■ 中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司 徐芳卉 范華冰 李文滔 肖慕穎

核心看點(diǎn)：隨著BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的不斷推廣和發(fā)展，BIM正向設(shè)計(jì)和技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)不可或缺的技能和需求，也為工程建設(shè)行業(yè)提供了可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路徑。近年來(lái)，國(guó)家和地方政府對(duì)BIM的政策要求也逐步明晰，強(qiáng)調(diào)在中大型項(xiàng)目中推廣BIM技術(shù)應(yīng)用，并推動(dòng)信息化管理。由于新冠疫情的原因，醫(yī)療建筑迅速發(fā)展，如何將BIM正向設(shè)計(jì)和BIM技術(shù)有效地運(yùn)用到中大型醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中成為了一個(gè)難題。中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中南建筑設(shè)計(jì)院”）在同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目實(shí)踐中，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)體系進(jìn)行了研究和探索。

項(xiàng)目概況

同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目（圖1）位于湖北省武漢市蔡甸區(qū)硃山路與川江池四路交匯處。項(xiàng)目定位為全國(guó)一流、華中最大的康復(fù)醫(yī)學(xué)中心，是湖北省康復(fù)治療體系補(bǔ)短板的重要項(xiàng)目。項(xiàng)目總建筑面積20.3萬(wàn)平方米，地上建筑面積14.27萬(wàn)平方米，地下建筑面積約6.04萬(wàn)平方米，包括康復(fù)醫(yī)療中心、康復(fù)培訓(xùn)中心、120急救指揮調(diào)度中心等8個(gè)子項(xiàng)（圖2）。項(xiàng)目設(shè)計(jì)創(chuàng)新獨(dú)特，打破了冰冷刻板的醫(yī)療建筑形象，將康復(fù)理念融入建筑造型中，為武漢貢獻(xiàn)超現(xiàn)代健康城市中心“脊柱”。

圖1 同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目效果圖

圖2 同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心整合模型圖

BIM正向設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

相比與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，BIM正向設(shè)計(jì)不僅引發(fā)了設(shè)計(jì)方式的全面變革，同時(shí)也帶來(lái)了一系列重要挑戰(zhàn)。在該項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨多重問題：龐大的項(xiàng)目體量與緊迫的設(shè)計(jì)周期使得BIM設(shè)計(jì)效率相對(duì)較低；跨多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目協(xié)同，提資流程繁瑣，導(dǎo)致設(shè)計(jì)管理難以精準(zhǔn)掌控，缺乏有效的過(guò)程管理工具和平臺(tái)；醫(yī)療項(xiàng)目中，平面布局和機(jī)電系統(tǒng)的復(fù)雜性，給整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和管線綜合帶來(lái)了困難；BIM正向設(shè)計(jì)圖模校審、打圖和出圖也面臨不少挑戰(zhàn)。

BIM正向設(shè)計(jì)體系研究

為了應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，中南建筑設(shè)計(jì)院基于ISO19650建設(shè)院級(jí)數(shù)字化BIM正向設(shè)計(jì)體系（圖3）。這一體系是公司推動(dòng)BIM技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵組成部分。在此次實(shí)踐過(guò)程中，公司領(lǐng)導(dǎo)層的支持和各部門各專業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的響應(yīng)執(zhí)行至關(guān)重要。公司不僅要理解BIM的戰(zhàn)略意義，還要確立相應(yīng)的資源投入、建設(shè)完善的技術(shù)支持和培訓(xùn)體系，確保BIM技術(shù)在公司內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。通過(guò)制定公司級(jí)的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)建公共數(shù)據(jù)環(huán)境、開發(fā)設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)等措施，形成了一個(gè)全面的BIM應(yīng)用體系。這些決策和策略為BIM技術(shù)在公司內(nèi)的應(yīng)用提供了戰(zhàn)略指導(dǎo)和組織保障。

圖3 BIM正向設(shè)計(jì)體系構(gòu)架圖

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的明確

BIM正向設(shè)計(jì)體系首先明確了項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括模型管理要求、正向出圖技術(shù)要求、全專業(yè)互提資料一張表、模型審查要求、設(shè)計(jì)流程管理等多個(gè)技術(shù)指導(dǎo)文件。這些標(biāo)準(zhǔn)化有助于確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一致性和高質(zhì)量。

