BIM正向设计的探索和研究方向

戴斌成

（广东工程职业技术学院）

1 BIM正向设计的现状

随着国家层面对BIM发展的重视和支持、市场对BIM设计需求的增加，BIM正向设计已经成为许多建设方对设计方资质考察的“敲门砖”。工程建造模式正向着预制化、标准化、装配化的方向发展，BIM技术是设计图纸和构件之间的重要信息纽带[1]。

BIM正向设计是指基于BIM技术“先建模，后出图”的设计方法，区别于“先在CAD中出图，后通过BIM软件进行三维翻模”的设计方法。BIM正向设计要求设计师将设计思想首先表达在三维模型上，并赋予相应的信息，之后再由三维模型形成对应的二维图纸。BIM正向设计的目标是使设计师能在三维的信息化平台上，直观地表达设计思想，省去“设计时由三维表达为二维，施工时由二维还原为三维”的过程，并通过计算机的参数化功能减轻设计师的一部分工作量，使设计师能够专注于设计，而非专注于绘图。

BIM设计是一次对传统项目设计流程的再造，三维设计的高集成性有别于传统设计图形+表格的设计流程，使不同维度的信息在同一平台中高度集成，有利于帮助设计人员理清项目思路，获取管理信息，在与业主合作的过程中掌握设计主动权。只有在协作模式下，实现BIM正向设计，设计院才能在BIM浪潮下掌握设计主动权。协作模式一：设计院采用BIM进行设计，主动对接业主，设计数据传到施工单位，掌握设计主动权。协作模式二：设计院没有BIM设计能力，依赖于BIM咨询单位完成项目，BIM咨询单位成为业主代表，设计院失去设计主动权

2 正向设计的推广

目前，设计院开展BIM正向设计工作，主要存在几个方面的困难。

1）管理体系

目前，缺少针对BIM正向设计管理体系的指导，各个设计院在引进BIM技术后，基本都是在原有架构的基础上，根据工程进度边实践边摸索，对于存在多个生产部门的设计院，由于信息沟通的延迟性，各个生产部门可能对管理体系重复探索，造成时间、精力上的浪费。且由于缺乏整体统筹，在BIM正向设计下，可能出现同一设计院的不同生产部门采用不同管理体系的情况，产生一定混乱。

2）执行标准

目前，缺乏BIM正向设计下进行施工图设计的具体执行标准，设计人员入门困难且没有方向，给设计人员带来BIM技术无法实操的印象。且由于缺乏公认的交付标准，施工图必须在传统的CAD平台下修改后才能出施工图，从而造成了时间、精力的浪费，也无法发挥BIM技术的优越性。

3）应用软件

软件对工程的适用性和相互间接口的问题，也是当下困扰设计院的一大问题，一方面国产软件厂商掌握中国工程设计的实际需求，但是开放的设计软件精细建模能力还不够强大；另一方面国外的BIM软件功能强大，能够建立复杂精细的模型，但是尚未与国内的相关规范相配套，未能很好地在工程实践中发挥作用。

4）人才储备

人才储备是影响BIM发展的重要因素。目前BIM专职人员较少，且大部分专职从事BIM的技术人员缺乏设计经验，其工作主要以翻模为主，设计工作还是由设计师完成。因此，大部分项目都需要BIM工程师和设计师协同才能完成BIM设计，既影响了项目进度，还由于一些协同问题产生矛盾。缺乏既有设计经验又掌握BIM技术的工程师成为设计院开展BIM正向设计工作的最大障碍。

3 正向设计的优点

3.1 符合BIM理念

BIM正向设计改变了传统工程设计方法、信息交付方式和工程管理模式。多专业在三维的协作平台下协同效率显著提升。应用BIM正向设计，使工程项目全生命周期数据同源、信息同根，形成了以数据库为核心的数字交付成果，并赋予了协作模式的多样化，全面感知、协作优化、科学决策。以模型为数据载体，而不是仅作为管理手段，大幅提升设计品质。

3.2 体现BIM设计特点

传统二维设计由于设计工具及手段的限制，禁锢了设计师的创造力和生产力。设计师大部分的精力是放在制图和图纸修改上而非设计优化和空间创造上。BIM正向设计可以帮助设计师将更多精力用于设计本身，而降低在图纸和表达上的精力，从而实现对生产力的解放。利用BIM模型也可以有效降低沟通成本，尤其是非专业业主，较原来抽象的二维图纸。利用BIM模型进行多方沟通可以有效提高沟通效率。

传统设计是以提一次资换一次底图为一个迭代周期，而BIM正向设计可以是以模型同步为一次迭代周期。各专业可以更快更方便地实现信息沟通。由于模型包含参与设计的所有专业，很多设计问题都可以及时被发现，有效提高了设计质量，避免后期返工现象。

站在工程全生命周期的角度看，问题前置也不仅仅指设计阶段。这里的前置也可以理解为设计阶段设计方向的“显性”风险、施工阶段安全和质量的“显性”风险、运营阶段的故障和维护的“隐性”风险。在开展相关任务之前就提前预判风险的时间和空间，从而采取有效措施应对和化解相关风险，可有效提升工程项目的质量和安全。

BIM设计自带协同。相比传统二维设计，三维设计迭代周期短，问题暴露全面。在建筑专业内部，因为设计体量过大，需要分楼栋或分区设计，为了同时解决设计的冲突和影响，在统一的协同工作集下工作，设计人员之间的工作界面是被清晰界定的[2]。如结构设计过程中可以连接机电模型，便于预判结构梁布置形式，提前为机电管线预留排布空间。机电专业可以在设计过程中快速查询土建布置，优化自身路由。

