建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用研究

鄭毅ZHENG Yi；萬冬君WAN Dong-jun

（北京建筑大學(xué)，北京 100044）

0 引言

當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)企業(yè)今后的發(fā)展趨勢以設(shè)計(jì)牽頭的全過程咨詢和工程總承包模式為主。這兩個方向?qū)τ谠O(shè)計(jì)企業(yè)的交互方式和服務(wù)能力，有著巨大的提升要求。同時，在當(dāng)前設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用率較高而收益率卻較低的情形下[1]，也需要設(shè)計(jì)企業(yè)從數(shù)字化的校審審批、數(shù)字化的設(shè)計(jì)能力和數(shù)字化的轉(zhuǎn)型出發(fā)，去做出更多的技術(shù)支撐和積累。設(shè)計(jì)企業(yè)如何在保證現(xiàn)有的CAD 設(shè)計(jì)效率的同時，又能滿足未來的BIM 數(shù)字化設(shè)計(jì)以及信息化管理的要求，以便于實(shí)現(xiàn)全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈的建造和管理，這對于設(shè)計(jì)企業(yè)是一個急需考慮的問題。本文基于設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用實(shí)際情況，提出設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的策略，為后續(xù)設(shè)計(jì)企業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用價值

1.1 建筑性能分析

利用專業(yè)的性能分析軟件對方案BIM 模型進(jìn)行建筑能耗、日照、通風(fēng)、采光等性能分析，通過多方面的分析，得出不符合預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并及時調(diào)整方案BIM 模型，反復(fù)推敲，直至敲定最終符合要求的建筑方案。

1.2 設(shè)計(jì)方案比選

建立方案BIM 模型后，可利用BIM 模型從結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)的角度提出建議和要求，初步分析本項(xiàng)目可采用的結(jié)構(gòu)形式、機(jī)電設(shè)備參數(shù)等，并能為后續(xù)設(shè)計(jì)提供參考。通過構(gòu)建或局部調(diào)整方式形成多個備選的設(shè)計(jì)方案BIM 模型，進(jìn)行比選，使項(xiàng)目方案的溝通討論和決策在可視化的三維仿真場景下進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的直觀和高效[2]。

1.3 設(shè)計(jì)協(xié)同

在設(shè)計(jì)階段項(xiàng)目BIM 實(shí)施過程中，協(xié)同工作主要為建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電三大塊的專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同。各專業(yè)在同一平臺上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，極大提高溝通效率，保證設(shè)計(jì)信息傳遞的及時性與完整性，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3.1 專業(yè)內(nèi)協(xié)同

專業(yè)內(nèi)協(xié)同采用“中心文件”協(xié)同方式，由建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)分別創(chuàng)建，并且僅包含本專業(yè)負(fù)責(zé)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員單獨(dú)創(chuàng)建、修改、訪問各自專業(yè)內(nèi)BIM 成果。設(shè)計(jì)單位搭建協(xié)同服務(wù)器，所有設(shè)計(jì)成果保存在協(xié)同服務(wù)器中。在服務(wù)器項(xiàng)目文件系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)為專業(yè)劃分各自的文件位置，以便分別保存、更新BIM 成果和多專業(yè)間協(xié)同。

1.3.2 專業(yè)間協(xié)同

專業(yè)間協(xié)同采用“鏈接文件”的方式，各專業(yè)將其他專業(yè)模型鏈接到本專業(yè)模型中，進(jìn)行設(shè)計(jì)參照，相互提資。當(dāng)共享BIM 成果有變更時，鏈接模型自動更新，各專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可迅速處理變更問題。

1.4 碰撞檢測與綜合協(xié)調(diào)

碰撞檢測與綜合協(xié)調(diào)基于各專業(yè)模型，通過BIM 軟件進(jìn)行各專業(yè)模型間碰撞檢測，直觀解決空間關(guān)系沖突，顯著提高管線綜合的協(xié)調(diào)能力和工作效率，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)階段圖紙誤差，避免不必要的設(shè)計(jì)錯誤傳遞到施工階段。

