BIM技术在正向设计过程中的应用实践——以重庆某小学项目为例

BIM技术在正向设计过程中的应用实践——以重庆某小学项目为例

沈吟秋

同济大学建筑设计研究院 (集团 )有限公司 上海 200092

摘要

当前建筑行业，普遍以依托 CAD二维设计，而BIM技术的应用没有得到广泛地推进。 本文将结合项目案例分析，具体分析BIM技术在正向设计过程中的应用流程、标准建立、配合方式的实践和思考。

关键词：正向设计，BIM建筑信息模型，BIM标准

1. 正向设计的概念和国内的发展现状

1.1正向设计的概念

建筑信息模型（BIM）是由完全充足的信息构成的，用数字技术支撑着对建筑环境的生命周期管理。BIM正向设计是项目从方案设计到施工完成交付使用，全过程基于三维模型进行的设计。比起CAD设计管理模式，正向设计在三维可视化，在全生命期（设计、施工、运维阶段）流程内的信息协同和数据管理方面更突出。¹

1.2正向设计目前在国内的发展现状

从2008年BIM技术首次进入国内设计师的视线，2011年住建部发布《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，第一次将BIM纳入信息化标准建设内容。² 早期设计师对BIM的认知仅仅局限地认为这是一款用于三维建模的软件。在一步步推进中，大部分设计院对于BIM的应用在于收集集成信息、进行方案优化、碰撞检查、可视化交底等。虽然利用了BIM技术中的优势，但是目前阶段主要设计还是依托 CAD，BIM建筑信息模型只是用来辅助设计。随着国家政策的不断推动，近年来，BIM技术也逐步向全国推广开来，各省市政策相继出台BIM推广应用文件。目前全国已经有接近80%的省市自治区发布了省级BIM专项政策。2020年上半年全国及各省市出台的有关的BIM政策，包含实施标准、技术导则及BIM交付体系方法和要求，³ 真正地做到了在全国范围内的普及和应用。

2. 正向设计流程标准应用在重庆某小学项目研究

通过BIM正向设计技术在重庆某小学项目的应用实践中，优化调整流程，标准和操作方式。 从而提升正向设计在设计项目中应用效率，为日后铺开推广做准备。

2.1项目概述：

某小学项目（见图1）位于重庆市永川区，总建筑面积30840.21平方米， 容积率0.65。项目拟建设教学行政楼、教学楼、体育馆、食堂、报告厅、公寓及附属配套设施。本项目采用扩初到施工图阶段的正向设计，最终成果为BIM交付。

2.2项目准备阶段

不同于常规二维设计类项目，除了项目负责人，各专业设计人员配置外，某小学三维正向设计项目还配置了一名BIM经理。其职责为根据项目的专项要求来编制针对该项目的BIM（Revit）标准， 用来约束和规范出图标准。后续随着项目深入，BIM经理会根据设计师的需求完善优化其标准，用来满足各地出图审查要求。

在某小学的项目准备中，BIM经理参照设计院cad的制图标准， 并根据Revit的特性，从模型文件扩展与架构,族库扩展到全局图形的线型设置事无巨细，一一清晰罗列。随着设计阶段的不断深入，调整优化，调整成了一套适用于本地设计院的标准，应用在某小学项目中。

图2 重庆某小学各子项通过工作集链接方式拼合成整个校区

图1 重庆某小学总体效果图

2.3项目实施：

2.3.1工作集建立明确管理

由于现行的软件，硬件和工作环境等因素所限，不同于二维设计中单专业各自深化， 需定节点各专业在一起拍图的模式。 正向设计项目在全专业的参与下，利用工作集这种“工作共享”的模式进行实时交互和协作设计。⁴

因为学校项目单体子项多的特性（见图2），为方便管理，在某小学的应用中，参考了驼峰命名法的逻辑原则。 以单体子项进行拆分，并按建筑、结构、水暖电专业分别独立设计。 设计师在本地终端对服务器平台中的同一个子项单体同步并行设计， 并及时将各自的设计内容同步到服务器上的中心文件中。 其他专业的设计师则可以通过“工作集链接”的方式，实时参看对方专业模型的设计进程与最新成果， 也可满足多人针对同一设计模型同时编辑的需求。