公共數(shù)據(jù)環(huán)境的構(gòu)建

為了支持全院BIM應(yīng)用，建設(shè)了公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE），基于私有云進(jìn)行了虛擬桌面部署。這個(gè)環(huán)境統(tǒng)一了生產(chǎn)工具和數(shù)據(jù)交換，支持全院使用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理和共享，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了便利。

設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)的開發(fā)

為應(yīng)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的協(xié)同和管理需求，自主研發(fā)了設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)。該平臺(tái)涵蓋了多專業(yè)協(xié)同、三維校審、成果交付和過(guò)程質(zhì)量管控等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，成為正向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)（圖4）。該平臺(tái)的應(yīng)用成果形成了體系文件、項(xiàng)目生產(chǎn)機(jī)制、公共數(shù)據(jù)環(huán)境團(tuán)隊(duì)建設(shè)等一系列可推廣、可落地的體系建設(shè)成果。設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)是BIM正向設(shè)計(jì)體系中的核心組成，為全面實(shí)施正向設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。

圖4 設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)

BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)施

BIM設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)

設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)核心以Web端、Revit插件端和Windows應(yīng)用為基礎(chǔ)，并基于PDCA任務(wù)引擎，高效完成任務(wù)分配和設(shè)計(jì)工作（圖5），提供高度靈活性和便捷性，使設(shè)計(jì)工作更加順暢。在這個(gè)平臺(tái)上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)協(xié)同工作，確保高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)，平臺(tái)也注重?cái)?shù)據(jù)的整合與流通，確保設(shè)計(jì)過(guò)程中各項(xiàng)任務(wù)得到準(zhǔn)確追蹤和管理。

BIM設(shè)計(jì)進(jìn)度管控和設(shè)計(jì)協(xié)同提資環(huán)境

在BIM策劃階段，在設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)上對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員、協(xié)同方式和項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了策劃。將工作任務(wù)與設(shè)計(jì)模型相關(guān)聯(lián)，在平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)樹（MBS）分解，進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)、進(jìn)度、提資多環(huán)節(jié)精細(xì)化管控（圖6）。梳理BIM全過(guò)程正向設(shè)計(jì)工作流，搭建正向設(shè)計(jì)的三維協(xié)同提資環(huán)境。設(shè)計(jì)人員需嚴(yán)格按照各專業(yè)提資管控表提資，表內(nèi)標(biāo)注了各專業(yè)各階段的提資內(nèi)容（圖7），并對(duì)各專業(yè)提資時(shí)間和內(nèi)容進(jìn)行約束?？紤]模型版本迭代，設(shè)計(jì)痕跡可追可控，實(shí)打?qū)嵉囟酱僖荒５降椎恼蛟O(shè)計(jì)。

圖7 三維設(shè)計(jì)協(xié)同提資環(huán)境

同步執(zhí)行二維和三維校審

創(chuàng)新性研發(fā)的校審系統(tǒng)，可在同一平臺(tái)上同步執(zhí)行二維圖紙和三維模型校審。此平臺(tái)集成了二維圖紙和三維模型的校、審、定三級(jí)校審流程，校審意見與模型構(gòu)件和圖紙關(guān)聯(lián)，校審和設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)平臺(tái)發(fā)送和接收校審意見。設(shè)計(jì)人員可在校審平臺(tái)上快速查找、修改和回復(fù)意見，加強(qiáng)正向設(shè)計(jì)的過(guò)程質(zhì)量管控，保證圖模一致性。

正向設(shè)計(jì)優(yōu)化

項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、造型、管綜和性能分析等方面進(jìn)行了優(yōu)化。其主要設(shè)計(jì)優(yōu)化有以下三點(diǎn)：一是對(duì)康復(fù)醫(yī)療中心鋼結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行優(yōu)化?？祻?fù)醫(yī)療中心大中庭鋼結(jié)構(gòu)桁架角度不一，通過(guò)Rhino和Grasshopper優(yōu)化結(jié)構(gòu)骨架線，提取骨架線定位反提到Revit和Tekla模型中，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)深化；二是通過(guò)疏散模擬、720云全景展示、人流動(dòng)線和視線模擬分析對(duì)建筑造型、流線和室內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行分析，在滿足規(guī)范的前提下，創(chuàng)造最舒適的人流動(dòng)線和簡(jiǎn)潔明亮的空間體驗(yàn)（圖8）；三是擬定管線基本原則，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體管線綜合設(shè)計(jì)，對(duì)各子項(xiàng)進(jìn)行管線和機(jī)房深化，以及預(yù)埋套管的處理。結(jié)合廠家提資，對(duì)醫(yī)療物流井通道深化設(shè)計(jì)，驗(yàn)證是否滿足使用要求（圖9）。

