BIM在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張東升

前言

BIM如今在建筑行業(yè)可謂炙手可熱，從國家到地方政府都相繼出臺(tái)了大量的推動(dòng)政策。BIM前景一片大好，各大設(shè)計(jì)院、施工單位、咨詢單位的BIM團(tuán)隊(duì)如雨后春筍一般涌現(xiàn)。但是BIM到底在各個(gè)階段做什么？應(yīng)該怎么做？做到什么深度？目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和形式，完全取決于市場需求，這種情況有利有弊：利在符合市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律，弊在形成了相當(dāng)不規(guī)范的市場，當(dāng)然最終可能通過市場自身調(diào)節(jié)，優(yōu)勝劣汰。筆者希望通過在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來闡述BIM的不同應(yīng)用程度。

作為建筑行業(yè)前端的設(shè)計(jì)，在BIM應(yīng)用的過程中根據(jù)市場的需求，也分為不同程度等級(jí)的應(yīng)用，根據(jù)筆者的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，把目前設(shè)計(jì)階段的BIM劃分為五個(gè)等級(jí)，以下詳細(xì)分析介紹。

第一級(jí)“2D-3D”輔助設(shè)計(jì)

BIM原本的界定應(yīng)該是一種生產(chǎn)工具的變革和技術(shù)的進(jìn)步，從而帶動(dòng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，設(shè)計(jì)階段應(yīng)該用BIM取代傳統(tǒng)的二維工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是實(shí)際情況并非如此。

我們面臨的實(shí)際情況是90%以上的BIM項(xiàng)目都是在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)完成圖紙后進(jìn)行的，這樣的“2D-3D”的過程也可以稱之為“后BIM”。造成這種結(jié)果有多種原因，其中包括開發(fā)模式導(dǎo)致業(yè)主留給設(shè)計(jì)方的時(shí)間較短，在需要快速拿到施工許可證的前提下，方能快速建造。而目前通過BIM直接做設(shè)計(jì)需要較長的時(shí)間，因此“后BIM項(xiàng)目”占據(jù)了目前市場的主流，從而導(dǎo)致各大設(shè)計(jì)院的BIM中心及各種BIM咨詢公司的出現(xiàn)。

這種“后BIM”模式?jīng)Q定了BIM技術(shù)支持在很大程度上至多只能是幫助設(shè)計(jì)進(jìn)行“錯(cuò)、漏、碰、缺”的檢查，因此在這種模式下，被戲稱為BIM服務(wù)三件套——“基礎(chǔ)建模、碰撞檢查、管線綜合”。

基礎(chǔ)建模就是根據(jù)已有的二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行各專業(yè)模型的搭建，碰撞檢查就是通過建模過程中人為及計(jì)算機(jī)查找各專業(yè)構(gòu)件之間的碰撞沖突；管線綜合就是保證在可行性的前提下盡量優(yōu)化管線布局與排列，優(yōu)化凈高。這里需要解釋的是要做管線綜合的原因：傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖需要表達(dá)單專業(yè)系統(tǒng)完整、圖面清晰，而各專業(yè)間排圖在傳統(tǒng)模式下很難反映真實(shí)管線走向，才有了施工階段的機(jī)電安裝深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。而通過BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合能夠幫助設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的管線路由設(shè)計(jì)。

但是在這種模式下，模型的深度和精度需要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)？有個(gè)很有意思的現(xiàn)象：很多需求者都拿LOD標(biāo)準(zhǔn)作為參考，設(shè)計(jì)階段通常要達(dá)到LOD300才算符合要求。這樣明顯以偏概全的要求并不能完全適用于“后BIM”工作模式，另外國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在編制中，有些地方的相關(guān)規(guī)定或指南也對模型的深度有一定的描述，但是我們認(rèn)為在具體的操作過程中，“后BIM”模式仍然應(yīng)該分為以下三個(gè)不同等級(jí)。

