论文摘要：协同设计是未来工程建设行业中一个极其重要的设计理念，随着甲方对工程设计质量和建设要求的日益提高，必须要重点考虑协同设计对工程建设尤其是工业建筑设计中的影响。本文着重介绍了协同设计对工业厂房（包含建筑、结构和电气设备等）设计影响的基本理念，阐述了全新的设计方式和设计流程，证明此先进理念在包括工业建筑设计的所有建筑工程设计中相对差错较之前的传统设计流程要好很多，可以满足现代工业建筑设计中的高效率、高质量和高要求。

 

关键词：工业建筑、协同设计、建筑信息模型（BIM）、建筑设计、电气设计、结合

Title : Industrial Building、Cooperate with Design、Building Information Modeling、Architecture Design、Electric Design、Combine

 

前言：协同设计是现今在工程建设领域中经常被提到和运用到的一个重要理念，但目前在中国大陆地区尚未探索出一套完整、完善的标准实施流程。时下在工程设计中采用的协同形式较多，而基于建筑信息化模型的三维协同设计被证明是目前世界上在该领域内同比最为先进的一种协同设计方式。本文将以华东电力设计院在设计“上海奉贤GIS换流站”项目中所遇到的技术难点来深入探讨和解析工业建筑中的协同设计。

 

 

我国的工程建设行业经过了五十多年来的社会主义建设，在工程建筑设计方面取得了辉煌的成就。一个大中小型企业相结合、地区分布比较合理、规划较为完整的工业体系已经初步形成。特别是改革开放以来，随着我国经济腾飞，社会进步，带来了工程建设行业的蓬勃发展，造就了工程设计行业的繁荣时期。与此同时，工业建筑也在此刻出现了新的面貌，无论在量还是在质的方面都有了较大幅度的提高。但是伴随着我国工程建设行业的高速发展，工程设计人员在享受时代发展成果的同时也面临着许多新的技术课题，需要我们进一步地认真总结、仔细探索和创新提高。而华东电力设计院设计的“上海奉贤GIS换流站”项目正是处在在这一时代背景下。

 

 

一、项目背景

上海奉贤GIS换流站是国家级重点工程——“向家坝－上海±800千伏特高压直流输电示范工程”中一段重要组成部分。该工程西起四川复龙换流站，东至上海奉贤换流站，途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海八省市，全长约2000公里，输送容量6400MW，电压为±800kV。上海奉贤GIS换流站是该重点工程在上海段的核心部分之一。

 

 

 

 

这个2007年4月由国家发改委正式核准建设的重点工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的直流输电工程。工程起于四川复龙换流站，止于上海奉贤换流站；新建±800千伏换流站两座，额定输送功率640万千瓦；新建±800千伏直流输电线路1回，输电距离1907千米。工程途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海8省（直辖市），4次跨越长江。

 

、

 

二、技术难点

多年来，建筑师们一直都是按照传统的方法来设计，即：先做建筑设计、再做结构设计、最后做设备管道综合布置。而出图的顺序一般也是传统的：先出平面图、再出立面图、接着出剖面图、最后出大样节点详图，同时还要把图纸以及自己的想法交待给效果图公司做表现。依赖效果图制作的建模完成对建筑三维形体的推敲与分析，必要时还需通过制作实物模型来研究形体。

在这种方式下，建模的沟通与建模过程的疑问及反馈，以及由于错误领会造成的返工都将大大增长设计周期，既费时又费力。绝大多数建筑师在看到完成的效果图前，对自己设计的建筑形体缺乏直观的生动的认识，这严重影响了建筑设计的最终质量与效果。

华东电力设计院在设计“上海奉贤GIS换流站”时同样也面临着这些问题，而且由于其所设计的项目是工业建筑，因此在设计流程和工序上都同标准的民用建筑不同，因此造成设计难度也会有所增加。

“上海奉贤GIS换流站”作为典型的工业建筑，与民用建筑设计流程中，先建筑、后结构、再设备的工序相比有明显的不同，该工业项目的设计流程是：先设备、再建筑，最后是结构。

“上海奉贤GIS换流站”作为电力设施的专属建筑，其主要配备了电气设备和暖通设备，没有给排水设备。而这其中又以电气设备为主。首先，电气专业工程师会在规定的设计地块上布置项目所需的电气设备，然后提交给建筑专业，让建筑师依据电气设备的位置、尺寸和布局要求来设计厂房的大小和形状；最后再提资给结构专业的工程师让其根据建筑的设计图纸来配备结构构件。而这其中尤以电气设计与建筑设计的结合最紧密也最具有难度。

 

 

 

 

