BIM工作流到底應該怎么做

當下建筑設計行業內，很多從業人員或者單位都能夠意識到BIM正向設計對于建筑設計行業的意義，通過BIM可以實現建筑，結構和水暖電等各個專業間的協同工作，提升專業間的聯動性。很多的設計單位也成立了相應的BIM中心或者數字化設計中心之類的部門，嘗試將BIM融入建筑設計流程，實現BIM正向設計工作流。但是，就目前的行業現狀來說，鮮有相應關于成功地利用BIM正向設計實現設計流程效率或者質量提升的。就在前段時間，有的設計院以極其高調的姿態宣布自己BIM正向設計的效率提升到了與傳統的設計流程的設計效率持平的程度，認為這對他們而言具有里程碑式的意義。對此，筆者不以為意，既然要拼效率，BIM正向設計的效率勉強達到了和傳統設計流程持平，那BIM正向設計還有什么價值，直接沿用傳統的設計工作流就好了。為什么大家對BIM正向設計的價值都有共識，但是實際操作過程中的效果卻差強人意？是不是從開始，我們對BIM正向設計的理解就存在著錯位，導致整個行業在如何利用BIM的問題上出現了一定的偏差？

1.BIM模型到底有什么用

（1）BIM對設計工作流的革新

目前國內建筑設計行業內大部分BIM的應用主要是依靠自身BIM團隊或者專門的外包BIM公司進行翻模，主要作用也僅僅是檢查碰撞等設計錯誤。相關的翻模公司和翻模軟件也不斷涌現。但是，在很多同行看來，這是一個本末倒置的做法。它只是基于傳統設計流程的設計結果，生成一個只能用來檢查碰撞的建筑信息模型。它不僅沒有幫助傳統設計流程提高效率，反而給傳統設計流程增加了時間和人力成本上的負擔。為了檢查碰撞而增加這么多的工作量，這樣的工作流性價比實在太低。正是基于此，是不是可以有這樣的設想，優化傳統的工作方式，在設計階段就由設計師創建相應的BIM模型，設計師的工作對象變成了BIM模型，而不是傳統的平立剖面圖。

在筆者剛剛參加工作的時候，老工程師們經常諄諄教導年輕工程師的一句話是：圖紙是工程師的語言。在傳統的設計工作流中，面對建筑這樣一個三維空間中的實體，設計師需要不斷地將三維空間中的各種建筑信息翻譯成為二維平面圖之上的信息，并將它們通過二維平面的方式表達出來。而在施工階段，施工單位又會將這些二維平面上的信息轉換成真實三維空間中的建筑實體。同樣，建筑設計工作流本身，也要面對譬如建筑專業與結構專業語言相互轉換的問題。這些圖紙語言翻譯的是否準確，受限于作為設計師的輸出端的水平，也受限于施工單位讀圖的水平。而往往很多人為因素的存在，導致了圖紙信息的失真是不可避免的。而從建筑設計到施工單位，都將傳統的二維工作空間轉換到三維，從三維空間的視角進行設計和施工，對設計和施工質量的保證是不言而喻的，BIM對設計的作用不能僅僅局限在檢查碰撞的層次。將BIM引入設計流程也為新的設計手段的引入提供了可能。建筑設計空間從二維到三維空間的轉換也使將VR/AR引入建筑設計流程成為現實。通過VR/AR，設計師可以對空間產生身臨其境的感受，而這種感受可以幫助設計師更好地從空間上對設計進行調整。

在傳統的工作流中，設計流程中的各個專業所處的維度是相互獨立的，建筑設計作為整個設計工作流的龍頭專業，一直處在建筑設計專業生成建筑設計內容，結構專業和設備專業根據建筑設計內容生成結構設計和設備設計的內容，建筑設計整合結構和設備專業的內容并進行更新建筑設計的內容，再將其反饋給結構和設備專業。依次往復循環。雖然各個專業的工作對象都是相同的建筑，但是，各自獨立封閉的工作空間耗費了大量的勞動成本和溝通成本。特別對于建筑專業，需要將結構和設備專業的圖紙進行整合。各自封閉的工作空間導致的后果是各專業間大量的重復工作。在各專業相互提資之后，各專業的設計師們還要花費大量的時間做一些圖紙信息的搬運，翻譯或者和其他專業一樣完全重復的工作，這也造成了當前設計師工作負擔的增加。而在BIM平臺上，各專業間圖紙信息的實時反饋，可以很大程度上提高各專業間圖紙更新的效率和質量。

