BIM正向設計的優(yōu)勢及其面臨的挑戰(zhàn)分析

楊廷光

(云南大學建筑與規(guī)劃學院)

隨著信息技術(shù)的不斷進步，加快數(shù)字化發(fā)展和數(shù)字建設已經(jīng)成為各行業(yè)發(fā)展的新導向。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為建筑業(yè)數(shù)字化建設的基石，其重要性不言而喻。依托于BIM 技術(shù)的BIM 正向設計是建筑業(yè)數(shù)字化建設的關(guān)鍵。它可以有效提高建筑設計的效率和質(zhì)量，優(yōu)化設計方案，降低建設成本，有助于推動建筑業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級。因此，探討B(tài)IM 正向設計的優(yōu)勢及其面臨的挑戰(zhàn)，對于加快建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展、推動建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型升級以及BIM正向設計的推進具有重要的現(xiàn)實意義。

1 BIM正向設計概述

BIM 正向設計是相對于“BIM 逆向設計”而提出的[1]。在傳統(tǒng)的設計模式中，一般以二維出圖為導向，先完成二維圖紙的繪制，再利用BIM 技術(shù)介入輔助設計和二次開發(fā)，檢驗設計成果和確保圖模一致性，簡而言之就是“先出圖，后建?！薄Ｒ话銓⑸鲜龇椒ǚQ之為“BIM逆向設計”[2]。在“BIM 逆向設計”模式下，BIM 技術(shù)多為驗證二維設計和二維圖審服務，其本身的優(yōu)勢并不能完全發(fā)揮，設計效率和設計質(zhì)量不高，設計缺乏全壽命周期視角。基于以上模式的缺點和不足，一種克服以上硬傷的設計模式——BIM正向設計應運而生。

BIM 正向設計是以BIM 模型為設計核心，通過BIM技術(shù)完成設計工作并形成設計成果文檔的設計模式[3]。 BIM 正向設計要求設計師直接在BIM 模型中表達設計意圖，并將問題前置化，實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設計和數(shù)據(jù)共享，以達到生產(chǎn)力的釋放和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。

相較于傳統(tǒng)二維設計，BIM 正向設計的設計意圖表達更直觀，設計流程更簡潔，設計質(zhì)量和效率更高，多專業(yè)協(xié)同程度和信息共享程度更高，設計成果的呈現(xiàn)形式更豐富，一定程度上能夠節(jié)約設計成本。 BIM 正向設計具備傳統(tǒng)二維設計所不具備的優(yōu)勢，其要求也自然水漲船高。圖面表達規(guī)則不僅繁雜而要求更為嚴格，各專業(yè)之間的協(xié)同緊密程度要求也更高，對設計師的設計經(jīng)驗和軟件操作能力的要求也自然提高。

BIM 正向設計還提倡集成化設計，以BIM 模型為核心數(shù)據(jù)源，項目的不同階段均可圍繞同一BIM 模型進行，實現(xiàn)方案優(yōu)化、自動化出圖、一模多用等目標，實現(xiàn)設計與施工、運維等各個階段的緊密銜接和信息傳遞，推動建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展。

2 BIM正向設計的優(yōu)勢

BIM 正向設計是BIM 技術(shù)的核心應用之一，與傳統(tǒng)二維設計模式相比，其具有明顯的優(yōu)勢，主要為以下幾個方面。

2.1整體化的設計

在傳統(tǒng)的設計模式中，設計流程相對分散，各專業(yè)協(xié)同設計緊密程度相對較低，圖像與模型的關(guān)聯(lián)性較差，設計意圖表達不直觀，在普遍高壓縮的設計周期中，設計師的大部分時間和精力都集中在制圖和修改工作上，且BIM 技術(shù)的介入也多為管線綜合服務，其本身的優(yōu)勢所起的作用不大，這些難免會造成設計的隱形問題難以發(fā)現(xiàn)，項目后期的各種風險也會隨之增加，項目進度和質(zhì)量也將受到影響。

