中国BIM技术的发展与思考1.docx
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1、中国BIM技术的发展与思考BIM建筑信息模型(Building Information Modeling)(“下文简称BIM”)是近年来在计算机辅助建筑设计领域出现的新技术,BIM技术在2002年由Autodesk公司率先提出,作为一种全新的理念,正受到国内外学者和业界的普遍关注。目前世界各国都在积极推动BIM产业及本土化发展,欧美国家对于BIM的应用研究已经比较成熟,而中国对BIM的研究起步比较晚,改革开放以来,中国的经济飞速的向前增长,随之而来中国建筑市场也发生着日新月异的变化。在国内,随着建筑业对信息化要求的不断提高、国家科研投入不断增多及大力推动和基于BIM技术的软件开发商宣传下,相关
2、机构和各个部门已经开始着手研究和应用BIM技术。但是目前对BIM技术的研究和应用也仅仅处于起步阶段,各研究机构对BIM技术的研究相对分散,并没有形成一套完整的技术体系。针对目前情况,有必要总结我国科建筑行业对BIM技术的应用现状,在此基础上提出我国推广使用BIM技术过程中应注意的问题及建议,为BIM技术在我国继续推进和更深入的应用提供参考。一、BIM的发展背景 (一)概念简介1.国际行业解释1975年,“BIM之父”乔治亚理工大学的Charles Eastman教授创建了BIM理念至今,BIM技术的研究经历了三大阶段:萌芽阶段、产生阶段和发展阶段。BIM理念的启蒙,受到了1973年全球石油危机
3、的影响,美国全行业需要考虑提高行业效益的问题,1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-abuilding”,以便于实现建筑工程的可视化和量化分析,提高工程建设效率。引用美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义,定义由三部分组成:1.BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;2.BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;3.在项目的不同阶段,不同利益相关方
4、通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。2.国内行业解释BIM 是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型,能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源,是对工程对象的完整描述,可被建设项目各参与方普遍使用。BIM 具有单一工程数据源,可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题,支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法,这种方法支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其整个进
5、程中显著提高效率和大量减少风险。住房和城乡建设部工程质量安全监管司处长对BIM作出了解释。她表示:BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项目的相关信息,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。 (二)技术特点1.可视化可视化即“所见所得”的形式,对于建筑行业来说,可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的,例如经常拿到的施工图纸,只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达,但
6、是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说,这种想象也未尝不可,但是近几年建筑业的建筑形式各异,复杂造型在不断的推出,那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路,让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前,所以可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。2协调性这个方面是建筑业中的重点内容,不管是施工单位还是业主及设计单位,无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题,就要将各有关人士组织起来开协调会
7、,找各施工问题发生的原因,及解决办法,然后出变更,做相应补救措施等进行问题的解决。在设计时,往往由于各专业设计师之间的沟通不到位,而出现各种专业之间的碰撞问题,BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题,也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,提供出来。3模拟性模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型,还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段,BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验,例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等;在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(三维模型加项目的发展时间),也就是根据施工的组织设计
8、模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于3D模型的造价控制),从而来实现成本控制;后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟,例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。4优化性事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程,当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系,但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约:信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果,BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、物理信息、规则信息,还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度,参与人员本身的能力无法
