BIM在設(shè)計中的應(yīng)用

1、BIM 在設(shè)計中的應(yīng)用前言BIM 如今在建筑行業(yè)可謂炙手可熱，從國家到地方政府都相繼出臺了大量的推動政策。BIM 前景一片大好，各大設(shè)計院、 施工單位、咨詢單位的BIM 團隊如雨后春筍一般涌現(xiàn)。但是 BIM 到底在各個階段做什么？應(yīng)該怎么做？做到什么深度？目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和形式，完全取決于市場需求，這種情況有利有弊：利在符合市場經(jīng)濟規(guī)律，弊在形成了相當(dāng)不規(guī)范的市場，當(dāng)然最終可能通過市場自身調(diào)節(jié)，優(yōu)勝劣汰。 筆者希望通過在設(shè)計階段應(yīng)用BIM 的項目實踐經(jīng)驗來闡述 BIM 的不同應(yīng)用程度。作為建筑行業(yè)前端的設(shè)計，在 BIM 應(yīng)用的過程中根據(jù)市場的需求，也分為不同程度等級的應(yīng)用，根據(jù)筆者的從業(yè)經(jīng)

2、驗，把目前設(shè)計階段的BIM 劃分為五個等級，以下詳細(xì)分析介紹。第一級“ 2D-3D”輔助設(shè)計BIM 原本的界定應(yīng)該是一種生產(chǎn)工具的變革和技術(shù)的進(jìn)步，從而帶動行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，設(shè)計階段應(yīng)該用BIM 取代傳統(tǒng)的二維工具進(jìn)行設(shè)計，但是實際情況并非如此。我們面臨的實際情況是90%以上的BIM 項目都是在傳統(tǒng)二維設(shè)計完成圖紙后進(jìn)行的，這樣的“2D-3D”的過程也可以稱之為 “后 BIM”。 造成這種結(jié)果有多種原因，其中包括開發(fā)模式導(dǎo)致業(yè)主留給設(shè)計方的時間較短，在需要快速拿到施工許可證的前提下，方能快速建造。而目前通過BIM 直接做設(shè)計需要較長的時間，因此“后 BIM 項目”占據(jù)了目前市場的主流， 從而導(dǎo)致

3、各大設(shè)計院的BIM 中心及各種BIM 咨詢公司的出現(xiàn)。這種“后BIM”模式?jīng)Q定了 BIM技術(shù)支持在很大程度上至多只能是幫助設(shè)計進(jìn)行“錯、漏、碰、缺”的檢查，因此在這種模式下，被戲稱為BIM服務(wù)三件套一一“基礎(chǔ)建模、碰撞檢查、管線綜合”?；A(chǔ)建模就是根據(jù)已有的二維設(shè)計圖紙進(jìn)行各專業(yè)模型的搭建，碰撞檢查就是通過建模過程中人為及計算機查找各專業(yè)構(gòu)件之間的碰撞沖突；管線綜合就是保證在可行性的前提下盡量優(yōu)化管線布局與排列，優(yōu)化凈高。這里需要解釋的是要做管線綜合的原因：傳統(tǒng)二維設(shè)計圖需要表達(dá)單專業(yè)系統(tǒng)完整、圖面清晰，而各專業(yè)間排圖在傳統(tǒng)模式下很難反映真實管線走向，才有了施工階段的機電安裝深化設(shè)計環(huán)節(jié)。而通

4、過 BIM 技術(shù)進(jìn)行管線綜合能夠幫助設(shè)計進(jìn)行合理的管線路由設(shè)計。但是在這種模式下，模型的深度和精度需要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)？有個很有意思的現(xiàn)象：很多需求者都拿LOD標(biāo)準(zhǔn)作為參 考，設(shè)計階段通常要達(dá)到 LOD300才算符合要求。這樣明顯以偏概全的要求并不能完全適用于“后BIM”工作模式，另外國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在編制中，有些地方的相關(guān)規(guī)定或指南也對模型的深度有一定的描述，但是我們認(rèn)為在具體的操作過程中，“后BIM”模式仍然應(yīng)該分為以下三個不同等級。L1:設(shè)計BIM三件套通過“后BIM”輔助設(shè)計發(fā)現(xiàn)并解決問題，目標(biāo)明確后對模型的精度就有了依據(jù)，通常情況不影響設(shè)計的構(gòu)件就可以先不做。以圖1 幕墻為例，在設(shè)計BI

5、M 中只表達(dá)出設(shè)計的尺寸即可，不需要表達(dá)框料內(nèi)部的節(jié)點構(gòu)造（型材、防火封堵等） ，另外直徑50mm 以下的機電管線，如果對空間凈高影響不大就可以不建模（圖2） 。另外要指出的是管線綜合。在這種模式下，管綜確定的目標(biāo)是解決設(shè)計問題，控制管線對空間凈高的影響，如果確定直徑 100mm 以下的管線碰撞不會對凈高產(chǎn)生影響，那么大可不必去調(diào)整，可以在施工深化設(shè)計階段調(diào)整，而不是動不動就要求盲目做到“絕對的零碰撞”。L2:設(shè)計BIM三件套+50mm以上管線無碰撞在前一種模式下管線建模及管綜的深度再增加一個等級， 包括要建50mm 以上的管線，并調(diào)整到50mm 管線不能有碰撞（圖3， 4） 。這種工作模式導(dǎo)

