BIM 正向设计技术在住宅设计中的应用

文／赵璨、骆思羽、徐静波 中国中建设计研究院有限公司 北京 100037

引言：

BIM 技术在国内的应用越来越多，随着国家的大力支持，BIM 正向设计技术的也在不断发展，得到了越来越多专家、工程设计和施工单位的关注，这些关注也把BIM正向设计技术的发展带入了全新的阶段。BIM 正向设计技术因其具有可视化、参数化、共享化、集成化等特点，在国内很多工程中已经广泛使用，常见的比如在房屋建筑、桥梁、地铁等工程设计、及其建设和管理中广泛运用。因此，本文就BIM 正向设计技术在我国的住宅建筑工程中的运用进行了探讨，以期推动BIM 技术不断发展。

1、BIM 正向设计的意义

BIM 正向设计的提出是建筑行业发展、建筑设计转型、建筑技术升级的综合体现，也是跨行业的信息软件技术、实时表现技术、数据统计分析技术与专业设计技术的高度融合的起点。BIM 正向设计技术是走向“节约型”设计的有效途径，走向企业数字化的重要支撑力量，成为了勘察设计企业进军市场的必要能力。BIM 最大价值体现在住宅设计阶段，精准的三BIM 维设计模型是实现信息交流与流通的有效工具，做到建筑工程信息之间的信息传递和共享，是BIM 技术的核心和基础保证，也是改善建筑住宅设计工程质量的重要方式和基础。

2、BIM 技术在建筑设计中的特点

2.1 可视化特点

过去的建筑规划设计工作大多是通过电脑、笔记本等进行建筑设计的效果演示，并进行建筑物现场的模拟仿真，便于工作人员准确掌握建筑设计的具体尺寸。传统的建筑造型不仅要借助外部的辅助手段来进行仿真演示，还要有相当的想象力，在脑海中用虚拟影像来描绘出建筑物的真实形象。BIM 技术在工程设计中的运用是非常必要的，它能迅速地为设计人员提供一个模型，便于设计人员参考和讨论，并据此展开修改和改进。

2.2 协调性特点

在进行工程设计时，设计师必然要与其他专业的建筑师进行沟通交流，并进行合作。BIM 正向设计技术在进行协作设计时，必须事先与其他设计者确定协作模式和工作过程。BIM 正向设计技术的协作设计是一种并行的工作方式，通过BIM 正向设计技术进行协作，能够确保不同领域的建筑师实时地进行数据的交流，实现高效地协作。

2.3 模拟性特点

在工程建设开始前，工程的规划还处于一个理论层面，不能准确地判定建筑住宅工程建设中的工程设计是否具有可行性，在工程建设中容易产生各种问题，导致工程出现巨大损失。所以，在工程开工之前，应对工程设计中可能出现的问题进行分析。

通过BIM 正向设计技术，可以在系统平台上建立一个基于BIM技术的建筑物设计方案，通过对建筑物的建模，可以获得一些参考的资料数据，对不符合要求的资料数据进行修正。最后，通过BIM 技术仿真模拟，修正数据实现对结构再验证。多年的实践应用表明，BIM 技术所获得的资料数据具有很高的可信度。所以，在工程设计中，可以充分运用BIM 技术进行工程建设，并运用BIM 技术对工程建设中存在的问题进行有效地剖析，并能在工程开工之前，对各种问题进行预处理，确保工程建设的正常进行。

2.4 优化性特点

建设工程设计并非一朝一夕之功，整个工程的设计流程经过了反复的修正与改进，各行业之间的设计师们都会齐心协力，进行着反复地论证和改进。BIM 技术能在很大程度上降低不同行业不同专业之间的设计误差，并通过BIM 技术对所有的变更进行实时地修正，节约了建模反复修改的过程。BIM 正向设计技术还具备自动检测系统的能力，能够对可能存在的缺陷进行检测，从而大大地提升了系统的工作效率。

