基于BIM云平臺的協(xié)同設(shè)計管理研究

劉維躍+孔震+曾敏+徐海林+王超軍

摘要：針對BIM技術(shù)在項目設(shè)計階段的應(yīng)用，運用自主研發(fā)的BIM云平臺，建立項目設(shè)計階段中BIM技術(shù)應(yīng)用的工作流程?；趨f(xié)同理論，對平臺的工作原理和項目設(shè)計階段各參與方之間的工作關(guān)系及工作方式展開了研究，并通過案例證明了BIM云平臺能提高項目建設(shè)效率、業(yè)主滿意度、項目的可控性。本課題的研究為實現(xiàn)工程項目建設(shè)的智慧化、信息化提供決策參考。

Abstract： Aiming at the application of BIM technology in the project design stage， the BIM cloud platform independently developed is used to establish the workflow of BIM technology application in the project design stage. Based on the theory of cooperation， the working principle of the platform and the working relationship and working methods of the participants in the project design stage are studied. The case proves that the BIM cloud platform can improve the project construction efficiency， the owner's satisfaction and the controllability of project. The research of this subject will provide decision-making reference for realizing the wisdom and informationization of project construction.

關(guān)鍵詞：BIM云平臺；設(shè)計階段；協(xié)同設(shè)計；工作模式

Key words： BIM cloud platform；design stage；collaborative design；working mode

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0068-04

0 引言

住建部2015年6月印發(fā)的《關(guān)于推薦建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中強調(diào)了利用BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計，開展多專業(yè)間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作[1]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、GIS和BIM技術(shù)的興起，“互聯(lián)網(wǎng)+BIM”、“BIM+GIS”的運用，使得建設(shè)行業(yè)正面臨著一場變革。目前國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用，更多的是利用其三維可視化、碰撞檢測、優(yōu)化設(shè)計等特點，還只是簡單的BIM技術(shù)應(yīng)用，BIM技術(shù)的核心價值并沒得到充分利用。針對上述問題，本文基于BIM技術(shù)和協(xié)同管理理論，從BIM技術(shù)協(xié)同管理角度，運用BIM云平臺實現(xiàn)多方協(xié)同設(shè)計和信息集成與共享，并對其進(jìn)行分析。

1 BIM云平臺的工作原理

BIM云平臺集云計算、BIM、GIS應(yīng)用為一體，運用協(xié)同管理平臺的功能對項目進(jìn)行建設(shè)管理，實現(xiàn)項目5D建設(shè)及信息集成?；谠朴嬎慵夹g(shù)，BIM云平臺在對項目全過程進(jìn)行管理的同時可以對多個異地項目進(jìn)行管理，以下是平臺的基本工作原理。

1.1 利用CMS和項目管理模塊實現(xiàn)協(xié)同管理

CMS在項目管理中的應(yīng)用主要有如下四個作用，一是信息傳輸?shù)淖饔茫諝v安排、即時消息、文件共享等；二是對流程進(jìn)行協(xié)同，對項目工作流管理和業(yè)務(wù)流程自動化管理；三是對信息進(jìn)行協(xié)同，文檔管理、內(nèi)容管理、知識管理、搜索、記錄管理；四是對應(yīng)用進(jìn)行協(xié)同，達(dá)到不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的優(yōu)化整合[2]。根據(jù)項目管理工作的要求，項目管理模塊涉及項目生命周期的管理工作任務(wù)，包括項目基本信息、設(shè)計管理、建設(shè)管理（施工、造價管理）、運維管理，以及與企業(yè)利益緊密相關(guān)的財務(wù)管理，針對以上每個模塊下又有不同的項目管理模塊，如設(shè)計管理模塊下有前期工作、項目信息、項目策劃、設(shè)計成果、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、BIM管理、流程管理、設(shè)計變更一些子模塊。在CMS提供的協(xié)同管理功能基礎(chǔ)上，結(jié)合項目管理模塊的功能，可以實現(xiàn)對項目的協(xié)同管理。

1.2 利用BIM+3DGIS+云計算進(jìn)行協(xié)同工作

BIM云平臺利用BIM+GIS提供高精度的構(gòu)筑物的三維信息模型，而云計算技術(shù)能儲存和讀取BIM技術(shù)和GIS工作產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。云計算技術(shù)（Cloud Computing）和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，使協(xié)同設(shè)計成為可能[3，4]。平臺在設(shè)計階段、建設(shè)階段、運維階段的項目管理模塊中設(shè)置了“BIM瀏覽”功能，能查看項目模型的詳細(xì)信息，供各相關(guān)工作人員參考。GIS作為一種地理信息系統(tǒng)，能夠顯示與項目相關(guān)的基礎(chǔ)地理空間信息、地下管線狀態(tài)、地質(zhì)信息等，此外，通過GIS對軌道交通的線路、區(qū)間、站點方案進(jìn)行設(shè)計。

