BIM正向设计的优势及其面临的挑战分析

杨廷光

(云南大学建筑与规划学院)

随着信息技术的不断进步，加快数字化发展和数字建设已经成为各行业发展的新导向。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作为建筑业数字化建设的基石，其重要性不言而喻。依托于BIM 技术的BIM 正向设计是建筑业数字化建设的关键。它可以有效提高建筑设计的效率和质量，优化设计方案，降低建设成本，有助于推动建筑业的数字化转型和升级。因此，探讨BIM 正向设计的优势及其面临的挑战，对于加快建筑业数字化发展、推动建筑产业数字转型升级以及BIM正向设计的推进具有重要的现实意义。

1 BIM正向设计概述

BIM 正向设计是相对于“BIM 逆向设计”而提出的[1]。在传统的设计模式中，一般以二维出图为导向，先完成二维图纸的绘制，再利用BIM 技术介入辅助设计和二次开发，检验设计成果和确保图模一致性，简而言之就是“先出图，后建模”。一般将上述方法称之为“BIM逆向设计”[2]。在“BIM 逆向设计”模式下，BIM 技术多为验证二维设计和二维图审服务，其本身的优势并不能完全发挥，设计效率和设计质量不高，设计缺乏全寿命周期视角。基于以上模式的缺点和不足，一种克服以上硬伤的设计模式——BIM正向设计应运而生。

BIM 正向设计是以BIM 模型为设计核心，通过BIM技术完成设计工作并形成设计成果文档的设计模式[3]。 BIM 正向设计要求设计师直接在BIM 模型中表达设计意图，并将问题前置化，实现多专业协同设计和数据共享，以达到生产力的释放和生产方式的转变。

相较于传统二维设计，BIM 正向设计的设计意图表达更直观，设计流程更简洁，设计质量和效率更高，多专业协同程度和信息共享程度更高，设计成果的呈现形式更丰富，一定程度上能够节约设计成本。 BIM 正向设计具备传统二维设计所不具备的优势，其要求也自然水涨船高。图面表达规则不仅繁杂而要求更为严格，各专业之间的协同紧密程度要求也更高，对设计师的设计经验和软件操作能力的要求也自然提高。

BIM 正向设计还提倡集成化设计，以BIM 模型为核心数据源，项目的不同阶段均可围绕同一BIM 模型进行，实现方案优化、自动化出图、一模多用等目标，实现设计与施工、运维等各个阶段的紧密衔接和信息传递，推动建筑业数字化发展。

2 BIM正向设计的优势

BIM 正向设计是BIM 技术的核心应用之一，与传统二维设计模式相比，其具有明显的优势，主要为以下几个方面。

2.1整体化的设计

在传统的设计模式中，设计流程相对分散，各专业协同设计紧密程度相对较低，图像与模型的关联性较差，设计意图表达不直观，在普遍高压缩的设计周期中，设计师的大部分时间和精力都集中在制图和修改工作上，且BIM 技术的介入也多为管线综合服务，其本身的优势所起的作用不大，这些难免会造成设计的隐形问题难以发现，项目后期的各种风险也会随之增加，项目进度和质量也将受到影响。

BIM 正向设计则可以弥补以上存在的不足，避免类似问题的出现。尽管BIM 正向设计的设计流程与传统二维设计并没有本质上的区别，但其要求设计师直接在三维模型中表达设计意图，是对传统“2D-3D-2D”设计形式的整合，即“3D-2D”[4]、。在这种设计形式下，不仅设计效果可以得到全面有效的控制，而且图纸与模型的关联性还很高，设计错漏的修改和完善只需在三维模型中进行，有效减少二维制图的反复性劳动，实现自动化出图和一定程度上的图纸合规性自动化审查，这对于目前的图纸审核是非常有利的。

此外，BIM 正向设计是整体化的设计。BIM 正向设计是以BIM 模型为设计的核心，进行高精度的多专业协同设计和实时协调，并基于BIM 技术三维可视化进行各种模拟和分析，将设计问题甚至项目后续问题前置化，提高创造性和生产力的同时还能达到数据信息的深度集成，弥补二维设计存在的设计盲区，减少设计错误，提高设计效率和质量，彻底解决专业冲突和图模一致性等问题，从而减少设计返工甚至是后期的设计变更等问题的出现，提高项目的完成度和精细度。可以说，BIM 正向设计实现了传统二维设计的设计流程进一步整合，克服了传统二维设计工作比较离散和繁琐的缺点，加强了各专业间的协作和数据交流以及资料交换，以整体性的视野完成项目的设计工作。

