BIM正向設(shè)計體系研究及探索
——同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心BIM設(shè)計協(xié)同管理實踐

■ 中南建筑設(shè)計院股份有限公司 徐芳卉 范華冰 李文滔 肖慕穎

核心看點：隨著BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的不斷推廣和發(fā)展，BIM正向設(shè)計和技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代建筑設(shè)計不可或缺的技能和需求，也為工程建設(shè)行業(yè)提供了可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路徑。近年來，國家和地方政府對BIM的政策要求也逐步明晰，強調(diào)在中大型項目中推廣BIM技術(shù)應(yīng)用，并推動信息化管理。由于新冠疫情的原因，醫(yī)療建筑迅速發(fā)展，如何將BIM正向設(shè)計和BIM技術(shù)有效地運用到中大型醫(yī)療建筑設(shè)計中成為了一個難題。中南建筑設(shè)計院股份有限公司（以下簡稱“中南建筑設(shè)計院”）在同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項目實踐中，對BIM正向設(shè)計體系進行了研究和探索。

項目概況

同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項目（圖1）位于湖北省武漢市蔡甸區(qū)硃山路與川江池四路交匯處。項目定位為全國一流、華中最大的康復(fù)醫(yī)學(xué)中心，是湖北省康復(fù)治療體系補短板的重要項目。項目總建筑面積20.3萬平方米，地上建筑面積14.27萬平方米，地下建筑面積約6.04萬平方米，包括康復(fù)醫(yī)療中心、康復(fù)培訓(xùn)中心、120急救指揮調(diào)度中心等8個子項（圖2）。項目設(shè)計創(chuàng)新獨特，打破了冰冷刻板的醫(yī)療建筑形象，將康復(fù)理念融入建筑造型中，為武漢貢獻超現(xiàn)代健康城市中心“脊柱”。

圖1 同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項目效果圖

圖2 同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心整合模型圖

BIM正向設(shè)計重難點

相比與傳統(tǒng)設(shè)計，BIM正向設(shè)計不僅引發(fā)了設(shè)計方式的全面變革，同時也帶來了一系列重要挑戰(zhàn)。在該項目中，設(shè)計團隊面臨多重問題：龐大的項目體量與緊迫的設(shè)計周期使得BIM設(shè)計效率相對較低；跨多個專業(yè)領(lǐng)域的項目協(xié)同，提資流程繁瑣，導(dǎo)致設(shè)計管理難以精準掌控，缺乏有效的過程管理工具和平臺；醫(yī)療項目中，平面布局和機電系統(tǒng)的復(fù)雜性，給整個項目的設(shè)計和管線綜合帶來了困難；BIM正向設(shè)計圖模校審、打圖和出圖也面臨不少挑戰(zhàn)。

BIM正向設(shè)計體系研究

為了應(yīng)對以上挑戰(zhàn)，中南建筑設(shè)計院基于ISO19650建設(shè)院級數(shù)字化BIM正向設(shè)計體系（圖3）。這一體系是公司推動BIM技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵組成部分。在此次實踐過程中，公司領(lǐng)導(dǎo)層的支持和各部門各專業(yè)對BIM技術(shù)的響應(yīng)執(zhí)行至關(guān)重要。公司不僅要理解BIM的戰(zhàn)略意義，還要確立相應(yīng)的資源投入、建設(shè)完善的技術(shù)支持和培訓(xùn)體系，確保BIM技術(shù)在公司內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。通過制定公司級的BIM技術(shù)標準、構(gòu)建公共數(shù)據(jù)環(huán)境、開發(fā)設(shè)計協(xié)同管理平臺等措施，形成了一個全面的BIM應(yīng)用體系。這些決策和策略為BIM技術(shù)在公司內(nèi)的應(yīng)用提供了戰(zhàn)略指導(dǎo)和組織保障。

圖3 BIM正向設(shè)計體系構(gòu)架圖

技術(shù)標準的明確

BIM正向設(shè)計體系首先明確了項目技術(shù)標準，包括模型管理要求、正向出圖技術(shù)要求、全專業(yè)互提資料一張表、模型審查要求、設(shè)計流程管理等多個技術(shù)指導(dǎo)文件。這些標準化有助于確保項目設(shè)計的一致性和高質(zhì)量。

