陈刚：刚才几位专家和领导都提到了正向设计一词，我作为设计院出身我近几年所研究的方向也正是正向设计，今天有这个机会跟大家分享下我们这几年在正向设计和软件研发方面所做的思考。今天的题目是《机场飞行区工程BIM正向设计研究与软件系统研发应用》。

分享的内容大概是几部分，第一部分是关于对BIM正向设计的理解和认识，基于这些认识我们如何去构建我们整个正向系统的系统研发架构，刚才清华大学的顾老师提到软件标准化的问题，我们写了这么多标准，怎么让标准落地，它不是给人读的是给计算机读的，我们最近做的工作就是让计算机读标准的数据，让标准通过软件去落地。

这里面通过两部分来说明：

1、我们如何通过设计阶段的通用数据环境把我们一些设计标准集成起来，让软件去调用；2、如果有时间会给大家展示下我们在工具软件端做的一些开发成果。

首先是正向设计的概念，刚才几位专家都提到了为什么会有正向设计，它是相对于我们现在大部分工厂所实施的三模的设计流程来说的。

三模的设计流程首先要有一个稍微稳定一点的图纸，基于这个图纸做模型，有了模型去做一些应用，包括碰撞检查，一些系统分析。应用的结果反馈回来再去修改图纸，图纸修改再通过模型研究，这是一个反复的过程。

从这个过程中我们可以看出我们的BIM工作在这里面把它作为一个独立的任务创新到我们常规的设计工作中去，这势必给我们的工作增加很大的工作量，尤其是我们的设计，因为我们设计的图纸是不稳定的，它一直在修改，这个和施工模型还不一样，施工模型基本上是一个稳定状态，有可能它只需要建一遍模，最多就是做一些变更，当然变更也是挺复杂的。

这种工作流除了增加工作量之外，还有一个明显的特点，就是我的图纸和模型是分开建的，甚至有可能不是同一个人建的，甚至我建模的这个人都不是我的专业技术人员建的，他对于图纸的理解肯定是有误差的，这就很难保证我图模的一致性。

正向设计就比较简单了，就这两步，我要把我的二维和三维设计整合起来一起设计，我整合的设计过程就是二维制图和三维建模的过程，这样的话不管是在我的设计过程中，还是在我设计的最终交付节点上，我都可以随时的去提交我的二维图纸和三维模型。

关于怎么才能算是一个达到了我的正向设计目标，它有一个什么样的标准呢？我归纳了四个点，不是特别系统。第一个点，我的设计必须是协同化的，所有的专业必须在同一个平台上基于同一个数据源开展设计，这里面我强调一点，我这个数据里面所有的工程对象都只有一个唯一的表达，这样就能够避免我同一个设计对象在不同专业里面重复表达造成的信息冲突，我们在二维设计的时候这些是不可避免的，借用我们一位老专家的话，我们飞行区工程的各个专业都在画平面、画跑道、画滑行道，因为都需要作为一些基底去做它的专业设计，因为这些跑道、滑行道它的来源不一，所以很难保证它的一致性。

第二点，我的设计要标准化，这个主要是从我的设计成果的角度来考虑的，把我们的制图、建模、BIM标准工程命名、分类编码这些标准，全部把它转化成标准库供软件去调用，我这些标准库由我的平台或者工作环境的统一进行托管，我们设计人员的标准环境下开展工作，在设计过程中无感的去应用这些设计标准。

第三点，设计的二维、三维的一体化。简单说我二维的设计能够快速的驱动三维建模，同时我三维的建模也能够准确的在二维框架里生成一个二维表达，这主要是为了我的初图去考虑的。同时这些二维的对象和三维的对象都是相互关联的，这种一体化的设计就是满足了我二维图纸和三维模型的同步交付。

第四点，智能化设计，关于我们的设计标准前面第二点已经提到了，就是关于制图、BIM标准之类的，我们还有另外一种标准，就是专业技术标准，或者是我的业务规则，比如说我的飞行区技术标准，这些标准我们也要把它纳入到软件中去，我们要把它转换成软件的程序算法，通过软件来指导我们的设计，形成自动化、智能化的设计，设计过程中我相关的对象都会自动产生关联，我的一处改动能够驱动相关对象的自动调整。

怎么实现这四个点呢？前两个点关于设计的协同化还有设计成果的标准化，我们希望通过建设一个设计阶段的通用数据环境来实现，对于第三和第四个点，二三维设计的一体化还有设计的智能化，我们是通过研发专业的设计工具来实现。

