BIM节点法在设计管理中的应用

金 戈

(上海水石建筑规划设计股份有限公司，上海 200235)

引言

设计对建筑工程的成本、质量、进度和功能需求的满足具有重大的影响和作用，因此设计管理是进行项目管理、决定项目成败的关键因素之一。随着地产开发的资金压力，设计的质量和进度成为了不可调和的矛盾点。而高周转的地产项目又不允许在施工过程中产生严重的设计问题，从而影响了施工进度。业主需要更快的设计成果，施工需要更准确的设计成果，这些都给传统的设计管理带来了巨大的挑战，设计管理迫切需要一场革命[1]。

BIM即建筑信息模型，作为一种全新的建筑信息化技术，可为设计施工提供可视化管理和技术支持，是目前国际和行业建设领域关注和研究应用的热点。但是，BIM在国内的实施过程中，出现了诸多不如意的地方，甚至很多声音在质疑BIM的价值[2]。

如何利用BIM技术的优势来提高建筑工程的项目管理水平，如何实现BIM技术的真正落地，成为了一个迫在眉睫的问题。笔者结合多年的外资项目的精细化管控经验，以及BIM技术的特点，研发了一套适用国内建筑工程项目的设计管理的方法。

1 设计管理的现状及不足

据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上。据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任占40.1%，居第一位。不少建筑产品由于缺乏优化设计，而导致功能设置不合理，影响正常使用； 有的设计图纸质量差，专业设计之间相互矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人民带来巨大损失，造成投资的极大浪费[3]。

为何设计会出现如此多的问题呢？业主对设计周期的不断压缩是第一因素，甚至出现一个月出图、一周出图、一天出图的情况，另一因素是设计人员能力不足。排除这些客观原因，笔者仔细研究了国内的项目流程，发现了一个很重要的现象：国内的设计管理是单线传递(见图1)。每个专业的设计传递到施工阶段，问题才暴露出来。设计院原本内部需要做的拍图(专业协调)，因为二维工具的限制，以及设计周期的不足，已经被大大简化，甚至有些项目省略了这个环节。现有的体制中，拍图工作一般由若干经验丰富的设计总牵头，根据他们的经验来协调。然而，有限的设计总完全跟不上无限的项目的需求[4]。

图1 设计管理的现状

因为缺少了多专业协调这个关键环节，在目前传统的设计过程中，经常出现以下问题：信息不对称，各专业的变更无法及时更新到相关专业图纸里，导致诸多不一致的情况出现。例如建筑和结构的楼梯位置不一致； 雨水管和建筑外立面碰撞在一起； 局部净高不满足； 公共走廊经常会排布大量的管线，特别是有大尺寸的排烟管，就更容易导致净高无法满足业主的要求； 施工空间及维修空间不满足； 设计师缺乏施工经验，导致对后续施工空间控制不足，从而影响了正常的施工实施工作等等。

由于缺乏有效的设计管理，传统的设计成果存在的问题已经严重影响了建筑工程的项目质量，亟需改进。

2 BIM技术的应用现状

从BIM技术引入国内开始，从政府到业主等各方，都对BIM技术在项目中的应用寄予厚望。BIM技术本身具备三维可视、数据联动等优势。而BIM技术在国内的实际应用中，却依然存在诸多问题，其中最突出的一个问题就是BIM无法有效落地，或者说设计做的BIM，施工无法应用，BIM技术的应用出现阶段性或碎片化。通过对国内多个BIM案例的分析和研究，笔者有如下结论：

(1)BIM从业者的能力太低，无法提供高质量的BIM成果。

(2)设计方案的频繁变更，导致BIM成果无法快速更新，而丧失了有效性。目前比较普遍的BIM设计的做法是二维设计一遍，然后再有BIM工程师把二维设计翻模为三维模型。每一次二维设计的方案变更，都需要三维模型跟着更新。而在传统二维设计成果中，有些只是几条线的表示，在三维模型中需要很复杂的工作来实现，无法在短时间内完成，导致BIM成果无法和二维设计成果同步完成。