由于地域限制，传统CAD模式协同往往是单项的，如方案通过压缩包形式将全套图纸打包发给施工图设计单位，施工图设计单位通过压缩包将全套图纸打包发给施工单位。现有BIM软件可以通过广域网协同实现跨地域协同，各方可以存取同一个模型，在同一个模型上进行批注和修改。这就有效降低了沟通壁垒，实现理想化的实时协同。

同时，传统设计由于基于二维图形，容易出现方案设计与施工图设计的设计偏差导致项目完成度不高，效果出不来。基于BIM正向设计的项目具备直观、可视化、所见即所得的特点，因此可以更好地帮助业主实现一体化设计。

传统二维设计无法快速查询到单个构件的信息，门窗、设备参数等重要信息无法快速查询、提取，往往基于图表表示等辅助手段进行记录。BIM软件的信息留存是面向单个构件的，不仅可以方便筛选，也可以快速提取，甚至可以在不同阶段不断添加信息，其信息的全面和完整性是传统设计流程所无法企及的。

在项目实施过程中，很多在二维设计中无法得到良好解决的问题通过BIM正向设计可以得到妥善解决。同时，BIM模型也是真实物理实体的虚拟映射，设计人员能借助这个虚拟实体做更多工作，以帮助解决真实实体可能发生的设计或施工困难。

3.3 逐步实现BIM设计进阶

BIM正向设计从无到有不是一蹴而就的，BIM正向设计与常规设计对比，第一次全专业正向设计往往耗时耗力，因为有大量的图层，专用族二维平面表达，注释族、二维表达需要完善。根据评估，第一个正向协同设计项目往往两三倍于常规二维设计工作量，第二个正向设计项目往往两倍于常规二维设计工作流，第三或者第四个正向设计项目才能追平常规二维设计项目。

4 BIM正向设计研究方向

4.1 BIM正向设计项目管理方法研究

根据BIM正向设计的特点和影响正向设计效率的因素，以及BIM正向设计与企业ISO管理体系的关系，需要明确各技术岗位工作职责与工作明细，特别是BIM负责人在项目组的重要作用。针对BIM正向设计，给出方案阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段具体工作流程。由BIM部门编制《BIM正向设计项目管理指引》，主要内容包括BIM正向设计概述、BIM正向设计岗位及职责、BIM正向设计工作流程、BIM正向设计管理范例、正向设计培训内容和BIM正向设计关键技术应用等章节。以项目管理手册为指导，可以发挥BIM项目的共享、协调、模拟、优化、出图的特点，有利于提升设计和施工质量，提升项目的全生命周期有效管理和综合效益。

4.2 BIM正向设计企业技术标准研究

从总体应用和局部应用两个维度研究分析BIM技术在工程设计中的应用问题。根据国内外行业标准、地方标准和企业标准的编制规划状况，结合BIM正向设计流程和模型内容、各个设计阶段BIM应用要点，以此引导BIM正向设计的流程化实施。通过梳理企业BIM技术标准的要求，包括族库管理、色彩规则、模型内容、设计协同方法和模型深度等级等内容，实现BIM设计模型的规范性管理。BIM的实施部门编制《BIM正向设计技术标准》，内容可包括BIM设计模型管理标准，方案阶段BIM流程，初步设计阶段BIM流程，施工图阶段BIM流程，建筑、结构、机电三维设计和BIM施工图设计等。统一了相关的BIM工作规范，确定正向设计的相关流程、模型深度、施工图表达和BIM技术标准，为各专业BIM设计师提供BIM设计参考依据，提升工程在BIM设计模式下的工作效率和工作质量。

4.3 BIM三维设计及扩展应用研究

优化建筑专业三维设计标高轴网、墙体、门窗幕墙、楼板屋顶和檐口造型等建筑构件的创建方法；研究建筑各类施工平面图、立面图、剖面图、墙身详图以及二维图纸的常见处理方法；分析结构专业三维设计中各类结构构件和钢筋的建模方法、钢筋和图例信息的添加以及施工图的绘制方法；研究给排水、电气和暖通专业三维设计具体建模方法和施工图绘制方法。通过实际案例的分析，介绍BIM技术在建筑规划设计阶段和建筑节能设计阶段中的设计流程和设计方法。

4.4 BIM正向设计协同管理平台研究

基于模型的协同、文件管理、权限构件管理、非几何信息的存储、一校两审的需求，对现有设计单位协同设计架构、BIM设计需求、相关平台实现功能进行对比分析，提出了基于关系型数据库+文件服务器方式进行数模分离的正向设计协同管理平台架构。即在Revit等BIM建模平台中，进行几何模型及加工模型的建模、调整、出图等操作，并记录其构件对应的ID值，同时在正向设计管理平台中，可对该ID值进行跟踪，并在独立的数据库中，对版本、状态等信息进行单独存储，以实现校对、审核审定、工作量统计等功能。

4.5 BIM正向设计软件应用研究

对现阶段设计过程中用到的BIM软件进行了分析和评估，并给出了软件选购的建议。从建筑、结构和机电三个专业的主流软件，包括天正、鸿业和探索者的软件使用功能着手，探索各软件在设计过程中应用方案。由于现阶段各专业单个软件难以满足全过程设计需要，应考虑多个软件配套使用。在基于Revit二次开发的软件，包括向日葵结构BIM设计插件的使用功能，提出基本的个人计算机和中心服务器硬件配置建议。