BIM 正向設(shè)計技術(shù)在住宅設(shè)計中的應(yīng)用

文／趙璨、駱?biāo)加?、徐靜波 中國中建設(shè)計研究院有限公司 北京 100037

引言：

BIM 技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用越來越多，隨著國家的大力支持，BIM 正向設(shè)計技術(shù)的也在不斷發(fā)展，得到了越來越多專家、工程設(shè)計和施工單位的關(guān)注，這些關(guān)注也把BIM正向設(shè)計技術(shù)的發(fā)展帶入了全新的階段。BIM 正向設(shè)計技術(shù)因其具有可視化、參數(shù)化、共享化、集成化等特點(diǎn)，在國內(nèi)很多工程中已經(jīng)廣泛使用，常見的比如在房屋建筑、橋梁、地鐵等工程設(shè)計、及其建設(shè)和管理中廣泛運(yùn)用。因此，本文就BIM 正向設(shè)計技術(shù)在我國的住宅建筑工程中的運(yùn)用進(jìn)行了探討，以期推動BIM 技術(shù)不斷發(fā)展。

1、BIM 正向設(shè)計的意義

BIM 正向設(shè)計的提出是建筑行業(yè)發(fā)展、建筑設(shè)計轉(zhuǎn)型、建筑技術(shù)升級的綜合體現(xiàn)，也是跨行業(yè)的信息軟件技術(shù)、實(shí)時表現(xiàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術(shù)與專業(yè)設(shè)計技術(shù)的高度融合的起點(diǎn)。BIM 正向設(shè)計技術(shù)是走向“節(jié)約型”設(shè)計的有效途徑，走向企業(yè)數(shù)字化的重要支撐力量，成為了勘察設(shè)計企業(yè)進(jìn)軍市場的必要能力。BIM 最大價值體現(xiàn)在住宅設(shè)計階段，精準(zhǔn)的三BIM 維設(shè)計模型是實(shí)現(xiàn)信息交流與流通的有效工具，做到建筑工程信息之間的信息傳遞和共享，是BIM 技術(shù)的核心和基礎(chǔ)保證，也是改善建筑住宅設(shè)計工程質(zhì)量的重要方式和基礎(chǔ)。

2、BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中的特點(diǎn)

2.1 可視化特點(diǎn)

過去的建筑規(guī)劃設(shè)計工作大多是通過電腦、筆記本等進(jìn)行建筑設(shè)計的效果演示，并進(jìn)行建筑物現(xiàn)場的模擬仿真，便于工作人員準(zhǔn)確掌握建筑設(shè)計的具體尺寸。傳統(tǒng)的建筑造型不僅要借助外部的輔助手段來進(jìn)行仿真演示，還要有相當(dāng)?shù)南胂罅?，在腦海中用虛擬影像來描繪出建筑物的真實(shí)形象。BIM 技術(shù)在工程設(shè)計中的運(yùn)用是非常必要的，它能迅速地為設(shè)計人員提供一個模型，便于設(shè)計人員參考和討論，并據(jù)此展開修改和改進(jìn)。

2.2 協(xié)調(diào)性特點(diǎn)

在進(jìn)行工程設(shè)計時，設(shè)計師必然要與其他專業(yè)的建筑師進(jìn)行溝通交流，并進(jìn)行合作。BIM 正向設(shè)計技術(shù)在進(jìn)行協(xié)作設(shè)計時，必須事先與其他設(shè)計者確定協(xié)作模式和工作過程。BIM 正向設(shè)計技術(shù)的協(xié)作設(shè)計是一種并行的工作方式，通過BIM 正向設(shè)計技術(shù)進(jìn)行協(xié)作，能夠確保不同領(lǐng)域的建筑師實(shí)時地進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流，實(shí)現(xiàn)高效地協(xié)作。

2.3 模擬性特點(diǎn)

在工程建設(shè)開始前，工程的規(guī)劃還處于一個理論層面，不能準(zhǔn)確地判定建筑住宅工程建設(shè)中的工程設(shè)計是否具有可行性，在工程建設(shè)中容易產(chǎn)生各種問題，導(dǎo)致工程出現(xiàn)巨大損失。所以，在工程開工之前，應(yīng)對工程設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