(3)施工单位从业者能力不足以熟练掌握BIM技术和相应的BIM成果。

(4)没有完善的BIM工作路径来指导项目各方参与和应用BIM技术。

图2 BIM应用的现状

目前BIM实施最常态化的一种情况，就是如图2所示。BIM供应商搭建了一个BIM模型和一份不知所云的碰撞报告，然后交付给业主和施工，各方都无从下手，然后项目存在的问题依然在施工中频频爆发。设计管理是一个动态的过程，而现在的BIM工作是一个静态的过程，两者必然存在无法调和的矛盾，而导致BIM无法落地。

为解决以上诸多BIM实施中的问题，提高BIM设计效率，结合多年的外资项目的经验和BIM技术的优势，本文提出了一种方法来实现通过BIM技术提高设计管理——BIM节点法。

3 BIM节点法的定义及关键要素

3.1 BIM节点法的定义

所谓BIM节点法,是指专业的BIM工程师根据BIM技术规格书的工作标准，将建筑工程项目的所有专业整合在一起，并进行多专业协调从而使BIM模型达到满足规格书及项目要求的深度，将整个项目根据不同区域的难点和项目需求，拆分成若干个占据一定空间的节点，每个节点包含此空间的建筑、结构和机电等所需的专业模型，同时按照平面、0度剖面和90度剖面，以及模型的形式整合在一张图纸上； 每个节点按照节点法跟踪表单进行设置不同的状态来跟踪实施情况，从设计到最后竣工复核； 通过对各个节点的分阶段控制，提高整个项目的设计管理水平。

图3 BIM节点法示意图

要理解BIM节点法(如图3)，首先要接受一个概念，那就是无论是三维模型还是二维图纸，使用的目的就是为了有效地传递设计信息。

而有效的信息传递，需要注意几件事：

(1)模型适合人机交互和图纸适合人人交互； 例如差量比对，在二维设计很难实现，而在三维设计就很容易。

(2)模型的信息量过大，而图纸的信息量太少。但是模型富含的大量非几何信息在施工建造阶段，其实是没有太多应用的，主要是几何信息的应用。所以，将信息量富裕的模型转化为有足够几何信息的二维图纸，也能满足项目的需求。如上文所说，无论三维还是二维，目的是有效地传递设计信息。所以用模型还是图纸，不重要，重要的是传递的这个媒介，具备项目需要的信息。

所以，可以得到一个这样的结论，在设计过程中，我们可以发挥模型可视的优势，来进行三维设计； 在设计交付的时候，我们应该发挥二维图纸更容易交流的优势。如此混合交叉使用BIM，才能真正发挥BIM的价值。

BIM节点法的特点和价值主要是通过一套完整的节点详图，把项目的关键部位进行拆解，实现了项目的定量分析。同时，将节点部位的所有信息在一张图纸上进行展示和协调，提高了沟通的效率，解决了模型无法有效传递的问题。BIM模型作为各方交流沟通的工具是可行的，但是指导施工依然存在很多问题，指导施工依然离不开二维图纸的表现方式。

3.2 BIM节点法的关键要素

BIM节点法主要包括以下5项关键要素：

(1)专业的BIM工程师

美国的DPR公司在《BIM HANDBOOK》一书的案例中，有明确的说明。一个合格的BIM工程师应该具备设计领域的知识、施工领域的知识和这两个领域知识的融合[5]。 所以，在BIM团队建设中，需要制定严格的培训计划，这个培训计划包括了建筑结构机电等专业的设计知识培训； 一级建造师的建筑实务培训、 一级建造师的机电实务培训、 现场观摩学习以及Revit等软件操作培训。同时，可以招聘有施工现场经验的工程师，再进行设计知识和BIM软件的培训。保证BIM工程师能同时接受到BIM软件操作、设计和施工三个维度的培训。因此，BIM工程师并不是像外界所说的门槛低，其实是学习曲线很高的一个岗位[6]。

此项主要应对现状问题的第一项人员能力不足问题，主要作用在于保证实施的人员具备专业的技术能力。

(2)BIM技术规格书

前文已经讲到，在传统的协调过程中，主要有多年经验的设计师牵头，而依据的也是这些设计师在无数项目中碰到的问题的解决方案。那么，为了弥补年轻工程师经验不足的问题，我们收集国内外各类项目实践中碰到的问题，编制了《BIM技术规格书》。本规格书主要是各类施工、验收和运维过程中发生过的问题的经验汇总。此类问题基本上不涉及设计的强规强条，但是在实际施工和使用过程中，会有诸多问题。目前，本规格书有收集76项。例如：

