BIM在设计中的应用

张东升

前言

BIM如今在建筑行业可谓炙手可热，从国家到地方政府都相继出台了大量的推动政策。BIM前景一片大好，各大设计院、施工单位、咨询单位的BIM团队如雨后春笋一般涌现。但是BIM到底在各个阶段做什么？应该怎么做？做到什么深度？目前还没有统一的标准和形式，完全取决于市场需求，这种情况有利有弊：利在符合市场经济规律，弊在形成了相当不规范的市场，当然最终可能通过市场自身调节，优胜劣汰。笔者希望通过在设计阶段应用BIM的项目实践经验来阐述BIM的不同应用程度。

作为建筑行业前端的设计，在BIM应用的过程中根据市场的需求，也分为不同程度等级的应用，根据笔者的从业经验，把目前设计阶段的BIM划分为五个等级，以下详细分析介绍。

第一级“2D-3D”辅助设计

BIM原本的界定应该是一种生产工具的变革和技术的进步，从而带动行业的转型升级，设计阶段应该用BIM取代传统的二维工具进行设计，但是实际情况并非如此。

我们面临的实际情况是90%以上的BIM项目都是在传统二维设计完成图纸后进行的，这样的“2D-3D”的过程也可以称之为“后BIM”。造成这种结果有多种原因，其中包括开发模式导致业主留给设计方的时间较短，在需要快速拿到施工许可证的前提下，方能快速建造。而目前通过BIM直接做设计需要较长的时间，因此“后BIM项目”占据了目前市场的主流，从而导致各大设计院的BIM中心及各种BIM咨询公司的出现。

这种“后BIM”模式决定了BIM技术支持在很大程度上至多只能是帮助设计进行“错、漏、碰、缺”的检查，因此在这种模式下，被戏称为BIM服务三件套——“基础建模、碰撞检查、管线综合”。

基础建模就是根据已有的二维设计图纸进行各专业模型的搭建，碰撞检查就是通过建模过程中人为及计算机查找各专业构件之间的碰撞冲突；管线综合就是保证在可行性的前提下尽量优化管线布局与排列，优化净高。这里需要解释的是要做管线综合的原因：传统二维设计图需要表达单专业系统完整、图面清晰，而各专业间排图在传统模式下很难反映真实管线走向，才有了施工阶段的机电安装深化设计环节。而通过BIM技术进行管线综合能够帮助设计进行合理的管线路由设计。

但是在这种模式下，模型的深度和精度需要达到什么标准？有个很有意思的现象：很多需求者都拿LOD标准作为参考，设计阶段通常要达到LOD300才算符合要求。这样明显以偏概全的要求并不能完全适用于“后BIM”工作模式，另外国家的相关标准还在编制中，有些地方的相关规定或指南也对模型的深度有一定的描述，但是我们认为在具体的操作过程中，“后BIM”模式仍然应该分为以下三个不同等级。

L1：设计BIM三件套

通过“后BIM”辅助设计发现并解决问题，目标明确后对模型的精度就有了依据，通常情况不影响设计的构件就可以先不做。以图1幕墙为例，在设计BIM中只表达出设计的尺寸即可，不需要表达框料内部的节点构造（型材、防火封堵等），另外直径50mm以下的机电管线，如果对空间净高影响不大就可以不建模（图2）。

另外要指出的是管线综合。在这种模式下，管综确定的目标是解决设计问题，控制管线对空间净高的影响，如果确定直径100mm以下的管线碰撞不会对净高产生影响，那么大可不必去调整，可以在施工深化设计阶段调整，而不是动不动就要求盲目做到“绝对的零碰撞”。

L2：设计BIM三件套+50mm以上管线无碰撞

在前一种模式下管线建模及管综的深度再增加一个等级，包括要建50mm以上的管线，并调整到50mm管线不能有碰撞（图3，4）。这种工作模式导致了工作量的增加，因为大量的细管线碰撞点需要调整，计算机可以帮助找到这些点，但具体调整还需BIM设计师自身根据可行性进行调整，但实际情况是现场施工时这些碰撞点根本不算真正的碰撞。

L3：设计BIM三件套+所有管线无碰撞

我们总说BIM要防止过度建模，L3这个等级就属于这种情况。通常情况下可以直接达到三维设计的程度，各专业的模型精细度非常高。如同济大学建筑设计研究院在天津市第二实验中学项目外立面模型的搭建过程中，模型的清水砖墙立面在二维施工图中已经有非常清楚的表述，但在建模的过程中仍然依据立面进行了同样的重复工作（图5～7）。如图8的砖墙立面，砖块的大小和砖洞的位置与实际完全一致，但是这样的工作其实对检测专业间碰撞并无实质性意义，模型达到如此精度已经可以拿来直接做设计了。

同时在教室空间布局上，课桌、座椅、讲台、黑板等的布置对空间的影响检查也没有任何帮助，只是徒增了工作量和模型启动浏览的时间（图9）。在该项目中我们甚至把埋在面层里的地热水管都建了出来，其实这部分的模型对于空间构件碰撞检查并无影响，另外做到所有管线无碰撞，需要花费大量的时间和精力，对于“后BIM”来说，解决的是设计问题，模型的精度完全没有必要达到如此高的要求（图10）。

第二级“2.5D”辅助设计

目前，一些项目设计造型和空间非常复杂，依靠图纸的二维模式很难表达清楚，因此这类项目无论是否业主要求应用BIM，设计都必须借助BIM的手段来实现。在这类项目中，一部分设计采用传统二维设计，另外一部分必须采用BIM设计，我们把这类的BIM应用称为“2.5D”辅助设计。