某小学工作集经过优化后归类为三部分（见图3）：

1. 基准工作集

该工作集包含某小学的用地红线，单体的标高，轴网等所有基准数据。为减少链接视口中其他子项重复显示的标高，轴线，主设计模型需关闭基准工作集，这样也会删除在链接中不需要的参照平面。

2. 专业工作集

随着项目深度的发展，以教学楼为例，为了减少人员增加后，设计师之间操作同一设计模型时而产生的冲突， 以主体大平面和详图（楼梯，幕墙等）划分，并创建额外的工作集，提供更弹性的设计方式。

3. 链接工作集

该工作集用于优化外部参照的专业（结构，机电）设计模型和CAD文件。链接的各专业设计模型需一一对应到相应的工作集中，便于图纸视图的管理和显示。

通过以上工作集来控制同一子项中的各专业，方便各专业设计人员和相关协调人员的理解和辨认, 规避了各专业之间的冲突，使工作流程更便捷，且后续更有针对性地提高图纸管理效率，同时也为日后的交付省去了不少时间。

工作集 类型	工作集名称	本专业	其他专业	备注
		常开/常关	开启/关闭
基准 工作集	!控制线_用地红线		关闭	确定项目基点的绝对位置
	00_标高和轴网	常开	关闭	共享的标高轴线，参照平面
专业 工作集	AR_教学行政楼、教学楼、体育馆等	常开		建筑默认工作集
	AR_消防疏散	常关	关闭	包含消防疏散距离等信息
	AR_幕墙/楼梯/XXX	常开		建筑详图构件
链接 工作集	z_link_AR_XXX	常关		链接的其他建筑子项模型
	z_link_ST_XXX	常开		链接的结构模型, 柱位，梁构件等信息实时更新
	z_link_MEP_XXX	常关		链接的机电模型，管线路由实时更新

图 3 某小学项目工作集分类原则

2. 3. 2. 项目族库标准化便于统一

图 4 教室门族在二维和三维中的显示样式

族 是构成三维设计模型的基础元素， 主要用于创建项目的基本图元（标高、轴网、楼板等）的系统族。 和可作为独立格式的文件存放，允许设计师自定义创建的外载入族（例如：门、窗、家具等）。⁵

以门族构建为例，BIM经理通过对小学项目的梳理，汲取通用标准的门族（单扇、双扇、防火门、），设置二维图例和三维模型的显示方式，以满足平立剖的不同显示需求。(见图4) 形成的标准族库，随着设计深入再根据项目需通过载入的方式向各单体模型内统一添加。对比与传统二维设计，此举能更好的统一门类型，减少成本。

另外，在三维正向设计项目中，由“族”构件组成的设计模型，包含了所有的建筑信息。某小学设计中不可避免的有大量重复的课桌椅等构件。大量三维家具族会导致模型卡顿，故在不影响各专业三维协调的情况下，常规家具族全部采用二维详图项目族的表达形式。

在满足出图形式需求的同时，保证软件操作的流畅度，并在日常项目的不断积累中丰富族库，为其他正向设计项目累积规范化族库。

2.3.3 单专业界面划分清晰

三维正向设计因其模型的复杂性，往往设计时需要几名建筑师配合工作。即使按区域来划分，时常因为有界面交叉的原因，常常会出现占用对方用户工作集，导致对方无法修改正在工作的模型情况。 某小学项目为避免这一情况，按教学行政楼、教学楼、体育馆、食堂、报告厅、公寓等单体划分子项。子项交接部分需由各方子项负责的设计师作为重点关注区域，在设计深化节点的同时实时关注，避免了在二维图纸中常会出现的因提资信息冲突，导致子项之间图纸表达信息不一致的情况出现。 在某小学设计中，我们重点对单体相连的走廊造型、上下楼梯位置等进行核对，保证了子项与子项之间的信息一致性。

2.3.4 多专业协调形式灵活

基于三维设计正向设计实时联动的特性。 设计师可以在协同工作的三维空间里中直观地看到每个专业之间的关系，并在设计优化阶段提前考虑解决方案。在某小学实际的设计过程中，设计师通过软件界面中“协作—复制/监视-选择监视构件”的操作，实时监视结构柱位/柱截面的调整，避免了常规二维项目因设计进度不统一导致的碰撞问题。

