摘要：BIM正向設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)建筑信息數(shù)字化的關(guān)鍵部分，也是建筑生命周期中的第一步。為了對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以雙百某應(yīng)急學(xué)校工程為例，對(duì)不同設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了比較，分析了BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，并從協(xié)同方式、設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化以及出圖原則方面提出了BIM正向設(shè)計(jì)的增效方式。通過BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)提高了各專業(yè)人員協(xié)同工作的效率和質(zhì)量以及出圖精度，避免了后續(xù)施工錯(cuò)誤，減少返修次數(shù)，具有較好的應(yīng)用效果，為后續(xù)項(xiàng)目BIM正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：BIM正向設(shè)計(jì)；建筑信息數(shù)字化；增效方式；建筑設(shè)計(jì)

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展和信息化時(shí)代的到來，BIM技術(shù)作為一種數(shù)字化工具，在工程中的應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。在當(dāng)前階段，大部分工程或設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM的應(yīng)用處于起步階段，通常將BIM模型用于輔助出圖，匯報(bào)交流中的效果展示，或當(dāng)做一種翻模工具，整個(gè)過程可以概括為“2D-3D-2D”，沒有將BIM技術(shù)的作用發(fā)揮出來，也并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的BIM設(shè)計(jì)[3-4]。

近年來，各建筑企業(yè)以及政府部門出臺(tái)了相關(guān)政策和數(shù)字化信息標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了深度研究。王浩等[5]對(duì)比分析了BIM正向設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)間的差異，分析工業(yè)項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)中BIM正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果，并對(duì)其存在的問題進(jìn)行了總結(jié)。吳鵬鵬等[6]對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)不同出圖方式的圖紙質(zhì)量進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)優(yōu)化措施，提高出圖質(zhì)量和效率。

基于此，為了提高BIM正向設(shè)計(jì)的效率，本文以雙百某學(xué)校工程為例，對(duì)不同設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了比較，分析了BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，并從協(xié)同方式、設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化以及出圖原則方面提出了BIM正向設(shè)計(jì)的增效方式。

1  工程概況

雙百學(xué)校項(xiàng)目是秘魯政府于2020年提出的“二百周年學(xué)校公共投資項(xiàng)目”，是由英國(guó)公司提供專業(yè)技術(shù)援助，芬蘭政府作為戰(zhàn)略合作伙伴，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。項(xiàng)目共計(jì)75所學(xué)校，分布在全國(guó)9大區(qū)，總投資42.5億索爾，項(xiàng)目均采用BIM正向設(shè)計(jì)，模型采用英國(guó)Uniclass分類編碼，設(shè)計(jì)模型最終交付精度為L(zhǎng)OD400，項(xiàng)目建成后將惠及秘魯全國(guó)114000多名學(xué)生。本文以雙百學(xué)校中的某一學(xué)校為例，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)增效方法進(jìn)行研究。該學(xué)校占地面積和建筑面積分別為22677m2和15572m2。

2 BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 二維設(shè)計(jì)與BIM正向設(shè)計(jì)的對(duì)比

與二維設(shè)設(shè)計(jì)方式不同，BIM正向設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)者的想法和目的以三維模型的方式進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)添加相關(guān)實(shí)測(cè)信息，直觀且清晰，是工程行業(yè)設(shè)計(jì)方式以及設(shè)計(jì)思路的重要改革。BIM正向設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：

2.1.1 數(shù)據(jù)信息的留存性

二維圖紙中的圖形數(shù)據(jù)主要為各類線條、注釋、文字以及標(biāo)注，而BIM三維模型能夠以三維立體的方式，將模型展現(xiàn)給各方參建人員，同時(shí)每個(gè)模型構(gòu)件中包含材料、顏色、尺寸等屬性信息，實(shí)現(xiàn)了建筑信息的集成，有利于構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝以及后期運(yùn)維管理。

2.1.2 實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)性

二維設(shè)計(jì)的各專業(yè)人員在溝通交流時(shí)往往需要進(jìn)行多次圖紙傳輸，費(fèi)事費(fèi)力，且容易混淆圖紙版本。BIM技術(shù)通過對(duì)前期設(shè)計(jì)方案與規(guī)劃、工程組織計(jì)劃、后期維護(hù)管理等數(shù)據(jù)的收集和整合，建立一個(gè)協(xié)作平臺(tái)，使相關(guān)方能夠及時(shí)、有效地溝通，為各參與主體之間的交流提供了便利。通過BIM協(xié)作平臺(tái)，各單位能在線上實(shí)時(shí)查看上、下游的工程進(jìn)度，并對(duì)自身工作進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)管理者能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響進(jìn)度的因素。

