李夢辰，廖燦燦，馬 驍

（中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶 400042）

0 引言

設計施工一體化是當前國際上通用的建造方式，我國自 20 世紀 50 年代引入蘇聯(lián)建造模式后，受當時國家經(jīng)濟條件制約和體制上的原因，形成了設計與施工分離的建造模式并沿用至今，帶來了建造組織方式落后、建設主體彼此分割、建造方式粗放、建筑質量和品質不高、行業(yè)效益低下等一系列問題。為解決這些問題，需要再次打破隔閡，連接設計、施工之間的信息傳遞渠道，解決設計施工脫節(jié)問題，促使設計施工達到一體化的效果［1］。

如今，BIM 技術憑借自身強大的信息存儲和傳遞的功能在設計和施工中得到了廣泛應用。在設計方面，利用 BIM 技術可以打通設計上下游的信息傳遞阻礙［2］；通過施工方在項目開展前期提前介入項目設計標準、設計樣板的制定等以解決施工階段可能發(fā)生的沖突問題；滿足各專業(yè)之間的協(xié)同設計以便整個設計模型數(shù)據(jù)的同步更新等。在施工方面，利用 BIM 技術的可視化性能完成虛擬施工，分析、優(yōu)化與模擬項目施工方案，盡可能減少安全問題、材料浪費問題、返工問題以及工期過長問題；利用 BIM 模型數(shù)據(jù)實時調(diào)整現(xiàn)場條件從而使資金效益得到最大限度的發(fā)揮等。BIM 技術促進了項目信息處理過程的整合以及基于 BIM 的設計和施工的集成，極大程度地推動了設計施工的一體化進程。

因此，為了加快設計施工一體化的實施進度，國家及地方主管部門出臺了多項政策文件，如《中共中央國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》、《關于促進建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2017〕19 號）、《2020 年綠色建筑與建筑節(jié)能的工作要點》（渝綠建〔2020〕2 號）等，均指出要大力推動綠色建造發(fā)展，推動 BIM 技術在工程建設全過程的集成應用，為建筑行業(yè)的發(fā)展指明了方向，也為加快推進設計施工一體化提供了有力的時機。

1 設計施工一體化的發(fā)展現(xiàn)狀

當前，項目各參與方各自為政，導致設計環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴重，項目的進度、質量和資金都受到嚴重影響［3］。剖析其原因主要有以下幾個方面。

1）設計與施工無法做到持續(xù)溝通。設計、施工獨立招標，設計單位以方案創(chuàng)作為工作中心、圖紙文件為工作成果，與施工單位的溝通不及時甚至缺失，故而二維出圖常常不滿足施工單位的具體要求，特別是專業(yè)性強的項目，如消防工程、幕墻工程等。

2）設計與施工的評價體系和規(guī)范要求不同。設計與施工都有各自的標準規(guī)范，使得項目信息的傳遞無法上下游暢通，導致兩者的工作徹底割裂開來，在工程項目中出現(xiàn)頻繁變更，重復工作并錯漏不斷。

3）設計施工協(xié)同流程未保持一致。要做到設計施工一體化就應該進行項目整體的全過程流轉，這個流程中，需要將項目前期、設計環(huán)節(jié)，以及后續(xù)的施工、移交等各環(huán)節(jié)納入到統(tǒng)一的計劃控制中［4］。

綜合上述原因，當前設計施工一體化發(fā)展主要是信息協(xié)同管理和技術兩方面的問題，造成了設計階段與施工階段的脫節(jié)，其具體情況如圖 1 所示。

圖1 設計施工脫節(jié)情況示意圖

2 實現(xiàn)設計施工一體化的核心要素

根據(jù)上文設計施工一體化發(fā)展現(xiàn)狀可知，要實現(xiàn)設計施工一體化，必須管理和技術雙管齊下。BIM 技術能夠打通設計上下游的信息傳遞阻礙，促進設計施工信息的傳遞和流轉，是實現(xiàn)設計施工一體化的關鍵技術。在管理層面，需要考慮標準制定、管理機制建立、獎懲策略三方面內(nèi)容，從而為 BIM 技術在設計中的應用提供一個良好的應用環(huán)境；在技術層面上，則要借助 BIM 技術的優(yōu)勢改變傳統(tǒng)協(xié)同設計流程，優(yōu)化協(xié)同工作中信息的傳遞和共享［5］。