基于BIM的設計工作流的運用也可以為建筑設計手段的更新提供更多的途徑。在傳統的工作流中，建筑師為了計算日照、消防等指標需要建立自己的計算模型，結構師為了計算結構內力也要建立相應的有限元模型。這些工作都是相互獨立的，而且每個專業都要單獨建立模型，也要單獨尋找相應的軟件或者編制相應的算法分析相關的指標。而通過引入BIM模型，只需要一個BIM模型，就可以同時滿足建筑專業和結構專業對于計算不同建筑指標的需求。推而廣之，基于同一BIM模型，只要有相應成熟的算法和數據，設計師可以對建筑方方面面的性能和指標進行預測分析，進而實現優化設計結果的目的。例如建筑專業的日照，消防，流線，噪聲；結構專業的內力，成本；設備專業的水暖電等等各項性能，都可以以相應的BIM模型為基礎進行模擬。BIM模型為算法在建筑設計領域內的推廣提供了基礎數據，而相應的算法也為BIM模型的更新提供了依據，也提高了BIM模型重新生成的效率。而各種算法對建筑各項指標的模擬，也為建筑性能的優化提供了依據。同時BIM模型數據的集成，也為諸如機器學習這樣的技術在建筑行業內的展開提供基礎。

（2）BIM模型與施工單位的對接

當下施工單位一直在倡導的數字建造或者智能建造中，用機械代替人力勞動是一個很重要的著力點。但是，如果基于傳統的行業工作流而言，很難有機械設備能夠讀懂傳統的二維的平面圖。相較而言BIM模型提供了足夠多的數據化的建筑信息，當這些信息足夠多到機械設備能夠將它轉換為實際三維空間中的物體的時候，通過機械進行建筑物的建造就成為了可能。

如果施工單位的機械設備能夠直接通過數字化的手段讀取設計單位提供的BIM模型中的構件材料及尺寸等數據，直接生產相應的建筑構件，再通過BIM模型中的定位信息將構件自動化的組裝到相應正確的位置中。這樣的流程中，最大程度上地利用BIM的數據，通過機械代替人力的勞動，通過新的工作流程代替當下勞動密集型的建筑業組織方式，能夠在很大程度上提升建筑的建造效率，同時降低整個行業的整體勞動成本和時間成本。這就是3D打印和機械臂建造技術在建筑行業領域內運用的價值，而運用這兩項技術的前提，除了發展適當的材料外，利用數字化的手段對建筑進行描述，并將它們轉換為機械能夠讀懂的語言也是重要的一個前提。

VR/AR技術也能為建筑施工手段的更新提供依據。當下已經有一些施工單位嘗試通過VR/AR技術在建筑現場進行場地放樣，同時也有施工單位嘗試通過AR的手段將BIM模型與實際已經施工的建筑進行精細的比對，根據定位坐標實時更新當前AR界面中展示的建筑構件，將其與實際施工的建筑構件進行對比，查找施工過程中的錯誤。這樣的生產方式已經摒棄了傳統的二維平面圖紙的生產模式，現場工程師只需要通過一臺手機或者平板，就能掌控建筑施工中的每個細節。