1.5 凈高分析

完成碰撞檢查與綜合協(xié)調(diào)后，通過BIM 軟件對各功能區(qū)域的空間凈高進(jìn)行分析，確定各功能區(qū)域的凈高合理性，并針對不滿足空間要求的區(qū)域進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)調(diào)整，給出最優(yōu)的凈空高度。

1.6 出圖

施工圖設(shè)計(jì)階段BIM 模型達(dá)到出圖深度后，二維圖紙應(yīng)通過BIM 模型生成后導(dǎo)出。出圖流程如圖1 所示[2]。出圖的線型、線寬、顏色、定位、注釋等設(shè)置均應(yīng)按BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求提前在BIM 軟件中進(jìn)行設(shè)置，以確保輸出的圖紙?jiān)诎栊畔⒌耐瑫r達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。BIM 設(shè)計(jì)出圖主要目的是減少二維設(shè)計(jì)的平面、立面、剖面的不一致性問題；盡量消除各專業(yè)間設(shè)計(jì)表達(dá)的信息不對稱；為后續(xù)設(shè)計(jì)交底、施工深化設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。

圖1 二維制圖表達(dá)BIM 應(yīng)用操作流程圖

1.7 工程量統(tǒng)計(jì)

BIM 模型通過BIM 算量軟件，進(jìn)行模型映射，算量軟件通過識別映射后模型構(gòu)件屬性，運(yùn)行提前設(shè)置好的運(yùn)算規(guī)則，進(jìn)行算量分析，導(dǎo)出BIM 工程量統(tǒng)計(jì)表。相對于傳統(tǒng)的手算圖紙工程量或單獨(dú)創(chuàng)建算量模型進(jìn)行算量，直接通過施工圖階段完成的BIM 模型所輸出的工程量更加準(zhǔn)確，也更接近現(xiàn)場實(shí)施的工程量，在保證使用功能的前提下，減少工程量，可以最大限度對成本進(jìn)行控制。

1.8 虛擬仿真及其漫游

虛擬仿真漫游是利用BIM 軟件模擬建筑物的三維空間，通過漫游、動畫的形式提供身臨其境的視覺、空間感受，及時發(fā)現(xiàn)不易察覺的設(shè)計(jì)缺陷或問題，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的損失，有利于設(shè)計(jì)與管理人員對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與方案評審，促進(jìn)工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批與管理[2]。

本章主要描述了企業(yè)設(shè)計(jì)階段BIM 應(yīng)用點(diǎn)及其意義。BIM 模型的可視化，優(yōu)化性與協(xié)調(diào)性可以展現(xiàn)其價值，解決了二維設(shè)計(jì)一直以來的痛點(diǎn)：第一是并不會出現(xiàn)類似套管設(shè)置在樓梯平臺上、加壓風(fēng)井送風(fēng)口卡在梯段中間這類三維模型一目了然而二維協(xié)作經(jīng)常發(fā)生的問題；第二是因?yàn)樘豳Y資料及圖紙等成果都在三維模型文件中，并不會出現(xiàn)因改動過多或周期過長而造成的提資資料或圖紙成果無法對應(yīng)正確版本的問題；第三是因?yàn)槟Ｐ椭挥幸粋€，當(dāng)有變更發(fā)生時，構(gòu)件的改動會使得平面、立面、剖面視圖同步修改，并不會出現(xiàn)二維協(xié)作變更過程中平面修改而剖面忘記修改或者平面、剖面修改后無法完全對應(yīng)等問題。BIM 設(shè)計(jì)大大提升了設(shè)計(jì)企業(yè)圖紙交付質(zhì)量，為后續(xù)項(xiàng)目實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用發(fā)展趨勢

