BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀綜述
2017-12-08
隨著信息技術(shù)和建筑產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展及業(yè)主對(duì)建筑日新月異的外觀和功能要求，顯然傳統(tǒng)的建筑模式已經(jīng)無(wú)法滿足需要。信息建筑模型技術(shù)BIM應(yīng)運(yùn)而生。本文主要介紹BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維階段的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行方案比選、優(yōu)化、決策從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)；在建造階段，施工方主要用其進(jìn)行虛擬施工來(lái)預(yù)先發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，保證工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色施工；在運(yùn)維階段，管理方通過(guò)它進(jìn)行多元化交流，使信息的傳遞更快速真實(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的有效控制。
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關(guān)鍵詞： BIM技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；綜述
Key words： BIM technology；application status；summarize
中圖分類號(hào)：TP391.9；TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）14-0022-03
0 引言
科技信息革新技術(shù)的浪潮在全世界蔓延開(kāi)來(lái)，數(shù)字化在各個(gè)領(lǐng)域都得到很好的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的工作模式，大大提高了工作效率。在此背景下，建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM）迅速發(fā)展。它有機(jī)地結(jié)合了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)建筑行業(yè)在二維平面圖紙下，面對(duì)大量繁雜的文字及表格的工作模式，取而代之的是一種更加形象立體的模型方式。它可以真實(shí)并全面地將一項(xiàng)建筑工程物理的及功能方面的所有建筑信息進(jìn)行形象表達(dá)。確切地說(shuō)，它更是其在整個(gè)建設(shè)生命周期內(nèi)時(shí)刻進(jìn)行修整、補(bǔ)充、完善的動(dòng)態(tài)信息儲(chǔ)備中心。各專業(yè)領(lǐng)域參與方均可以通過(guò)該信息交互平臺(tái)較為自由地發(fā)布、傳達(dá)及提取各自所需的準(zhǔn)確信息。從某種意義上而言，它改變了建筑行業(yè)以往單一的交流模式，使信息傳達(dá)趨向于多元化，高效率地提升了建筑行業(yè)各參與方的工作質(zhì)量，成為了建筑領(lǐng)域的一大革新，并從根本上促進(jìn)建筑行業(yè)向前發(fā)展，具有極高的價(jià)值。
BIM的概念早在30年前就已經(jīng)出現(xiàn)。國(guó)外BIM技術(shù)發(fā)展較早，各國(guó)學(xué)者都對(duì)其有著高度的重視并在進(jìn)行不間斷地研究開(kāi)發(fā)，目前基于BIM技術(shù)的代表性軟件有Bentley公司的TriForma、匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD軟件。而在2002年我國(guó)才正式提出BIM技術(shù)的概念，隨后2004年Autodesk公司實(shí)施“長(zhǎng)城計(jì)劃”，首次系統(tǒng)介紹BIM技術(shù)，得到各方相關(guān)建筑企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。相關(guān)領(lǐng)域部門先后舉辦“與可持續(xù)設(shè)計(jì)專家面對(duì)面”的BIM主題研討會(huì)、“BIM建筑設(shè)計(jì)大賽”、“勘察設(shè)計(jì)行業(yè)BIM技術(shù)高級(jí)培訓(xùn)班”等。Autodesk等隨后推出了Revit等一系列應(yīng)用軟件，上海現(xiàn)代建設(shè)集團(tuán)等公司也在一些項(xiàng)目上使用了BIM技術(shù)。我國(guó)住建部在“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃、“十一五”科技支撐計(jì)劃、“十二五”信息化發(fā)展綱要中都在強(qiáng)調(diào)BIM技術(shù)的推廣運(yùn)用。