6、致了工作量的增加，因為大量的細(xì)管線碰撞點需要調(diào)整，計算機可以幫助找到這些點，但具體調(diào)整還需BIM 設(shè)計師自身根據(jù)可行性進(jìn)行調(diào)整，但實際情況是現(xiàn)場施工時這些碰撞點根本不算真正的碰撞。L3:設(shè)計BIM三件套+所有管線無碰撞我們總說BIM要防止過度建模，L3這個等級就屬于這種情況。通常情況下可以直接達(dá)到三維設(shè)計的程度，各專業(yè)的模型精細(xì)度非常高。如同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院在天津市第二實驗中學(xué)項目外立面模型的搭建過程中，模型的清水磚墻立面在二維施工圖中已經(jīng)有非常清楚的表述，但在建模的過程中仍然依據(jù)立面進(jìn)行了同樣的重復(fù)工作（圖57）。如圖8 的磚墻立面，磚塊的大小和磚洞的位置與實際完全一致，但是這樣的工作其

7、實對檢測專業(yè)間碰撞并無實質(zhì)性意義，模型達(dá)到如此精度已經(jīng)可以拿來直接做設(shè)計了。同時在教室空間布局上，課桌、座椅、講臺、黑板等的布置對空間的影響檢查也沒有任何幫助，只是徒增了工作量和模型啟動瀏覽的時間（圖9） 。 在該項目中我們甚至把埋在面層里的地?zé)崴芏冀顺鰜?，其實這部分的模型對于空間構(gòu)件碰撞檢查并無影響，另外做到所有管線無碰撞，需要花費大量的時間和精力，對于“后 BIM”來說，解決的是設(shè)計問題， 模型的精度完全沒有必要達(dá)到如此高的要求（圖 10） 。第二級“ 2.5D”輔助設(shè)計目前，一些項目設(shè)計造型和空間非常復(fù)雜，依靠圖紙的二維模式很難表達(dá)清楚，因此這類項目無論是否業(yè)主要求應(yīng)用 BIM， 設(shè)

8、計都必須借助BIM 的手段來實現(xiàn)。在這類項目中，一部分設(shè)計采用傳統(tǒng)二維設(shè)計，另外一部分必須采用BIM 設(shè)計，我們把這類的 BIM應(yīng)用稱為“ 2.5D”輔助設(shè)計。青島溜冰館是非歐幾何建筑，其造型像一個蠶豆，表皮為雙曲面。表皮的設(shè)計和定位依靠二維很難表達(dá)，因此必須借助三維技術(shù)實現(xiàn)表皮幕墻的定位、板塊優(yōu)化等，由三維模型來生成所需要的相關(guān)二維圖紙（圖11 ） 。通過 2.5D 輔助設(shè)計的優(yōu)勢在于原來很難表達(dá)的空間關(guān)系，通過模型可以清楚準(zhǔn)確地繪制，圖12 為該項目剖面的繪制。溜冰館內(nèi)部空間跨度較大，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建筑師在繪制剖面時，難以表示錯綜復(fù)雜的網(wǎng)架關(guān)系，因此通過BIM模型直接生成剖面是最好的設(shè)計手

9、段，而且通過模型可以生成任意想要表達(dá)位置的剖面圖。第三級“ 3D”設(shè)計第三級是BIM 本來應(yīng)該的樣子，通過 BIM 直接做設(shè)計是設(shè)計階段應(yīng)用BIM 技術(shù)的發(fā)展根本，也就是說可以通過BIM技術(shù)直接做設(shè)計，所有的二維圖紙均來源于三維模型。上海Disney城堡項目從最初就決定貫徹全過程BIM設(shè)計,所有工作均由各專業(yè)設(shè)計師獨自完成設(shè)計模型，并通過相互鏈接及空間漫游等形式，檢查空間中專業(yè)間的關(guān)系，真正做到協(xié)同設(shè)計，同時通過模型生成相關(guān)所需二維圖紙，用于報審（圖13） 。當(dāng)然，目前這樣的設(shè)計流程并不是100%的圖紙都從模型中導(dǎo)出，因為有些系統(tǒng)原理圖很難通過三維來表達(dá)。為滿足審批要求，必須借助一部分二維的表