目前，我國建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展分為三個階段，第一階段是BIM 翻模階段，是將標(biāo)書要求的BIM 模型外包給BIM 咨詢公司，BIM 咨詢公司根據(jù)設(shè)計(jì)師不斷更新的圖紙版本修改模型，達(dá)到“圖模一致”。最初這個模型僅作為交差使用，實(shí)際價值體現(xiàn)基本為零；后續(xù)進(jìn)行了一些基于模型的應(yīng)用，主要是通過BIM 模型的可視化，直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的“錯漏碰缺”，通過問題報(bào)告的形式反饋設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)師改圖，咨詢公司再改模型，形成閉環(huán)，BIM 模型的價值初現(xiàn)。第二階段是企業(yè)內(nèi)部組建自己的BIM 團(tuán)隊(duì)，前期是內(nèi)部團(tuán)隊(duì)翻模查錯，雖然本質(zhì)上與外包咨詢團(tuán)隊(duì)沒有大的差別，但因其在企業(yè)內(nèi)部，日常的溝通交流，組會討論更為密切，協(xié)同起來效果更加突出。后期是BIM 建模師與設(shè)計(jì)師協(xié)同設(shè)計(jì)，也稱“半正向設(shè)計(jì)”。這需要兩個前提，一是設(shè)計(jì)師要有一定的BIM 軟件基礎(chǔ)，需要具備簡單的模型搭建能力；二是BIM 建模師要把BIM 軟件項(xiàng)目樣板做好，包括但不限于視圖樣板，材料做法，項(xiàng)目族制作等，解放設(shè)計(jì)師深度學(xué)習(xí)BIM 軟件的時間成本，最大限度的提升設(shè)計(jì)效率。第三階段是真正意義上的“正向設(shè)計(jì)”，即完全由設(shè)計(jì)師用BIM 軟件進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，這個階段需要傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)師花費(fèi)大量的時間成本，在繁重的設(shè)計(jì)規(guī)范的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行BIM 軟件的學(xué)習(xí)，同時企業(yè)也要對整體的人才梯隊(duì)有一個相當(dāng)長時間的培養(yǎng)周期。

現(xiàn)階段我國建筑設(shè)計(jì)企業(yè)能實(shí)現(xiàn)第三階段的企業(yè)鳳毛麟角。因其門檻較高，能實(shí)現(xiàn)的企業(yè)首先是大型國企，BIM技術(shù)接觸的早，起步的早，然后企業(yè)內(nèi)部對BIM 技術(shù)的認(rèn)可度高，認(rèn)可BIM 設(shè)計(jì)是企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，而且由于起步早，人才梯隊(duì)與培養(yǎng)體系也足夠完善。而大部分企業(yè)走在“半正向設(shè)計(jì)”發(fā)展道路上，BIM 建模師與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)師之間如何高效協(xié)同是這些企業(yè)一直在研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

3 建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用難點(diǎn)

難點(diǎn)一是人員組織的困難。現(xiàn)階段設(shè)計(jì)師出圖任務(wù)艱巨，而且設(shè)計(jì)企業(yè)是以參與項(xiàng)目數(shù)量以及出圖數(shù)量衡量績效，但BIM 軟件的上手難度較高，學(xué)習(xí)BIM 軟件往往需要系統(tǒng)性學(xué)習(xí)且時間周期較長，設(shè)計(jì)師就自身來講既沒時間系統(tǒng)學(xué)習(xí)，也沒動力主動學(xué)習(xí)，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)師對BIM 設(shè)計(jì)不夠重視。在企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層面考慮，BIM 改變了傳統(tǒng)的工作模式，從二維設(shè)計(jì)走向三維設(shè)計(jì)，類似于20 世紀(jì)90 年代的“甩圖板”，但顛覆程度更甚，而且BIM 對軟硬件要求很高，前期投入很高，領(lǐng)導(dǎo)要考慮這么大的變革，后面效益如何，會不會造成付出與回報(bào)不成正比的結(jié)果，這也導(dǎo)致領(lǐng)導(dǎo)們推動企業(yè)的BIM 應(yīng)用的積極性不夠高。