公共數(shù)據(jù)環(huán)境的構(gòu)建

為了支持全院BIM應(yīng)用，建設(shè)了公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE），基于私有云進行了虛擬桌面部署。這個環(huán)境統(tǒng)一了生產(chǎn)工具和數(shù)據(jù)交換，支持全院使用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理和共享，為項目設(shè)計提供了便利。

設(shè)計協(xié)同管理平臺的開發(fā)

為應(yīng)對項目設(shè)計的協(xié)同和管理需求，自主研發(fā)了設(shè)計協(xié)同管理平臺。該平臺涵蓋了多專業(yè)協(xié)同、三維校審、成果交付和過程質(zhì)量管控等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，成為正向設(shè)計的關(guān)鍵性技術(shù)（圖4）。該平臺的應(yīng)用成果形成了體系文件、項目生產(chǎn)機制、公共數(shù)據(jù)環(huán)境團隊建設(shè)等一系列可推廣、可落地的體系建設(shè)成果。設(shè)計協(xié)同管理平臺是BIM正向設(shè)計體系中的核心組成，為全面實施正向設(shè)計提供了技術(shù)支持。

圖4 設(shè)計協(xié)同平臺

BIM正向設(shè)計實施

BIM設(shè)計協(xié)同管理平臺

設(shè)計協(xié)同管理平臺的設(shè)計核心以Web端、Revit插件端和Windows應(yīng)用為基礎(chǔ)，并基于PDCA任務(wù)引擎，高效完成任務(wù)分配和設(shè)計工作（圖5），提供高度靈活性和便捷性，使設(shè)計工作更加順暢。在這個平臺上，設(shè)計團隊可以實時協(xié)同工作，確保高質(zhì)量完成設(shè)計任務(wù)。同時，平臺也注重數(shù)據(jù)的整合與流通，確保設(shè)計過程中各項任務(wù)得到準確追蹤和管理。

BIM設(shè)計進度管控和設(shè)計協(xié)同提資環(huán)境

在BIM策劃階段，在設(shè)計協(xié)同管理平臺上對項目設(shè)計人員、協(xié)同方式和項目節(jié)點進行了策劃。將工作任務(wù)與設(shè)計模型相關(guān)聯(lián)，在平臺內(nèi)進行模型結(jié)構(gòu)樹（MBS）分解，進行設(shè)計任務(wù)、進度、提資多環(huán)節(jié)精細化管控（圖6）。梳理BIM全過程正向設(shè)計工作流，搭建正向設(shè)計的三維協(xié)同提資環(huán)境。設(shè)計人員需嚴格按照各專業(yè)提資管控表提資，表內(nèi)標注了各專業(yè)各階段的提資內(nèi)容（圖7），并對各專業(yè)提資時間和內(nèi)容進行約束?？紤]模型版本迭代，設(shè)計痕跡可追可控，實打?qū)嵉囟酱僖荒５降椎恼蛟O(shè)計。

圖7 三維設(shè)計協(xié)同提資環(huán)境

同步執(zhí)行二維和三維校審

創(chuàng)新性研發(fā)的校審系統(tǒng)，可在同一平臺上同步執(zhí)行二維圖紙和三維模型校審。此平臺集成了二維圖紙和三維模型的校、審、定三級校審流程，校審意見與模型構(gòu)件和圖紙關(guān)聯(lián)，校審和設(shè)計人員可以通過平臺發(fā)送和接收校審意見。設(shè)計人員可在校審平臺上快速查找、修改和回復(fù)意見，加強正向設(shè)計的過程質(zhì)量管控，保證圖模一致性。