3、BIM 技术的住宅建筑正向设计

BIM 的正向设计技术解决了建筑工程中应用BIM 技术的“翻模”问题，这项技术为工程施工提供了一种全新的施工方法。“翻模”的产生表明，BIM 技术在工程设计中并未充分运用，没有全部发挥BIM 技术的作用。然而，“翻模”的存在也为BIM 技术的不断完善和优化提供了新的动力，这将对BIM 技术未来的发展产生积极的作用。

BIM 的正向设计技术是对传统的工程设计过程进行了重新组织，在工程实施之前，工程设计人员主要围绕BIM技术进行工程设计。BIM 技术可以实现信息共享、环境共享、有效协同、数据共享等功能，通过BIM 技术将不同领域的工程设计人员的设计结果实时呈现在BIM 技术平台上，实现各个建筑项目的协同升级和优化。

BIM 的正向设计技术具有以下优点：首先，BIM 技术的建模是从设计师的构思入手，并且要将其置于3D 的环境中进行；第二，建立了以BIM 技术为基础的建筑物模型，便于各个行业设计师之间的协作，并能在施工过程中实时地对数据进行修正；第三，通过BIM 技术建立的建筑物，不仅可以在初期的设计中使用，也可以在产品的最终效果发布中使用。

4、BIM 正向设计需要解决的技术问题

4.1 协同工作集模式

协作的工作可以分成两类。

（1）属于建筑本身范围内，由于其设计体量过于庞大，所以必须采用分层或分区的方式进行。在一个整体的工作集合中共同工作，以处理并行的设计过程中产生的矛盾和冲突，是属于建筑师的一种内在的协作。在常规CAD 工作方式中，这样的情形极易发生矛盾，比如，负责平面图和总图纸的设计员没有及时向变更造型和单体图纸的设计者通报，造成了不对称的数据，产生了大量变更的工作。对于协作工作集的模式，工作接口界面彼此明确定义。比如，一个工作集A和一个工作集 B预先设置一个许可提示。A 对B 的内容范围进行了更改，会自动提示B 是否允许更改。文件在一个服务器上，每个员工和各相关部门都针对相同的核心文档进行编辑，所有修改都在核心文档中，从而确保了设计的一致性。

（2）属于不同专业范围（如建筑学和水电、暖通工程）的交叉领域协作。如工程规模不大，则可以将供热、排水、电力三大学科整合成MEP 机电REVIT 模式。设计师和装备工程师的配合，和前一种方法一样，但在不同的领域里，他们必须有意愿去主动会商。该系统还具有防撞检测的特性，以保证结构与管线之间不会发生碰撞。但是，软件也做不到万能，在正向设计的过程中，设计师必须要起到领导作用，对彼此之间的关系进行及时检验，以保证项目的顺利进行。

4.2 出图的标准化

在常规生产过程中，大部分的出图过程都是在公司内制定规范完成，通过手工检验、天正图集、天正图层等软件工具方法来进行。但大部分项目方案公司对此并不重视，常常会造成工程设计图纸的丢失和错漏。

若使用BIM 正向设计方案，则要预先设定图纸自身的图纸集和标准平面断面的样板图。这种方法最大的优点是，在进行设计时，要把重复的更改和再出图纸的方便程度都纳入进去。当所有图纸样式、图集、图例符号被预置后，所有的设计更改都可以由软件进行自动输出，从而可以省去反复的排版和印刷浪费时间，使设计者能够集中精力对设计进行最优。

4.3 单体指标的精确性

在过往的CAD 设计中，采用多段闭合线，通过AREA 进行数据的读出，再由人工向EXCEL 中添加数据。该技术方法具有一定的人为随机性，容易出现多次后人为因素造成的错误。因为要多次核对，最后出图纸的精确度也不高，这就造成了在设计过程中留下的很多误差，最后在施工图纸时难以处理。

5、BIM 正向建筑设计与传统建筑设计模式的对比

传统的建筑规划设计过程基本上是以Autocad 作为总平面的规划制图，以天正与CAD 融合做单体平面，以Sketch Up 作为建筑的模型设计，以渲染公司作为外部效果的渲染，以CAD 和天正作为平面图剖面图的设计。