相關(guān)部門也頻頻舉辦全國(guó)性的BIM大賽，國(guó)內(nèi)許多高校也已經(jīng)對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了開(kāi)拓研究，最早在國(guó)內(nèi)開(kāi)展BIM技術(shù)試驗(yàn)研究的是掛靠在西北工業(yè)大學(xué)電子工程系的西安虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)研究中心，該中心的成立對(duì)學(xué)校電子信息工程學(xué)院等其他院系和研究所在虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬仿真、虛擬制造方面具有積極性的影響[1]。近幾年來(lái)國(guó)家也要求大型的復(fù)雜建筑項(xiàng)目必須采用BIM技術(shù)，這將有利于BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的后續(xù)發(fā)展，相信隨著對(duì)BIM技術(shù)的日益成熟，它將成為未來(lái)建筑市場(chǎng)不可或缺的一種新技術(shù)。
在各國(guó)學(xué)者的共同努力研究下，BIM技術(shù)已經(jīng)日漸成熟。由許多實(shí)際工程案例表明BIM技術(shù)已經(jīng)能基本較為完整地應(yīng)用于工程項(xiàng)目的全生命周期，包括設(shè)計(jì)決策階段、施工建造階段及運(yùn)營(yíng)管理階段。 1 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用
對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，BIM技術(shù)的出現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)從運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行手工繪圖到不用畫結(jié)構(gòu)圖的一大解放[2]。此外，它可以將較為抽象的二維平面圖形立體化，從而預(yù)先看到整個(gè)建筑工程竣工后的實(shí)際效果，并可對(duì)不符合自己預(yù)先構(gòu)想之處進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，準(zhǔn)確定位，直到制定最佳設(shè)計(jì)方案。另外，由于各數(shù)據(jù)參數(shù)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)后，即使在工程實(shí)施后期施工環(huán)境發(fā)生改變或其他不確定因素產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)師進(jìn)行單處操作調(diào)整處理后，建筑模型其他地方也將自動(dòng)調(diào)整尺寸并更新所有相關(guān)信息。因此通常只需對(duì)一種類型的建筑項(xiàng)目建模一次，后期就只需要調(diào)用該模型而無(wú)需再次進(jìn)行編輯修改，這是對(duì)設(shè)計(jì)人員工作的便捷之處，節(jié)省了人力時(shí)間，緩解了制圖壓力，大幅度地提高了工作效率。目前很多建筑公司的設(shè)計(jì)單位也會(huì)利用BIM技術(shù)，尤其是對(duì)于大型工程項(xiàng)目，以此來(lái)更清晰直觀地向業(yè)主展示自己所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理念、功能情況等，在這個(gè)過(guò)程中，它很好地克服了傳統(tǒng)由于業(yè)主方專業(yè)知識(shí)背景匱乏而不能參與的問(wèn)題，使其真正意義上地參與協(xié)同設(shè)計(jì)，從而達(dá)到令各方均滿意的效果[3]。如杭州奧體中心主體育館項(xiàng)目的設(shè)計(jì)就采用了BIM技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)意義上地運(yùn)用紙盒、泡沫等手工模型進(jìn)行展示，建筑師將構(gòu)思的草圖導(dǎo)入BIM技術(shù)相應(yīng)軟件環(huán)境中，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)荷花瓣外觀和花瓣數(shù)量，并不斷進(jìn)行調(diào)整對(duì)比直至確定最終方案，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高速、形象的高度同步。另外由于體育場(chǎng)館的設(shè)計(jì)對(duì)防火、疏散、溫度、聲音等功能的要求較高，通過(guò)使用BIM技術(shù)模擬預(yù)測(cè)體育館在83Hz、125Hz、250Hz各個(gè)頻帶觀眾坐席區(qū)聲壓極差分布分析，證明體育館的聲環(huán)境分布均勻并保證整個(gè)工程項(xiàng)目的無(wú)聲場(chǎng)缺陷[4]。