通過BIM 正向設(shè)計技術(shù)，可以在系統(tǒng)平臺上建立一個基于BIM技術(shù)的建筑物設(shè)計方案，通過對建筑物的建模，可以獲得一些參考的資料數(shù)據(jù)，對不符合要求的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。最后，通過BIM 技術(shù)仿真模擬，修正數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)再驗(yàn)證。多年的實(shí)踐應(yīng)用表明，BIM 技術(shù)所獲得的資料數(shù)據(jù)具有很高的可信度。所以，在工程設(shè)計中，可以充分運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程建設(shè)，并運(yùn)用BIM 技術(shù)對工程建設(shè)中存在的問題進(jìn)行有效地剖析，并能在工程開工之前，對各種問題進(jìn)行預(yù)處理，確保工程建設(shè)的正常進(jìn)行。

2.4 優(yōu)化性特點(diǎn)

建設(shè)工程設(shè)計并非一朝一夕之功，整個工程的設(shè)計流程經(jīng)過了反復(fù)的修正與改進(jìn)，各行業(yè)之間的設(shè)計師們都會齊心協(xié)力，進(jìn)行著反復(fù)地論證和改進(jìn)。BIM 技術(shù)能在很大程度上降低不同行業(yè)不同專業(yè)之間的設(shè)計誤差，并通過BIM 技術(shù)對所有的變更進(jìn)行實(shí)時地修正，節(jié)約了建模反復(fù)修改的過程。BIM 正向設(shè)計技術(shù)還具備自動檢測系統(tǒng)的能力，能夠?qū)赡艽嬖诘娜毕葸M(jìn)行檢測，從而大大地提升了系統(tǒng)的工作效率。

3、BIM 技術(shù)的住宅建筑正向設(shè)計

BIM 的正向設(shè)計技術(shù)解決了建筑工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)的“翻?！眴栴}，這項(xiàng)技術(shù)為工程施工提供了一種全新的施工方法?！胺！钡漠a(chǎn)生表明，BIM 技術(shù)在工程設(shè)計中并未充分運(yùn)用，沒有全部發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用。然而，“翻?！钡拇嬖谝矠锽IM 技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化提供了新的動力，這將對BIM 技術(shù)未來的發(fā)展產(chǎn)生積極的作用。

BIM 的正向設(shè)計技術(shù)是對傳統(tǒng)的工程設(shè)計過程進(jìn)行了重新組織，在工程實(shí)施之前，工程設(shè)計人員主要圍繞BIM技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計。BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息共享、環(huán)境共享、有效協(xié)同、數(shù)據(jù)共享等功能，通過BIM 技術(shù)將不同領(lǐng)域的工程設(shè)計人員的設(shè)計結(jié)果實(shí)時呈現(xiàn)在BIM 技術(shù)平臺上，實(shí)現(xiàn)各個建筑項(xiàng)目的協(xié)同升級和優(yōu)化。

BIM 的正向設(shè)計技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，BIM 技術(shù)的建模是從設(shè)計師的構(gòu)思入手，并且要將其置于3D 的環(huán)境中進(jìn)行；第二，建立了以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑物模型，便于各個行業(yè)設(shè)計師之間的協(xié)作，并能在施工過程中實(shí)時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；第三，通過BIM 技術(shù)建立的建筑物，不僅可以在初期的設(shè)計中使用，也可以在產(chǎn)品的最終效果發(fā)布中使用。

4、BIM 正向設(shè)計需要解決的技術(shù)問題

4.1 協(xié)同工作集模式

協(xié)作的工作可以分成兩類。

（1）屬于建筑本身范圍內(nèi)，由于其設(shè)計體量過于龐大，所以必須采用分層或分區(qū)的方式進(jìn)行。在一個整體的工作集合中共同工作，以處理并行的設(shè)計過程中產(chǎn)生的矛盾和沖突，是屬于建筑師的一種內(nèi)在的協(xié)作。在常規(guī)CAD 工作方式中，這樣的情形極易發(fā)生矛盾，比如，負(fù)責(zé)平面圖和總圖紙的設(shè)計員沒有及時向變更造型和單體圖紙的設(shè)計者通報，造成了不對稱的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了大量變更的工作。對于協(xié)作工作集的模式，工作接口界面彼此明確定義。比如，一個工作集A和一個工作集 B預(yù)先設(shè)置一個許可提示。A 對B 的內(nèi)容范圍進(jìn)行了更改，會自動提示B 是否允許更改。文件在一個服務(wù)器上，每個員工和各相關(guān)部門都針對相同的核心文檔進(jìn)行編輯，所有修改都在核心文檔中，從而確保了設(shè)計的一致性。

