BIM正向设计增效研究

摘要：BIM正向设计是实现建筑信息数字化的关键部分，也是建筑生命周期中的第一步。为了对BIM正向设计进行优化，以双百某应急学校工程为例，对不同设计方式进行了比较，分析了BIM正向设计的优势，并从协同方式、设计流程标准化以及出图原则方面提出了BIM正向设计的增效方式。通过BIM正向设计技术提高了各专业人员协同工作的效率和质量以及出图精度，避免了后续施工错误，减少返修次数，具有较好的应用效果，为后续项目BIM正向设计的应用提供了借鉴和参考。

关键词：BIM正向设计；建筑信息数字化；增效方式；建筑设计

0 引言

随着建筑业的发展和信息化时代的到来，BIM技术作为一种数字化工具，在工程中的应用越来越广泛[1-2]。在当前阶段，大部分工程或设计人员对BIM的应用处于起步阶段，通常将BIM模型用于辅助出图，汇报交流中的效果展示，或当做一种翻模工具，整个过程可以概括为“2D-3D-2D”，没有将BIM技术的作用发挥出来，也并未实现真正意义上的BIM设计[3-4]。

近年来，各建筑企业以及政府部门出台了相关政策和数字化信息标准，以促进BIM技术的发展和应用，相关学者也进行了深度研究。王浩等[5]对比分析了BIM正向设计和传统设计间的差异，分析工业项目暖通设计中BIM正向设计的应用效果，并对其存在的问题进行了总结。吴鹏鹏等[6]对BIM正向设计不同出图方式的图纸质量进行了分析，并提出相应优化措施，提高出图质量和效率。

基于此，为了提高BIM正向设计的效率，本文以双百某学校工程为例，对不同设计方式进行了比较，分析了BIM正向设计的优势，并从协同方式、设计流程标准化以及出图原则方面提出了BIM正向设计的增效方式。

1  工程概况

双百学校项目是秘鲁政府于2020年提出的“二百周年学校公共投资项目”，是由英国公司提供专业技术援助，芬兰政府作为战略合作伙伴，按照国际标准建设的基础设施项目。项目共计75所学校，分布在全国9大区，总投资42.5亿索尔，项目均采用BIM正向设计，模型采用英国Uniclass分类编码，设计模型最终交付精度为LOD400，项目建成后将惠及秘鲁全国114000多名学生。本文以双百学校中的某一学校为例，对BIM正向设计增效方法进行研究。该学校占地面积和建筑面积分别为22677m2和15572m2。

2 BIM正向设计的优势分析

2.1 二维设计与BIM正向设计的对比

与二维设设计方式不同，BIM正向设计将设计者的想法和目的以三维模型的方式进行表达，同时添加相关实测信息，直观且清晰，是工程行业设计方式以及设计思路的重要改革。BIM正向设计的特点如下：

2.1.1 数据信息的留存性

二维图纸中的图形数据主要为各类线条、注释、文字以及标注，而BIM三维模型能够以三维立体的方式，将模型展现给各方参建人员，同时每个模型构件中包含材料、颜色、尺寸等属性信息，实现了建筑信息的集成，有利于构件的设计、生产、安装以及后期运维管理。

2.1.2 实时协调性

二维设计的各专业人员在沟通交流时往往需要进行多次图纸传输，费事费力，且容易混淆图纸版本。BIM技术通过对前期设计方案与规划、工程组织计划、后期维护管理等数据的收集和整合，建立一个协作平台，使相关方能够及时、有效地沟通，为各参与主体之间的交流提供了便利。通过BIM协作平台，各单位能在线上实时查看上、下游的工程进度，并对自身工作进度进行调整，同时管理者能够及时发现影响进度的因素。

除此之外，BIM三维模型能够反映出建筑物的全部细节和特征，有利于各专业人员更好地理解建筑物设计意图的构造，防止出现二维图纸的误解。如图2所示为麦克利米曲线。图2中，PD、SD、DD、CD、PR、CA以及PO分别表示前期设计、方案设计、扩初设计、施工图、采购、施工管理以及后期运营。

图1中曲线1表示随着工程进度的开展，影响其功能和成本的能力逐渐减低；曲线2表示随着工程进度的开展，设计变更所需费用逐渐提高；曲线3和曲线4分别表示目前传统设计方法过程、通过BIM技术得出的最佳设计方法过程。从图1中能够得出，通过BIM正向设计能够在很大程度上减小工程成本。

2.2 逆向设计和正向设计的对比

在二维设计完成后，通过收集现有二维CAD图纸、实地测量资料、技术文档等建立建筑BIM模型，被称为BIM逆向设计，又被称作“翻模”，已广泛应用于各类项目的设计。在BIM逆向设计过程中，仅仅保存了少数数据信息，造成数据孤岛现象，只在设计、施工以及后期运维中的某一阶段发挥作用。

而BIM正向设计可以开始于项目规划阶段，服务时长为项目的全寿命周期，数字化信息贯穿整个项目周期。根据图1曲线能够得出，BIM技术应用于项目的时间越早，工程成本降低的幅度也越大。目前BIM逆向设计并未将BIM技术真正的优势和潜力发挥出来，仅是二维设计转变至BIM正向设计的一种过渡形式。

