劉建

前言

現(xiàn)階段國內BIM的應用主要集中在設計和施工階段，運營階段的應用相對較少。而設計階段的應用主要以輔助設計為主，即在不改變傳統(tǒng)二維設計的模式下，增加BIM技術的應用，解決二維無法處理的異形曲面定位問題以及圖紙中存在的錯、漏、碰、缺等設計問題。BIM輔助設計對現(xiàn)有的設計模式影響較小，隨著設計協(xié)調時間的增加，可以在設計階段解決很多以往施工過程中才會發(fā)現(xiàn)的問題，減少設計師在施工階段的精力投入。

越來越多的項目開始全程使用BIM進行三維設計，這就要求較長的設計周期和大量的人員、時間投入，相應的設計取費也較高。BIM設計項目的業(yè)主基于對BIM技術的了解，并對項目周期、設計取費的承受能力較強，也更愿意使用BIM三維設計。而在施工階段的BIM應用主要是施工深化、施工模擬和施工管理等，以下結合實際工程進行詳細闡述。

米蘭世界博覽會中國企業(yè)聯(lián)合館

項目概況

米蘭世界博覽會中國企業(yè)聯(lián)合館于意大利米蘭，由國內企業(yè)投資、設計，部分鋼結構在國內預制，當地施工企業(yè)負責施工建造。項目總建筑面積約2 000m2，高12m，共3層，環(huán)繞中心影院的雙重坡道設計使得空間關系非常復雜，建筑師充分利用錯層、夾層等空間處理手法達到空間利用的集約化，滿足使用面積的需求（圖1～5）。

由于空間的復雜和緊湊特點，在項目前期BIM介入主要用于解決三個問題：1）建筑內部空間關系的轉換；2）建筑形體與結構的關系；3）管線路由布置。前兩個問題，利用BIM三維可視化及協(xié)同效率高的優(yōu)勢得到了很好的解決。對于第三個問題，解決的過程卻異常困難。

BIM下的管線布置和優(yōu)化

項目前期建筑師并沒有明確凈高要求，BIM主要輔助機電設計師在交錯的空間為各類管線尋找出路。隨后建筑師為了滿足盡可能高的凈高舒適性要求，吊頂基本上都貼著梁進行設計，而樓面梁的布置又極不規(guī)則，因此BIM要輔助機電設計師在不規(guī)則布置的梁中尋找最優(yōu)路徑，并確定鋼結構預留洞位置（圖6）。

原來布置管線的工作模式是：BIM工程師驗證機電設計師管線布置的路由是否可行，并提出問題及給出解決方案，由機電設計師確定后修改圖紙再交給BIM工程師復核，如此需要反復幾次才能最終解決問題。由于項目時間緊迫，我們對原工作模式進行了改進（圖7）。

在新模式下，機電設計師只提供初步的管線路由，BIM工程師對管線路由進行優(yōu)化，以尋求最佳路線；機電設計師對照BIM模型，認可管線布置路由后，所有機電圖紙中管線的具體布置均按照BIM模型中優(yōu)化好的路徑調整（圖8）。

BIM設計-施工一體化

項目中鋼結構有一部分是在國內加工，國外組裝，因此鋼結構預留洞位置和尺寸必須非常準確，否則管線就無法安裝，該項目BIM應用在設計-施工一體化上也算是一個新的嘗試。

前期鋼結構預留洞設計與制造廠家的配合過程是：機電設計師在BIM輔助下確定好機電管線路由后，由機電設計師將所需的預留洞大小與位置提給結構設計師，結構設計師再將預留洞位置提給廠家深化，相互之間都需要多次反復協(xié)調，時間長、效率低?，F(xiàn)在通過借鑒BIM管線路由布置的原則，跳過中間環(huán)節(jié)，BIM工程師直接進行深化協(xié)調。

在新模式下，梁的預留洞大小和位置，由BIM工程師根據管線情況及結構工程師定的原則來確定，BIM工程師將預留洞的布置以二維圖紙的形式提給結構深化廠家。由于廠家使用Tekla軟件（無法使用BIM模型），相對于三維模型，二維圖紙更易被其接受。結構深化廠家在Tekla中根據二維圖紙中留洞位置深化模型，并考慮加工條件，對留洞進行調整，然后直接將深化模型反提給BIM工程師，BIM工程師復核后與深化單位協(xié)調交流。在項目中，最終深化模型的留洞完全能夠滿足管線安裝要求，廠家按照Tekla模型生產加工結構構件，在滿足現(xiàn)有管線的情況下，鋼結構留洞在條件允許的情況下增加了部分預留洞，為后期可能出現(xiàn)的變更提供了空間。

項目后關于BIM的思考

BIM技術的直觀可視化和協(xié)同性有利于跨專業(yè)、跨階段的交流，特別是施工階段項目團隊在跨國、跨語言溝通交流問題上，極大降低了因語言及文化的差異帶來的困難，提高了協(xié)調效率。通過使用BIM技術，本項目才能夠在傳統(tǒng)二維設計無法推進的情況下順利完成。項目推進的過程中，我們有兩點對于BIM技術較為深刻的思考。