BIM 正向設計則可以彌補以上存在的不足，避免類似問題的出現(xiàn)。盡管BIM 正向設計的設計流程與傳統(tǒng)二維設計并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但其要求設計師直接在三維模型中表達設計意圖，是對傳統(tǒng)“2D-3D-2D”設計形式的整合，即“3D-2D”[4]、。在這種設計形式下，不僅設計效果可以得到全面有效的控制，而且圖紙與模型的關(guān)聯(lián)性還很高，設計錯漏的修改和完善只需在三維模型中進行，有效減少二維制圖的反復性勞動，實現(xiàn)自動化出圖和一定程度上的圖紙合規(guī)性自動化審查，這對于目前的圖紙審核是非常有利的。

此外，BIM 正向設計是整體化的設計。BIM 正向設計是以BIM 模型為設計的核心，進行高精度的多專業(yè)協(xié)同設計和實時協(xié)調(diào)，并基于BIM 技術(shù)三維可視化進行各種模擬和分析，將設計問題甚至項目后續(xù)問題前置化，提高創(chuàng)造性和生產(chǎn)力的同時還能達到數(shù)據(jù)信息的深度集成，彌補二維設計存在的設計盲區(qū)，減少設計錯誤，提高設計效率和質(zhì)量，徹底解決專業(yè)沖突和圖模一致性等問題，從而減少設計返工甚至是后期的設計變更等問題的出現(xiàn)，提高項目的完成度和精細度。可以說，BIM 正向設計實現(xiàn)了傳統(tǒng)二維設計的設計流程進一步整合，克服了傳統(tǒng)二維設計工作比較離散和繁瑣的缺點，加強了各專業(yè)間的協(xié)作和數(shù)據(jù)交流以及資料交換，以整體性的視野完成項目的設計工作。

2.2打破信息孤島

信息孤島或者信息的不對稱，是以二維出圖為導向的傳統(tǒng)設計模式一直存在的弊病。在傳統(tǒng)二維設計模式中，導致信息孤島出現(xiàn)的原因有很多。比如，在傳統(tǒng)二維設計模式中，各專業(yè)的工作相對獨立，協(xié)同程度不高，難以有效地共享和傳遞設計信息；以線條和圖層為主的CAD 圖形作為設計載體，往往容易造成設計意圖表達不清晰或者存在主觀理解的偏差；資料互提或信息傳遞程序冗雜，數(shù)據(jù)信息管理形式相對單一，導致信息的傳遞和反饋存在一定的延遲；BIM 技術(shù)在設計中實時協(xié)調(diào)的優(yōu)勢并未發(fā)揮，其本身僅作為驗證設計和管線綜合服務的工具等。以上這些問題的存在，導致了信息孤島的出現(xiàn)。

基于BIM 三維可視化，實現(xiàn)實時協(xié)調(diào)和深層信息預留和集成的特點，BIM 正向設計可以打破傳統(tǒng)二維設計模式存在的信息孤島。三維可視化的設計意圖表達和多樣化成果展示，可以讓各專業(yè)之間或者非專業(yè)人員更好的理解設計意圖，一定程度上打破信息壁壘；多專業(yè)化集成化的BIM 模型建立，讓BIM 模型成為一個信息綜合體，通過共享BIM 模型，設計團隊可以實現(xiàn)實時的協(xié)同設計和溝通，有效地促進信息交流和資料交叉，實現(xiàn)更高效的協(xié)同配合，提高設計效率和質(zhì)量，打破不同專業(yè)之間存在的數(shù)據(jù)孤島和信息隔離；BIM 正向設計基于參數(shù)化建模的特點，可以將設計信息嵌入到模型中，實現(xiàn)了設計參數(shù)和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和自動化更新。BIM 正向設計是BIM 技術(shù)在設計階段的正向應用，這使得BIM 本身的優(yōu)勢可以得到充分發(fā)揮，通過BIM 正向設計可以打破傳統(tǒng)設計模式存在的信息孤島，實現(xiàn)信息共享。

2.3推動行業(yè)數(shù)字化

BIM 正向設計以BIM 模型為設計核心，提倡服務于項目全生命周期的設計理念，以期達到真正意義上的BIM設計，這與建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展的要求不謀而合。

