正向BIM技术在主题乐园工程深化设计阶段的应用研究

许光孝

上海建工集团股份有限公司  上海  200093

摘要：在大型高端主题乐园项目中，施工总承包方应用正向BIM技术进行深化设计管理，成为BIM技术在施工阶段应用的一个新方向。本文首先结合国内主题乐园深化设计现状和主题乐园项目的难点，总结正向BIM技术在深化设计阶段的优势。然后，根据主题乐园项目深化设计内容，建立正向BIM深化设计管理流程。最后，在工程应用基础上提出施工总承包工程中应用正向BIM技术能提高深化设计协调效率，确保设计质量，规范管理流程。

关键词：正向BIM技术；深化设计；主体乐园；施工总承包

引言：

深化设计是指工程的施工方在建设单位提供设计院施工图或招标文件中的图纸基础上，对其进行优化和完善，形成符合现场施工环境和施工需求的专业施工图，同时对项目上不同专业的设计图纸进行集成、协调、修订与校核，以满足现场施工及管理需要的过程[1]。深化设计作为设计的重要分支，补充和完善了方案设计的不足，有力地解决了方案设计与现场施工的诸多冲突，充分保障了方案设计的效果还原[2]。

据资料统计，大型工程项目深化设计图纸量巨大。例如，北京LG 大厦深化设计的范围涵盖了钢结构、玻璃幕墙、机电、精装修等专业[3]，上海环球金融中心经过深化设计的图纸数量达70548张[4，5]。随着国家进一步的改革开放政策，国内最近几年兴起主题乐园的建设热潮，例如外资注入并进行管理的上海某大型主题乐园工程。主题乐园项目游艺设施多、主题效果变化多样，机电管线复杂，项目图纸信息量大，涉及的深化设计专业和图纸量多。

BIM（Building Information Modeling）作为共享的信息模型数据体，一方面可以支持项目参与方读取模型信息为己所用，另一方面不同专业的工程师可以对模型进行修改和更新，并通过模型集成信息方式准确传递给其他项目参与人。在深化设计中，以模型为载体进行设计协调，成为一种创新的管理模式。

BIM正向设计是指在三维环境下进行设计，利用三维模型和其中的信息，自动生成所需要的图档。在深化设计过程中，利用BIM正向设计技术，根据设计模型，不同专业设计师进行三维深化，充分协调模型后再进行二维出图。这种三维模型协调二维出图的深化设计模式很好的解决了深化设计过程中的不同专业构件的冲突问题，保证深化设计图纸能体现和还原设计意图，对施工总承包模式下的工程管理具有重要意义。

1主题乐园工程深化设计现状

主题乐园的深化设计涉及专业与传统项目不同，游艺设施和主题施工使深化设计协调内容更加复杂，深化设计难度增加，表1为典型主题乐园项目深化设计现状：

表1 典型主题乐园深化设计现状

项目名称		建筑面积（m2）	设计院施工图纸数量（张）	承包商深化施工图纸数量（张）	深化周期 （月）
主题乐园项目1		35535	/	28000	30
主题乐园项目2	单体（1）	/	440	403	24
	单体（2）	958.5	460	538	24
	单体（3）	1309.3	460	521	24
	单体（4）	825	399	289	24
主题乐园项目3	单体（1）	229.84	58	385	4

主题公园项目深化设计涉及的专业包括建筑、结构、暖通、电气（电气细分为普通电气、演艺电气、游艺电气三类）、消防和给排水。专业多且相互关联，尤其复杂的主题施工内容和游艺设施深化不属于施工总承包合同范围，但又与建筑、结构和机电深化内容紧密相关，单纯依靠二维图纸提资信息进行深化无法保证深化图纸的准确性，也无法满足高标准的施工要求。

2主题乐园项目难点

2.1主题乐园建设难点

主题乐园工程，充分表达其文化内涵：真实性、多元性、艺术性、科技性、人性化、生态性。丰富的文化内涵，造就项目的独特：详细的技术规格书（SPEC要求）、机电系统复杂、“以人为本”的设计理念、造型复杂多样、专业厂家繁多、专业协调难度大。主题乐园建设难点包括[6，7]：

（1）国际化的主题公园，项目资源来源于全球，超精细化的建设管理理念对承包商的国际工程管理能力提出挑战。

（2）项目群工程浩大，各个单体主题风格不同，专业承包商多样化，单体施工场地狭小，周边环境复杂，形成“园中园”，对现场要求极高；

（3）业主方的开园日期一旦确定，不可更改，承包商需在狭小的施工空间完成建设任务，工期紧张。

（4）异性结构制作工艺复杂，游艺设备基础埋件及安装的精度要求高，施工安装难度大；

（5）场地景观、演出布景、游艺设备安装的元素多，施工难度大；

（6）机电安装、装修装饰品质要求严格，存在大量各专业需要综合协调的问题；

（7）工序穿插繁复，参建单位多，对整体协调能力要求高；

（8）设计院原始设计施工图纸深度不足，缺漏碰撞严重，变更频繁，深化设计工作量大。

2.2主题乐园深化设计难点

深化设计是基于对施工图和施工现场状况的综合分析而进行的，从信息来源上看要求深化设计必须在施工图设计的基础上进行，这就涉及到设计阶段和施工阶段信息资源的一致性和协调问题