基于以上的认识，我们建立了飞行区工程BIM设计的整体框架，还有两个核心，一个是设计的通用数据环境，还有各专业的专业设计工具，在通用设计环境这块我们选择的PW6，业内应该知道PW应该是最通用数据环境的通用数据环境了，通用数据环境的很多理念都是从PW6这个平台上得来的，这个平台主要负责管理统一的标准，还能管理我所有的数据，包括我的文件数据，包括我的文件版本还有数据交换的版本等一系列的数据。第三，它还管理一些规范、流程，比如我协同的规则，包括我质量控制的流程，都在这实现。到上面就是我的各个专业的专业设计工具了，它要实现的就是要从平台上自动的去引用标准，比如说我可以把我的项目信息从平台提取出来，我在设计工具里就不用去重复的录入。第二个，它主要工作就是创建我的工程数据，包括创建我的二维图纸和三维模型，包括还有其他的一些报表、文本、动画一系列的东西。还有一点就是数据如何去运用，魏老师当时提到的用力模型的概念，我有这些数据了我怎么去开展应用，比如我去做结构分析，我去做基于模型的结构工程量的提取。

这是这两块核心内容，左边这块就是我的标准规则通过这两个核心的内容来实现，技术的标准就是我业务规则是通过设计工具软件来实现的，我的这些制图、BIM标准、数据的标准是通过我的协同平台来实现的。右边这一块是表达了我们的项目CDE和我们设计内部的CDE的输出和输入关系，刚才在魏总那张图片里我也看到了，表达了设计单元内容的协同平台和整个项目平台的关系。

再说一下通用数据环境，在我们的四板标准分册里面提出来的，这里面有一个明确的定义，每一本都有，不展开了，这张图就表达了通用数据环境每一个全貌，其中画红色虚线我们把它定义为我们的设计通用数据环境，这里面这个环境是来支撑我们设计阶段的BIM实施需求，也是企业内部的工作数据环境，就是我们设计企业内部的工作环境，同时它相对于真个项目的环境它就是一个初始的输入和定义，大家都知道所有的BIM模型的数据最先来源于设计。

下面我再重点讲一下我是怎么把这些BIM落地到我们的环境中去的，大家可以看这个表，这个表我们在国标和行标里面都有一个样表，但是只表明了规则，没有把它详细的去布置，首先最上面是表达了我的工程对象，它是一个什么样的构建，或者什么样的系统，工程对象里面它是引用了我们分类编码的表14，按照元素去分类这么一个逻辑，后面出现了很多的这种分类和编码的空表，这些空表就是用来引用我的分类和编码里面各个分类表的，比如说我去做分布分项的时候，我就可以引用我的表16去找到我现在这个元素在我的分布项里面它到底是什么样的状态，是个什么东西，它到底是一个产品还是什么。

再往下，对于构件分类属性的描述了，我们也知道我们在统一标准包括国标里面都对这个模型单元或者是构件，把它的信息分类两类，一个是几何表达，一个是信息表达，这个我们是完全根据国标的标准去把这些信息全部梳理出来，大概应该一共是600多张表，基本上涵盖了我们飞行区工程的全貌。

这些表可以是给人看的，但是给计算机去看、去用还是差点意思，单独的表怎么去分析识别，我们需要把这些表再去下一步的拆分，形成一个软件能够支持的标准库，让软件去调用。

这就是我们分解出来的标准库，看前面两个红色的就是我们的几何信息和属性信息，几何信息就是表示我的图层、体量、材质、颜色一系列的东西都把它定义成库，我的属性信息通过项目类型库的方式，把我刚才属性信息表的属性信息进行分类存储，存成Excel也好，存成数据库也好，都可以被我的信息库读取，这两个库进行组合，就形成了我的构件类型库，包括几何属性和信息属性。

包括我的构件类型库，这些库全部在我的通用数据环境，也就是在平台上进行统一的管理，当我去调用的时候怎么办，我会通过修改或者创建简单的配置文件，修改一些变量的指向，我的软件就能够自动的去调用这些标准库，实现我的设计。这就实现了我的构件数据与专业工具的数据联动，让我们的标准尤其是分类编码标准真正的去落地。

我再给大家汇报一下关于专业工具开发的成果，我们是在2021年总院包括机场建设集团立项了一个BIM正向研究的课题，主要是做软件研发，后来也被交通运输部列为了一个重点课题，这里面我们研发的主要内容包含六大块，一个是通用的功能，主要来负责我的出图。还有六个专业的模块，包括总图、场道、岩土、桥隧、灯光、电器。

因为后面的内容比较多，我就挑着给大家讲一讲，这个是我的道面结构设计，道面结构设计我是如何二维驱动三维的，我现在是在一个二维的环境去创建所有的道面的结构分区，这些结构分区就是包含了我的结构一些构造层次信息，我需要点一个按纽，它就会自动在我的三维空间里产生一个三维模型，这两个空间是独立的，但是他们的构件元素又是相互关联的，当我去调整平面的时候，我的三维模型也会跟着变化。

这个是一个简单的提效工具，我们在场道道面设计进行分控设计的时候会有一个比较繁琐的工作，就是把我们整体的道面要进行切缝，用不同的缝类型进行分割，这个工作一般会有一个专人去做，他至少也要做个一两天的时间，这个我们就把这些分缝的规则还有一些特殊的交接面的处理写成一些固定的算法，让电脑自己去完成这些分缝的工作，尤其是我的圆弧段或者是特殊的几何形体交接的部位，它都能够准确的完成。