隨著B(niǎo)IM技術(shù)的出現(xiàn)發(fā)展，“綠色建筑”的概念也逐漸被人們所熟悉。綠色建筑即在一項(xiàng)實(shí)際工程的整個(gè)生命建筑周期內(nèi)因地制宜、就地取材，最大化地節(jié)約能源，并減少污染，給人們提供一個(gè)健康舒適實(shí)用的環(huán)境。綠色建筑主要通過(guò)建筑設(shè)計(jì)的方法來(lái)改變建筑的聲光熱環(huán)境。它避免了傳統(tǒng)二維圖紙可視化差、信息量不全的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)師可以很便捷地獲得有關(guān)工程的成本、進(jìn)度、幾何圖形的信息，從而更快速地進(jìn)行決策設(shè)計(jì)。如南寧市規(guī)劃展示館的設(shè)計(jì)即結(jié)合了BIM技術(shù)。本項(xiàng)目外形為異性曲面，若采用傳統(tǒng)的二維圖紙則難以表達(dá)出設(shè)計(jì)師的思想意圖，但運(yùn)用BIM技術(shù)則有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。項(xiàng)目使用數(shù)字建模軟件，把展示館的信息參數(shù)化、數(shù)字化后形成一個(gè)模型，設(shè)計(jì)師以此為平臺(tái)將設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題反饋到平臺(tái)中并加以解決。它分別對(duì)太陽(yáng)輻射、室內(nèi)采光、聲環(huán)境、室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，貫徹節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展綠色理念，最大化地使用有限的資源，是一種全新的高水平的設(shè)計(jì)模式[5]。同樣中鐵二院在寶蘭客專石鼓山隧道的鐵路路線規(guī)劃以及世博會(huì)中的德國(guó)館、奧地利館，北京奧運(yùn)會(huì)奧運(yùn)村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)、南水北調(diào)工程以及香港地鐵等項(xiàng)目都運(yùn)用了BIM技術(shù)，其他還有很多類似工程項(xiàng)目都是通過(guò)與BIM技術(shù)的相互結(jié)合才能順利快速地完成。
雖然BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)階段的影響很大，但是目前并未全面普及。主要是目前國(guó)內(nèi)大多計(jì)算機(jī)硬盤配置都還有待提高，其次不論是對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)研制及專業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)都還不夠完善；國(guó)內(nèi)尚未形成專門的BIM技術(shù)的規(guī)范使其存在責(zé)任歸屬不明確的問(wèn)題。由于涉及的各領(lǐng)域各方都可以接觸模型，如果出現(xiàn)模型信息的泄漏等情況將無(wú)從追究責(zé)任。而國(guó)外相關(guān)軟件對(duì)我國(guó)的建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范又存在一定的差異；此外，由于思維方式的不同，我國(guó)設(shè)計(jì)人員對(duì)該三維模型的接受能力還有待提高，有些甚至存在抵觸心理；在另一方面由于軟件價(jià)格相對(duì)昂貴，且培訓(xùn)專門的人員需要花費(fèi)一定的財(cái)力物力及時(shí)間，對(duì)于一些小型公司企業(yè)會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)壓力；而對(duì)于小型項(xiàng)目，則更多公司偏向采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[6]。這些都導(dǎo)致BIM技術(shù)在我國(guó)建筑工程中的實(shí)踐運(yùn)用例子還處于少數(shù)，獲得的經(jīng)驗(yàn)也較為匱乏，處于起步摸索階段[7]。
2 BIM技術(shù)在建造階段的應(yīng)用