9、掌握所有的信息,必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限,BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。基于BIM的优化可以做下面的工作:(1)项目方案优化:把项目设计和投资回报分析结合起来,设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来;这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上,而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。(2)特殊项目的设计优化:例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计,这些内容看起来占整个建筑的比例不大,但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多,而且通常也是施工难度比较大
10、和施工问题比较多的地方,对这些内容的设计施工方案进行优化,可以带来显著的工期和造价改进。5可出图性BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸,及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后,可以帮助业主出如下图纸:(l)综合管线图(经过碰撞检查和设计修改,消除了相应错误以后);(2)综合结构留洞图(预埋套管图);(3)碰撞检查侦错报告和建议改进方案。 (三)价值意义建立以BIM应用为载体的项目管理信息化,提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。具体体现在:1.三维渲染,宣传展示三维渲染动画,给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的BI
11、M模型可以作为二次渲染开发的模型基础,大大提高了三维渲染效果的精度与效率,给业主更为直观的宣传介绍,提升中标几率。2.快速算量,精度提升BIM数据库的创建,通过建立5D关联数据库,可以准确快速计算工程量,提升施工预算的精度与效率。由于BIM数据库的数据粒度达到构件级,可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息,有效提升施工管理效率。BIM技术能自动计算工程实物量,这个属于较传统的算量软件的功能,在国内此项应用案例非常多。3.精确计划,减少浪费施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据,无法快速准确获取以支持资源计划,致使经验主义盛行。而BIM的出现可以让相关管理条线快速准确地获得
12、工程基础数据,为施工企业制定精确人材计划提供有效支撑,大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费,为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。4.多算对比,有效管控管理的支撑是数据,项目管理的基础就是工程基础数据的管理,及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM数据库可以实现任一时点上工程基础信息的快速获取,通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比,可以有效了解项目运营是盈是亏,消耗量有无超标,进货分包单价有无失控等等问题,实现对项目成本风险的有效管控。5.虚拟施工,有效协同三维可视化功能再加上时间维度,可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展
13、进行对比,同时进行有效协同,施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测,大大减少建筑质量问题、安全问题,减少返工和整改。6.碰撞检查,减少返工BIM最直观的特点在于三维可视化,利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性,而且优化净空,优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时也提高了与业主沟通的能力。7.冲突调用,决策支持BIM数据库中的数据具有可计量(computable
14、)的特点,大量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM中的项目基础数据可以在各管理部门进行协同和共享,工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行汇总、拆分、对比分析等,保证工程基础数据及时、准确地提供,为决策者制订工程造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。二、BIM在中国的应用模式近十年来,建筑信息模型技术在美国、日本、香港等国家和地区的建筑工程领域取得了大量的应用成果。国内不少具有前瞻性与战略眼光的施工企业开始思考如何应用BIM技术来提升项目管理水平与企业核心竞争力。BIM首次引入中国是在2002年,由欧特克公司引进。目前在中国,BIM正在为越来越多的人了解,建筑行业
15、正在经历着一场BIM的洗礼。软件公司、设计单位、房地产开发商、施工单位、高校科研机构等都已经开始设立BIM研究机构。值得一提的是,国内已经有不少建设项目在项目建设的各个阶段不同程度地运用了BIM技术,其中上海中心大厦是全生命周期应用BIM的典型案例。上海中心大厦目前是中国第二高楼,整个项目实施过程由业主主导,运用BIM对设计、施工、运营进行全方位规划。BIM在该项目中的全程应用尚属首次,为以后BIM更广泛的应用奠定了基础,进一步推动了BIM在中国的发展势头。目前BIM的应用主要在设计阶段和施工阶段,从BIM技术的应用方来分,国内关于BIM的应用模式主要包括:设计方主导模式、施工单位主导模式、业
16、主方主导模式。(一)设计方主导模式设计方主导模式是BIM在工程项目建设中应用的比较早的一种模式,也是最多的一种模式。设计单位为了更好的表达自己的设计意图,增加中标的机率,特别是大型建筑项目都会采用BIM技术进行三维设计,用于向业主展示设计理念及设计成型后的效果图,当设计方案为业主接受与了解后,如业主不做要求,则设计单位就不再继续扩充利用BIM模型。也就是说设计方主导模式是在项目设计阶段初期使用BIM技术,而没有在全生命周期中使用。(二)施工单位主导模式施工单位主导模式是指施工单位为了提高企业竞争力,节约企业成本,而采用BIM技术进行施工模拟,以提前排除建设过程中可能发生的冲突。施工单位采用BI
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