1)车位处不可以有排水沟；

2)如果有货运或垃圾车，考虑主通道运输路线的净高；

3)母线槽尽量不要翻弯(母线槽弯头需定制，成本代价高)；

4)大型设备的运输路径是否通畅，门口大小是否满足设备运入；

5)风管宽度不要大于1 200，否则风管底部需要设置喷淋，管底净高反而变小；

6)管道的翻弯尽量从主管到设备末端，尽量从高到低或者从低到高，中间不要出现U型或几字形。如果需要翻弯，管道翻弯时尽量上翻。(下翻会产生积水、存渣，即使安装泄水阀，水排往何处也是个问题)。

此项的作用在于保证BIM的成果是解决了项目的问题或实际需求，不是为了BIM而BIM，避免提交没有用处的模型。

(3)BIM节点法管理表单

BIM节点法管理表单包括节点状态跟踪表单、节点布置示意图和节点详图。

节点状态跟踪表单主要包括所有节点的数量和内容概述，以及节点的当前实施阶段和状态。见图4。

图4 节点状态跟踪表示例

节点布置示意图按照项目的大小，原则上是每个楼层一张。每张图中放置轴网和建筑，将节点位置圈出，并放上编号，方便项目各方快速了解节点的大概位置。

节点详图的种类主要包括复杂节点和标准节点。复杂节点主要指项目的复杂区域或者需要清晰表达的区域，一般包括：公共走廊、管井、机房、防火卷帘、地下坡道、主要车道等其他业主或施工方关心的地方。标准节点主要指内容并不复杂的走廊或车道等区域，但是涉及的区域较大，需要用一个节点来反映所有的情况。

节点详图表现内容主要包括：此空间的建筑、结构和机电等所需的专业模型，平面、0度剖面和90度剖面，以及模型。在剖面图里，必须包含管线、管线类别、大小和高度、管线水平定位、层高、净高和其他项目需要的要素，见图5示例。

此项是本管理方法的核心。跟踪表的作用是保证项目各方都清楚地了解整个项目的各个难点当前的位置和情况，且有一个可视化的记录，方便业主及项管公司的管理。节点详图的作用在于保证项目各方都能快速识别节点的情况，不会出现施工单位能力原因而无法使用模型的问题。详图可以用PDF或者实体纸质的方式交付给各方。

(4)双循环工作流程

理想的BIM实施，应该是设计施工一起工作，且所有专业都已经完成设计图纸。国内的实际情况是，DBB模式下设计施工分开招标，且在施工过程中，还会有很多设计工作。所以针对真实的建筑工程情况，我们将BIM的工作划分为两个工作流程，简称为双循环工作流程[7]。

第一轮，以设计优化为协调主线，以满足净高等业主需求的全局协调。主要针对地库、走道等公共空间和标准层，优先标准层等能确定无修改的区域，实施周期主要在施工图设计阶段。

第二轮，以施工深化为协调主线，以满足施工所需要的细节协调。各机房、卫生间、室外、精装、幕墙等，实施周期主要在施工准备及施工期间。

划分两个循环还有一个原因是，现在大量的项目，业主都要求设计和施工单位分别做BIM。所以，需要在两者之间有一个清晰的工作界面。设计BIM只需要负责全局的协调，一些主要空间或标准层，无需关注细节。所有细节在精装设计进去后，都会调整，前期进行也是会浪费掉。当然设计BIM和施工BIM可以是各主业承包单位做，也可以是一家BIM顾问一起来完成，但是管理工作最好需要BIM顾问来统一完成。当然，其中一家的BIM团队如果有管理能力，也可能承担这个工作。

此项内容的作用在于界定设计施工的工作界面和BIM工程师的工作深度。

(5)BIM协调会

图5 节点详图示例

BIM协调会由业主或代建方主持召开，第一次需要明确所有BIM工程师及项目工程师工作目标及各方职责； 协调会主要根据BIM节点图显示的问题或BIM服务商提供的问题报告，进行多方协商。协调会的参与方必须包括业主、设计负责人和施工技术人员，或者成立一个BIM工作组，这个工作组必须包括上述的人员[7]。