2.2打破信息孤岛

信息孤岛或者信息的不对称，是以二维出图为导向的传统设计模式一直存在的弊病。在传统二维设计模式中，导致信息孤岛出现的原因有很多。比如，在传统二维设计模式中，各专业的工作相对独立，协同程度不高，难以有效地共享和传递设计信息；以线条和图层为主的CAD 图形作为设计载体，往往容易造成设计意图表达不清晰或者存在主观理解的偏差；资料互提或信息传递程序冗杂，数据信息管理形式相对单一，导致信息的传递和反馈存在一定的延迟；BIM 技术在设计中实时协调的优势并未发挥，其本身仅作为验证设计和管线综合服务的工具等。以上这些问题的存在，导致了信息孤岛的出现。

基于BIM 三维可视化，实现实时协调和深层信息预留和集成的特点，BIM 正向设计可以打破传统二维设计模式存在的信息孤岛。三维可视化的设计意图表达和多样化成果展示，可以让各专业之间或者非专业人员更好的理解设计意图，一定程度上打破信息壁垒；多专业化集成化的BIM 模型建立，让BIM 模型成为一个信息综合体，通过共享BIM 模型，设计团队可以实现实时的协同设计和沟通，有效地促进信息交流和资料交叉，实现更高效的协同配合，提高设计效率和质量，打破不同专业之间存在的数据孤岛和信息隔离；BIM 正向设计基于参数化建模的特点，可以将设计信息嵌入到模型中，实现了设计参数和数据的关联和自动化更新。BIM 正向设计是BIM 技术在设计阶段的正向应用，这使得BIM 本身的优势可以得到充分发挥，通过BIM 正向设计可以打破传统设计模式存在的信息孤岛，实现信息共享。

2.3推动行业数字化

BIM 正向设计以BIM 模型为设计核心，提倡服务于项目全生命周期的设计理念，以期达到真正意义上的BIM设计，这与建筑业数字化发展的要求不谋而合。

目前，BIM 技术在我国已经进入了“深化融合阶段”[5]，在国家政策的主导下，建筑业数字化发展已经成为必然。而BIM 正向设计，作为BIM 技术的核心应用之一，是实现项目全寿命周期数字化的第一步，也是实现建筑业数字化发展的关键一部，推进BIM 正向设计对于对推动建筑行业数字化具有重要意义。

3 BIM正向设计面临的挑战

尽管BIM 正向设计具有很多明显的优势，但在应用和推广方面其仍然面临着诸多挑战，主要如下：

3.1缺乏完善的设计体系

传统的二维设计模式拥有完善的设计流程和图像表达，设计体系相对已经很完善和成熟，不论是行业还是市场都已经适应了这种设计模式，而BIM 正向设计之所以推进困难，其原因之一就是缺乏完善的设计体系。

与传统二维设计模式相比，BIM 正向设计的设计载体、制图原理不同，设计流程有所差异，协同方式和协同紧密程度不同，资料共享方式和成果交付不同，设计体系也自然会不同，而传统的粗放型设计体系俨然不适合高要求高精度的BIM 正向设计，因此BIM 正向设计的进一步推进需要构建起合适的、完善的设计体系。

要构建起适合BIM 正向设计的设计体系，需要国家的政策支持和引导，需要行业的不断实践和探索，需要企业在技术和管理方面不断完善，需要从业者具备过硬的专业素养以及转变观念认知。总之，构件起完善的设计体系，是推进BIM 正向设计的关键，这需要国家、行业和从业者等的共同努力，将各个关键环节联动起来，这样才能实现更好的BIM 正向设计，推动行业数字化发展。

3.2技术规范和数据标准不完善

目前为止，国家已经陆续出台了7部BIM国家标准，地方标准和企业标准也在增加和完善。然而，这些规范和标准多是基于二维图像表达而编制，服务于传统设计模式，适用于三维设计的技术规范和标准还有待编制和完善。

此外，国内也缺乏统一的BIM 数据交换标准。尽管国产BIM 软件已经相对成熟，但不同厂商同类型BIM 软件之间的数据交换存在一定障碍，甚至某些BIM 软件对自家以外的数据标准并不兼容，对国际BIM 数据交换标准IFC（Industry Foundation Classes）的兼容程度也有限，这对于通过国产BIM 软件实现BIM 正向设计是不利的。目前国内缺乏成熟度高和专业性强的综合BIM软件，BIM 正向设计的实现通常以国外的Autodesk Revit 软件为主，但其与国内环境存在差异，某些设计或技术的实现需要国产软件参与，而在这个过程中往往需要经历繁琐的数据转换，数据转换过程中也容易出现数据丢失或者部分数据无法识别，这对多专业协同和设计精度要求较高的BIM正向设计也是非常不利的。