10、示方式，但是對傳統(tǒng)設(shè)計而言，機電管線的走向、預(yù)留洞口都非常準(zhǔn)確，通過模型編號可自動檢索。三維設(shè)計的好處在于，圖紙中的任何標(biāo)注信息都源于模型信息，任何修改都可自動更新，減少了由于修改和溝通不及時所帶來的圖紙不一致的情況。但為何這種設(shè)計模式目前卻沒有很好地被推廣？當(dāng)中有很多制約因素，其中最重要的有兩個原因：1 ）設(shè)計時間不夠：通過三維設(shè)計要完成的模型工作遠(yuǎn)比二維繪圖工作量大得多，原來管線間不必協(xié)調(diào)解決的碰撞問題，在三維設(shè)計時都要花時間來解決，這在項目整體運作時，很難保證留給設(shè)計足夠的BIM 設(shè)計時間；2）設(shè)計收費偏低：設(shè)計取費不斷走低是行業(yè)目前的現(xiàn)狀，設(shè)計費低而設(shè)計周期又要加長，設(shè)計師的積極性就會

11、大幅降低，一般的業(yè)主又不愿投入過高的設(shè)計費鼓勵BIM 設(shè)計。 因此通過BIM 直接做設(shè)計的項目在國內(nèi)比重非常低，普及還需要一定的時間。第四級“ IPD”設(shè)計交付項目集成交付（ IPD） 是在建設(shè)項目全過程中，集成人員、系統(tǒng)、組織、實踐，整合各參與方智慧以提高項目績效，為業(yè)主實現(xiàn)增值、減少浪費、效益最大化的工程項目交付模式。由于集成及整合，可以最大限度地利用BIM 技術(shù)，基于BIM 平臺實現(xiàn)項目信息共享，整合項目各專業(yè)人員達(dá)到跨專業(yè)團隊間的高效協(xié)作。結(jié)合BIM技術(shù)的IPD交付模式，使行業(yè)整體向精益化生產(chǎn)發(fā)展IPD的好處在于在設(shè)計階段就綜合各方力量，設(shè)計不再是一個拆解的過程。設(shè)計階段就把施工整合進(jìn)

12、來，考慮施工因素（如柱子的拆分、樓板的施工劃分等）；同時施工也會對施工深化進(jìn)行設(shè)計，直接體現(xiàn)到模型中，由設(shè)計和施工共同完成模型。我們曾經(jīng)完成了第一個上海實驗性的IPD交付項目，并成為上海市第一個數(shù)字化審圖平臺評審的項目（圖14） 。BIM是一種技術(shù)手段，IPD與BIM的發(fā)展方向一致，但I(xiàn)PD是一種行業(yè)生產(chǎn)模式。目前這種生產(chǎn)模式與傳統(tǒng)招投標(biāo)模式完全不同，因此也很難被推廣開來；另外 IPD項目對設(shè)計交付審批也提出了較高要求，我們?nèi)缃窬哂蟹尚ЯΦ倪€是傳統(tǒng)的二維圖紙。因此IPD交付的模型并沒有辦法通過目前的審批流程，但是隨著BIM 的普及推廣以及相關(guān)機構(gòu)的改革，相信三維審批也必將會到來。第五級深化設(shè)

13、計現(xiàn)在普遍存在一種現(xiàn)象，就是施工單位通常都會說設(shè)計階段的 BIM 模型沒有用，他們要自己重新做，這種現(xiàn)象導(dǎo)致業(yè)主通常對設(shè)計BIM 模型持懷疑態(tài)度，那么到底設(shè)計模型能不能被施工單位使用？這就需要分析兩個重要的因素：1 ）技術(shù)上：主要體現(xiàn)在施工深化環(huán)節(jié)，并不是設(shè)計模型不好，而是施工深化如何去利用設(shè)計模型來完善施工模型；2）主觀管理層面：施工單位的管理能否真正通過BIM 來指導(dǎo)施工至關(guān)重要，現(xiàn)場由于存在很多機電分包，其各自的進(jìn)場順序不一致，如果不統(tǒng)一管理，往往是誰先來誰安裝，造成施工深化 BIM 只停留在BIM 模型， 施工還按照自己原來的方式進(jìn)行，然后再根據(jù)施工完成的樣子去修改模型，造成了BIM 只是滿足業(yè)主需求的一種方式。在花木路項目中，首先委托BIM 施工深化需求的不是開發(fā)商，而是施工單位。主觀上施工單位依賴于BIM 模型完成后期施工安裝，因此對機電安裝的分包單位控制比較非常嚴(yán)格， 如果不按照模型來施工，必須拆下來重新安裝（圖15） 。另外，技術(shù)上我們除了按照施工規(guī)范來做深化設(shè)計模型外，還和施工單位的技術(shù)人員進(jìn)行多次交流，以確定其安裝的間距要求和習(xí)慣的安裝次序等技術(shù)問題，并通過現(xiàn)場模型與深化圖紙（由模型導(dǎo)出）進(jìn)行技術(shù)交底的方式，讓技術(shù)人員能夠清晰地理解安裝要求，并根據(jù)模型施工，因此在最終的實現(xiàn)效果上還原度非常高。結(jié)語BIM 在設(shè)計階段的應(yīng)