应用BIM技术的建筑精益设计初探

Application of BIM Technology for Architectural Lean Design

刘哲（重庆大学建筑城规学院，重庆　400030）



应用BIM技术的建筑精益设计初探

Application of BIM Technology for Architectural Lean Design

刘哲
（重庆大学建筑城规学院，重庆400030）

摘要：近年来，建筑行业的快速转型以及BIM技术的迅速发展，为建筑精益设计提供了机会。该文结合实际项目，以异形复杂形体建筑设计为研究载体，参考精益制造相关理论，探索BIM技术在建筑精细化设计中的应用，通过相对较为先进的三维设计技术，使大量二维设计方式不便完成的工作得以更有效率地完成，获得对项目质量和成本的更好把控；结合BIM设计的技术优势，优化建筑设计的工作流程，以及各专业协同设计的具体配合方法；基于BIM技术在建筑设计阶段中的应用，进行问题分析与策略研究。探索BIM技术与建筑精细化设计的有机结合，为建筑设计发展提出新思路。

关键词：BIM技术；精益制造；精益设计；建筑设计

Abstract:In recent years，the rapid transformation of construction industry and the rapid development of BIM technology provide broad opportunities for the architectural lean design. Based on the actual case study of special-shaped complex, and lean manufacturing-related theories, the application of BIM technology in architectural lean design, with the relatively advanced 3D design technology, a lot of work which cannot be done with 2D design technology can be done more efficiently, project quality and cost can be better controlled and the working process of the architectural design and the specific coordinating methods can be optimized. Based on the application of BIM technology in architecture design phase，problems are analyzed with strategies studied. The exploration to the combination of BIM technology of architectural lean design can offer the new development ideas for architectural design.

Keywords:BIM technology; lean manufacturing; lean design; architectural design

1　研究背景

从2014年开始，楼市交易惨淡，库存节节攀升，不少开发商开始为长时间的“冷”销售而发愁。由于整体开发量过于饱和，当下的住宅市场更多是买方市场。至今情况并未好转。

尽管住宅市场整体成交不景气，但仍有一些企业和楼盘逆市飘红。据了解，但凡在市场形势不好时热销的楼盘，在精益设计方面都做得很不错，以此打动了不少挑来挑去的购房者。楼市在经历此轮“去行政化”、更多以市场自发调节为主后，业内对住宅设计的理解有望进一步升华，将有越来越多的房企主动从居住者行为习惯的角度去研究住宅，加之目前中国对于公共建筑的更加重视，建筑的精益设计不再是口号，建设“住起来更舒适的房子”而非“看起来好看的房子”将成趋势。[1]

纵观这次市场调整，可以看到，我国的建筑业发展已经从大规模建设、“粗犷设计”中走出来，逐步进入小规模、精细化建设，也是逐步与国际市场接轨的必然结果。这就要求建筑从业者要更加重视建筑精益设计，注重建筑的“质量”而非“数量”。

BIM设计使得我们可以更直观、也必须要更深入地去了解建筑的各个细节，以前二维设计中被忽略或是不易发现的问题都将更多地暴露出来，带来的好处最直接的反映就是减少施工现场返工。而且通过BIM精细化设计，我们可以针对建筑开发人员比较关心的在成本预控中占比较大的点进行量的统计。[2]由此看来，BIM是实现精益设计和建造的有力工具。

2　精益设计定义

2.1精益建造

精益建造来源于精益制造理论。精益制造，也称精益生产，源于丰田生产方式，是由美国麻省理工学院组织世界上17个国家的专家、学者，花费5年时间，以汽车工业这一开创大批量生产方式和精益生产方式JIT的典型工业为例，经理论化后总结出来的。精益生产方式的优越性不仅体现在生产制造系统，同样也体现在产品开发、协作配套、营销网络以及经营管理等各个方面，它是当前工业界最佳的一种生产组织体系和方式。

1992年，丹麦学者Lauris Koskel提出要将制造业已经成熟应用的生产原则包括精益生产等应用到建筑业，以提高建筑业的管理水平，并于1993年在IGLC（International Group of Lean Construction）大会上首次提出“精益建造”（Lean Construction）概念。[10]

中国精益建造技术中心（LCTC，Lean Construction Technology Center）把精益建造定义为：综合生产管理理论、建筑管理理论以及建筑生产的特殊性，面向建筑产品的全生命周期，持续地减少和消除浪费，最大限度地满足顾客的要求的系统性的方法。所谓精益建造，就是将制造业的“精益思想”在建筑业加以改造和应用，彻底消除建筑施工过程中的浪费和不确定性，最大限度地满足顾客要求，从而实现建筑企业的利润最大化。精益建造追求7个“零”极限目标，即零转换浪费、零库存、零浪费、零不良、零故障、零停滞、零伤害，它以顾客的要求为中心，以最大限度地满足市场的需要为宗旨，能够在最短的时间里提高建筑物的质量。与传统的建筑管理理论相比，精益建造更强调几大原则：面向建筑产品的全生命周期；减少变化；消除浪费；重视客户价值；团队合作；拉动式生产。