二维设计在出图阶段有专业封板的概念，而灵活的协同配合方式会稍稍降低出图的稳定性。所以在某小学的配合下，我们沿用二维制图的方式，在封板出图阶段以封板模型的方式提资，在Revit界面中以“管理——管理连接——重新载入来自”的方式替换中心平台中实时更新的模型。这样既能以保证出图的稳定性，又能在阶段性提交后，重新链接网盘中的最新文件，保证各项参数数据不丢失，并迅速进入下一阶段的优化协调工作。

2.3.5图面表达方式优化

(1)平面表达

在BIM软件平台下，因其建立的建筑模型本身涵盖了建筑的空间关系、尺寸大小、构件布局等一系列项目管理信息，利用Revit软件中的项目管理命令，可直接快速的生成所需的平面、立面及剖面视图。（见图5）

在某小学项目中，BIM项目经理在参考二维制图标准时，设置出了一些高使用频率的线型、填充样式、字体样式及尺寸标准，以适应国内出图显示的形式，统一了出图模式，并且能够日后应用在普适建筑正向设计的模板中。

图5某小学普通教室三维模型及对应平面大样图

（2）细节的表达

正向设计的项目模型中，信息含量是远高于二维平面表达的，以最为常规的门表为例，某小学的门明细表的生成，是通过提取各个门族属性信息中的相关参数信息，故生成的门明细表与模型内的门的关系是一一对应的。在对BIM应用的认知中，有一个误区是认为BIM模型应尽量地表现建筑细节， BIM模型创建得越细越好。 而实际某小学的应用中发现，教育类项目讲究的是标准化，减少预算成本，各单体之间应尽量统一门的类型。常规的门族信息包含门类型，防火等级，门洞尺寸等信息即能满足常规的门明细表需求（见图6）。 在设计中，不仅能保证图面与表的信息一致，在平面调整门类型的同时，表也跟着实时变化。 在交付设计阶段BIM模型后，也能基于此模型额外添加所需参数，例如五金件，门锁监控等，方便后期施工阶段的采购统计。使此项目的建筑信息在施工阶段得以延续，节约成本。

图6： 某小学门族参数设置及对应输出的门明细表

3. 正向设计技术实例思考总结

虽然在实际应用过程中，依然有经验教训需要总结反思: 诸如因为设计模型导出CAD的图面显示与二维出图显示逻辑不一致，导致审图会有疑问。 但随着国家的BIM标准的落实， 各地BIM施工图出图的审查机制的出台; 设计院针对项目的BIM标准在实践中不断优化，BIM模型库随着项目累计丰富。 项目配合流程也基于BIM正向设计前期花费时间精力多后期相对少的特点， 调整工作节奏。 现阶段，此BIM标准和配合方式以应用到多个教育类正向设计项目中，通过不断地累积和调整，铺开推广，为后续更多类型的，需BIM交付的项目的应用打下坚实的基础。

随着BIM技术在不断更新，标准和交付方式的规范化，基于BIM的正向设计在实际应用中被证实是可落地的、可成为持续生产力的设计模式。 其“协同应用”的多维发展模式，将成为建筑行业新的动能增长点。

作者简介：姓名：沈吟秋（1992.07--）；性别：女，民族：汉，籍贯：江苏无锡，学历：本科；现有职称：助理工程师；研究方向：正向设计。

1罗岚,张雯,胡雪婷.BIM全生命期视角下的价值流理论和信息化研究[J].项目管理技术,2017,15(03):38-42.

2 住房城乡建设部. 2011-2015年建筑业信息化发展纲要[C], 2011

3 2021年-2026年中国建筑信息模型（BIM）市场前瞻与投资战略规划分析报告[R]. 前瞻产业研究学院，2020

4 王巧雯,张加万,牛志斌.基于建筑信息模型的建筑多专业协同设计流程分析[J].同济大学学报(自然科学版),2018,46(08):1155-1160.

5 许志坚,陈少伟,罗远峰,蔚俏冬,焦柯.基于Revit的正向设计族库建设研究[J].土木建筑工程信息技术,2018,10(06):102-106.