2.1 管理層面

為了規(guī)范 BIM 項目的實施，BIM 設計模型數(shù)據(jù)可向下游傳遞，促使 BIM 信息集成與共享達到良好的效果，建立標準體系是 BIM 項目設計施工一體化實施的首要條件?？紤]到 BIM 模型的創(chuàng)建過程所涉及的協(xié)同要點、項目過程文檔管理以及建模深度等要求，標準體系至少應包含 BIM 模型工作標準、BIM 成果交付標準、BIM 數(shù)據(jù)庫三方面內(nèi)容。

其中，BIM 模型工作標準主要為統(tǒng)一實施管理，方便各參與相關方進行模型的共享和信息傳遞；BIM 成果交付標準是基于國家及地方標準制定設計、施工各階段的成果交付內(nèi)容及交付格式，保證 BIM 成果交付內(nèi)容、交付格式的一致性和信息的有效傳遞，保障 BIM 實施成果質量；建立 BIM 數(shù)據(jù)庫是為了 BIM 數(shù)據(jù)庫用于收集、存儲團隊項目樣板、BIM 構件資源等組織過程資產(chǎn)，方便技術人員對數(shù)據(jù)進行索取與提交，保證數(shù)據(jù)角度的及時性與一致性，并對相關數(shù)據(jù)的定期備份以及數(shù)據(jù)使用權限進行控制，保障數(shù)據(jù)的安全。

從管理機制上來看，首先要將設計和施工進行綜合管理，包括進度計劃、質量要求、方案設計等。項目部門應該對設計團隊的交付進度和交付成果有管控的責任，同時也應該督促施工方更早更好地介入前期設計中，提出施工方需求和注意事項，從而在源頭避免返工和資源浪費情況，以便更好地實現(xiàn)設計施工在管理上的融合?，F(xiàn)實中想要做到理想化的資源協(xié)調(diào)，就需要通過業(yè)主方的協(xié)調(diào)作用和制定合同來完成。業(yè)主方在基于 BIM 的工程項目中需要發(fā)揮核心領導作用，通過采取相應的措施和管理辦法，推動項目各參與方進行信息交流和傳遞，保證項目目標的實現(xiàn)。同時，在 BIM 合同條款中，需要對 BIM 協(xié)同工作要求、各參與方在項目中的任務分配、BIM 模型包含內(nèi)容以及模型質量等提出詳細的規(guī)定，將有助于工程項目各參與方在 BIM 協(xié)同中對任務的內(nèi)容理解，從而提高資源的調(diào)集效率。

另外，獎懲策略是幫助各參與方良好合作的手段，分為獎勵制度和懲罰制度兩個方面，其中獎勵制度包括共享機制和過程考核，懲罰制度分為履約懲罰和抽查制度。獎勵制度中的共享機制是為了激勵施工方通過使用 BIM 設計模型節(jié)約成本或者工期，并予以發(fā)放獎勵；過程考核是對設計單位在 BIM 應用點使用深度、模型深度、效益等方面的評比，并檢查過程資料是否齊全，以實現(xiàn) BIM 設計模型更好地向施工階段傳遞。懲罰制度中的履約懲罰是簽訂合同方不按合同規(guī)定使用 BIM 技術的，有權對其進行履約懲罰?；蛘呷粢?BIM 管理平臺為基礎，涉及相關的資料上傳（包括質量、安全、前期數(shù)據(jù)等），以及施工現(xiàn)場問題回復整改等未按要求上傳資料都將受到相應懲罰；抽查制度是檢查設計、施工方是否使用 BIM 技術以及 BIM 技術應用深度、是否按照前期制定的 BIM 標準規(guī)范執(zhí)行，如發(fā)現(xiàn)未按照標準執(zhí)行以及未達到項目 BIM 使用深度進行相應的懲罰。