（2）屬于不同專業(yè)范圍（如建筑學(xué)和水電、暖通工程）的交叉領(lǐng)域協(xié)作。如工程規(guī)模不大，則可以將供熱、排水、電力三大學(xué)科整合成MEP 機(jī)電REVIT 模式。設(shè)計師和裝備工程師的配合，和前一種方法一樣，但在不同的領(lǐng)域里，他們必須有意愿去主動會商。該系統(tǒng)還具有防撞檢測的特性，以保證結(jié)構(gòu)與管線之間不會發(fā)生碰撞。但是，軟件也做不到萬能，在正向設(shè)計的過程中，設(shè)計師必須要起到領(lǐng)導(dǎo)作用，對彼此之間的關(guān)系進(jìn)行及時檢驗(yàn)，以保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

4.2 出圖的標(biāo)準(zhǔn)化

在常規(guī)生產(chǎn)過程中，大部分的出圖過程都是在公司內(nèi)制定規(guī)范完成，通過手工檢驗(yàn)、天正圖集、天正圖層等軟件工具方法來進(jìn)行。但大部分項(xiàng)目方案公司對此并不重視，常常會造成工程設(shè)計圖紙的丟失和錯漏。

若使用BIM 正向設(shè)計方案，則要預(yù)先設(shè)定圖紙自身的圖紙集和標(biāo)準(zhǔn)平面斷面的樣板圖。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是，在進(jìn)行設(shè)計時，要把重復(fù)的更改和再出圖紙的方便程度都納入進(jìn)去。當(dāng)所有圖紙樣式、圖集、圖例符號被預(yù)置后，所有的設(shè)計更改都可以由軟件進(jìn)行自動輸出，從而可以省去反復(fù)的排版和印刷浪費(fèi)時間，使設(shè)計者能夠集中精力對設(shè)計進(jìn)行最優(yōu)。

4.3 單體指標(biāo)的精確性

在過往的CAD 設(shè)計中，采用多段閉合線，通過AREA 進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出，再由人工向EXCEL 中添加數(shù)據(jù)。該技術(shù)方法具有一定的人為隨機(jī)性，容易出現(xiàn)多次后人為因素造成的錯誤。因?yàn)橐啻魏藢Γ詈蟪鰣D紙的精確度也不高，這就造成了在設(shè)計過程中留下的很多誤差，最后在施工圖紙時難以處理。

5、BIM 正向建筑設(shè)計與傳統(tǒng)建筑設(shè)計模式的對比

傳統(tǒng)的建筑規(guī)劃設(shè)計過程基本上是以Autocad 作為總平面的規(guī)劃制圖，以天正與CAD 融合做單體平面，以Sketch Up 作為建筑的模型設(shè)計，以渲染公司作為外部效果的渲染，以CAD 和天正作為平面圖剖面圖的設(shè)計。

BIM 正向設(shè)計過程規(guī)則是不同的。

（1）工程前期，在工程設(shè)計中，先確定工程實(shí)際的坐標(biāo)位置，然后用BIM 系統(tǒng)軟件來設(shè)定實(shí)際參考點(diǎn)和模型參考點(diǎn)，這個過程必須結(jié)合AUTOCAD 軟件。

（2）在前期的規(guī)劃設(shè)計中，CAD 單線就能達(dá)到設(shè)計的戶型要求，這個階段無須進(jìn)行2D3D 的匹配，也不適合提前進(jìn)行BIM 的3D 建模。

（3）BIM 可以在方案的平面設(shè)計階段，將各個單元的房間套內(nèi)面積，公區(qū)面積，指標(biāo)等精確地計算顯示出來，以防止人工的錯誤計算，CAD 的結(jié)果可逐漸轉(zhuǎn)換為BIM的結(jié)果。

（4）BIM 在單體建模階段具有很高的應(yīng)用價值，它可以保證平面圖形與造型之間的精確匹配，可以通過三維化的思維模式進(jìn)行思考，并可以即時地分析出各個不同的平面或者形狀變化之間的關(guān)系。

（5）在繪制出圖過程中，BIM 可以實(shí)現(xiàn)對模型的自動修正，實(shí)現(xiàn)對平立剖圖紙自動生成。

（6）在擴(kuò)展階段，可完成外立面控制與方案規(guī)劃圖的連續(xù)設(shè)計，并對分色圖、材料圖、門窗表進(jìn)行統(tǒng)計。

（7）在施工圖紙的設(shè)計中，方便了與水電等相關(guān)部門的配合，方便了與裝配式、幕墻班組等部門的溝通，方便了工程質(zhì)量的監(jiān)控和碰撞檢測，以及整合整個智能建筑系統(tǒng)。