當然這樣的工作流也存在著很多問題，傳統例如汽車制造等行業的生產對象在三維空間的尺度較小，因此可以通過流水線的方式對整個成產過程進行組織。而面對一個建筑這樣的龐然大物，在建筑場地上構建這樣的流水線的代價就顯得有點過分的高。而將建筑物進行拆分，將建筑物的每個構件分別置于工廠化的場景下就行流水線化的生產，再在現場進行裝配。這樣的工作流似乎是一種各方面成本都比較低而且資源配置也能得到優化的方案。這也就解釋了為什么國家會同時地大力地推廣裝配式建筑和BIM技術。因為數字化建造和智能建造的流程中，傳統的現澆混凝土的工作模式與工業化生產的理念是背道而馳的，必須采用裝配式的生產方式，而BIM模型是整個生產過程數字化的基礎。

（3）BIM模型在運維階段的應用

目前有很多關于BIM在建筑運維階段的嘗試，大多是基于BIM建立一套虛擬的建筑運維系統。建筑實時運行的各項參數能夠通過諸如傳感器的各類設備實時的反饋給到BIM模型中， 再通過BIM模型中的一系列算法的運算評估，得到建筑物某項或者多項指標運行效率最大化的判斷，并將其反饋給建筑集成的控制系統或者傳輸給人，通過這些手段來實現建筑實際運維階段的優化配置。同時，如果建筑本身出現某些系統故障，也可以通過BIM模型，方便地找到問題的所在，方便的定位錯誤，排除建筑運行過程中的故障。

擴展開來，將BIM模型接入城市整體運行的CIM模型中，將每個建筑模型單獨定義成為一個CIM模型的個體，在單體建筑與整個城市運維交互過程中的各項參數進行數字化的表達，也可以為CIM模型的優化和豐富提供基礎的數據。

2.BIM模型該如何表達和描述

針對BIM能干什么問題，如果擴展開來講，其實還有無限多種可能，只要我們發揮想象力，它的應用場景是無處不在，貫穿于整個建筑業產業鏈的各個環節的。很多人都對BIM的意義有著深入的理解，但是當下客觀的現實是：BIM技術的推廣似乎遇到了很多的障礙，它在行業內似乎并未形成廣泛的共識。那么，這個問題到底在哪兒？

依照筆者的理解，BIM在整個產業鏈中價值充分發揮的前提是標準化和開放的數據。BIM發揮作用的核心是對數據的利用，但是當下的行業現狀只是為了得到一個BIM模型而去建立一個BIM模型，而并非通過BIM模型解決建筑工程產業鏈當中具體遇到的問題。這當中有各種各樣的客觀條件的限制。

（1）專業間，產業鏈間各個環節的數據互通交互的數據存在標準化的問題。

在建筑設計階段，各個專業間對建筑物的描述的準則是不同的。例如建筑專業是從建筑的外輪廓線，建筑標高，隔斷墻體的維度去描述整個建筑的，但是對于結構專業來說，是通過梁板墻柱支撐等這樣的維度去描述建筑的。雖然這之前有些內容是重合的，但專業間描述體系的不同，造成了專業間數據交互的障礙。要使建筑結構設備專業都在一套BIM模型下工作，那么各個專業間對建筑描述的準則必須統一，做到無縫的匹配。這與傳統的設計思維中對建筑的定義必然會產生沖突，但是只有在一個框架下分別進行各個專業的工作，才能做到事半功倍。

在設計階段完成相關的設計之后，設計與施工的數據交互也就成為了一個至關重要的問題。試想如果要實現工業化的建筑構件的生產，那么工廠內部的機械設備獲取的數據是至關重要的。對于同一款機械設備，它只可能識別其中的一種或者某幾種數據的格式。那么，BIM模型提供給工廠的數據一定是要符合相關設備運行的要求的。正如在當下的設計流程中，設計師通過圖集規定的平法來表達施工圖，施工單位再通過平法來建造相應的建筑。那么在數字化的流程中，BIM模型到加工設備之間也需要相應的“圖集”，只是這個“圖集”是集成在可互通的BIM標準當中的。