作为工业建筑尤其是电力行业的设施，其体积尺寸都较为庞大，需要建筑师在设计时充分考虑电气设备在建筑构件（譬如墙体）上的开洞（孔）尺寸。一旦电气工程师将电气设备的尺寸和位置作了修改和变动，那么建筑师便需要对自己设计的孔洞大小进行相应的调整，并及时传达给结构工程师，以便结构工程师也能够及时做出相对应的调整。而在这个过程中，各专业之间的数据传递和信息沟通就显得尤为重要。而如果没有一种高效有利的手段来传达各专业工种之间的设计变更，那么就会造成最终各专业的图纸无法正确的拼合衔接，给施工造成影响。因为在一般情况下，电气工程师的平面图纸完成后需要建筑师对照它，从头开始完全独立地绘制各个平面、立面与剖面，既费时又费力。而要详细、精准的剖面图更是一大难题。各立面的数据都要人为对照，低级错误时有发生。譬如，电气设备由于位置的变更而改变了管道的走向，但是建筑图纸一旦没有及时更新便会出现电气管道破墙而出，而原先的开孔处却留下了一个大大的空洞。

 

 

、

 

因此，各专业工种的设计图纸之间缺乏关联协调便成了设计中所遇到的主要问题。因为，建筑设计从开始到建设施工，同一个项目是在不断发生变化的。创建图纸是完成项目的手段之一，同时它也是一个探寻事实的过程。因此在设计中快速地做出修改和变动是每个项目必不可少的。以往的方式绘图，各个专业工种之间的图纸不会有任何联系，当一个专业的图纸发生改变的时候，其他专业的图纸不会自动更改过来。这样一来就有很多弊端产生，因而要花更多的时间来修改其他图纸以达到一致。

 

 

三、解决方案

俗话说，穷则思变！面对在项目设计中所遇到的以上种种难关，电网处的工程师们便开始在技术层面上寻求突破和创新。而他们破解难题的方法便是以BIM设计理念为主导，在以Revit系列软件为平台的基础上进行三维信息化设计。

 

 

 

借助强大的Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP软件，将之前散乱孤立的设计数据和信息整合在了一个平台上，这样在各专业工种之间实现数据共享、信息顺畅便成为了可能。工程师们不

 

 

 

必再为了各种不同文件格式之间的数据转换而大费周折，利用统一的设计平台可以实现各种专业工种之间数据无缝链接。譬如，在设备专业的电气工程师运用专业设计的Revit MEP软件完成了电气设备的综合管网布置设计并提交给了建筑专业之后，建筑设计师无需做任何转换，只要在Revit Architecture直接打开电气工程师提交的设计文件即可。

 

 

虽然Revit Architecture是专门用于建筑设计的软件，但是由于其和另外两款兄弟软件共用一个数据平台，因此相互之间的交流便显得非常便捷。建筑师的软件同样可以快速方便的直接打开电气工程师的设计文件，并且可以准确地获得其中的设计数据和相关信息，以方便作为自己设计的参照和依据。而建筑与结构之间的数据衔接亦如此。

这样以来，当建筑师将电气工程师的设计图纸以“链接”的方式打开之后，不但能够清晰准确的在其基础之上为电气设备设计加盖厂房还能通过三维设计的先进方法来直观高效的查看和验证自己的设计成果。既便电气工程师对图纸做了修改，建筑师也能够通过刷新的方式来及时准确地获取更改信息。不必再担心由于两个不同专业之间的数据衔接而造成的图纸差错，管道破墙而出和遗留大空洞的设计错误也可以得到及时修正。这样就能使得建筑设计与电气设计更加紧密的联系在一起。同样，建筑设计与结构设计之间的衔接亦如此。

 

 

既便是在同专业中，也可以通过数据的关联性来大大提升设计质量和工作效率。譬如，当建筑师根据电气工程师的设计图纸在其平面图纸中改动了某个建筑构件（例如，门窗）的尺寸和位置之后，软件系统会根据修改信息在立面和剖面包括三维以及其它所有相关图纸中的对应部位都自动产生更新，不再会造成本专业中平、立、剖图纸不符的低级错误出现。这样一来，不但极大地提升了设计师们设计质量和工作效率，同时大大降低了重复工作的概率，节约了宝贵的时间。

 

 

 

 

因此，在使用运用BIM设计理念并结合使用Revit系列软件做的设计，完全是一个整体，所绘制的建筑、结构和设备构件不只有三维模型，各个视图自动以正确的形式显示，因此每个建筑构件只需要在方便的视图绘制一次，其他相关视图都会自动跟进，添加一个建筑构件可以马上看到它的三维及剖面的效果，而且平、立、剖面完全双向关联，每个构件只需要绘制一次，避免了重复作业，而且具有准确性。比如生成剖面，这在以前的设计任务中是比较繁重的工序，但是在Revit中就变得比较轻松。一条剖切线就可以解决问题，摆脱了因为考虑不周导致的剖面与其他视图不一致的失误，可以说，Revit系列软件的双向关联给给各专业工种的设计们带来了技术上的一次重大飞跃。

