基于BIM技术的数字化设计与研究

柏皓天

（中恒工程设计院有限公司）

1 引言

随着数字技术的快速发展与广泛应用，以BIM技术为主线的数字设计迎来了新的发展机遇。如何将多源异构BIM模型信息在设计阶段跨组织、跨系统地传递、共享、集成、协同和应用，是当前面临的难点问题。目前，聚焦于数字设计的集成化管理研究成果较少，如何将设计、采购、生产、物流、施工和运维各阶段串联起来是本次研究的重点[1]。

本文结合产业链的业务需求，从建筑设计到运维管理的基本规律和经济效益出发，通过设计管理协同平台形成“一个平台，多个系统，N个应用场景”的一站式服务体系。

2 项目概况及特点

项目位于成都市天府新区东南部，全长约32km，城市主干路，红线宽80m，双向12车道（主八辅4），建设总投资约150亿元。它是贯彻落实国家、省、市发展战略的城市主轴线，推动成渝双城经济圈建设的重大工程。

该项目路线长、专业多、管理难度大且信息量庞大，传统的设计模式无法实现建设单位对工程项目全生命周期、全产业链管理，主要存在如下问题：

1）项目重要性高

本项目为省重点项目，也是市政行业CIM示范项目，应发挥带头引领作用，打造成全国大数据产业生态创新示范项目。

2）管理难度大

建设单位设计管理人员协调、组织时间成本高，各单位之间沟通易出现偏差、信息不对等情况，导致建设单位意愿无法得到有效执行，影响项目的有效开展。

3）资料归档难

建设周期长，协同设计管理半径不能有效把控，存在数据断层，没有形成完整的溯源机制。

针对上述问题数字设计主要从建立设计协同管理平台，定制开发智慧勘察系统、智慧水务系统、数字档案系统等一系列专项辅助系统出发，构建一套涵盖资讯、知识、工具、方法、数据的整体解决方案。

3 数字设计简介

通过搭建数字设计管理平台，拟定BIM设计内容与深度标准，建立科学的设计协同流程，实现了多专业、多阶段以BIM为核心数据源的设计协同、信息共享以及数据贯通的理念。

针对不同业务板块，开发专项管理系统，采用“标准模块+定制开发”的组合形式，适应全部业态体系，实现建筑全生命周期各参与方在同一集成平台上数据共享，促进建筑产业链贯通和工业化建造[2]。

4 数字设计建设方案

4.1 概念设计

基于BIM +GIS技术构建三维立体空间(见图1)，构思建筑造型、材料以及装饰等效果，将设计人员置身于项目真实环境之中，从多个角度分析和探索符合设计理念的路径和结果，从而对建筑设计的可行性进行评估，做出科学合理的选择。

图1 体量分析

4.2 方案设计

在方案设计阶段采用BIM+GIS技术，可以解决传统方案设计场地分析无法量化的问题，主要从三个维度进行分析，首先利用地勘资料建立三维地质模型(见图2)，实现水文地质资料的可视化分析；

图2 三维地质模型

其次运用无人机激光雷达点云对整个项目实时三维建模，进行用地拆迁分析、土方分析，为项目规划提供基础数据；

最后基于GIS技术将遥感影像和高程模型进行投影、配准，进行高程分析、坡度分析、坡向分析等地形分析[3]，为项目路线设计提供参考依据(见图3)。

图3 地形分析

通过建立智慧勘察系统，将多源异构的地理信息模型进行集成化管理，实现了BIM数据的对接，为决策分析提供了数据支撑(见图4)。

图4 智慧勘察系统

4.3 初步设计

通过科学的设计流程，标准化的设计内容，实现专业内部与专业间的协同设计，包含设计校核、责任边界、提资规则等协同管理方案。基于BIM设计协同平台进行模型互用、协同检查并进行设计质量分析，达到优化方案与综合协调的目的(见图5)，实现整体设计周期的缩短和效率的提升。

图5 协同设计平台

4.4 施工图设计

根据图纸表达的深度不同，选择预设好的出图布局输出图纸成果。在设计过程中若进行变更操作，可实现图模联动，提高设计审查效率。对于装配式设计部分基于BIM模型进行构件拆分，进行深化设计[4]，通过扫描图纸二维码即可获得构件相关信息（如编号、类型、位置等），并可查询、上传构件制造、物流、安装进度等信息(见图6)，确保后期制造和施工阶段数据衔接的准确。

图6 深化设计图纸

5 数字设计价值提升

5.1 数据贯通

数字设计在不同阶段或不同平台之间进行模型信息传递、交换和共享，或物料分类统计时，宜对交付模型中的模型单元进行统一编码(见图7)，受建筑结构体系和企业管理的影响，模型单元样式繁多，软件自身功能无法满足需求。基于C#语言自主开发了智能编码插件[5]，来实现模型编码的批量处理，大大提高了设计效率，且设计成果统一，保证了BIM数据在跨阶段可持续设计中的无损、高效流转[6]。

图7 数据交互

5.2 可视化施工指导

基于BIM模型可视化属性进行模拟建造，结合虚拟工艺样板，有效避免作业人员技能差异造成的施工误差。通过开展线下数字设计交流培训会，提高复杂施工方案交底能力，提升项目精细化管理水平(见图8)。

图8 多终端应用

5.3 驱动业务流程

基于BIM设计模型中的信息经过数据处理与ERP、MES、PMS系统一体化贯通，与企业业务深度融合。结合数字档案系统，为整个工程建设项目的竣工验收备案、城建档案报件、运维交付提供公开透明的查询管理、留痕管理，精确把控交付过程，实现项目建设全过程信息化管理(见图9)。

图9 驱动业务流程

6 数字设计应用总结

数字设计需与产业链业务模块深度融合，强化自主研发创新能力，打通信息数据断层，提升设计数据利用效率，形成设计、管理、生产经营数据的集成解决方案，实现设计数字化、管理协同化、决策智慧化的应用目标。