2.2精益设计与BIM

精益设计，也称精细化设计，思想来源于精益建造，是精益建造的最初环节，并且贯穿始终，深刻影响着精益建造的好坏。以BIM为应用平台，以精益建造理论体系为指导，发挥BIM强大的技术功能支持与丰富关联数据库的优势，可以实现建筑的精益设计，有效提升建筑业的效率，提升建筑的质量。主要有以下结合点：BIM的高度传承性可以实现设计与施工的整合；BIM可以有效提高设计水平；BIM可以有效在模型阶段变化并找到最佳解决方式，以减少变化从而减少浪费；BIM可以使建筑建造过程标准化管理；BIM强调客户价值；BIM强调团队合作；BIM是一个服务于建筑全生命周期的设计过程（图1）。[3]

图1　精益建造理论与BIM结合点（图片来源：作者自绘）

3　 BIM与建筑精细化设计结合实践分析

麓湖生态城B3组团由成都基准方中建筑设计有限公司完成。因其建筑设计的复杂性，故整体采用BIM完成设计、施工对接及施工管理，包含土建、外装、室内管网、内装、景观及相关工程量。BIM的设计方式要求建筑师全盘掌握建筑细节，结构构成，设备排布，图纸文档和成果交付。BIM通过多样性的成果传递方式如Apple iPad等便携设备运用，提高施工质量，优化工程管理。为了更好地解决防水及简化维护，项目采用大弧度双曲面薄壳混凝土。土建施工的精度要求很高，为此专门做了一个样板段用以解决工程技术问题，现阶段样板段土建已经完成。BIM提交成果对施工单位的精度控制等，模板制作都起到了决定作用。

BIM是“Building Information Model”的简称，中文译为“建筑信息模型”。主要强调“信息”二字，即所有的建筑构件都具有信息属性。“BIM革命”是以模型的方式帮助建筑师和建筑建造更加准确直观的反映建筑。[4]虽然目前还没能达到所谓的全过程BIM，但仅仅是基于三维电脑建模下的这种“绘图方式”，就可以给建筑设计方式方法带来根本改变，设计师能够从三维而非传统二维的方式准确地审视设计，优化设计，精益设计，从而改变整个设计流程。

3.1精细三维可视化设计

通过全面三维可视，实现整体化空间设计。大多数情况下，不管从平面还是造型出发，建筑空间往往是被剥离在设计之外。BIM思维，建筑室内外空间、表皮、平面功能都被整合在一个相关的逻辑系统中，布置平面的时候已经同步设计建筑空间，而空间又可以被直观反映在建筑立面造型上，最终图纸是模型在不同层面的表达。同时使设计构思更好表达，整合设计环节提升品质。建筑师习惯用空间思考问题，当设计师可以以三维的方式观察设计对象，模拟人视点进行空间推敲，就能够专注于设计本身。BIM为空间设计的方法提供了强有力的技术支持，它使得内外兼容的空间设计变得简单易行，让设计回归建筑的空间本质。[5]

此建筑的一个难点为屋顶的曲面建模，在进行建模时，首先找到断面曲线，然后进行放样，最后裁剪。当屋顶轮廓建好后，立面和剖面随之生成。如若进行二维设计将会有很多麻烦和不准确性。在进行MEP建模时，根据相关专业提供的平面图纸，放入模型中进行三维的检验，在标高允许的情况下，避免管道与结构构件的“打架”，三维下进行穿梁和绕梁。甚至还可以做出非常精细的栏杆设计（图2）。

图2　三维可视化（图片来源：作者自绘）

3.2准确的数据传输

借助BIM的三维设计，设计师自己完成建筑造型的推敲和建模工作，甚至效果图的视点都可以在模型上反复推敲，减少了和其他成员的模糊沟通。将原本应由建筑师完成的工作重新纳入思考范围，提高对设计的控制能力。借助BIM的信息关联特性，使得方案的调整、表达、平立剖绘制变得十分简单，减少重复性的工作，设计师有更多的时间和精力回归到设计本质问题的解决。同时实现数据的高度传承。三维模型的准确化，直接导出二维图纸，必然促成二维图纸的准确，且具有极高的同步性和传承性，省去了很多三维到二维传达的麻烦和数据丢失。[6]