對(duì)于建設(shè)單位來(lái)說(shuō)，建筑施工現(xiàn)場(chǎng)不確定因素及突發(fā)情況繁多，特別對(duì)于一些大型項(xiàng)目，建設(shè)方利用BIM技術(shù)主要是進(jìn)行虛擬施工，即在計(jì)算機(jī)上虛擬仿真實(shí)際的施工過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于一種二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，它可以運(yùn)用仿真系統(tǒng)在多維空間構(gòu)建出建筑物所在地周圍的場(chǎng)景如真實(shí)般存在的環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)圖學(xué)、傳感器等三維數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種更為真實(shí)的交互體驗(yàn)，使人有著身臨其境的感覺(jué)。同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬建筑物受到加載、撞擊時(shí)的情況，來(lái)模擬工程在全真環(huán)境下的效果，分析其所受到的影響及破壞程度。對(duì)于整個(gè)施工過(guò)程而言，內(nèi)力及外力的仿真分析及模擬加載是保證后期工程質(zhì)量安全不可或缺的步驟。在這個(gè)過(guò)程中，施工方也可以提前發(fā)現(xiàn)并排除在實(shí)際操作中存在的缺陷或潛在的隱患，如管線碰撞，在直觀地看到整個(gè)建造過(guò)程后，施工方可以對(duì)其施工工藝進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，通過(guò)對(duì)不同施工方案的比較，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的施工方案。通過(guò)BIM技術(shù)，一方面為實(shí)際工程項(xiàng)目的建造提供經(jīng)驗(yàn)，有利于施工技術(shù)和施工方案的選定，避免了施工過(guò)程中的返工現(xiàn)象，提高了施工水平，使后期實(shí)際工程的質(zhì)量受到保證，減少了工程事故的發(fā)生。另一方面它可以有效指導(dǎo)施工方進(jìn)行施工進(jìn)程的合理規(guī)劃布置，減少工期，節(jié)約成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)綠色建筑。
就上海虹橋樞紐工程而言，該工程運(yùn)用BIM技術(shù)僅一項(xiàng)管線碰撞就減少5000多萬(wàn)的損失，而北京世界金融中心項(xiàng)目由于采用BIM技術(shù)使工期縮短了一半，并且及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)各種碰撞問(wèn)題6000多處[8]，避免了不必要的損失，從而提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
又如長(zhǎng)春萬(wàn)豪東方廣場(chǎng)城市綜合體工程則是BIM技術(shù)與施工建造的結(jié)合體。該工程涉及專業(yè)領(lǐng)域廣泛、圖紙問(wèn)題多、管理部門眾多，在建造方面還存在施工節(jié)點(diǎn)多且節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、施工工序繁多復(fù)雜的問(wèn)題，在不到一年半時(shí)間，工期極度緊張的情況下，依靠傳統(tǒng)的施工技術(shù)顯然不能滿足工程的建造要求，各參與方通過(guò)利用BIM技術(shù)模擬性、可視化、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)進(jìn)行三維建模、碰撞檢查、施工模擬來(lái)提高工作效率、減少變更和返工，最終得以完成任務(wù)。建造方首先在長(zhǎng)春萬(wàn)豪東方廣場(chǎng)城市綜合體A區(qū)D樓酒店項(xiàng)目建立精準(zhǔn)可靠的三維模型進(jìn)行質(zhì)量控制，再將施工模擬與實(shí)際施工相互結(jié)合進(jìn)行節(jié)點(diǎn)構(gòu)造模擬、施工工藝模擬及預(yù)留孔洞模擬。將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)鋼筋進(jìn)行表達(dá)，保證節(jié)點(diǎn)構(gòu)造清晰準(zhǔn)確；施工工藝采用動(dòng)畫展示，并對(duì)管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，使建筑人員掌握施工方法、了解可能出現(xiàn)的施工工藝，以此來(lái)保證施工質(zhì)量；該項(xiàng)目利用BIM技術(shù)先在Luban soft 的建模軟件中對(duì)管線進(jìn)行布置，后將管線模型上傳至Luban BIM works多專業(yè)協(xié)同系統(tǒng)中，自動(dòng)準(zhǔn)確定位混凝土墻上的預(yù)留洞口，輸出預(yù)留洞口報(bào)告進(jìn)而指導(dǎo)施工，減少返工現(xiàn)象?？偟?來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)在長(zhǎng)春萬(wàn)豪東方廣場(chǎng)城市綜合體A區(qū)D樓酒店項(xiàng)目的建造過(guò)程中效果顯著，優(yōu)化了設(shè)計(jì)，提高了施工水平和質(zhì)量并豐富了信息汲取的方法[9]，具有很好的應(yīng)用前景。最近幾年，全國(guó)各地標(biāo)志性重要建筑也都是將BIM技術(shù)運(yùn)用于虛擬施工中來(lái)開(kāi)展進(jìn)行的，均取得較好的成效。