L1：設(shè)計(jì)BIM三件套

通過“后BIM”輔助設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)并解決問題，目標(biāo)明確后對模型的精度就有了依據(jù)，通常情況不影響設(shè)計(jì)的構(gòu)件就可以先不做。以圖1幕墻為例，在設(shè)計(jì)BIM中只表達(dá)出設(shè)計(jì)的尺寸即可，不需要表達(dá)框料內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（型材、防火封堵等），另外直徑50mm以下的機(jī)電管線，如果對空間凈高影響不大就可以不建模（圖2）。

另外要指出的是管線綜合。在這種模式下，管綜確定的目標(biāo)是解決設(shè)計(jì)問題，控制管線對空間凈高的影響，如果確定直徑100mm以下的管線碰撞不會(huì)對凈高產(chǎn)生影響，那么大可不必去調(diào)整，可以在施工深化設(shè)計(jì)階段調(diào)整，而不是動(dòng)不動(dòng)就要求盲目做到“絕對的零碰撞”。

L2：設(shè)計(jì)BIM三件套+50mm以上管線無碰撞

在前一種模式下管線建模及管綜的深度再增加一個(gè)等級(jí)，包括要建50mm以上的管線，并調(diào)整到50mm管線不能有碰撞（圖3，4）。這種工作模式導(dǎo)致了工作量的增加，因?yàn)榇罅康募?xì)管線碰撞點(diǎn)需要調(diào)整，計(jì)算機(jī)可以幫助找到這些點(diǎn)，但具體調(diào)整還需BIM設(shè)計(jì)師自身根據(jù)可行性進(jìn)行調(diào)整，但實(shí)際情況是現(xiàn)場施工時(shí)這些碰撞點(diǎn)根本不算真正的碰撞。

L3：設(shè)計(jì)BIM三件套+所有管線無碰撞

我們總說BIM要防止過度建模，L3這個(gè)等級(jí)就屬于這種情況。通常情況下可以直接達(dá)到三維設(shè)計(jì)的程度，各專業(yè)的模型精細(xì)度非常高。如同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院在天津市第二實(shí)驗(yàn)中學(xué)項(xiàng)目外立面模型的搭建過程中，模型的清水磚墻立面在二維施工圖中已經(jīng)有非常清楚的表述，但在建模的過程中仍然依據(jù)立面進(jìn)行了同樣的重復(fù)工作（圖5～7）。如圖8的磚墻立面，磚塊的大小和磚洞的位置與實(shí)際完全一致，但是這樣的工作其實(shí)對檢測專業(yè)間碰撞并無實(shí)質(zhì)性意義，模型達(dá)到如此精度已經(jīng)可以拿來直接做設(shè)計(jì)了。

同時(shí)在教室空間布局上，課桌、座椅、講臺(tái)、黑板等的布置對空間的影響檢查也沒有任何幫助，只是徒增了工作量和模型啟動(dòng)瀏覽的時(shí)間（圖9）。在該項(xiàng)目中我們甚至把埋在面層里的地?zé)崴芏冀顺鰜?，其?shí)這部分的模型對于空間構(gòu)件碰撞檢查并無影響，另外做到所有管線無碰撞，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，對于“后BIM”來說，解決的是設(shè)計(jì)問題，模型的精度完全沒有必要達(dá)到如此高的要求（圖10）。

第二級(jí)“2.5D”輔助設(shè)計(jì)

目前，一些項(xiàng)目設(shè)計(jì)造型和空間非常復(fù)雜，依靠圖紙的二維模式很難表達(dá)清楚，因此這類項(xiàng)目無論是否業(yè)主要求應(yīng)用BIM，設(shè)計(jì)都必須借助BIM的手段來實(shí)現(xiàn)。在這類項(xiàng)目中，一部分設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，另外一部分必須采用BIM設(shè)計(jì)，我們把這類的BIM應(yīng)用稱為“2.5D”輔助設(shè)計(jì)。

青島溜冰館是非歐幾何建筑，其造型像一個(gè)蠶豆，表皮為雙曲面。表皮的設(shè)計(jì)和定位依靠二維很難表達(dá)，因此必須借助三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)表皮幕墻的定位、板塊優(yōu)化等，由三維模型來生成所需要的相關(guān)二維圖紙（圖11）。