2.2 技術層面

BIM 設計施工一體化協(xié)同設計流程應該按照項目實際進程，從網(wǎng)絡環(huán)境搭建開始、設計工作的實施到后期施工配合。在此過程中，應著重關注標準規(guī)范制定、項目樣板、模型搭建、性能化分析、各專業(yè)深化設計、施工模擬、施工配合、竣工模型這幾個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)的協(xié)同工作流程都需要考慮項目實施過程中影響協(xié)同設計的因素以及各階段聯(lián)系上下游（上游包括圖紙?zhí)豳Y，下游包括安裝、檢修、專項設計等）的影響因素。

項目實施前期需要搭建實現(xiàn)協(xié)同設計的基礎平臺，通過建立網(wǎng)絡環(huán)境方便設計人員共享服務器上的設計資源。進入項目執(zhí)行準備階段后，主要根據(jù)項目特點、業(yè)主需求、施工方需求，定制指導項目實施全過程的項目標準、項目樣板，此過程首先需對項目重難點及解決方案進行分析制定，便于項目實施團隊成員順利開展項目實施工作；其次基于項目分析結果，制定適用于該項目的項目標準、項目樣板，項目樣板作為項目標準的載體，為整個項目 BIM 技術應用提供統(tǒng)一的平臺，便于專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間模型傳遞與共享。

待項目執(zhí)行前期工作完成，即可進行后續(xù)項目執(zhí)行工作。首先，各專業(yè)模型搭建依據(jù)各專業(yè)項目樣板和業(yè)主方提資圖紙，嚴格按照定制化的項目標準進行設計，以免因施工現(xiàn)場工藝、標準的不一致造成的返工；然后，在模型搭建過程中進行可視化設計，利用 BIM 可視化技術在模型搭建過程中及時向設計單位反饋各專業(yè)集成的錯漏碰缺、復雜節(jié)點的完整性及復雜節(jié)點隱蔽工程與管線密集區(qū)域信息不全面等缺陷問題，在設計單位修改后同步更新調(diào)整，及時準確地溝通使設計更高效，模型優(yōu)化更合理；最后，在施工前提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證施工方在建造時減少返工、節(jié)約材料、提升效率［6］。

進入各階段深化設計階段，通常會根據(jù)前述工作中出現(xiàn)的難度大、復雜的問題，征求業(yè)主方意見，各相關方基于會議決策修改相應圖紙，BIM 顧問團隊將各專業(yè)修改內(nèi)容體現(xiàn)在三維模型中，復核合理性和可實施性，直至滿足相關方要求和業(yè)主的交付條件，這樣將施工中可能出現(xiàn)的問題前置，會優(yōu)化整個項目實施效果。

在項目執(zhí)行后期主要是對項目交付成果進行制作，以滿足項目成果交付要求。BIM 顧問團隊需對項目成果與施工人員進行施工交底，使其明白 BIM 設計意圖，明確各專業(yè)施工工序，有利于更好開展項目施工作業(yè)。有時對于大型復雜項目，業(yè)主方也會要求 BIM 顧問團隊配合項目施工作業(yè)，直至 BIM 服務范圍內(nèi)的施工工序全部完成。

3 項目應用

本章節(jié)擬用實際項目案例，以 BIM 顧問方角度來闡述利用 BIM 技術解決設計階段信息無法有效向施工階段傳遞的問題。由于管理層面的要素和注意事項在上一章已經(jīng)講述明確。本章僅講述 BIM 顧問團隊在項目中對設計施工一體化問題的解決所采用的方法和技術。

3.1 項目概況

本項目為大型商業(yè)綜合體項目，項目的整體規(guī)劃如圖 2 所示。BIM 深化設計范圍為 3# 樓 W 地塊地下車庫、超市、地上商業(yè)部分。項目總用地面積 24 337 m2，總建筑面積 129 884 m2，其中地上 92 866.33 m2，地下 37 016.43 m2。本項目在業(yè)主主導下，設計、BIM 顧問、施工、裝飾設計共同參與 BIM 實施工作。