BIM 正向设计过程规则是不同的。

（1）工程前期，在工程设计中，先确定工程实际的坐标位置，然后用BIM 系统软件来设定实际参考点和模型参考点，这个过程必须结合AUTOCAD 软件。

（2）在前期的规划设计中，CAD 单线就能达到设计的户型要求，这个阶段无须进行2D3D 的匹配，也不适合提前进行BIM 的3D 建模。

（3）BIM 可以在方案的平面设计阶段，将各个单元的房间套内面积，公区面积，指标等精确地计算显示出来，以防止人工的错误计算，CAD 的结果可逐渐转换为BIM的结果。

（4）BIM 在单体建模阶段具有很高的应用价值，它可以保证平面图形与造型之间的精确匹配，可以通过三维化的思维模式进行思考，并可以即时地分析出各个不同的平面或者形状变化之间的关系。

（5）在绘制出图过程中，BIM 可以实现对模型的自动修正，实现对平立剖图纸自动生成。

（6）在扩展阶段，可完成外立面控制与方案规划图的连续设计，并对分色图、材料图、门窗表进行统计。

（7）在施工图纸的设计中，方便了与水电等相关部门的配合，方便了与装配式、幕墙班组等部门的沟通，方便了工程质量的监控和碰撞检测，以及整合整个智能建筑系统。

在设计过程中，由于投资方、政府政策、设计决策等因素的变化，使设计过程中的修改得到最有效地解决，实现实时修改和实时绘制。因此，在复杂的三维空间建模中，BIM 技术将发挥更大的功能和更高的效率和精确度。准确匹配的数据和实时的交互也是BIM 正向设计的优点。

6、BIM 技术在建筑设计阶段的正向设计应用探索

6.1 BIM 技术在方案设计阶段的场地分析应用

设计方案是工程建设成功与否的重要因素，设计方案的制定过程中出现了问题，对工程施工的改造费用会造成很大的影响，所以工程设计阶段一定要精益求精。施工现场的情况分析是进行工程设计的前提，必须对施工现场的情况有一个清晰的认识，才能做出科学的规划与设计。

BIM 技术在建筑设计规划中可以用于场地的评价，BIM 技术可以对方案的场地进行高效地定量化，例如利用BIM 技术可以对场地的光照状况、场地的舒适度、噪音等进行定量。建筑规划前期，建筑设计师不仅要根据现场的实际状况，还要对当地的文化、地理、建筑外形等进行全面的研究和考察分析，对这三个方面做到全局处理分析，不断完善建筑设计。

6.2 BIM 技术在方案深化设计阶段的应用

初步设计是由设计师依据现场和设计构思而成的一个基本的设计架构，并为后续的工艺及工程设计提供依据。BIM 技术能使工程设计人员更有效地进行项目设计，通过BIM 技术，可以实现对不同领域的信息进行实时修正和模型更新；此外，利用BIM 技术建立的建筑模型，可以对人流疏散方式、建筑资源能耗进行评估，建筑设计人员可以对建筑模型进行最优解。BIM 模型和信息可以有效地协调建筑前期设计、中期施工和后期管理维护的全过程，从而加快决策进程，提高决策质量，提高投资收益。

6.3 BIM 技术在施工图和详图设计阶段的应用

建筑项目施工图是工作人员现场进行施工作业的主要参考，所以建筑项目施工图必须要保证数据的精准性、符合国家统一的绘图标准，并且能够联动修改。基于BIM技术生成的建筑项目施工图是可以在系统上进行变动和更新的，BIM 系统中的各个详图也可以实现协同联动。将BIM 技术的建筑正向设计应用于施工图和详图设计阶段，不仅可以提高施工图和详图设计的精确性，同时方便建筑工程师对设计图的细节进行修改和完善，极大地提高了设计工作的效率，节省了设计工作的时间，并且还能保证由BIM 系统导出的施工图和详图是一致的。