正向設(shè)計優(yōu)化

項目在設(shè)計階段對建筑結(jié)構(gòu)、造型、管綜和性能分析等方面進行了優(yōu)化。其主要設(shè)計優(yōu)化有以下三點：一是對康復(fù)醫(yī)療中心鋼結(jié)構(gòu)骨架進行優(yōu)化?？祻?fù)醫(yī)療中心大中庭鋼結(jié)構(gòu)桁架角度不一，通過Rhino和Grasshopper優(yōu)化結(jié)構(gòu)骨架線，提取骨架線定位反提到Revit和Tekla模型中，進行協(xié)同設(shè)計驗證和設(shè)計深化；二是通過疏散模擬、720云全景展示、人流動線和視線模擬分析對建筑造型、流線和室內(nèi)外環(huán)境進行分析，在滿足規(guī)范的前提下，創(chuàng)造最舒適的人流動線和簡潔明亮的空間體驗（圖8）；三是擬定管線基本原則，對項目進行整體管線綜合設(shè)計，對各子項進行管線和機房深化，以及預(yù)埋套管的處理。結(jié)合廠家提資，對醫(yī)療物流井通道深化設(shè)計，驗證是否滿足使用要求（圖9）。

圖8 720云全景展示

圖9 醫(yī)療物流通道深化設(shè)計

自主研發(fā)各類插件和平臺

為提高正向項目設(shè)計效率和模型質(zhì)量，針對項目需求自主研發(fā)了一系列插件和平臺工具。一是搭建了三維醫(yī)療項目族庫和構(gòu)件庫，并增加了二維構(gòu)件庫和標注庫。集成醫(yī)療房間產(chǎn)品，形成醫(yī)療設(shè)計資源庫，方便復(fù)用；二是院內(nèi)自主研發(fā)的BIM出圖打圖系統(tǒng)，打通了過去BIM出圖、打圖難的技術(shù)壁壘，實現(xiàn)正向設(shè)計出圖、打圖一體化流程；三是研發(fā)了總圖管井設(shè)計插件。總圖地形高低起伏，管線高程變化多，管井設(shè)計需貼合地形及管線距離，開發(fā)總圖輔助工具，自動調(diào)整管井高程及深度，提高設(shè)計效率。四是自主研發(fā)輕量化平臺。平臺基于LOD400的BIM模型進行管控，通過輕量化引擎的拓展開發(fā)，可實現(xiàn)模型的無損輕量化，減少模型體積約80%，避免模型太大，平臺加載緩慢的問題。

協(xié)同項目管理平臺

由中南建筑設(shè)計院自主研發(fā)的協(xié)同項目管理平臺，涵蓋八大業(yè)務(wù)管理模塊、30多個業(yè)務(wù)管理流程，通過兩端一云實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同（圖10）。項目全程進行現(xiàn)場三維協(xié)作，輔助施工交底驗收。采用數(shù)字化圖紙模型管控手段，輔助現(xiàn)場解決設(shè)計問題和接收設(shè)計變更。

圖10 BIM項目管理平臺

BIM正向設(shè)計研究成果

通過同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項目實踐，驗證并完善了企業(yè)BIM正向設(shè)計體系。中南建筑設(shè)計院實現(xiàn)在4個月內(nèi)從項目策劃到出圖的全施工圖設(shè)計流程管控，相比以往節(jié)約正向設(shè)計時間20%。設(shè)計協(xié)同平臺內(nèi)匯總各專業(yè)提資成果136項，收集過程校審成果338條，相關(guān)提資流程60余項。研發(fā)的設(shè)計協(xié)同管理平臺及相關(guān)軟件獲得了相關(guān)專利2項、軟件著作權(quán)9項和湖北省土木科學(xué)技術(shù)獎三等獎1項（圖11）。

圖11 科技創(chuàng)新成果

結(jié)語

面對同濟國際康復(fù)醫(yī)學(xué)中心這種體量大、功能復(fù)雜、設(shè)計周期短且專項配合多的醫(yī)療類項目，中南建筑設(shè)計院經(jīng)歷了一場BIM設(shè)計與時間的賽跑。在此次設(shè)計中，BIM正向設(shè)計體系和設(shè)計應(yīng)用創(chuàng)新點在短時間內(nèi)讓設(shè)計落地，確保了設(shè)計質(zhì)量和周期。這次實踐也展示了公司對于創(chuàng)新技術(shù)的敏銳應(yīng)用，標志著BIM不僅是創(chuàng)新設(shè)計的催化劑，更是公司項目成功實施的關(guān)鍵工具，為公司在設(shè)計領(lǐng)域的未來發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。