除此之外，BIM三維模型能夠反映出建筑物的全部細(xì)節(jié)和特征，有利于各專業(yè)人員更好地理解建筑物設(shè)計(jì)意圖的構(gòu)造，防止出現(xiàn)二維圖紙的誤解。如圖2所示為麥克利米曲線。圖2中，PD、SD、DD、CD、PR、CA以及PO分別表示前期設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、擴(kuò)初設(shè)計(jì)、施工圖、采購(gòu)、施工管理以及后期運(yùn)營(yíng)。

圖1中曲線1表示隨著工程進(jìn)度的開展，影響其功能和成本的能力逐漸減低；曲線2表示隨著工程進(jìn)度的開展，設(shè)計(jì)變更所需費(fèi)用逐漸提高；曲線3和曲線4分別表示目前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法過程、通過BIM技術(shù)得出的最佳設(shè)計(jì)方法過程。從圖1中能夠得出，通過BIM正向設(shè)計(jì)能夠在很大程度上減小工程成本。

2.2 逆向設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)的對(duì)比

在二維設(shè)計(jì)完成后，通過收集現(xiàn)有二維CAD圖紙、實(shí)地測(cè)量資料、技術(shù)文檔等建立建筑BIM模型，被稱為BIM逆向設(shè)計(jì)，又被稱作“翻模”，已廣泛應(yīng)用于各類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。在BIM逆向設(shè)計(jì)過程中，僅僅保存了少數(shù)數(shù)據(jù)信息，造成數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，只在設(shè)計(jì)、施工以及后期運(yùn)維中的某一階段發(fā)揮作用。

而BIM正向設(shè)計(jì)可以開始于項(xiàng)目規(guī)劃階段，服務(wù)時(shí)長(zhǎng)為項(xiàng)目的全壽命周期，數(shù)字化信息貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期。根據(jù)圖1曲線能夠得出，BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目的時(shí)間越早，工程成本降低的幅度也越大。目前BIM逆向設(shè)計(jì)并未將BIM技術(shù)真正的優(yōu)勢(shì)和潛力發(fā)揮出來，僅是二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變至BIM正向設(shè)計(jì)的一種過渡形式。

3 BIM正向設(shè)計(jì)存在的問題

3.1 對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)流程的影響

目前正向設(shè)計(jì)缺少完善的標(biāo)準(zhǔn)化流程，其中較為典型的為管綜設(shè)計(jì)與各專業(yè)間的協(xié)同。各公司通常根據(jù)項(xiàng)目情況和自身特點(diǎn)，來摸索制定相應(yīng)的正向設(shè)計(jì)流程，在一定程度上降低了BIM正向設(shè)計(jì)速度。較高的模型精細(xì)等級(jí)和深化程度能夠降低工程建設(shè)成本，但會(huì)增加設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)，不利于施工進(jìn)度的把控，因此要制定合理的建模深度標(biāo)準(zhǔn)，兼顧模型的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

3.2 正向設(shè)計(jì)體系不完善

二維設(shè)計(jì)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已具有完整的設(shè)計(jì)流程和體系，大多數(shù)設(shè)計(jì)單位均具有完善的設(shè)計(jì)管理體系。但BIM正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路、協(xié)同過程和圖紙交付方式，已完全不同與二維設(shè)計(jì)，因此以往的設(shè)計(jì)體系不在適用于BIM正向設(shè)計(jì)。尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)房產(chǎn)行業(yè)，應(yīng)改變以往“高周轉(zhuǎn)”的管理方式，要融入建筑數(shù)字化信息技術(shù)。施工單位應(yīng)轉(zhuǎn)變邊設(shè)計(jì)、邊修改以及邊施工的工作方式，設(shè)計(jì)師應(yīng)由傳統(tǒng)粗放式設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)化設(shè)計(jì)。

3.3 制度標(biāo)準(zhǔn)不完善

由于從二維設(shè)計(jì)至三維設(shè)計(jì)，暖通、電氣、給排水專業(yè)的系統(tǒng)圖和建筑構(gòu)件詳圖的表達(dá)方式?jīng)]有明確標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致出圖時(shí)還需以二維審圖為參照。而二維設(shè)計(jì)精度遠(yuǎn)小于三維模型，因此在出圖時(shí)要降低圖面的精細(xì)度，從而使BIM正向設(shè)計(jì)工作量大大增加。

4 BIM正向設(shè)計(jì)增效方式及效果分析

基于上述BIM正向存在的問題和特點(diǎn)，本文以雙百某學(xué)校為例，在應(yīng)用層面分析BIM正向設(shè)計(jì)的增效方式。本項(xiàng)目施工圖正向設(shè)計(jì)時(shí)間為30d。

