有效的結合，有利于清晰、準確表達設計師的意圖。

2.4 在協(xié)同設計中的具體應用

在設計過程中，所有參與到項目設計環(huán)節(jié)的設計師通過BIM協(xié)同平臺進行協(xié)作。BIM技術能夠?qū)⒃O計過程中實際涉及的信息完整集成。對于不同性質(zhì)的建筑物來說，它能夠有效地將集成信息不斷、實時地反饋給設計師們，設計師通過信息調(diào)整設計條件，提高了工作效率和設計完整度。工作效率的提升對于節(jié)約時間和建設成本都起到了積極的作用。在建筑工程設計及建設過程中，BIM技術是貫穿建筑全生命周期、為不斷動態(tài)優(yōu)化的設計提供服務。傳統(tǒng)的施工環(huán)節(jié)中，建筑從業(yè)人員根據(jù)設計圖紙按部就班完成施工。有時面對設計如何優(yōu)化，或外部突發(fā)狀況是無力反應的。而通過利用BIM技術，在設計深化過程中存在的問題能夠及時反饋給設計師們，得到有效處理。同時，由于BIM集成了每個施工環(huán)節(jié)的信息，也能夠發(fā)現(xiàn)并且規(guī)避建設后期可能出現(xiàn)的問題。

3 結束語

在建筑正向設計工作中，將BIM技術應用其中有效提高了設計決策的合理性，通過信息共享完善設計階段各專業(yè)的協(xié)同，減少不同專業(yè)配合中發(fā)生的沖突，保證工程圖紙最終的設計質(zhì)量。由此可見，BIM技術在建筑設計工作中的應用能有效提升工程設計效率、工程施工質(zhì)量和工程整體效益，同時能優(yōu)化建筑資源的利用率，促進行業(yè)正向發(fā)展。