 

 

 

四、行业现状

目前，整个建筑设计行业是呈宝塔状的组织，有着固定的组织边界，限制了各组成部分的互动。通过常建筑工程设计是由几个独立的专业团队完成，包括建筑、结构、设备等不同的工种。不像制造业中集成的设计和供应链，建筑工程项目设计的团队间协作很少超过一次。他们工作的重点实际上就是实现单一的和唯一的产品：只被建造一次的建筑。

 

 

 

于是便造成了目前整个建筑设计行业中，各专业工种之间实际上是一个相互割裂的设计过程。

 

 

 

   

在这样的一种相互割裂的设计流程中，各专业工种之间由于缺乏有效的交流合沟通，往往会造成“牵一发而动全身”夸张局面，即当任何一个专业的图纸作了修改之后，所有相关专业的相关图纸都必须要跟着一起作调整，而如果由于疏忽而没有及时通知其它专业的工程师，那么这个问题就会被带入到施工中去，从而形成了“边施工边设计、边设计再边施工”的恶心循环，变更通知单满天飞的尴尬情况。各专业的工程师们在拍图时把脑袋拍破了也没有发现和找出设计中存在的错漏碰缺，大量的工作仍然需要现场解决。大大影响了工期进度和施工效率，从而造成人力、精力、物力、财力和时间成本的上扬。

另外，由于设计方更多的是考虑建造时的图纸清晰度、规范化和明确性。因此，在整个设计过程中，设计师和工程师们更多的是为作为乙方的施工方来配合，而忽视了与作为投资方——甲方的之间的相互沟通与交流以及一些相关的服务。

 

 

五、未来前景

很多具有卓越眼光的建筑师和专家早在多年前就一直呼吁建筑设计的协同性和设计流程的协同化运作。而未来的建筑设计也必须向集成化、协同设计的发展。

集成化体现在两个方面，即设计信息集成化和设计过程集成化。也就是在信息集成的基础之上，充分利用计算机和网络的新技术，组织建筑各专业的设计人员，在协同工作的环境下进行设计。因此，实现设计集成化要解决的第一个问题就是信息集成化。建筑信息模型正好可以承担起这一任务，它是整个建筑工程设计从单一化走向数字化、信息化的标志。所有专业的设计信息都往这一个信息化的模型里添加。因而，它将会成为信息集成化的实体。这样以来，工程师们就可以以它为基础，建立起各个专业设计人员都可以参与工作的协同设计平台，进而实现设计过程的集成化和设计流程的协同化操作。

 

 

只有在这样的一种先进工作方式下，设计的协同性才能得以充分表现。团队之间的协同设计才能真正得以展现。各专业工程师通过网络将各自的计算机串联起来，通过软件使大家能够在同一平台上、同一个文件中实现多人、多专业进行设计协作和数据共享以及信息交流与沟通等。任何人只要在这个平台上就能及时发布和更新自己或团队其他成员的最新设计成果，无论是在同一间办公室还是在不同的办公楼面甚至异地都可以顺畅无阻的进行协同设计。

 

 

 

 

 

著名的“美国艾迪石（上海）建筑设计咨询有限公司”便是利用这样一种先进甚至革命性的设计流程

 

 

实现了跨国和跨地区协同作业。在Revit系列软件的帮助下，通过先进的“工作集”方式，各专业设计师在实时协调、实时沟通的前提下，进行同步设计，省略掉提资过程。并且各专业不必重复建模设计（建筑专业建的柱子，在结构专业中会以结构的出图样式显示出来，并且结构可以直接使用或更改，有效地避免重复劳动）。这样以来，设计团队间就实现了美国洛杉矶与上海办公室之间的连线协同设计，让工程师们不必往返于太平洋两岸的飞机上，进而实现了其设计业务全球化的宏伟目标，完成了当年路易斯．康纳不可想象的任务。

华东电力设计院在进行“上海奉贤GIS换流站”项目设计时已经引入了BIM的设计理念并运用Revit系列软件进行三维设计的尝试，实现了建筑、结构与设备专业的数据共享和信息顺畅沟通以及文件的无缝链接。通过同一平台的操作，使三大专业的设计成果能够直观便捷的展示一起。利用信息化的手段，将原本单调枯燥的设计图纸变成了丰富形象的设计图像。三大专业的三维模型组合在一起，从里到外、从上至下不但非常便捷协调了各专业的设计信息，同时也简化的设计流程、减少了重复工作的几率、缩短设计时间、提升了工作效率和设计质量。不过，虽然在设计的图纸和形式上已经实现了三维，但是在协同上由于是采用链接的形式，因此其协同方式暂时还只能算是2.5维，没有达到真正意义上的三维。因此，今后在这方面还有继续上升的空间和潜力。