總的來說，如果要BIM模型的數據流在整個產業鏈中順暢地流動起來，那么就需要產業鏈的各個環節都能夠獲取和識別BIM模型的數據，并加以利用。當先，國際標準化組織發布了ISO系列的BIM模型數據標準，中國建筑標準設計研究院也主編了《建筑信息模型設計交付標準》GB/T51301-2018、《建筑工程設計信息模型制圖標準》JGJ/T448-2018和《建筑信息模型分類和編碼標準》GB/T51269-2017等規范。說明行業內數據標準化的動力其實還是很強的，但是這些標準和規范是不是適合整個行業的情況，還是需要通過實踐檢驗的。

（2）輕量化的BIM模型定義系統以及開放數據的問題

目前BIM領域內運用范圍最廣泛的軟件是revit，在最開始的幾年甚至有人將它與BIM畫上等號。但是筆者認為，revit并不是一個很好的BIM平臺，主要原因就是它過于笨重。BIM模型定義系統的核心就是在一系列的三維構件上附加上專門的建筑相關信息。revit很好的做到了這一點，但是它的代價就是高要求的系統硬件資源，耗費巨大精力建立的族庫。基于revit平臺建立的BIM模型所需要耗費的時間和人力成本無疑是巨大的，以至于行業內很多同行都將單位內部的族庫視為極其寶貴的知識產權，天然的建立起了封閉的藩籬。甚至這樣的BIM平臺對BIM的推廣甚至是種阻礙。

另外，當前revit雖然提供了sdk，使高級用戶有各種api的空間，但是筆者仍然認為revit是一款相對比較封閉的軟件。縱使revit開放了二次開發的接口，但是這只針對于小部分有編程能力的設計師。在掌握軟件基本操作的門檻已經很高的情況下，又有多少設計師會去真正嘗試用它來進行二次開發呢？因此，對于revit來說，想要真正發揮它所建立BIM模型所囊括的數據的價值，門檻還是很高的。如前所述，BIM模型的價值體現就是如何運用其所包含的數據，BIM模型中的數據是否能夠方便地獲取是衡量BIM平臺是否優秀的一個很重要的指標。在這個方面上，revit無疑設置了一個很高的門檻。

因此，優秀的BIM平臺應該是輕量，并且開放的。所謂輕量，就是用戶能有以相對較小的代價，包括時間成本上的代價和硬件成本上的代價，就能很便捷的定義出一個符合當前專業以及下游專業需求的BIM模型。同時，設計師也能夠很方便地從這個BIM模型中獲取相關的數據，進行相應的加工，分析和交互。

3.BIM思維的更新

BIM帶來的遠遠不僅是設計施工資料數據形式的變化，更是一種貫穿于整個產業鏈的生產方式的變化。而這種生產方式的變化需要整個產業鏈的各個環節思維的更新。

舉個很簡單的例子，現在有的設計院正在開發基于BIM模型的結構平法施工圖插件。通過BIM模型生成平面二維的圖紙。這從某種程度上是一種倒退。三維的模型都有了，為什么我還要用二維的呢？沒辦法，審圖需要二維圖紙的存檔，施工單位并未有BIM相關的技術儲備等等，這些客觀存在的現狀，迫使我們只能依照傳統的設計施工的思維運作整個產業鏈內的各個環節，這對BIM效能的發揮，無疑是個拖累。雖然有BIM模型，但是本質的生產方式還是傳統的，這就相當于跑在高速公路上的自行車，高速公路能提升自行車的速度，但是自行車速度的上限的決定因素還是人力。

要BIM真正發揮效能，前提必須是產業鏈的局部，乃至整個產業鏈的各個環節，摒棄傳統的二維的思維，用BIM的方法來解決設計施工當中實際遇到的各種各樣的問題。以設計單位為龍頭，建立基礎的BIM模型，再將這個模型依次傳遞給施工單位和運維單位，從整體上節省產業鏈各方的時間成本。當然這個過程不是一蹴而就的，觀念的改變需要時間，需要很多的配套。但是，現在相關的契機正在慢慢出現，比如當下推廣的epc模式，就為設計和施工流程中的BIM數據的傳遞提供了土壤，參數化設計的發展也為BIM模型數據的應用提供了更多的可能。相信在不遠的將來，BIM的運用一定會如當下的cad一樣普遍。

（編輯：奚雅青）