[8]。

主题乐园工程建设难度高，对于参建各方尤其是业主在项目管理过程中，亟需建立一套精细化的管理模式。主题乐园项目施工图涉及的专业和图纸数量多，图纸中包含大量的信息都是不同专业需要的，单纯依靠经验和人力在紧张的工期完成各专业图纸信息的传递与整合是不科学的，显然，二维深化设计单专业的工作模式已经不能满足主题乐园项目要求，正向BIM技术可将二维的图纸信息三维可视化，不同专业的模型相互链接，相互参照，这种协同工作模式将大大提高深化设计人员的工作效率，确保深化图纸准确性。

2.3建设管理方对三维深化设计的需求和期待

传统的单专业深化设计是符合要求的，但是在施工过程中，不同专业构件相互碰撞现象非常普遍，对于业主，不利于控制工程进度和施工质量。BIM技术由于其具有多专业协调性和信息集成性，深受业主方的信任，成为业主方项目管理方法之一。

Revit协同工作模式是指建筑、结构、机电等专业在同一个中心模型工作，以项目为单位，以专业为子集，设定项目的中心文件供各专业单位集体共享。不同专业的工程师使用将自己专业的模型与中心文件链接，将自己新建或修改后的模型同步到中心模型，专业深化工程师通过链接的中心模型相互查看实现信息及时共享。

主题乐园项目设计阶段，已经开始BIM技术的应用，三维设计确保了不同专业在设计阶段已经过充分协调，业主也期待在施工建设过程中，承包商的专业深化设计成果也是经过协调的，确保现场工程师按图施工顺利进行。业主将单专业的设计模型提供到承包商，承包商在设计模型基础上进行专业性深化工作，总包组织专业深化设计BIM工程师，采取协同工作模式对专业深化设计初步成果进行集成、协调、修订和校核，最终通过Revit软件模型出图功能实现室内综合平面图、管线综合图的输出。

3三维深化设计的内容

专业性深化设计是指建筑、结构、机电、装饰、园林景观等专业的深化设计。正向BIM 技术要求采用三维模型进行深化，深化过程中三维模型进行各专业的协调，完成深化模型[8]。

建筑专业三维深化设计内容包括：1.建筑平面深化设计整合。地下、地上防水深化设计；2.门窗、主题外墙、屋面等；3.屋面深化设计整合；4.钢楼梯、钢平台、钢栏杆的设计深化。

结构专业三维深化设计内容包括：1.土建结构深化；2.有关于装饰部分的埋件、次钢、墙体龙骨，安装部分的次钢；3. 主题灯的节点的设计。

机电专业三维深化设计内容包括：1.所有机电管线路由优化；2.设备尺寸输入校核；3.机械设备末端位置调整。

装饰专业三维深化设计内容包括：1.室内装饰深化；2.外包装；3.装饰相关次钢结构。

园林景观专业三维深化设计内容包括：1.栏杆、铺装深化；2.苗木种植位置范围调整。

专业性的深化设计，由专业单位完成，施工总承包设计管理将各专业深化设计初步成果进行集成、协调、修订与校核，形成最终的深化模型，再由各专业单位根据要求完成二维综合平面图、综合管线图[9，10]。

4正向BIM深化设计工作流程

4.1二维深化设计流程

传统的AutoCAD等软件一般都是基于二维平面开展深化设计，从单专业来看，深化设计需要集成厂家、安装信息，从施工配合来看，多专业信息在深化设计阶段也主要是通过二维图纸进行信息流通的，以机电和结构二维深化设计工作流程为例，分析二维深化设计工作模式下的利弊。

图1 二维深化设计流程

在上述机电和结构二维深化设计工作流程下，机电专业工程师在完成深化图纸后，将提资信息提交至结构专业工程师，如结构专业预留洞，机电将管道尺寸和留洞原则信息传递到结构，结构整合机电的提资信息进行洞口尺寸和加固深化，若存在技术疑问两个专业相应工程师进行讨论，如有必要还需与业主的设计师进行沟通，最终信息确认无误后机电和结构专业分别出具最终的深化图供业主审核。在这个过程中，结构对于机电的提资信息没有复核流程，往往造成现场留洞尺寸偏差和位置偏差。

4.2二维图纸深化，三维BIM模型协调流程

在一些项目中，BIM模型中已经包含设计图纸、模型几何信息，厂家信息和安装信息，其深化设计流程往往采取从BIM模型获取信息进行二维图纸深化，并以二维图纸为媒介进行不同专业间提资信息的流通。以机电和结构两个专业为例，深化设计工作流程如下：

图2 二维深化三维模型协调流程

在此工作流程下，不同专业的深化信息仍然以二维图纸方式流通，三维BIM模型中各专业的协调工作落后与二维深化图纸，当在模型协调中发现碰撞问题时，仍然需要在二维图纸中更正，再反应到三维模型中，这种被动的二维图纸翻模协调工作流程，极大延长了深化设计时间，不利于项目的连续性。