圖8 720云全景展示

圖9 醫(yī)療物流通道深化設(shè)計(jì)

自主研發(fā)各類插件和平臺(tái)

為提高正向項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率和模型質(zhì)量，針對(duì)項(xiàng)目需求自主研發(fā)了一系列插件和平臺(tái)工具。一是搭建了三維醫(yī)療項(xiàng)目族庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)，并增加了二維構(gòu)件庫(kù)和標(biāo)注庫(kù)。集成醫(yī)療房間產(chǎn)品，形成醫(yī)療設(shè)計(jì)資源庫(kù)，方便復(fù)用；二是院內(nèi)自主研發(fā)的BIM出圖打圖系統(tǒng)，打通了過(guò)去BIM出圖、打圖難的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計(jì)出圖、打圖一體化流程；三是研發(fā)了總圖管井設(shè)計(jì)插件?？倛D地形高低起伏，管線高程變化多，管井設(shè)計(jì)需貼合地形及管線距離，開發(fā)總圖輔助工具，自動(dòng)調(diào)整管井高程及深度，提高設(shè)計(jì)效率。四是自主研發(fā)輕量化平臺(tái)。平臺(tái)基于LOD400的BIM模型進(jìn)行管控，通過(guò)輕量化引擎的拓展開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)模型的無(wú)損輕量化，減少模型體積約80%，避免模型太大，平臺(tái)加載緩慢的問題。

協(xié)同項(xiàng)目管理平臺(tái)

由中南建筑設(shè)計(jì)院自主研發(fā)的協(xié)同項(xiàng)目管理平臺(tái)，涵蓋八大業(yè)務(wù)管理模塊、30多個(gè)業(yè)務(wù)管理流程，通過(guò)兩端一云實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同（圖10）。項(xiàng)目全程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三維協(xié)作，輔助施工交底驗(yàn)收。采用數(shù)字化圖紙模型管控手段，輔助現(xiàn)場(chǎng)解決設(shè)計(jì)問題和接收設(shè)計(jì)變更。

圖10 BIM項(xiàng)目管理平臺(tái)

BIM正向設(shè)計(jì)研究成果

通過(guò)同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目實(shí)踐，驗(yàn)證并完善了企業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)體系。中南建筑設(shè)計(jì)院實(shí)現(xiàn)在4個(gè)月內(nèi)從項(xiàng)目策劃到出圖的全施工圖設(shè)計(jì)流程管控，相比以往節(jié)約正向設(shè)計(jì)時(shí)間20%。設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)內(nèi)匯總各專業(yè)提資成果136項(xiàng)，收集過(guò)程校審成果338條，相關(guān)提資流程60余項(xiàng)。研發(fā)的設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)及相關(guān)軟件獲得了相關(guān)專利2項(xiàng)、軟件著作權(quán)9項(xiàng)和湖北省土木科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)（圖11）。

圖11 科技創(chuàng)新成果

結(jié)語(yǔ)

面對(duì)同濟(jì)國(guó)際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心這種體量大、功能復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期短且專項(xiàng)配合多的醫(yī)療類項(xiàng)目，中南建筑設(shè)計(jì)院經(jīng)歷了一場(chǎng)BIM設(shè)計(jì)與時(shí)間的賽跑。在此次設(shè)計(jì)中，BIM正向設(shè)計(jì)體系和設(shè)計(jì)應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)讓設(shè)計(jì)落地，確保了設(shè)計(jì)質(zhì)量和周期。這次實(shí)踐也展示了公司對(duì)于創(chuàng)新技術(shù)的敏銳應(yīng)用，標(biāo)志著BIM不僅是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的催化劑，更是公司項(xiàng)目成功實(shí)施的關(guān)鍵工具，為公司在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。