同时有了这些分缝，我还可以一次性的生成我全部的道面板，这是在生成分缝的区域，分缝区域有什么用？比如说这块道面下面正好有一个管沟或者其他的设备管线穿过的时候，我肯定要去做相关的一些加强的措施，这样的话它会自动去判别我这个管沟影响的范围，在我影响的区域对这些板块进行属性的加强配置。

关于道面标志也是集成了我的业务规则，比如我的飞行区技术标准，或者说行业的附件14，里面我所有的飞行区的标志是怎么实现的，我们要把这个规则写入到软件里，刚才可能是一带而过了，我可以说只选择一条跑道的终线，我去录入一些必要的信息或者是这些信息本身已经存在于我的跑道终线上，我就自动的能把所有的跑道的标志一次性生成，包括滑行道的标志也可以，包括还有我的滑行道变线标志，它在我的转弯弧线的位置也会生成一些特殊的处置。

这个是排水设计，排水设计我们基本也实现了半自动化的设计，我们先设置一个排水路由，基于这个设计地形，它会自动的去计算我的会水面积和流量的基本信息，这些信息我可以通过导出一个excel表的形式，这个表也是我们多年来积攒下来的，形成一个算法，在这个excel表里，把这些基本数据输进去，然后excel完成计算，然后再把它导回到我的模型里面去，然后我的模型就会根据excel里面截面数据、高层数据、流量数据自动的去生成排水沟的模型，当然这里面有很多排水沟的节点还需要去基于美观的需求，还要去做一些处理，但是我们基本上完成了大约80%、90%的节点自动生成，这个在原来我们做这些工作是不可想象的，原来全是手工一个一个做出来的。

大家看看这个特殊的三通节点，我只要点几个参考对象，它就可以自动基于我的参考对象的截面数据生成节点模型。

土方设计这块没放视频，主要还是服务于我的出图的，这里面有一个需要提一下的，我们原来土方设计的时候都是基于平面的方格网去垂直计算的，现在我们的土方计算是基于三个地形面计算的，比如说比较专业一点，我们的道面进行填方的时候我们是有填方坡度的，这个坡度有可能就会侵入到我的土面区里面去，我去计算土面区填料的时候实际上它计算的不对的，它应该是道面区的填料，但是它在平面投影上属于土面区，但是它算出来就是错的。但是现在我们采用新的这种算法之后，它在方格网里面提出的值就是准确的值。

这是岩土我们研发的一些功能，比如说沉积等，时间少，一带而过了，包括我的边坡设计，一些边坡特殊的锚固等。这是基坑的，基坑的也基本上能够实现和我桥隧专业数据的联动，灯光是我们研发最早的软件，已经在一些项目上开展应用了，这里面也实现了一些突破，比如说我的标记牌也是按照我的飞行区标准去自动生成的，你不用考虑它的大小，你输上数据之后它就自动给你算大小，还有我所有的灯具布置，它是随着我的地形还有场道的地面标志性去自动更新的，当我的上游发生变化的时候，我的灯光也会随着动。

桥隧我们开发的比较晚，内容也不是特别多，我们是基于ORD开发的，ORD里面它对于模板的编辑是比较复杂的，它好多底层的东西要向设计人员开放，大家做的时候会一头懵，所以我们在上面套了一层壳，我们让设计人员只关注我的业务，通过业务员能够理解的方式去创建这个模板。

计量检查工具就是刚才清华大学顾老师说的，质量检查绝对不能靠人，我们也早就意识到，所以质量检查上也做了一些简单的方法，后面还会去深化，比如我们检验全厂是不是有超限的区域，包括压板的情况，包括所有构件里属性信息是不是齐全，还有就是设计文件的组织是否正确，比如说一个场道工程是不是把所有道面、基层、垫层都有了，是不是缺少相关的参考文件，都可以检查出来。

这个视频稍微放下，这是我们基于我们设计的模型，三维对象进行出图的操作，这是道面结构的出图，在二维空间里进行出图，后台还隐藏了一个三维空间。

我们也开发了一些快速的标注工具，标注了我的构件对象，这里面平面方案或者结构模型发生变动时，这里面的标注包括坐标、尺寸都会发生变动。做一些缩略图可以一键生成，原来的缩略图都是手画，这是设计人员的一些工具。

这个图可以批量的编辑不是只编辑一张图，可以对每张图进行批量的处理，后面还有一些详图、大样、图例之类的就不演示了。

最后再简单放一下出量，可以看到这个模型有两个空间，一个二维一个三维，要计算某一个平面覆盖区域内的工程量怎么做，只需要到二维空间里选择一个范围，选中这个空间会自动的把我的三维模型也给切割出来，同时把我们的工程量报表输出来。

这是我们已经取得的一些成果，软著包括论文，我们目前有三个专利在申请，有的已经被受理了。