4.1 協(xié)同方式的選擇

BIM正向設(shè)計(jì)的協(xié)同模式通常有協(xié)同平臺(tái)、鏈接文件以及中心文件3種。其中鏈接文件協(xié)同法是建立好模型文件，其他專業(yè)可將文件以鏈接的形式引入并參照。如機(jī)電專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以以鏈接的方式，將其他專業(yè)模型參入工作界面中，由此大大縮小了模型存儲(chǔ)量，降低了計(jì)算機(jī)的負(fù)荷以及相關(guān)硬件標(biāo)準(zhǔn)，并避免了中心文件在多專業(yè)共用情況下出現(xiàn)的權(quán)限釋放和占用的問題。同時(shí)對(duì)權(quán)限繁瑣設(shè)置程序進(jìn)行了簡(jiǎn)化，有效提高了溝通和設(shè)計(jì)效率。

中心文件協(xié)同法主要用在多專業(yè)、多人協(xié)同工作的情況。由于結(jié)構(gòu)和建筑模型體量較大，通常由多人共同建立，因此選擇中心文件協(xié)同方式，能夠提高構(gòu)件建模精度以及不同構(gòu)件的連接合理性，保證模型的整體質(zhì)量。與單一協(xié)同方式相比，將兩種協(xié)同方式進(jìn)行結(jié)合能夠明顯提高建模效率和模型質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。因此在雙百應(yīng)急學(xué)校BIM正向設(shè)計(jì)中，協(xié)同模式選擇鏈接文件以及中心文件相結(jié)合的形式。

4.2 設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化

本項(xiàng)目為施工圖和裝修同步出圖，正向設(shè)計(jì)增加了管綜和專業(yè)協(xié)調(diào)，為了提高協(xié)同溝通效率和建模質(zhì)量，制定相關(guān)設(shè)計(jì)流程，具體如圖2所示。從圖2中可以得到，管綜設(shè)計(jì)始于建筑二次提資之后，參考現(xiàn)有模型機(jī)電專業(yè)，對(duì)水、暖、電等管線的標(biāo)高和走向進(jìn)行確定，能夠大大減少各專業(yè)管線碰撞的概率，降低后期返修次數(shù)。同時(shí)可以在同一模型中將各專業(yè)管線模型進(jìn)行合模處理，針對(duì)碰撞位置進(jìn)行調(diào)整修改，優(yōu)化管線凈高，實(shí)現(xiàn)管線的合理排布。

除此之外，在正向設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)調(diào)用公司資源庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化樣本文件，可根據(jù)自身需求進(jìn)行調(diào)整，建立場(chǎng)地布置樣板文件庫(kù)。局部管線模型如圖3所示。

4.3 改進(jìn)出圖原則

當(dāng)前圖紙審查以二維審查為主，缺少有關(guān)BIM正向設(shè)計(jì)三維出圖的深度標(biāo)準(zhǔn)，因此此次出圖方式為三維為主，二維為輔。BIM正向出圖并非全部由三維模型導(dǎo)出生成的，同樣可以選擇在BIM軟件里繪制部分二維圖紙，如詳圖大樣、系統(tǒng)圖、通用圖等。具體可通過Auto CAD為底圖，添加二維內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。通過二、三維相結(jié)合的方式出圖，不僅能夠提高三維正向設(shè)計(jì)的效率，縮短設(shè)計(jì)周期，且不會(huì)對(duì)模型精度以及模型數(shù)字化的應(yīng)用造成影響。

4.4 BIM正向設(shè)計(jì)效果

本工程BIM正向設(shè)計(jì)周期為28d，同等人力下二維設(shè)計(jì)周期約為20d，前者時(shí)長(zhǎng)為后者的1.4倍。而在二維設(shè)計(jì)后往往需要進(jìn)行BIM翻模，約耗費(fèi)時(shí)長(zhǎng)7d，翻模+二維設(shè)計(jì)總時(shí)長(zhǎng)為27d，與BIM正向設(shè)計(jì)周期基本一致。BIM正向設(shè)計(jì)出圖精度高，能夠避免后續(xù)施工錯(cuò)誤，減少返修次數(shù)，提高施工效率和質(zhì)量，因此采用BIM正向設(shè)計(jì)具有較好的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以雙百某學(xué)校工程為例，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)、BIM逆向設(shè)計(jì)、傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，分析BIM正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，并從協(xié)同方式、設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化以及出圖原則方面，提出了BIM正向設(shè)計(jì)的增效方式。應(yīng)用BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)，提高了各專業(yè)人員協(xié)同工作效率、質(zhì)量以及出圖精度，避免了后續(xù)施工錯(cuò)誤，減少了返修次數(shù)，具有較好的應(yīng)用效果，可為后續(xù)項(xiàng)目BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用提供借鑒和參考。

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