因此，BIM 正向设计的推进，针对性的技术规范和统一的数据标准必不可缺。

3.3项目交付模式的制约

项目的交付模式也是制约BIM 正向设计进一步推进的原因之一。传统的项目交付模式，如DB(designbuild)模式，DBB(design-bid-build)模式等，项目各方往往责任和分工相对清晰，合同也较为明确，技术和管理也较为成熟。而BIM 正向设计的推进，不仅需要大量的成本和技术投入，对项目的勘察设计甚至总体效益提升还不明显，在此前提下设计单位更愿意采用传统的设计模式，尽管这样会使项目总体的开发成较高，开发周期较长。且在传统的项目交付模式下，设计单位所得的利益比例基本固定，而BIM 正向设计的应用，意味着同等条件下设计单位的收益将会减少，BIM 正向设计的推进自然会受到阻碍。

因此，BIM 正向技术的顺利推进，需要合适的项目交付模式。通过项目交付模式的创新和升级，保证设计单位在BIM 正向设计下获益增加甚至项目各方均有所获，那么顺利推进BIM正向设计自然不成问题。

3.4利益分配情况的制约

相较于传统二维设计模式，BIM 正向设计的实现需要设计方投入更多的成本，虽然BIM 正向设计在某些方面的效率提升远超传统模式，但总体效率提升还是不理想，甚至不如二维CAD设计模式。目前，实现BIM正向设计的主体是设计方，但设计方在传统的项目交付模式下所得利益有限，而BIM 正向设计的推进，业主和施工方所得利益提升明显，设计单位却不是关键获益者，设计方推进BIM 正向设计的积极性自然不佳，BIM 正向设计自然难以更进一步[6]。因此，利益的分配情况是制约BIM正向设计推进的原因之一。

BIM 正向设计的推进，设计方既是实施主体，又是实施的源头，而调动设计方推进正向设计的积极性，利益分配情况是关键。只有保证设计方在实施BIM 正向设计中所得收益合理甚至有所增加，BIM 正向设计的推进才得以顺利进行。而利益的重新分配，需要市场和行业的共同努力，更需要国家的政策支持。

3.5人才和技术的制约

BIM 正向设计之所以推进困难，人才和技术的制约也是其中原因。目前，国内同时具备丰富设计经验和精通BIM 软件的人才少之又少，而培养合格的人才不仅需要时间和成本，更需要大量项目的实践和经验总结，这对于提升设计方的经济效益是不利的。由此可见，人才也是关乎正向设计的进一步推进。

除人才外，技术也是BIM 正向设计实现的关键。三维设计意图的表达是通过BIM 平台实现的，而BIM 平台以软件为主。目前市场上的BIM 软件还无法做到真正意义上的全专业集成设计，如结构专业的结构计算模型与BIM 协同设计模型相对独立，电气专业某些部分难以在BIM 模型中集成，因而全专业协同设计的实现将受到限制，管理上的实时协调也比较困难。此外，想要弥补BIM 正向设计在总体设计效率和图像表达上的短板，也需要大量的技术投入。可以说，技术是实现BIM 正向设计、实现智慧建筑的根本。

4 结论与展望

BIM 正向设计的提出及推进，有效地解决了传统二维设计模式存在的诸多问题，一定程度上实现了真正意义上的BIM 设计，为建筑业数字化转型和数字化发展奠定了基础。

然而，BIM 正向设计是基于BIM 翻模应用模式的不足和局限性而提出的，其仍然以二维图纸为信息载体，仍然服务于勘察设计阶段，自动化出图存在局限性，多专业协同不全面，图面表达仍需要完善，某些三维表达效果不及二维表达，BIM 技术介入的时机仍然亟待解决，BIM出图范围有待研究，全生命周期的BIM设计和实施仍然难以在短时间内实现，而这其中种种无疑与BIM设计的初衷相悖。归根结底，国内的环境因素和时代的局限性是制约BIM正向设计推进的主要因素。

未来BIM 正向设计将过渡到BIM 设计，项目的设计不再以出图为主导，而是回归到BIM 设计的本质，项目各方共同参与，以BIM 模型为核心，贯穿全寿命周期，实现全专业全过程的高度集成化设计。