目前，BIM 技術(shù)在我國已經(jīng)進入了“深化融合階段”[5]，在國家政策的主導下，建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)成為必然。而BIM 正向設計，作為BIM 技術(shù)的核心應用之一，是實現(xiàn)項目全壽命周期數(shù)字化的第一步，也是實現(xiàn)建筑業(yè)數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵一部，推進BIM 正向設計對于對推動建筑行業(yè)數(shù)字化具有重要意義。

3 BIM正向設計面臨的挑戰(zhàn)

盡管BIM 正向設計具有很多明顯的優(yōu)勢，但在應用和推廣方面其仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要如下：

3.1缺乏完善的設計體系

傳統(tǒng)的二維設計模式擁有完善的設計流程和圖像表達，設計體系相對已經(jīng)很完善和成熟，不論是行業(yè)還是市場都已經(jīng)適應了這種設計模式，而BIM 正向設計之所以推進困難，其原因之一就是缺乏完善的設計體系。

與傳統(tǒng)二維設計模式相比，BIM 正向設計的設計載體、制圖原理不同，設計流程有所差異，協(xié)同方式和協(xié)同緊密程度不同，資料共享方式和成果交付不同，設計體系也自然會不同，而傳統(tǒng)的粗放型設計體系儼然不適合高要求高精度的BIM 正向設計，因此BIM 正向設計的進一步推進需要構(gòu)建起合適的、完善的設計體系。

要構(gòu)建起適合BIM 正向設計的設計體系，需要國家的政策支持和引導，需要行業(yè)的不斷實踐和探索，需要企業(yè)在技術(shù)和管理方面不斷完善，需要從業(yè)者具備過硬的專業(yè)素養(yǎng)以及轉(zhuǎn)變觀念認知?？傊?，構(gòu)件起完善的設計體系，是推進BIM 正向設計的關(guān)鍵，這需要國家、行業(yè)和從業(yè)者等的共同努力，將各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)聯(lián)動起來，這樣才能實現(xiàn)更好的BIM 正向設計，推動行業(yè)數(shù)字化發(fā)展。

3.2技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)標準不完善

目前為止，國家已經(jīng)陸續(xù)出臺了7部BIM國家標準，地方標準和企業(yè)標準也在增加和完善。然而，這些規(guī)范和標準多是基于二維圖像表達而編制，服務于傳統(tǒng)設計模式，適用于三維設計的技術(shù)規(guī)范和標準還有待編制和完善。

此外，國內(nèi)也缺乏統(tǒng)一的BIM 數(shù)據(jù)交換標準。盡管國產(chǎn)BIM 軟件已經(jīng)相對成熟，但不同廠商同類型BIM 軟件之間的數(shù)據(jù)交換存在一定障礙，甚至某些BIM 軟件對自家以外的數(shù)據(jù)標準并不兼容，對國際BIM 數(shù)據(jù)交換標準IFC（Industry Foundation Classes）的兼容程度也有限，這對于通過國產(chǎn)BIM 軟件實現(xiàn)BIM 正向設計是不利的。目前國內(nèi)缺乏成熟度高和專業(yè)性強的綜合BIM軟件，BIM 正向設計的實現(xiàn)通常以國外的Autodesk Revit 軟件為主，但其與國內(nèi)環(huán)境存在差異，某些設計或技術(shù)的實現(xiàn)需要國產(chǎn)軟件參與，而在這個過程中往往需要經(jīng)歷繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或者部分數(shù)據(jù)無法識別，這對多專業(yè)協(xié)同和設計精度要求較高的BIM正向設計也是非常不利的。

因此，BIM 正向設計的推進，針對性的技術(shù)規(guī)范和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準必不可缺。

3.3項目交付模式的制約

項目的交付模式也是制約BIM 正向設計進一步推進的原因之一。傳統(tǒng)的項目交付模式，如DB(designbuild)模式，DBB(design-bid-build)模式等，項目各方往往責任和分工相對清晰，合同也較為明確，技術(shù)和管理也較為成熟。而BIM 正向設計的推進，不僅需要大量的成本和技術(shù)投入，對項目的勘察設計甚至總體效益提升還不明顯，在此前提下設計單位更愿意采用傳統(tǒng)的設計模式，盡管這樣會使項目總體的開發(fā)成較高，開發(fā)周期較長。且在傳統(tǒng)的項目交付模式下，設計單位所得的利益比例基本固定，而BIM 正向設計的應用，意味著同等條件下設計單位的收益將會減少，BIM 正向設計的推進自然會受到阻礙。