圖2 項目整體規(guī)劃圖

3.2 項目實際問題解決

商業(yè)綜合體項目結構錯綜復雜、信息量繁雜，施工難以精確定位，傳統(tǒng)二維設計無法準確對圖紙進行校核，如錯漏碰缺、各專業(yè)圖紙不符、平面圖系統(tǒng)不符等設計問題很容易過渡到施工階段，造成不必要的返工。而加入 BIM 技術后，各專業(yè)間上下游信息傳遞通暢，并在設計中提前考慮了施工現(xiàn)場安裝工藝流程，保證設計 BIM 模型高效指導現(xiàn)場施工，避免不必要的浪費，降低成本。提取該項目中的協(xié)同設計中的問題——暖通專業(yè)設計圖紙問題（案例問題一）和結構專業(yè)（案例問題二）的功能使用問題，闡述 BIM 技術在設計工作中的應用。

3.2.1 案例問題一

在本項目中，出現(xiàn)了走廊排煙風管從 300 mm×900 mm 梁下穿行（見圖 3），導致凈高不足 2 800 mm。原因是設計師在設計圖紙時未考慮到梁尺寸過大，風管安裝后吊頂凈高不足的情況。BIM 機電工程師在深化設計中發(fā)現(xiàn)凈高不足會嚴重影響吊頂?shù)氖褂?，?jīng)過暖通設計復核后決定將該管線調(diào)整至貨物庫房穿行（見圖 4），并告知設計方對圖紙進行修改。通過深化設計提前發(fā)現(xiàn)該問題，以免在現(xiàn)場施工中造成不必要的麻煩，影響施工進度（施工現(xiàn)場管線安裝實景如圖 5 所示）。

圖3 優(yōu)化前圖紙和 BIM 模型圖（單位：mm）

圖4 優(yōu)化后圖紙和 BIM 模型圖

圖5 現(xiàn)場實景圖和 BIM 模型圖

3.2.2 案例問題二

1# 商業(yè)樓負一層3#配電房，發(fā)現(xiàn) 800 mm×200 mm 強電橋架接配電室電纜溝位置管線密集，電纜與配電房門體發(fā)生沖突，且該區(qū)域結構降板后安裝凈高較低，從而導致開關門位置不合理（見圖 6）。BIM 機電工程師提出調(diào)整電纜溝位置或者調(diào)整配電房門位置的解決方案，經(jīng)過和建設方及設計方協(xié)商后決定調(diào)整門體位置，使其向上方樓梯間位置上移 2 000 mm 避開電纜溝及管線密集區(qū)（見圖 7），以期避免在后期施工安裝過程中出現(xiàn)問題，造成不必要的返工。

圖6 優(yōu)化前圖紙和模型圖

圖7 優(yōu)化后圖紙和模型圖

4 結語

設計與施工一體化是未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向，它是完善工程建設組織模式必不可缺的一環(huán)也是培養(yǎng)整個過程工程咨詢的紐帶。BIM 作為先進的管理工具，已經(jīng)被企業(yè)廣泛應用，利用 BIM 技術能夠為建筑項目工程設計和施工帶來技術沖擊，BIM 技術與建筑工程協(xié)同設計是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體，不但可以提高建筑設計的效率，還可以對施工進行同步的技術指導，這促使設計和施工實現(xiàn)一體化的效果。

本文通過剖析設計施工脫節(jié)的原因，認為若要實現(xiàn)設計施工一體化則需要利用 BIM 技術，從管理和技術兩方面進行改善。在管理中不僅要考慮項目協(xié)同工作環(huán)境的建立（標準制定和管理機制的建立），還要考慮激勵策略的制定和應用。在技術上思考設計與施工之間的關聯(lián)性，最后在案例應用中，以 BIM 顧問的角度來闡述如何在 BIM 設計階段融入施工方的需求，在施工過程考慮 BIM 設計的建議，充分發(fā)揮 BIM 技術在信息傳遞上的優(yōu)勢和價值，為解決 BIM 技術在設計施工一體化中的應用提供一些思考。Q