BIM的节点详图会暴露很多潜在的问题，而这些问题的修改，主要会涉及到三个方面：成本、设计合规性和施工可实施性，而这三个方面又正好代表了项目主要参与方的各自利益。

当出现一个问题后，不再会有业主、设计、总包、分包的反复沟通与协同，所有的问题会在节点里体现，并在BIM协调会上由BIM工作组进行裁定，最后变成确定的设计变更，以消除传统协同的冗余过程。

日常BIM协调会的会议流程如下：

1)BIM经理阐述上一次的BIM工作内容及交付的成果；

2)BIM经理提前一天将需要讨论的问题，以邮件形式发送给会议参与方；

3)BIM经理阐述设计或施工BIM供应商提供的上一次会议要求的工作成果；

4)各参与方在现场讨论确定问题解决方案、解决时间、责任人写在协调会的白板上；

5)根据项目问题解决情况，对已经解决的问题从白板上擦除，添加上新的问题；

6)以上过程每次会议循环往复，实现对问题的跟踪与执行处理记录。

4 应用案例

项目名称：上海某会议中心项目。业主方：上海久事集团；设计方：上海华建集团；施工方：上海建工总承包公司；BIM顾问：上海水石；项目概况：本项目位于上海黄浦路附近，总建筑面积约10万m2，其中地上5.7万m2，地下4.3万m2。项目地下3层，地上分别是1/2/3号楼。

本项目的BIM策略是：设计院提交设计图纸给到BIM顾问； BIM顾问结合设计、施工和运维的多维度需求，划分BIM节点，排查会给项目带来严重影响的问题； 优化后的设计成果提交个施工单位进行施工BIM深化。

2019年10月，设计院完成第一稿设计图纸。BIM顾问进行复杂节点排查。以1号楼为例：复核设备有243台，其中空调30台，新风机组8台，风盘129台，风机74台，设备表有歧义的有11台； 另外1号楼，各类问题166个，其中复杂节点34个，防火卷帘问题12个，暖通问题11个，给排水问题16个等。其中地下室有2块区域问题特别严重，净高不足2 m，而业主的期望是2.6 m以上。

图6 问题汇总

遵循BIM节点法的逻辑，首先BIM顾问将这些问题以节点的方式一一生产出来，并在BIM协调会上和业主方、设计方进行沟通。大家都能快速地理解问题所在，节省大量沟通的时间。其次，BIM顾问基于设计经验，提交了优化方案。其中最严重的净高问题的解决思路是在地下室增加管井，从而减少车道上方的各类大尺寸风管，来提高净高满足业主需求。各方在BIM节点的基础上，快速地达成了一致。最后，设计院按照BIM顾问的意见修改设计图纸，从而实现设计方案的优化，给后续的施工减少设计遗留问题。

作为本项目的BIM顾问，我们并没有将所有的图纸都建模，而只是针对复杂节点进行模型复核，这样可以大大减少建模的时间。其次，所有问题是从设计、施工、运维三个角度去考虑，而不是单单从设计角度。

BIM的意义在于发现问题，解决问题，不是为了建模，这个是以往很多项目经常犯的一个错误。

本项目目前处于土建施工阶段，现场反馈图纸质量明显优于以往其他项目，在项目例会中，业主高度评价BIM顾问的价值。

5 结束语

BIM技术已经在国内发展十多年了，但是大量的BIM从业者依然被束缚在软件操作的层面。笔者根据十多年的工作经验，得出的结论是BIM技术在国内缺少一种符合中国国情的工作模式或工作方法。在本文中，笔者几乎没有谈论使用何种软件工具进行BIM工作，更多的是和大家探讨我们使用过的方法和对人员的要求。BIM节点法作为一种新型的设计管理模式，有效地结合了BIM技术和设计管理流程，实现了BIM技术的落地应用，大大提高了设计成果的质量。总的来说，BIM节点法解决了BIM实施过程三个核心问题：一个是将模型转化为各方都更容易理解的三维方式，解决了项目各方交流及交付问题； 第二个是通过化整为零，通过若干个节点实现项目的定量控制、定量分析，避免了项目管理的假大空； 最后一个是通过状态表，可以实现项目节点的动态管理，实现了BIM技术应用的完整闭合。

另外需要说明的是，BIM作为建筑业信息化的技术，同时涵盖了几何和非几何数据。BIM节点法更多的是解决了几何数据的应用问题或者说解决了施工建造过程中的问题。关于非几何数据的应用，笔者在另外一文《基于BIM技术的信息集成及交付研究》中有详细阐述。