4.3 BIM模型三维协调，模型正向出图深化设计流程

业主方在项目开始给承包商提供设计模型，承包商不同专业的工程师在模型中完成协调工作，通过Revit中剖且不同平面完成深化，自动化地形成多专业复合信息图面信息。以机电和结构两个专业为例，深化设计工作流程如下：

图3 正向BIM深化设计流程

在这种工作流程下，不同专业的信息同时反映在单专业的深化图纸中，且不同专业的信息已经过BIM模型充分协调，准确无误。相较于二维深化设计和二维图纸深化，三维BIM模型协调流程的工作模式，BIM模型三维协调，模型正向出图深化设计流程更高效，更准确，也更容易让业主的工程师接受，承包商的深化图纸审批也更容易通过。

5工程应用

上海某大型主题乐园，用充满欢乐和超出想象的方式，把深受欢迎的故事系列进行延伸，并赋予生命。施工总承包商围绕游艺设施进行主题展开，配合场地园林和演出布景，克服重重苦难，慢慢打磨雕刻，栩栩如生地还原了经典电影画面。

由于项目极其复杂，美式标准的设计工程师，打破国内设计惯性思维，采取模型辅助图纸的审批制度，将BIM技术应用到深化图绘制和审批过程中，施工总承包管理方的设计团队完成了正向BIM技术的积累和总承包深化设计管理制度的研究，形成应用成果如下：

1、全专业Revit中心模型的搭建

2、经三维协调过的室内装饰墙面综合点位图

3、总结出BIM正向出图构件范围

4、总结出三维模型协调流程

5、三维出图成果输出标准

图4  正向BIM三维出图构件范围

图5  三维模型协调流程

6结论

BIM技术的正向应用，解决了主题乐园工程专业多而复杂导致二维的深化设计协调不充分施工困难的问题，同时，将正向BIM技术纳入施工总承包技术管理范畴具有独特优势，具体表现为：

1、业主审批承包商深化图快捷高效。承包商同时提交深化图和深化BIM模型至业主工程师，深化BIM模型整合了多专业内容， 业主相关工程师在审批图纸时，只需考虑专业意见，而不用担心碰撞问题。模型出图的工作模式一方面已经确保了构件几何信息与最终成品准确无误，另一方面已经完成不同构件空间关系的协调，对比二维出图业主二维审批图纸的工作模式，采用模型出图后业主审批深化图周期由两周缩短至一周，图纸审批效率大大提高。

2、将现场协调工作在深化设计中解决，节约工期。通过BIM模型协调深化，实现节点排布、构件避让，空间尺寸验证，确保现场施工顺利进行，特别是在年轻队伍中，BIM技术能预先发现问题，提前解决问题，弥补年轻设计师由于信息交流不及时经验不足产生的设计问题直到施工才发现，产生返工延误工期。

3、管理创新。基于正向BIM技术的深化设计，建立模型管理机制和分包管理协议，总承包单位将施工技术管理经验运用到深化设计，为项目后续施工质量控制和形象进度带来极大提升。例如，土建在结构预留洞深化过程中，将安装设备管道尺寸的提资信息先模型复核再提交进行预留洞深化，总包要求分包大尺寸预留洞“零后凿”的管理建议，确保施工按序就班进行。

4、直观确凿。基于BIM技术深化设计，三维模型准确展示主题乐园项目中复杂的主题类施工节点，机电管线和建筑结构的空间位置关系，游艺设施定位和前后工艺搭接逻辑关系等。BIM模型带有的真实信息，通过对模型进行技术分析，提高现场施工管理人员和施工班组对复杂节点的理解，提高技术交底效率。

参考文献：

[1]王陈远. 基于BIM的深化设计管理研究[J]. 工程管理学报, 2012(4):12-16.

[2]张同波. 建筑工程中影响施工的部分设计问题的研究与思考[J]. 施工技术, 2011, 40(1):41-46.

[3]周宇騉. 怎样提升深化设计能力[J]. 施工企业管理, 2008(10):77-79.

[4]王伍仁, 罗能钧. 上海环球金融中心工程总承包管理[M]. 中国建筑工业出版社, 2009.

[5]中国建筑股份有限公司&上海建工总公司. 上海环球金融中心建造纪实[M]. 中国建筑工业出版社, 2010.

[6]王红磊. BIM技术在某大型复杂游艺项目机电管线深化设计中的应用[J]. 建筑施工, 2017, 39(6):864-866.

[7]王红磊. BIM技术在某大型复杂游艺项目机电管线深化设计中的应用[J]. 建筑施工, 2017, 39(6):864-866.

[8]Wilson W．S．Lu．Building information modeling and changing construction practices[J] ． Automation in Construction，2011（20）：99-100．

[9]秦雯, 陈威, 计晓萍. 基于BIM的结构出图[J]. 土木建筑工程信息技术, 2013, 5(2):92-95.

[10]黄劲超, 刘魁, 谭兴伦,等. BIM技术在总承包管理中的应用[J]. 住宅与房地产, 2016(12X):210-212.