通過2.5D輔助設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于原來很難表達(dá)的空間關(guān)系，通過模型可以清楚準(zhǔn)確地繪制，圖12為該項(xiàng)目剖面的繪制。溜冰館內(nèi)部空間跨度較大，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建筑師在繪制剖面時(shí)，難以表示錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)架關(guān)系，因此通過BIM模型直接生成剖面是最好的設(shè)計(jì)手段，而且通過模型可以生成任意想要表達(dá)位置的剖面圖。

第三級(jí)“3D”設(shè)計(jì)

第三級(jí)是BIM本來應(yīng)該的樣子，通過BIM直接做設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)的發(fā)展根本，也就是說可以通過BIM技術(shù)直接做設(shè)計(jì)，所有的二維圖紙均來源于三維模型。

上海Disney城堡項(xiàng)目從最初就決定貫徹全過程BIM設(shè)計(jì)，所有工作均由各專業(yè)設(shè)計(jì)師獨(dú)自完成設(shè)計(jì)模型，并通過相互鏈接及空間漫游等形式，檢查空間中專業(yè)間的關(guān)系，真正做到協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)通過模型生成相關(guān)所需二維圖紙，用于報(bào)審（圖13）。

當(dāng)然，目前這樣的設(shè)計(jì)流程并不是100%的圖紙都從模型中導(dǎo)出，因?yàn)橛行┫到y(tǒng)原理圖很難通過三維來表達(dá)。為滿足審批要求，必須借助一部分二維的表示方式，但是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，機(jī)電管線的走向、預(yù)留洞口都非常準(zhǔn)確，通過模型編號(hào)可自動(dòng)檢索。三維設(shè)計(jì)的好處在于，圖紙中的任何標(biāo)注信息都源于模型信息，任何修改都可自動(dòng)更新，減少了由于修改和溝通不及時(shí)所帶來的圖紙不一致的情況。

但為何這種設(shè)計(jì)模式目前卻沒有很好地被推廣？當(dāng)中有很多制約因素，其中最重要的有兩個(gè)原因：1）設(shè)計(jì)時(shí)間不夠：通過三維設(shè)計(jì)要完成的模型工作遠(yuǎn)比二維繪圖工作量大得多，原來管線間不必協(xié)調(diào)解決的碰撞問題，在三維設(shè)計(jì)時(shí)都要花時(shí)間來解決，這在項(xiàng)目整體運(yùn)作時(shí)，很難保證留給設(shè)計(jì)足夠的BIM設(shè)計(jì)時(shí)間；2）設(shè)計(jì)收費(fèi)偏低：設(shè)計(jì)取費(fèi)不斷走低是行業(yè)目前的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)費(fèi)低而設(shè)計(jì)周期又要加長，設(shè)計(jì)師的積極性就會(huì)大幅降低，一般的業(yè)主又不愿投入過高的設(shè)計(jì)費(fèi)鼓勵(lì)BIM設(shè)計(jì)。因此通過BIM直接做設(shè)計(jì)的項(xiàng)目在國內(nèi)比重非常低，普及還需要一定的時(shí)間。

第四級(jí)“IPD”設(shè)計(jì)交付

項(xiàng)目集成交付（IPD）是在建設(shè)項(xiàng)目全過程中，集成人員、系統(tǒng)、組織、實(shí)踐，整合各參與方智慧以提高項(xiàng)目績效，為業(yè)主實(shí)現(xiàn)增值、減少浪費(fèi)、效益最大化的工程項(xiàng)目交付模式。

由于集成及整合，可以最大限度地利用BIM技術(shù)，基于BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息共享，整合項(xiàng)目各專業(yè)人員達(dá)到跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)間的高效協(xié)作。結(jié)合BIM技術(shù)的IPD交付模式，使行業(yè)整體向精益化生產(chǎn)發(fā)展。