1.3 信息集成與共享

平臺能收錄項目全生命周期的信息文檔。建設(shè)過程中工程資料填報數(shù)據(jù)、變更簽證、各種圖紙文檔等等，這些文檔生成于各建設(shè)階段，有很強的時效性。在需要投資方、建設(shè)方、施工方、設(shè)計方、咨詢方、監(jiān)理方、相關(guān)政府主管部門等多方參與且建設(shè)周期較長的工程建設(shè)項目中，云平臺能及時收錄文檔并由參與各方共享。如咨詢方翻模后的模型上傳至平臺，后對模型的某個結(jié)構(gòu)或部件進(jìn)行設(shè)計變更并直接在平臺上直觀展現(xiàn)，這樣減少了各方的溝通和工作成本，提高了項目建設(shè)效率。對于項目，建立項目的樹狀結(jié)構(gòu)模板，對項目各類信息進(jìn)行分類管理和維護，各方在平臺上進(jìn)行文檔的傳遞和通知，各方進(jìn)入平臺查詢資料更加便捷，實現(xiàn)即時性信息集成和共享。endprint

2 BIM云平臺的協(xié)同設(shè)計應(yīng)用

BIM云平臺有設(shè)計階段功能模塊，這些功能模塊不僅提供設(shè)計階段的工程BIM模型的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，還提供設(shè)計階段的工作流程，這對于項目業(yè)主方的管控而言，更加方便進(jìn)行項目管理工作，此外，各方在平臺上溝通協(xié)作，提高了設(shè)計階段的工作效率，相比傳統(tǒng)設(shè)計階段工作模式，BIM云平臺對其進(jìn)行了整體的優(yōu)化，以天津輕軌項目為案例來論述。

2.1 基于BIM云平臺的協(xié)同設(shè)計管理

2.1.1 工程項目應(yīng)用特點

天津市某城市軌道線路，涉及地上地下軌道，部分軌道要穿河施工，技術(shù)上有一定的復(fù)雜難度，線路全長約110公里，投資大約300億，是目前全國唯一一條在全壽命周期內(nèi)使用BIM技術(shù)的軌道工程。

2.1.2 設(shè)計階段的協(xié)同模式

“協(xié)同設(shè)計”是設(shè)計階段的主導(dǎo)思想。設(shè)計階段工作的成敗與項目的成敗有著決定性的關(guān)系，傳統(tǒng)設(shè)計工作，通過圖紙來進(jìn)行專業(yè)間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換，這種方式存在著數(shù)據(jù)交換不充分、理解不完整的問題。傳統(tǒng)設(shè)計階段過程中，設(shè)計方、施工方、承包商、業(yè)主之間多是獨立的工作狀態(tài)，之間缺少有效的溝通，各方為自身利益最大化而工作，得到的項目結(jié)果并不是整體利益最大化。在項目設(shè)計階段應(yīng)用BIM云平臺，各方基于平臺溝通協(xié)作，如圖1示，例如業(yè)主、設(shè)計方通過平臺進(jìn)行信息交互工作，讀取和存儲信息數(shù)據(jù)，因此，業(yè)主可以讀取設(shè)計方在平臺上存儲的數(shù)據(jù)并通過平臺進(jìn)行溝通，避免了雙方直接溝通時的不便以及溝通不及時，同樣業(yè)主可以和其他參與方以及參與方彼此間基于平臺進(jìn)行協(xié)同設(shè)計工作，消除了傳統(tǒng)設(shè)計階段“信息孤島”的弊端。

2.1.3 設(shè)計階段項目各方工作關(guān)系

該軌道線采用總承包模式，設(shè)計階段參與各方主要有業(yè)主、設(shè)計方、咨詢方、施工方，基于協(xié)作，在設(shè)計階段建立一種互尊互信的契約關(guān)系，使各方利益緊密相連，達(dá)到共同為項目服務(wù)的目的，各參與方在項目不同時期參與建設(shè)，在方案設(shè)計階段和初步設(shè)計階段，業(yè)主作為協(xié)調(diào)者和項目利益的獲得者，在咨詢方和設(shè)計方中間起著協(xié)調(diào)和溝通的作用，在施工圖設(shè)計階段，設(shè)計已經(jīng)出圖并不斷完善，業(yè)主進(jìn)行施工招標(biāo)，施工方中標(biāo)后同設(shè)計單位和咨詢單位就設(shè)計成果交流技術(shù)意見，業(yè)主在這一階段起著協(xié)調(diào)溝通作用，其他三方通過BIM云平臺進(jìn)行聯(lián)系溝通，對設(shè)計模型提出并解決問題，實現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計。