（1）BIM技術的應用推廣，需要建筑業(yè)改變傳統(tǒng)的協(xié)作模式，如不改變，很可能在原來的工作模式下增加協(xié)作環(huán)節(jié)和協(xié)同的復雜性，甚至可能降低效率和質量。特別是機電專業(yè)，設計階段“重系統(tǒng)輕安裝”，安裝問題主要由施工單位深化解決，而機電安裝單位一般會晚于土建總包介入，使得結構預留及凈高問題在后期才被發(fā)現(xiàn)，造成施工時的返工浪費。現(xiàn)在機電施工深化問題的解決已經提前到了設計階段，讓機電設計師把更多精力放到系統(tǒng)的設計上，在設計階段考慮施工深化問題，采用BIM新技術及新的協(xié)作模式能夠很好地解決設計-施工一體化實施中出現(xiàn)的問題。

（2）BIM技術的高效應用需要BIM工程師具備相當強的專業(yè)技術能力，這樣才能真正幫助設計師解決問題，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。很多BIM使用者僅把BIM看作一個建模軟件，希望一個BIM工程師包攬所有專業(yè)的建模。一個項目動輒幾千甚至上萬個碰撞問題，卻不提供專業(yè)篩選后的問題報告，甚至直接使用軟件導出的問題報告。這對于設計師不僅沒有任何幫助，反而降低了工作效率，更會造成設計師對BIM技術的抵觸。

雖然嚴格上講，本項目可能不算是完整意義上的設計-施工一體化項目，但是由于項目的特殊性，我們借助BIM技術，已經在很大程度上實現(xiàn)了部分設計-施工一體化。

BIM助力設計-施工設計案例

項目背景

本項目建筑面積約3 000m2，業(yè)主為外方（圖9）。在項目已經采用傳統(tǒng)設計模式完成了施工圖紙，并通過了審圖之后，方案又要進行大規(guī)模調整，需要重新出圖。在這種情況下，業(yè)主想采用BIM技術改變傳統(tǒng)設計、施工模式，采用設計-施工一體化模式，在設計階段實現(xiàn)BIM設計、深化、算量的目標，施工單位使用BIM模型招標、施工，減少施工返工浪費（圖10）。

傳統(tǒng)算量與BIM算量

為了在設計過程中解決算量、施工問題，業(yè)主特別聘請造價顧問和施工顧問，在設計階段把可能對造價與施工造成影響的因素考慮進來，提前考慮算量和施工的可行性，并提供可行的優(yōu)化方案（圖11，12）。

要使用模型算量，對模型深度的要求非常高，所有專業(yè)的各類構件都要在模型中創(chuàng)建。這就要求部分構件需要重新做族，同時已有的構件二維圖例與國家和業(yè)主的標準不一致，這就需要增加大量的工作來滿足原來二維出圖的制圖標準。

為了保證BIM算量準確，該項目采用傳統(tǒng)算量和模型算量兩種方式同時進行，用傳統(tǒng)算量來驗證模型算量的準確性。經過對比，發(fā)現(xiàn)梁板柱均比傳統(tǒng)算量要多，后來經過仔細核對，發(fā)現(xiàn)模型中沒有進行扣減，所以造成算量不準確。經過調整模型，考慮扣減后，兩者基本一致。而對于鋼筋算量，也局部嘗試使用模型計算，由于模型工作量太大，并沒有全部采用，部分采用傳統(tǒng)方法計算得出（圖13）。

本項目雖然體量不大，但是設計團隊出圖卻歷時近9個月，采用BIM模型出圖。原來只在詳圖中表達的內容也全部在模型中得以表現(xiàn)。例如，為了避免由于閥門組件詳圖只有二維圖紙，但沒有在三維模型中表達，會造成閥門組件空間不足和施工返工，BIM設計模型均考慮了安裝及維修的問題，達到了施工深化深度，BIM設計階段除完成土建和機電設計外，還整合第三方的專業(yè)設備模型，解決專業(yè)設備與結構基礎的標高偏差問題（圖14，15）。

項目后關于BIM的思考

BIM技術的應用推廣需要盡快完善相應的制度及管理，以匹配技術的發(fā)展?，F(xiàn)在國家沒有正式的BIM標準，因此為了適應傳統(tǒng)的二維出圖標準，不得不削足適履，投入大量工作。本項目模型的信息遠比二維圖紙更全面和準確，但是由于審圖的需要，只能將三維信息再轉換為二維圖紙。一些復雜的閥組，由于空間關系復雜，如果采用三維導二維剖面，會造成閥門相互疊加，難以滿足出圖要求，最后只能單獨繪制二維原理圖紙來滿足審圖要求。

BIM技術的應用是一個逐步推進的過程，需要與傳統(tǒng)的技術手段配合共同解決問題。真正要實現(xiàn)BIM理念所定義的目標，需要投入大量的人力和時間，在實際應用中切忌一刀切要求使用BIM技術解決所有問題。由于建筑行業(yè)市場、管理體制和軟硬件設施等多方面的限制，在設計階段BIM技術作為一種輔助設計手段很可能會長期存在。

結語

BIM作為一種全新的理念和技術，正在引領建筑行業(yè)的變革。其作為一項在建筑設計、建造、運營全生命周期實現(xiàn)協(xié)同共享的信息技術，為我國設計、施工一體化模式的推廣提供了很好的技術平臺和解決思路。