難點(diǎn)二是市場認(rèn)可的困難，設(shè)計(jì)企業(yè)在投入大量人力物力財(cái)力之后，大幅提升了圖紙質(zhì)量，但設(shè)計(jì)企業(yè)提供過硬的圖紙質(zhì)量似乎是市場歷來的共識。雖然是否使用BIM 設(shè)計(jì)對圖紙質(zhì)量影響很大，但后續(xù)建設(shè)流程還是以施工圖為主，設(shè)計(jì)企業(yè)作為獨(dú)立分包，如此高的成本投入并沒有得到應(yīng)有的價值體現(xiàn)，施工方還是按圖施工，業(yè)主方還是照常管理。所以設(shè)計(jì)企業(yè)的市場認(rèn)可度還有待進(jìn)一步提高。

難點(diǎn)三是設(shè)計(jì)流程改變的困難，BIM 設(shè)計(jì)是對傳統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程的再造，新技術(shù)的應(yīng)用會對原有工程設(shè)計(jì)模式產(chǎn)生沖擊[3]。傳統(tǒng)的CAD 協(xié)作模式專業(yè)內(nèi)及專業(yè)間溝通繁瑣，不能牽一發(fā)而動全身，需要相互之間反復(fù)不停地協(xié)調(diào)[4]，很容易造成專業(yè)內(nèi)圖紙無法正確對應(yīng)的問題、專業(yè)間圖紙的碰撞問題、變更后的不同版本間圖紙無法對應(yīng)的問題等，BIM 協(xié)作模式雖然能較好的解決這些問題，但會使專業(yè)間配合前置、后期工作量前置[5]，暴露更多傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)階段不會發(fā)現(xiàn)的問題，同時原本施工階段考慮的問題也會前置到設(shè)計(jì)階段考慮，這些會增加設(shè)計(jì)師的工作量，改變了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的工作流程，并且由于BIM 設(shè)計(jì)前期積累過少，導(dǎo)致很難做出令人滿意的成果，會給各參與方造成BIM 無用的錯覺。

難點(diǎn)四是成本投入的困難。首先是軟硬件的費(fèi)用，設(shè)計(jì)師使用的電腦需要更新?lián)Q代，BIM 建模及應(yīng)用相關(guān)軟件需要購買，BIM 協(xié)同服務(wù)器需要配置，配套軟硬件的成本是一筆高昂的費(fèi)用；其次是培訓(xùn)的成本，成體系的培訓(xùn)需要外聘專業(yè)講師，培訓(xùn)后要用實(shí)際項(xiàng)目練手，培訓(xùn)完成到設(shè)計(jì)師熟練掌握需要高昂的時間成本；最后是企業(yè)運(yùn)營成本，沿用傳統(tǒng)的CAD 協(xié)作模式，現(xiàn)階段效率高于BIM 協(xié)作模式，一旦啟用BIM 協(xié)作模式，設(shè)計(jì)師的效率大打折扣。當(dāng)設(shè)計(jì)企業(yè)花費(fèi)大量成本使用BIM 設(shè)計(jì)提升圖紙質(zhì)量，卻得不到應(yīng)有的利潤，會使設(shè)計(jì)企業(yè)推動BIM 設(shè)計(jì)的積極性大打折扣，無疑對于工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展是個沉重的打擊。

綜上所述，建筑設(shè)計(jì)企業(yè)現(xiàn)階段BIM 應(yīng)用難點(diǎn)主要集中在人員組織，市場認(rèn)可，工作流程改變，成本投入等方面，整體上建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)的成熟應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。

4 建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用策略

BIM 的巨大價值隨著政策的宣貫以及建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)毋庸置疑，現(xiàn)階段如何解決BIM 設(shè)計(jì)的效率問題是推動BIM 發(fā)展的關(guān)鍵。本文主要從組織及管理策略、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)策略來探討建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用策略。

