基于BIM技术的正向协同设计研究

段 然

（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400）

BIM（BuildingInformationModeling）技术已经在全球范围内得了广泛的应用和认可，它通过一个三维模型信息数据库集成项目全生命周期（从设计、施工、运行直至终结）的各种信息，实现项目信息的完整性和一贯性，项目参与各方（设计、施工、设施运营和业主等）可以基于BIM进行协同工作，有效节省资源、降低成本、提高工作效率、以实现可持续发展。

BIM的核心在于三维模型，利用数字孪生技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的信息库。该信息库不仅包含描述构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含信息的三维模型，大大提高了项目的信息集成化程度，从而为项目的相关利益方提供了一个信息交换和共享的平台［1］。

1 BIM应用在设计阶段存在的问题

毫无疑问，所有行业都希望通过使用BIM技术来实现工程项目的全过程应用，特别是在设计阶段，通过可视化实现方案的对比优化，通过BIM模型实现数字化交付，实现工程信息与数据在不同阶段的共享与传递。目标是美好的，但现实是骨感的。现实中多数项目BIM应用均存在“两张皮”现象，即一个团队进行工程专业设计，一个团队对照设计图纸进行BIM建模，也就是“翻模”的现象，而且“翻模”的进度往往都是滞后于工程项目设计本身的［2］。也就是说，BIM技术其实并未真正参与到工程方案“从无到有”的设计过程中。

2 BIM正向协同设计

“BIM正向设计”是针对“翻模”现象而提出的，首先，从工程设计的开始阶段就要采用BIM设计，BIM模型随着工程方案从无到有，贯穿整个设计过程；其次，在设计过程中，不同专业的工程师直接以三维模型为操作对象，而不是二维图纸；同时，在项目方案优化、修改和调整时，能够所见即所得，通过BIM模型可视化对不同方案和细节进行对比和验证。

BIM技术的核心特点之一是协同性，设计人员在设计过程中需要同专业内以及专业间的工作伙伴不定时的协调工作。BIM技术协同性的特点可以充分发挥其并行工作优势，可以保证专业内及专业间的信息传递及时有效，实现各专业之间设计过程的高度协调，更加高效地把控项目设计的进度和质量。

只有真正实现“BIM正向协同设计”，才能确保BIM技术落地于实际工程设计之中，才能发挥BIM技术在工程方案设计与优化中的实际价值。否则，如果BIM技术的应用总是采用“翻模”的方式，不仅会失去BIM在工程设计中的核心价值，而且也无法真正发挥其在工程建设施工阶段的整体价值。

3 BIM正向协同设计流程

传统的设计流程总体上是一种串联结构，上游专业做完设计后将其设计内容传递给下游专业，下游专业在此基础上进行本专业内容设计，如图1所示（以水泥工业设计流程为例）。

图1 传统设计流程

而BIM正向协同设计流程总体上是一种并联结构，所有专业都基于同一个中心模型，各专业间的设计内容互为参考。不同专业可以同步开展设计，设计过程中发现的问题可以实时协调，及时处理。如图2所示（以水泥工业设计流程为例）。

图2 BIM正向协同设计流程

结合BIM设计流程的特点，在实际的设计过程中需要适当改变原有的工作习惯，以便更好的发挥BIM设计的优势。如图3所示，展示了一种典型的BIM正向协同设计工作流程。设计过程中实时协调，实时碰撞检查，贯穿于整个设计流程中，作为协同设计的一部分而不是事后弥补缺陷的手段。设计过程中实时检查并与相关专业实时协调解决，避免到查返阶段出现大量返工，可有效提高总体设计效率［3］。

图3 BIM正向协同设计工作流程

4 BIM正向协同设计阶段划分

与以往传统设计流程相比，BIM正向协同设计依然要经历方案设计、初步设计及施工图设计三个阶段，三个阶段形成的模型分别对应BIM初始模型、中间模型和成品模型，BIM正向协同设计的过程实际上就是BIM模型的形成和完善过程。但与传统设计不同的是，在整个BIM设计过程中，专业内部及各专业之间的协同更加频繁，专业间的提资形式由二维图纸转变为阶段性模型为主，二维图像（或图纸）为辅。

图4 BIM正向协同设计阶段划分

5 BIM正向协同设计的制度保证

①设计阶段是建模阶段，优质的模型和数据对整个项目全生命周期的BIM应用起到了决定性的作用，但是BIM应用带来的价值在设计阶段体现的并不明显，反而增加了设计人员的工作量，导致设计效率的下降。因此设计合同中应将BIM模型另计费用，只有收益与产出相匹配，才能激发设计人员的积极性。

②原有的设计流程阻碍BIM技术的发展。原有的流水线式的设计流程以及按专业划分部门的组织形式，在一定意义上明确了不同部门专业工程师的职责范围以及绩效分配方式。而BIM设计界限相对模糊，容易造成专业间的互相推诿。因此建立新的符合BIM特点的组织形式，如项目组或者综合设计所，将不同专业的工程师归到同一个部门统一管理，消除组织壁垒，更好的产生协作效应。

③缺乏与BIM技术相适应的设计交付标准。传统流程中设计院的成果是图纸，图纸表示方法必须要符合相关的二维制图规范和标准。在BIM设计中不能将二维出图标准生搬硬套，必须建立以三维模型为核心的交付标准和规范，二维图纸只是模型在某个部位的剖面展示，与三维模型实时关联，图纸界面可以摒弃掉不必要的二维标注，减少“出图”的工作量，给设计人员减少重复劳动量，让设计人员主动去建模型，而不是画图纸，只有这样，BIM正向协同设计才能顺利推行。

④实行主体专业负责制。针对每个项目或子项，首先要确定其主体专业，如某工业生产车间，工艺专业为主体专业，某电力室，电气专业为主体专业，某办公楼，建筑为主体专业。主体专业对整体设计方案负责，根据设计要求，制定并监督各专业的设计进度，设计中出现的专业间协作问题，由主体专业负责协调。

⑤制定模型深度标准。模型深度应遵循“适度”的原则，包含两个方面内容：模型造型精度、模型信息含量。同时，在能够满足BIM应用需求的基础上应尽量简化模型。适度创建模型很重要，模型过于简单，将不能支持BIM的相关应用需求；模型过于精细，超出应用需求，不仅带来无效劳动，还会出现因模型规模庞大而造成软件运行效率下降等问题。对于BIM设计而言，在不同设计阶段建模过程中对BIM模型包含的构件及其建模详细程度标准的制定，是BIM正向协同设计顺利执行的必要保障。

6 结语

BIM技术作为一种新的设计概念及工具，在工程建设设计行业的应用越来越广泛。我们究竟应该选择哪种技术路线，如何才能发挥出BIM技术应有的优势，如何能够让设计人员从内心真正的接受和主动使用，从而对整个项目的进度、质量、成本产生良性影响，是每个行业均在热烈讨论的话题。

或许在技术应用的探索中，“翻模”是一个不得不经历的中间过程，现阶段可以满足我们对于可视化的基本需求。但是随着我们对BIM技术理解的越来越深，从BIM技术的整体价值来看，只有多专业BIM正向协同设计、一体化建模，才能从根本上保证海量工程BIM模型属性信息的关联性，杜绝重复工作量，才有可能实现BIM交付和信息共享和传递的目标。