IPD的好處在于在設(shè)計(jì)階段就綜合各方力量，設(shè)計(jì)不再是一個(gè)拆解的過程。設(shè)計(jì)階段就把施工整合進(jìn)來，考慮施工因素（如柱子的拆分、樓板的施工劃分等）；同時(shí)施工也會(huì)對施工深化進(jìn)行設(shè)計(jì)，直接體現(xiàn)到模型中，由設(shè)計(jì)和施工共同完成模型。我們曾經(jīng)完成了第一個(gè)上海實(shí)驗(yàn)性的IPD交付項(xiàng)目，并成為上海市第一個(gè)數(shù)字化審圖平臺(tái)評審的項(xiàng)目（圖14）。

BIM是一種技術(shù)手段，IPD與BIM的發(fā)展方向一致，但I(xiàn)PD是一種行業(yè)生產(chǎn)模式。目前這種生產(chǎn)模式與傳統(tǒng)招投標(biāo)模式完全不同，因此也很難被推廣開來；另外IPD項(xiàng)目對設(shè)計(jì)交付審批也提出了較高要求，我們?nèi)缃窬哂蟹尚ЯΦ倪€是傳統(tǒng)的二維圖紙。因此IPD交付的模型并沒有辦法通過目前的審批流程，但是隨著BIM的普及推廣以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的改革，相信三維審批也必將會(huì)到來。

第五級(jí)深化設(shè)計(jì)

現(xiàn)在普遍存在一種現(xiàn)象，就是施工單位通常都會(huì)說設(shè)計(jì)階段的BIM模型沒有用，他們要自己重新做，這種現(xiàn)象導(dǎo)致業(yè)主通常對設(shè)計(jì)BIM模型持懷疑態(tài)度，那么到底設(shè)計(jì)模型能不能被施工單位使用？這就需要分析兩個(gè)重要的因素：1）技術(shù)上：主要體現(xiàn)在施工深化環(huán)節(jié)，并不是設(shè)計(jì)模型不好，而是施工深化如何去利用設(shè)計(jì)模型來完善施工模型；2）主觀管理層面：施工單位的管理能否真正通過BIM來指導(dǎo)施工至關(guān)重要，現(xiàn)場由于存在很多機(jī)電分包，其各自的進(jìn)場順序不一致，如果不統(tǒng)一管理，往往是誰先來誰安裝，造成施工深化BIM只停留在BIM模型，施工還按照自己原來的方式進(jìn)行，然后再根據(jù)施工完成的樣子去修改模型，造成了BIM只是滿足業(yè)主需求的一種方式。

在花木路項(xiàng)目中，首先委托BIM施工深化需求的不是開發(fā)商，而是施工單位。主觀上施工單位依賴于BIM模型完成后期施工安裝，因此對機(jī)電安裝的分包單位控制比較非常嚴(yán)格，如果不按照模型來施工，必須拆下來重新安裝（圖15）。另外，技術(shù)上我們除了按照施工規(guī)范來做深化設(shè)計(jì)模型外，還和施工單位的技術(shù)人員進(jìn)行多次交流，以確定其安裝的間距要求和習(xí)慣的安裝次序等技術(shù)問題，并通過現(xiàn)場模型與深化圖紙（由模型導(dǎo)出）進(jìn)行技術(shù)交底的方式，讓技術(shù)人員能夠清晰地理解安裝要求，并根據(jù)模型施工，因此在最終的實(shí)現(xiàn)效果上還原度非常高。

結(jié)語

BIM在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用可以說理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)卻很骨干。當(dāng)然不能一味苛求BIM要達(dá)到完全的理想狀態(tài)，即使是新加坡、韓國等應(yīng)用BIM較早的國家，其整體BIM發(fā)展情況也和中國差不多，甚至在項(xiàng)目的數(shù)量和質(zhì)量上與我們還有一定的差距。我們應(yīng)該在各種應(yīng)用層面上做到滿足各自階段應(yīng)該完成的工作內(nèi)容，提交的成果以解決各自層面的需求為準(zhǔn)，同時(shí)避免沒有必要的過度建模。

BIM的發(fā)展既依賴于設(shè)計(jì)的發(fā)展也依賴于市場的需求，因此做好BIM工作，推動(dòng)精細(xì)化設(shè)計(jì)才是最重要的。