4.1 組織及管理策略

企業(yè)的組織與管理的優(yōu)劣是企業(yè)發(fā)展的決定性因素。首先企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層要意識到BIM 設(shè)計(jì)的重要性與必要性，對企業(yè)內(nèi)部，從領(lǐng)導(dǎo)層面強(qiáng)力推動企業(yè)內(nèi)部BIM 設(shè)計(jì)的發(fā)展，制定科學(xué)的發(fā)展計(jì)劃，從試點(diǎn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目起，培養(yǎng)中青年設(shè)計(jì)師作為BIM 設(shè)計(jì)主力軍，同時各專業(yè)總工也要熟悉BIM 設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行邏輯，做到全人員、全專業(yè)、全過程應(yīng)用BIM 技術(shù)。對企業(yè)外部，要將BIM 技術(shù)成果傳遞給業(yè)主方及施工方，要將自身的BIM 高質(zhì)量成果推銷出去，要讓業(yè)主方和施工方認(rèn)可BIM 技術(shù)帶來的質(zhì)量與效率的提升。這樣既可以形成合力一同推動建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，同時對于設(shè)計(jì)企業(yè)來說，自身的競爭力與效益都形成了良性的發(fā)展。

4.2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)策略

提升BIM 設(shè)計(jì)效率離不開有效的技術(shù)方式方法，第一企業(yè)要配置可以支持異地協(xié)同的平臺，滿足多地多人同時協(xié)同的需求，此外平臺還應(yīng)具有經(jīng)營管理、質(zhì)量管理、圖檔管理相關(guān)功能[6]；第二軟硬件配置要滿足日常BIM 設(shè)計(jì)需求，特別是軟件的選用要從工作效率提升、市場占有率、可開發(fā)性進(jìn)行分析和評估[7]；第三企業(yè)要定制企業(yè)BIM 實(shí)施方案，包括但不限于BIM 實(shí)施流程、BIM 協(xié)同方式、BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、BIM 工程應(yīng)用等；第四要通過項(xiàng)目的積累，不斷完善企業(yè)內(nèi)部資源庫，形成標(biāo)準(zhǔn)化資源庫，提升BIM 設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)策略離不開企業(yè)經(jīng)濟(jì)投入的支持，第一企業(yè)對于軟硬件配置要有足夠的預(yù)算，盡可能滿足日常BIM 設(shè)計(jì)所需；第二要外聘專業(yè)講師團(tuán)隊(duì)對設(shè)計(jì)師進(jìn)行BIM 全流程培訓(xùn)；第三對于參與BIM 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)師要給予足額補(bǔ)貼，提升設(shè)計(jì)師的工作積極性；第四設(shè)計(jì)企業(yè)的BIM成熟應(yīng)用是一個相對漫長的過程，企業(yè)要根據(jù)自身實(shí)際情況衡量是否有條件持續(xù)投入直到BIM 設(shè)計(jì)開花結(jié)果。

本章主要從組織與管理、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩大方面給予設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 應(yīng)用策略建議，這兩大方面相輔相成，缺一不可。隨著國內(nèi)政策持續(xù)推進(jìn)，試點(diǎn)項(xiàng)目逐步落地，越來越多的成功經(jīng)驗(yàn)將助力國內(nèi)BIM 設(shè)計(jì)企業(yè)更好更快的發(fā)展。

5 結(jié)語

本文提出了建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的發(fā)展方向，分析了BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的應(yīng)用價值及發(fā)展趨勢，同時基于現(xiàn)階段建筑設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用推動存在的困難，從組織與管理、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩大方面提出了建筑設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展策略，為后續(xù)建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展提供了參考依據(jù)。相信的在不久的將來建筑設(shè)計(jì)企業(yè)的BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及工程建設(shè)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型會走向正軌，為國家的高質(zhì)量發(fā)展提供助力。