6.4 BIM 技术在结构性能分析中的应用

BIM 技术是一种应用于建筑工程的设计方法。通过BIM 技术，可以对整个结构进行分析，通过对整个结构进行优化，使其变得更为稳定。另外，BIM 中的相应函数可以分析出建筑物的结构特性，从而实现基于以实测资料为基础的分析更加准确和快速。比如，对于地下室的结构，采用BIM 技术，可以有效地进行管线的布置，避免发生管道冲撞的情况，从而达到节省建材的目的。在分析时出现的问题，要进行改进，并对结构设计做优化。

6.5 BIM 技术在机电深化设计应用

在建筑工程设计中，三位一体的建筑模型能够使管线工程设施的布置达到最优。在大规模、复杂化的工程中，管线设施的最佳配置直接关系到工程的整体施工进程。在BIM 技术的基础上，通过对各种管线进行计算机数据的分析避免碰撞，以提高工程的质量、缩短工期和节省费用。Revit 系统模块为用户提供了丰富的族类文档库，可以在Revit 模式下迅速地进行配置。另外，MagiCAD 还能为Revit 搭建一个统一的开放式项目管理体系提供支持；通过智能管线的水力学计算公式，方便了预留孔洞的作用，大型的家族库能够进行建筑物管线的碰撞检测，从而能够及时的检测出问题并及时处理。

6.6 BIM 技术在建立三维立体模型创造信息库时的应用

BIM 技术最大的特点就是能够根据具体的环境，通过对建筑的具体情况，输入有关的数据，生成包含了具体的、局部和外部的状况的信息，从而构建出符合实际的三维空间模型。通过该模式，可以直观、形象地看到各种建筑物的优点和不足，并能通过该模式对其进行修改，从而达到项目的施工需要。BIM 技术也可以将各个组织部件的颜色价格和各个部位之间的关系直观地呈现在产品的各个部位，这种特性为设计师和业主带来了很好的经验。将来，人们不再需要对着一成不变的房子进行幻想，而是可以通过BIM 技术在建筑中进行预先的体验，就像是在现实中一样。另外，BIM 具有很好的仿真能力，可以在遇到诸如地震、火灾等突发情况时，对避难和救援工作的路径进行仿真，以便在设计时就对其进行修正，保证其安全性和稳定性。

6.7 BIM 技术在控制生命周期内的经济成本中的应用

BIM 技术的优势和方便不仅仅表现在建筑的设计和施工模型上，而且还可以通过BIM5D 仿真的方式来控制项目的总投资。在建筑工程的三维建模工作结束后，采用BIM 技术对工程中需要使用的各种物料进行分类和数量的选取，包括名称、用量、价格等方面的综合，提供了整个工程进度分配计划。BIM 的数据信息库也能及时地更新项目的资金消耗情况，不再需要耗费大量的人力物力来进行财务状况的核算，这样不仅可以确保过程的合理性，而且可以防止因数据的缺乏而造成的资源的损耗。

结语：

综上所述，将BIM 正向设计技术应用于住宅建筑工程管理中，不仅能提高工程质量和效率，而且能使工程在施工过程种更加科学合理。BIM 的正向设计技术是一种建筑设计的创新，从设计师的构思开始，到建筑的建模和施工规划，再到最后的设计出图，通过各部门的实时共享和优化优化，最终实现了对建筑模型的信息化管理。BIM 正向设计技术的应用从根本上改变了传统设计和施工中的工作方式和工作流程，并且提高了项目的整体管理效率和管理水平。在BIM正向设计技术的基础上，不断革新工程建设，使不同行业之间的工程设计人员能够有效地进行协作，从而提高设计效率达到良好的建设效果。笔者认为，BIM 技术在建筑工程中的不断改进和优化，将会彻底扭转过去爆出的“翻模”局面，BIM 正向设计技术将在国内的建筑领域得到越来越多的运用，并将是今后建筑设计行业发展的必需品。