因此，BIM 正向技術(shù)的順利推進，需要合適的項目交付模式。通過項目交付模式的創(chuàng)新和升級，保證設計單位在BIM 正向設計下獲益增加甚至項目各方均有所獲，那么順利推進BIM正向設計自然不成問題。

3.4利益分配情況的制約

相較于傳統(tǒng)二維設計模式，BIM 正向設計的實現(xiàn)需要設計方投入更多的成本，雖然BIM 正向設計在某些方面的效率提升遠超傳統(tǒng)模式，但總體效率提升還是不理想，甚至不如二維CAD設計模式。目前，實現(xiàn)BIM正向設計的主體是設計方，但設計方在傳統(tǒng)的項目交付模式下所得利益有限，而BIM 正向設計的推進，業(yè)主和施工方所得利益提升明顯，設計單位卻不是關(guān)鍵獲益者，設計方推進BIM 正向設計的積極性自然不佳，BIM 正向設計自然難以更進一步[6]。因此，利益的分配情況是制約BIM正向設計推進的原因之一。

BIM 正向設計的推進，設計方既是實施主體，又是實施的源頭，而調(diào)動設計方推進正向設計的積極性，利益分配情況是關(guān)鍵。只有保證設計方在實施BIM 正向設計中所得收益合理甚至有所增加，BIM 正向設計的推進才得以順利進行。而利益的重新分配，需要市場和行業(yè)的共同努力，更需要國家的政策支持。

3.5人才和技術(shù)的制約

BIM 正向設計之所以推進困難，人才和技術(shù)的制約也是其中原因。目前，國內(nèi)同時具備豐富設計經(jīng)驗和精通BIM 軟件的人才少之又少，而培養(yǎng)合格的人才不僅需要時間和成本，更需要大量項目的實踐和經(jīng)驗總結(jié)，這對于提升設計方的經(jīng)濟效益是不利的。由此可見，人才也是關(guān)乎正向設計的進一步推進。

除人才外，技術(shù)也是BIM 正向設計實現(xiàn)的關(guān)鍵。三維設計意圖的表達是通過BIM 平臺實現(xiàn)的，而BIM 平臺以軟件為主。目前市場上的BIM 軟件還無法做到真正意義上的全專業(yè)集成設計，如結(jié)構(gòu)專業(yè)的結(jié)構(gòu)計算模型與BIM 協(xié)同設計模型相對獨立，電氣專業(yè)某些部分難以在BIM 模型中集成，因而全專業(yè)協(xié)同設計的實現(xiàn)將受到限制，管理上的實時協(xié)調(diào)也比較困難。此外，想要彌補BIM 正向設計在總體設計效率和圖像表達上的短板，也需要大量的技術(shù)投入。可以說，技術(shù)是實現(xiàn)BIM 正向設計、實現(xiàn)智慧建筑的根本。

4 結(jié)論與展望

BIM 正向設計的提出及推進，有效地解決了傳統(tǒng)二維設計模式存在的諸多問題，一定程度上實現(xiàn)了真正意義上的BIM 設計，為建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

然而，BIM 正向設計是基于BIM 翻模應用模式的不足和局限性而提出的，其仍然以二維圖紙為信息載體，仍然服務于勘察設計階段，自動化出圖存在局限性，多專業(yè)協(xié)同不全面，圖面表達仍需要完善，某些三維表達效果不及二維表達，BIM 技術(shù)介入的時機仍然亟待解決，BIM出圖范圍有待研究，全生命周期的BIM設計和實施仍然難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)，而這其中種種無疑與BIM設計的初衷相悖。歸根結(jié)底，國內(nèi)的環(huán)境因素和時代的局限性是制約BIM正向設計推進的主要因素。

未來BIM 正向設計將過渡到BIM 設計，項目的設計不再以出圖為主導，而是回歸到BIM 設計的本質(zhì)，項目各方共同參與，以BIM 模型為核心，貫穿全壽命周期，實現(xiàn)全專業(yè)全過程的高度集成化設計。