2.2 基于BIM云平臺的協(xié)同設(shè)計工作模式

BIM云平臺提供了工作平臺，各參與方利用平臺的功能：知識管理、設(shè)計變更、BIM管理（CAD導(dǎo)入、模型導(dǎo)入）、質(zhì)量管理（質(zhì)量分析、紅線圈注、審批、提交）、進(jìn)度管理、設(shè)計管理等進(jìn)行設(shè)計階段的協(xié)同設(shè)計工作。項目設(shè)計階段分為三個階段：方案設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段，每個階段的工作需要結(jié)合平臺具備的功能進(jìn)行，各參與方依據(jù)合同內(nèi)容利用平臺功能完成設(shè)計階段工作。清華大學(xué)BIM課題組通過調(diào)查證明了設(shè)計階段采用BIM技術(shù)，超過半數(shù)的人生產(chǎn)效率提高50%，接近20%的人員生產(chǎn)效率的提升超過了100%[5]，以下是在設(shè)計階段中利用BIM云平臺的工作模式。

2.2.1 方案設(shè)計階段的工作模式

在方案設(shè)計階段，設(shè)計單位通過收集資料繪制方案設(shè)計階段圖紙，之后由業(yè)主向BIM咨詢單位提供電子版地形圖（用于搭建周邊地形、道路等信息模型）、圖紙（衛(wèi)星圖、地形圖、方案階段圖紙、周邊環(huán)境圖紙、周邊建構(gòu)筑物相關(guān)圖紙），BIM咨詢單位建立相應(yīng)的模型，模型中包含各方案的完整設(shè)計信息，并創(chuàng)建周邊環(huán)境模型與方案模型進(jìn)行整合。BIM咨詢單位檢查模型準(zhǔn)確性、完整性，根據(jù)BIM模型進(jìn)行方案階段的模擬優(yōu)化，通過規(guī)劃方案階段BIM模型，提出相關(guān)優(yōu)化建議，并作為階段性成果提交給業(yè)主，同時在業(yè)主方組織的例會上，相關(guān)單位對成果進(jìn)行確認(rèn)簽字，最終確認(rèn)優(yōu)化成果生效，用以優(yōu)化設(shè)計方案，具體工作流程見圖2。

2.2.2 初步設(shè)計階段的工作模式

設(shè)計方和BIM咨詢單位在BIM云平臺上進(jìn)行二、三維聯(lián)動，在確保BIM模型能正確表現(xiàn)設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，初步設(shè)計階段主要是進(jìn)行模擬分析工作，比如管線搬遷模擬、交通疏散模擬、地層三維可視化模擬、環(huán)境可是化仿真模擬、換乘站和重點站人員疏散模擬、風(fēng)光聲熱等綠色分析模擬，操作流程見圖3。

另外，模擬分析具有指導(dǎo)工作的作用，如地層三維可視化模擬，創(chuàng)建地層三維模型，對建筑主體周邊地層分布情況進(jìn)行可視化模擬有利于施工前業(yè)主方應(yīng)做的各項準(zhǔn)備工作，便于同施工設(shè)計溝通協(xié)調(diào)工作，通過審查地質(zhì)三維模型，能夠更好地看到施工過程中可能會遇到的問題，優(yōu)化施工，規(guī)避風(fēng)險，節(jié)省造價；管線搬遷、交通疏散模擬，建立市政管線及影響管線搬遷的周邊環(huán)境模型，分階段模擬管線搬遷方案及交通疏散情況，宏觀地做好施工前準(zhǔn)備工作，為施工設(shè)計等各單位的溝通協(xié)調(diào)提供便利，管線搬遷模擬、交通疏解模擬能更加直觀的表現(xiàn)管線搬遷等施工中可能遇到的問題，提前規(guī)避風(fēng)險，節(jié)約造價，提高質(zhì)量等。