在設(shè)計過程中，由于投資方、政府政策、設(shè)計決策等因素的變化，使設(shè)計過程中的修改得到最有效地解決，實(shí)現(xiàn)實(shí)時修改和實(shí)時繪制。因此，在復(fù)雜的三維空間建模中，BIM 技術(shù)將發(fā)揮更大的功能和更高的效率和精確度。準(zhǔn)確匹配的數(shù)據(jù)和實(shí)時的交互也是BIM 正向設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。

6、BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計階段的正向設(shè)計應(yīng)用探索

6.1 BIM 技術(shù)在方案設(shè)計階段的場地分析應(yīng)用

設(shè)計方案是工程建設(shè)成功與否的重要因素，設(shè)計方案的制定過程中出現(xiàn)了問題，對工程施工的改造費(fèi)用會造成很大的影響，所以工程設(shè)計階段一定要精益求精。施工現(xiàn)場的情況分析是進(jìn)行工程設(shè)計的前提，必須對施工現(xiàn)場的情況有一個清晰的認(rèn)識，才能做出科學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計。

BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計規(guī)劃中可以用于場地的評價，BIM 技術(shù)可以對方案的場地進(jìn)行高效地定量化，例如利用BIM 技術(shù)可以對場地的光照狀況、場地的舒適度、噪音等進(jìn)行定量。建筑規(guī)劃前期，建筑設(shè)計師不僅要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際狀況，還要對當(dāng)?shù)氐奈幕?、地理、建筑外形等進(jìn)行全面的研究和考察分析，對這三個方面做到全局處理分析，不斷完善建筑設(shè)計。

6.2 BIM 技術(shù)在方案深化設(shè)計階段的應(yīng)用

初步設(shè)計是由設(shè)計師依據(jù)現(xiàn)場和設(shè)計構(gòu)思而成的一個基本的設(shè)計架構(gòu)，并為后續(xù)的工藝及工程設(shè)計提供依據(jù)。BIM 技術(shù)能使工程設(shè)計人員更有效地進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計，通過BIM 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對不同領(lǐng)域的信息進(jìn)行實(shí)時修正和模型更新；此外，利用BIM 技術(shù)建立的建筑模型，可以對人流疏散方式、建筑資源能耗進(jìn)行評估，建筑設(shè)計人員可以對建筑模型進(jìn)行最優(yōu)解。BIM 模型和信息可以有效地協(xié)調(diào)建筑前期設(shè)計、中期施工和后期管理維護(hù)的全過程，從而加快決策進(jìn)程，提高決策質(zhì)量，提高投資收益。

6.3 BIM 技術(shù)在施工圖和詳圖設(shè)計階段的應(yīng)用

建筑項(xiàng)目施工圖是工作人員現(xiàn)場進(jìn)行施工作業(yè)的主要參考，所以建筑項(xiàng)目施工圖必須要保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、符合國家統(tǒng)一的繪圖標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠聯(lián)動修改?；贐IM技術(shù)生成的建筑項(xiàng)目施工圖是可以在系統(tǒng)上進(jìn)行變動和更新的，BIM 系統(tǒng)中的各個詳圖也可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動。將BIM 技術(shù)的建筑正向設(shè)計應(yīng)用于施工圖和詳圖設(shè)計階段，不僅可以提高施工圖和詳圖設(shè)計的精確性，同時方便建筑工程師對設(shè)計圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行修改和完善，極大地提高了設(shè)計工作的效率，節(jié)省了設(shè)計工作的時間，并且還能保證由BIM 系統(tǒng)導(dǎo)出的施工圖和詳圖是一致的。

6.4 BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)是一種應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計方法。通過BIM 技術(shù)，可以對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其變得更為穩(wěn)定。另外，BIM 中的相應(yīng)函數(shù)可以分析出建筑物的結(jié)構(gòu)特性，從而實(shí)現(xiàn)基于以實(shí)測資料為基礎(chǔ)的分析更加準(zhǔn)確和快速。比如，對于地下室的結(jié)構(gòu)，采用BIM 技術(shù)，可以有效地進(jìn)行管線的布置，避免發(fā)生管道沖撞的情況，從而達(dá)到節(jié)省建材的目的。在分析時出現(xiàn)的問題，要進(jìn)行改進(jìn)，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計做優(yōu)化。