青岛溜冰馆是非欧几何建筑，其造型像一个蚕豆，表皮为双曲面。表皮的设计和定位依靠二维很难表达，因此必须借助三维技术实现表皮幕墙的定位、板块优化等，由三维模型来生成所需要的相关二维图纸（图11）。

通过2.5D辅助设计的优势在于原来很难表达的空间关系，通过模型可以清楚准确地绘制，图12为该项目剖面的绘制。溜冰馆内部空间跨度较大，采用网架结构，建筑师在绘制剖面时，难以表示错综复杂的网架关系，因此通过BIM模型直接生成剖面是最好的设计手段，而且通过模型可以生成任意想要表达位置的剖面图。

第三级“3D”设计

第三级是BIM本来应该的样子，通过BIM直接做设计是设计阶段应用BIM技术的发展根本，也就是说可以通过BIM技术直接做设计，所有的二维图纸均来源于三维模型。

上海Disney城堡项目从最初就决定贯彻全过程BIM设计，所有工作均由各专业设计师独自完成设计模型，并通过相互链接及空间漫游等形式，检查空间中专业间的关系，真正做到协同设计，同时通过模型生成相关所需二维图纸，用于报审（图13）。

当然，目前这样的设计流程并不是100%的图纸都从模型中导出，因为有些系统原理图很难通过三维来表达。为满足审批要求，必须借助一部分二维的表示方式，但是对传统设计而言，机电管线的走向、预留洞口都非常准确，通过模型编号可自动检索。三维设计的好处在于，图纸中的任何标注信息都源于模型信息，任何修改都可自动更新，减少了由于修改和沟通不及时所带来的图纸不一致的情况。

但为何这种设计模式目前却没有很好地被推广？当中有很多制约因素，其中最重要的有两个原因：1）设计时间不够：通过三维设计要完成的模型工作远比二维绘图工作量大得多，原来管线间不必协调解决的碰撞问题，在三维设计时都要花时间来解决，这在项目整体运作时，很难保证留给设计足够的BIM设计时间；2）设计收费偏低：设计取费不断走低是行业目前的现状，设计费低而设计周期又要加长，设计师的积极性就会大幅降低，一般的业主又不愿投入过高的设计费鼓励BIM设计。因此通过BIM直接做设计的项目在国内比重非常低，普及还需要一定的时间。

第四级“IPD”设计交付

项目集成交付（IPD）是在建设项目全过程中，集成人员、系统、组织、实践，整合各参与方智慧以提高项目绩效，为业主实现增值、减少浪费、效益最大化的工程项目交付模式。

由于集成及整合，可以最大限度地利用BIM技术，基于BIM平台实现项目信息共享，整合项目各专业人员达到跨专业团队间的高效协作。结合BIM技术的IPD交付模式，使行业整体向精益化生产发展。

IPD的好处在于在设计阶段就综合各方力量，设计不再是一个拆解的过程。设计阶段就把施工整合进来，考虑施工因素（如柱子的拆分、楼板的施工划分等）；同时施工也会对施工深化进行设计，直接体现到模型中，由设计和施工共同完成模型。我们曾经完成了第一个上海实验性的IPD交付项目，并成为上海市第一个数字化审图平台评审的项目（图14）。

BIM是一种技术手段，IPD与BIM的发展方向一致，但IPD是一种行业生产模式。目前这种生产模式与传统招投标模式完全不同，因此也很难被推广开来；另外IPD项目对设计交付审批也提出了较高要求，我们如今具有法律效力的还是传统的二维图纸。因此IPD交付的模型并没有办法通过目前的审批流程，但是随着BIM的普及推广以及相关机构的改革，相信三维审批也必将会到来。

第五级深化设计

现在普遍存在一种现象，就是施工单位通常都会说设计阶段的BIM模型没有用，他们要自己重新做，这种现象导致业主通常对设计BIM模型持怀疑态度，那么到底设计模型能不能被施工单位使用？这就需要分析两个重要的因素：1）技术上：主要体现在施工深化环节，并不是设计模型不好，而是施工深化如何去利用设计模型来完善施工模型；2）主观管理层面：施工单位的管理能否真正通过BIM来指导施工至关重要，现场由于存在很多机电分包，其各自的进场顺序不一致，如果不统一管理，往往是谁先来谁安装，造成施工深化BIM只停留在BIM模型，施工还按照自己原来的方式进行，然后再根据施工完成的样子去修改模型，造成了BIM只是满足业主需求的一种方式。

在花木路项目中，首先委托BIM施工深化需求的不是开发商，而是施工单位。主观上施工单位依赖于BIM模型完成后期施工安装，因此对机电安装的分包单位控制比较非常严格，如果不按照模型来施工，必须拆下来重新安装（图15）。另外，技术上我们除了按照施工规范来做深化设计模型外，还和施工单位的技术人员进行多次交流，以确定其安装的间距要求和习惯的安装次序等技术问题，并通过现场模型与深化图纸（由模型导出）进行技术交底的方式，让技术人员能够清晰地理解安装要求，并根据模型施工，因此在最终的实现效果上还原度非常高。

结语

BIM在设计阶段的应用可以说理想很丰满，现实却很骨干。当然不能一味苛求BIM要达到完全的理想状态，即使是新加坡、韩国等应用BIM较早的国家，其整体BIM发展情况也和中国差不多，甚至在项目的数量和质量上与我们还有一定的差距。我们应该在各种应用层面上做到满足各自阶段应该完成的工作内容，提交的成果以解决各自层面的需求为准，同时避免没有必要的过度建模。

BIM的发展既依赖于设计的发展也依赖于市场的需求，因此做好BIM工作，推动精细化设计才是最重要的。