3 BIM正向设计存在的问题

3.1 对设计质量和设计流程的影响

目前正向设计缺少完善的标准化流程，其中较为典型的为管综设计与各专业间的协同。各公司通常根据项目情况和自身特点，来摸索制定相应的正向设计流程，在一定程度上降低了BIM正向设计速度。较高的模型精细等级和深化程度能够降低工程建设成本，但会增加设计时长，不利于施工进度的把控，因此要制定合理的建模深度标准，兼顾模型的设计质量和效率。

3.2 正向设计体系不完善

二维设计经过长时间的发展已具有完整的设计流程和体系，大多数设计单位均具有完善的设计管理体系。但BIM正向设计的设计思路、协同过程和图纸交付方式，已完全不同与二维设计，因此以往的设计体系不在适用于BIM正向设计。尤其对于国内房产行业，应改变以往“高周转”的管理方式，要融入建筑数字化信息技术。施工单位应转变边设计、边修改以及边施工的工作方式，设计师应由传统粗放式设计模式转变为精准化设计。

3.3 制度标准不完善

由于从二维设计至三维设计，暖通、电气、给排水专业的系统图和建筑构件详图的表达方式没有明确标准，导致出图时还需以二维审图为参照。而二维设计精度远小于三维模型，因此在出图时要降低图面的精细度，从而使BIM正向设计工作量大大增加。

4 BIM正向设计增效方式及效果分析

基于上述BIM正向存在的问题和特点，本文以双百某学校为例，在应用层面分析BIM正向设计的增效方式。本项目施工图正向设计时间为30d。

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4.1 协同方式的选择

BIM正向设计的协同模式通常有协同平台、链接文件以及中心文件3种。其中链接文件协同法是建立好模型文件，其他专业可将文件以链接的形式引入并参照。如机电专业设计人员可以以链接的方式，将其他专业模型参入工作界面中，由此大大缩小了模型存储量，降低了计算机的负荷以及相关硬件标准，并避免了中心文件在多专业共用情况下出现的权限释放和占用的问题。同时对权限繁琐设置程序进行了简化，有效提高了沟通和设计效率。

中心文件协同法主要用在多专业、多人协同工作的情况。由于结构和建筑模型体量较大，通常由多人共同建立，因此选择中心文件协同方式，能够提高构件建模精度以及不同构件的连接合理性，保证模型的整体质量。与单一协同方式相比，将两种协同方式进行结合能够明显提高建模效率和模型质量，实现高效协同。因此在双百应急学校BIM正向设计中，协同模式选择链接文件以及中心文件相结合的形式。

4.2 设计流程标准化

本项目为施工图和装修同步出图，正向设计增加了管综和专业协调，为了提高协同沟通效率和建模质量，制定相关设计流程，具体如图2所示。从图2中可以得到，管综设计始于建筑二次提资之后，参考现有模型机电专业，对水、暖、电等管线的标高和走向进行确定，能够大大减少各专业管线碰撞的概率，降低后期返修次数。同时可以在同一模型中将各专业管线模型进行合模处理，针对碰撞位置进行调整修改，优化管线净高，实现管线的合理排布。

除此之外，在正向设计时，各专业调用公司资源库的标准化样本文件，可根据自身需求进行调整，建立场地布置样板文件库。局部管线模型如图3所示。

4.3 改进出图原则

当前图纸审查以二维审查为主，缺少有关BIM正向设计三维出图的深度标准，因此此次出图方式为三维为主，二维为辅。BIM正向出图并非全部由三维模型导出生成的，同样可以选择在BIM软件里绘制部分二维图纸，如详图大样、系统图、通用图等。具体可通过Auto CAD为底图，添加二维内容实现。通过二、三维相结合的方式出图，不仅能够提高三维正向设计的效率，缩短设计周期，且不会对模型精度以及模型数字化的应用造成影响。

4.4 BIM正向设计效果

本工程BIM正向设计周期为28d，同等人力下二维设计周期约为20d，前者时长为后者的1.4倍。而在二维设计后往往需要进行BIM翻模，约耗费时长7d，翻模+二维设计总时长为27d，与BIM正向设计周期基本一致。BIM正向设计出图精度高，能够避免后续施工错误，减少返修次数，提高施工效率和质量，因此采用BIM正向设计具有较好的效果。

5 结束语

本文以双百某学校工程为例，对BIM正向设计、BIM逆向设计、传统二维设计进行比较，分析BIM正向设计的优势，并从协同方式、设计流程标准化以及出图原则方面，提出了BIM正向设计的增效方式。应用BIM正向设计技术，提高了各专业人员协同工作效率、质量以及出图精度，避免了后续施工错误，减少了返修次数，具有较好的应用效果，可为后续项目BIM正向设计应用提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 刘自昂，郭婧娟.基于BIM的装配式建筑施工成本控制研究[J].建筑经济，2022（3）：107-109.

[2] 李君君，李俊松，王海彦.基于BIM理念的铁路隧道三维设计技术研究[J].现代隧道技术，2016（2）：6-10.

[3] 高孙玉芳，吴霞，何孟霖，等. 基于BIM+物联网技术的装配式建筑全过程质量管理研究[J].建筑经济，2021（5）：58-61.

[4] 潘沿犁.BIM技术在建设工程全过程造价控制管理的应用[J].商业文化，2021（29）：69-71.

[5] 王浩，张涛，刘炬炜，等.BIM工业项目正向设计研究一以暖通设计为例[J].暖通空调，2023，53（S2）：185-192.

[6] 吴鹏鹏，陈洛克，李德贤.BIM正向设计成果输出问题分析与解决方法探索[J].智能建筑与智慧城市，2023（11）：85-89.