很多工程师从开始接触BIM设计理念并运用Revit系列软件进行协同设计到现在，感触最深的就是“只有想不到，没有做不到”的。协同设计提供给我们的不仅仅是一种更完善的设计流程，更是一种严谨的态度、一种精益求精的态度、一种锲而不舍的态度、一种先进的设计理念。这才是最有价值的收获。

当然，大家一定可能会有疑问，说了协同设计半天好，那它为什么迄今为止还没有普及开来呢？我认为，人无完人、物亦如此。任何一个新事物或新方式的诞生都要有一个被接受的过程，况且协同设计还是一个在不断进步和完展中的设计流程。而且更重要的是我们能否改变自己陈旧的设计理念，有没有信心去完全接受它、掌握它。因为只有完全接受并掌握了一种新颖的设计理念、一个先进的设计流程，才能真正让这个流程为我所用，最大限度的发挥其效应。

 

 

 

 

 

中国有句古话：一个好汉三个帮。如果想要在设计院或其它设计事务所内充分发挥这个好的设计流程所起的作用，仅靠一两个人是不行的，必须要全面推广，让BIM的先进理念和协同设计的先进方式深入到每个建筑师和设计团队的思维中，让每个设计人员人都能熟练运用和掌握。这样才可以在设计师和团队内部实现无障碍交流，也才能更好地发挥每个人的创意与才智，去发掘先进设计工具的潜能，让广大的中国建筑师和企业们能够在一种非常先进且轻松的方式下按照自己的创作思维来惬意地工作和交流。

 

 

六、结论

从上面的分析可以看出，协同设计作为一项有着广阔发展前景的建筑设计方式，将必定会为建筑设计工程项目提供一种全新的途径和方法。未来随着建筑设计的不断发展、甲方参与其中的力度不断加大、整个建筑产业链不断完善，协同设计必将会成为今后的一种主流设计方式。而运用信息化模型技术为平台的协同设计也必将成为以后建筑设计行业的主要设计流程。

 

同时，通过这种信息化技术的协同设计，还要让建筑专业的工程师们懂得建筑信息模型是实行建筑工程全生命周期的管理战略的核心，感悟到建筑信息模型在整个建筑业信息技术发展中尤其是协同设计中所处的重要地位，明确一个未来的建筑师在建筑业信息化的进程中所肩负的责任。

 

 

 

 

    建筑设计是整个建筑业的龙头专业，也是整个建筑工程项目信息的源头、建筑信息模型建立的起点。希望未来的建筑师们在未来的工作中能够自觉地应用建筑信息模型技术和协同设计的先进方式，为建筑工程全生命周期的管理、为建筑业的信息化做出自己的贡献。

而且在时下这个金融危机愈演愈烈的“经济寒冬”中，只有充分修炼好自身的技能、逐步提升自己的“内力”，掌握先进的设计理念和工作流程才能在未来经济复苏之后所带来的异常激烈的市场竞争中立于不败之地。

 

参考文献：

1)        赵红红主编   “Autodesk推荐BLM丛书——建设工程信息化BLM理论与实践丛书中的《信息化建筑设计——Autodesk Revit》 ”   中国建筑工业出版社

 

致谢：

该技术论文能够顺利完成，是在撰写过程中得到了许多人的帮助和支持。首先非常感谢我的总公司——北京北纬华元软件科技有限公司技术部与市场部的诸位同仁们能够给我这个机会并鼓励我还帮助我选取课题。其次是本次BIM大奖赛的主办方——中国建筑学会和Autodesk软件（中国）有限公司及其承办单位——《建筑学报》编辑部精心筹划和组织并成功举办了这次规模宏大、质量上乘、创意精彩皆无限的全国性BIM建筑设计大赛，使我能够有机会参与其中、展示才华并协助客户提交作品且最终获奖。再者还要非常感谢华东电力设计院电网处的工程师——李克白先生在撰写过程中给予我的帮助和支持，从设计流程到技术难点，他一直都向我提供咨询并帮助我解答了不少问题。最后，也十分感谢上海中房建筑设计有限公司的建筑师兼BIM项目主管——盛铭先生对于BIM设计理念和Revit系列软件在中国建筑设计企业实际应用中的调研和总结及其提供的宝贵图文资料。

 

2009年4月