在同甲方的交流中，如若需要修改，直接在模型上进行，二维图纸会相应的自动更新，小的改动可以很快在平立剖面同时完成，大大提高了效率。

3.3设计精度的精准把控

借助参数化手段提高效率，使得设计过程“可持续化”。利用BIM平台的参数化功能使得设计成果的开放性大大提高，满足了设计师对多种可预见性参数的参与，使得设计的客观性加强。同时更容易暴露问题，提高设计综合水平。三维设计带来的好处除了“更直观”，也“更直接”地把传统二维设计中容易忽略的问题暴露在设计师面前，使设计师不得不解决问题。也可以使建筑设计更好把控，首先，模型深度可调整。在不同的模型深度要求和比例尺下，可以使用不同的图纸，而这些不同深度的图纸，又都集成在同一个模型下。其次，设计合理化。三维的设计方式，用三维可视的方式，视觉合理促成构造合理，最终直接影响到构造合理。再次，设计输出表达便捷。倘若我们要修改或者添加建筑的细节，只需要对模型进行相应的修改，而非平面、立面、剖面、详图、大样的分别修改。

在进行窗框设计时，甲方要求在窗框加上标准化企口设计。如若在所有窗框模型加入，势必造成工作量的大大提高和模型的增大，因此决定以标准做法为例，模型上只预留相应的位置。在这种解决方式下，如果真的需要模型继续深入，也可以轻松办到，当前的问题也得到很好的解决（图3）。

图3　模型深入设计（图片来源：作者自绘）

3.4高效率团队协作

整合设计环节。设计过程涉及多立场，多专业，多工种，设计中反复推敲带来调整的变更往往是多环节多工序的，BIM思维提供了一种新的工作方式，即：各个环节紧密联系，同步调整的协同设计方式。另外，对于大型复杂的工程项目，采用BIM技术进行三维设计有着明显的优势及意义。BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题往往不涉及规范，但跟专业配合紧密相关，或者属于空间高度上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现。实现高效团队合作和成本控制。在进行设计的过程中，可以几个人同时修改一个模型，分工合作处理、提高效率。支持很多设计师通过权限修改模型，一键发送和接收修改部分，方便快捷（图4）。BIM精细化设计使得我们可以针对建筑开发人员比较关心的成本预控中占比较大的点进行量的统计。提供设计变更中带来的量的增加，从而判断对成本的影响。[7]

通过Teamwork进行团队协同，分工合作及发布图纸与其他专业配合，大大提高效率。如打开团队文件进行设计、随时发送接收设计成果与团队成员交流。同时，可以通过发布图纸，与其他专业以及甲方随时交流。在与幕墙公司配合时。基于模型我们提供了所有异形窗框的平面、立面尺寸及定位，与他们共同探讨如何最大限度的合理使用大玻璃，以节省造价。达到了比较好的效果（图5）。

图4　传统设计方法与BIM设计方法（图片来源：作者自绘）

图5　团队合作（图片来源：作者自绘）

4　结语

作为建筑行业的革命性技术，BIM的优势和重要性正在被越来越多的业内人士所认同。精细化设计和BIM技术的有机结合，也会是重要的发展方向。但是建筑师因为需要花费更多的时间和精力，及设计费无法得到重视等原因，普及的并不好。[8]

在此，必须明确BIM不是一个软件，而是一个更加全能的设计师利用一系列软件更好的完成设计。BIM工作流程的理解和应用更为重要。样式雷家族的烫样、卒姆托工作室的各种材料模型都是BIM，因为他们都在试图用真实的材料“盖”房子。所谓BIM，就是建筑师尽量在相同条件下，把房子盖一边，发现问题，再告诉别人，应该怎么盖。在完成实际项目的过程中，深深体会到BIM对于建筑精细化设计的优势，虽然没能深入掌握，但是已经尝到甜头。作为建筑师，需要不拘泥于自身的专业范畴，主动与其他专业相互渗透，同时需要建筑师在设计中承担更多的责任。认真使用新工具辅助设计，使我国的建筑设计水平更上一层楼。[9]

参考文献：

[1]肖正华.赵冠谦：精细化设计不再是口号[EB/OL].[2014-07-11] http://www.chinabim.com/school/arch/2014-07-11/6516. html.

[2]黄伟华，刘春雷，闫文凯.BIM技术在建筑设计方案前期深入探索应用[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（4）.

[3]贺灵童.不只是精益——BIM与精益建造[J].工程质量，2014，32（2）.

[4]何关培，李刚.BIM应用将给建筑业带来什么变化？[J].信息化，2010（01）.

[5]贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量2013，31 （3）.

[6]欧阳国辉，王轶.精细设计——日本城市与建筑[J].中外建筑，2012（9）：24-28.

[7]包剑剑，苏振民，佘小颉.精益建造体系下的BIM协同应用的机制及价值流[J].建筑经济，2013（06）.

[8]住宅精细化与建筑细节[J].城市住宅，2014（1/2）.

[9]杰里·莱瑟林，王新.美国BIM应用的观察与启示[J].时代建筑，2013（2）.

[10] Ames O.Coplien，Gertrud Bjrnvig. Lean Architecture: for Agile Software Development[M].Wiley，2010：82-83.

责任编辑：孙苏

作者简介：刘哲（1989-），男，河北石家庄人，研究生，主要从事非线性建筑和BIM研究。

收稿日期：2015-11-13

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.01.036

中图分类号：TU22

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）01-0036-04