2.2.3 施工圖設(shè)計階段的工作模式

在施工圖設(shè)計階段BIM咨詢單位根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行BIM模型搭建，并提取工程量協(xié)助業(yè)主單位進(jìn)行招標(biāo)價格的確定。施工單位通過合同簽訂與業(yè)主、設(shè)計方、咨詢單位建立相互協(xié)作的合約關(guān)系，施工方在設(shè)計階段協(xié)助BIM咨詢單位進(jìn)行管線碰撞、綜合模擬優(yōu)化，與設(shè)計單位就管線碰撞、綜合模擬優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行修改和完善，并與設(shè)計單位共同進(jìn)行設(shè)計交底和技術(shù)交底，提高施工圖的質(zhì)量。在施工圖設(shè)計階段后期，BIM咨詢單位配合業(yè)主單位和施工單位進(jìn)行設(shè)備安拆路徑模擬，對于業(yè)主而言能更好地管控現(xiàn)場，提高管理效率，節(jié)約成本；對于施工方，能在施工前看到設(shè)備安裝過程中可能存在的問題，避免后期返工，減小施工難度，節(jié)約材料成本，進(jìn)而滿足業(yè)主與設(shè)計單位的要求；對于設(shè)計方來說，施工之前進(jìn)行設(shè)備安裝拆除路徑模擬，能檢測出設(shè)計圖紙中存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計。

2.3 BIM云平臺在設(shè)計階段的應(yīng)用價值endprint

BIM云平臺在設(shè)計階段應(yīng)用的核心思想是協(xié)同項目進(jìn)行管理，相對于傳統(tǒng)設(shè)計階段，平臺的應(yīng)用提升了工作效率，提高了業(yè)主滿意度，同時增強了項目的可控性。

2.3.1 提升工作效率

在設(shè)計階段，業(yè)主、設(shè)計方、咨詢方、施工方參與設(shè)計階段工作，各方針對BIM模型以及其展現(xiàn)的設(shè)計效果進(jìn)行交流和溝通工作，BIM云平臺提升工作效率從兩個方面體現(xiàn)。一是利用BIM技術(shù)的三維可視化等特點，更直觀地展現(xiàn)設(shè)計意圖和成果，通過碰撞檢測和深化設(shè)計減少了傳統(tǒng)設(shè)計階段的反復(fù)工作，從而提高工作效率；二是BIM技術(shù)搭建的模型上傳至云平臺，參與各方可快速瀏覽模型，并對模型進(jìn)行標(biāo)記修改再上傳至云平臺，如設(shè)計變更見圖4示，在需要變更的模型部位進(jìn)行標(biāo)記，由設(shè)計方和咨詢方對模型進(jìn)行修改，并在修改后重新標(biāo)記修改部位，所做工作基于平臺完成，如此改變了傳統(tǒng)設(shè)計變更流程，提高了工作效率。

2.3.2 提高業(yè)主滿意度

在圖2、圖3中，業(yè)主對設(shè)計結(jié)果有最終審核權(quán)，在設(shè)計階段由設(shè)計單位把設(shè)計圖紙交于BIM咨詢單位進(jìn)行模型搭建，業(yè)主就BIM模型展現(xiàn)的設(shè)計成果提出意見，設(shè)計單位根據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行設(shè)計變更，再由BIM咨詢單位向業(yè)主展示變更后的成果，直到業(yè)主滿意。而傳統(tǒng)設(shè)計階段，業(yè)主對設(shè)計成果缺乏立體的感受，一般按設(shè)計方的設(shè)計進(jìn)行項目建設(shè)，比較被動。BIM云平臺應(yīng)用過程中，業(yè)主對設(shè)計方提出自己的要求和建議，并對設(shè)計成果進(jìn)行驗收，這在保證設(shè)計質(zhì)量的同時，也提高了業(yè)主的滿意度。

2.3.3 增強項目可控性

設(shè)計階段BIM云平臺的應(yīng)用使得項目可控性提高，主要體現(xiàn)在成本和質(zhì)量兩個方面。BIM咨詢單位根據(jù)模型提取工程量明細(xì)表，在后期的建造中業(yè)主會根據(jù)前期的工程量明細(xì)表控制項目的投資成本，BIM云平臺在設(shè)計階段利用BIM+GIS技術(shù)可以對項目的建造環(huán)境進(jìn)行仿真模擬分析，增強施工現(xiàn)場管控和成本控制，提高效率，節(jié)約成本。在質(zhì)量控制方面，BIM咨詢單位對BIM模型進(jìn)行管線碰撞、綜合模擬優(yōu)化等工作減少了設(shè)計上的失誤，使得正常建造中的設(shè)計變更和返工等現(xiàn)象減少，提高了項目建造質(zhì)量。

3 結(jié)語

隨著BIM技術(shù)推廣，其在項目全生命周期中的應(yīng)用經(jīng)驗會越來越成熟，本文對BIM云平臺在設(shè)計階段的集成應(yīng)用進(jìn)行研究，不足之處是限于項目建設(shè)的進(jìn)度，無法基于全生命周期的角度探索BIM云平臺在項目中的應(yīng)用效果，而是截取BIM云平臺在設(shè)計階段的應(yīng)用情況展開研究，未來研究采用定量研究的方法對BIM云平臺應(yīng)用效果進(jìn)行闡述更具說服力。

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