6.5 BIM 技術(shù)在機(jī)電深化設(shè)計應(yīng)用

在建筑工程設(shè)計中，三位一體的建筑模型能夠使管線工程設(shè)施的布置達(dá)到最優(yōu)。在大規(guī)模、復(fù)雜化的工程中，管線設(shè)施的最佳配置直接關(guān)系到工程的整體施工進(jìn)程。在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對各種管線進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)的分析避免碰撞，以提高工程的質(zhì)量、縮短工期和節(jié)省費(fèi)用。Revit 系統(tǒng)模塊為用戶提供了豐富的族類文檔庫，可以在Revit 模式下迅速地進(jìn)行配置。另外，MagiCAD 還能為Revit 搭建一個統(tǒng)一的開放式項(xiàng)目管理體系提供支持；通過智能管線的水力學(xué)計算公式，方便了預(yù)留孔洞的作用，大型的家族庫能夠進(jìn)行建筑物管線的碰撞檢測，從而能夠及時的檢測出問題并及時處理。

6.6 BIM 技術(shù)在建立三維立體模型創(chuàng)造信息庫時的應(yīng)用

BIM 技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠根據(jù)具體的環(huán)境，通過對建筑的具體情況，輸入有關(guān)的數(shù)據(jù)，生成包含了具體的、局部和外部的狀況的信息，從而構(gòu)建出符合實(shí)際的三維空間模型。通過該模式，可以直觀、形象地看到各種建筑物的優(yōu)點(diǎn)和不足，并能通過該模式對其進(jìn)行修改，從而達(dá)到項(xiàng)目的施工需要。BIM 技術(shù)也可以將各個組織部件的顏色價格和各個部位之間的關(guān)系直觀地呈現(xiàn)在產(chǎn)品的各個部位，這種特性為設(shè)計師和業(yè)主帶來了很好的經(jīng)驗(yàn)。將來，人們不再需要對著一成不變的房子進(jìn)行幻想，而是可以通過BIM 技術(shù)在建筑中進(jìn)行預(yù)先的體驗(yàn)，就像是在現(xiàn)實(shí)中一樣。另外，BIM 具有很好的仿真能力，可以在遇到諸如地震、火災(zāi)等突發(fā)情況時，對避難和救援工作的路徑進(jìn)行仿真，以便在設(shè)計時就對其進(jìn)行修正，保證其安全性和穩(wěn)定性。

6.7 BIM 技術(shù)在控制生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)成本中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)的優(yōu)勢和方便不僅僅表現(xiàn)在建筑的設(shè)計和施工模型上，而且還可以通過BIM5D 仿真的方式來控制項(xiàng)目的總投資。在建筑工程的三維建模工作結(jié)束后，采用BIM 技術(shù)對工程中需要使用的各種物料進(jìn)行分類和數(shù)量的選取，包括名稱、用量、價格等方面的綜合，提供了整個工程進(jìn)度分配計劃。BIM 的數(shù)據(jù)信息庫也能及時地更新項(xiàng)目的資金消耗情況，不再需要耗費(fèi)大量的人力物力來進(jìn)行財務(wù)狀況的核算，這樣不僅可以確保過程的合理性，而且可以防止因數(shù)據(jù)的缺乏而造成的資源的損耗。

結(jié)語：

綜上所述，將BIM 正向設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于住宅建筑工程管理中，不僅能提高工程質(zhì)量和效率，而且能使工程在施工過程種更加科學(xué)合理。BIM 的正向設(shè)計技術(shù)是一種建筑設(shè)計的創(chuàng)新，從設(shè)計師的構(gòu)思開始，到建筑的建模和施工規(guī)劃，再到最后的設(shè)計出圖，通過各部門的實(shí)時共享和優(yōu)化優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了對建筑模型的信息化管理。BIM 正向設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)設(shè)計和施工中的工作方式和工作流程，并且提高了項(xiàng)目的整體管理效率和管理水平。在BIM正向設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷革新工程建設(shè)，使不同行業(yè)之間的工程設(shè)計人員能夠有效地進(jìn)行協(xié)作，從而提高設(shè)計效率達(dá)到良好的建設(shè)效果。筆者認(rèn)為，BIM 技術(shù)在建筑工程中的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，將會徹底扭轉(zhuǎn)過去爆出的“翻?！本置妫珺IM 正向設(shè)計技術(shù)將在國內(nèi)的建筑領(lǐng)域得到越來越多的運(yùn)用，并將是今后建筑設(shè)計行業(yè)發(fā)展的必需品。