建筑施工领域BIM应用的技术路线探索3.22ok.doc

建筑施工领域BIM应用技术路线探索 高洪刚（中建三局第一建设工程有限责任公司，湖北 武汉 430040）摘要本文首先介绍了BIM技术的发展形势，然后通过“BIM应用等式”列出各要素并逐个加以分析，反应建筑施工参与方应培养的BIM基础能力，最后提出“研发BIM应用工法，梳理业务流程；编制项目BIM实施指南，开发管理平台；制定企业BIM实施规划，升级管理模式”的技术路线，为建筑施工领域各参与方应用BIM技术提供借鉴。关键词BIM 建筑施工 参与方 BIM应用工法 实施指南 实施规划1 引言BIM技术近些年发展迅速，其价值被广泛的讨论和研究，目前国内在建筑生命周期各阶段中的成功实践还较少；就施工领域而言，各参与方在认可其价值的同时，各自的发展思路也呈现出多样化的特点。IFC（Industry foundation classes platform，工业基础类平台规范）是国际协同联盟建立的一个数据标准，旨在提升全球建筑专业与设备专业中工作流程的信息共享水平。国内外软件商已经开发了大量基于IFC标准的BIM应用软件，但要在国内推广应用，还存在法律法规、规范标准、工作程序等多方面的问题。建筑施工领域各参与方迫切需要解决如何应用BIM技术提升自身技术竞争能力的问题。2 BIM的宏观与微观从宏观角度上看，在国外，美国、英国、新加坡、韩国等国家都分别制定了本国的BIM标准或实施指南；香港也已经应用BIM多年，国家住建部的2011-2015建筑业信息化发展纲要中明确了在施工阶段开展BIM技术的研究与应用的要求；2012年至2013年间立项BIM国家标准多项，BIM在中国的发展步入了快车道。从微观角度上看，国内工程各参与方，如业主方、设计方、施工方、监理方、专业分包方，以及专业软件提供商等都在描绘各自的BIM蓝图，各方都想在未来的竞争中立于不败之地。3 建筑施工领域BIM应用的技术路线通过建立一个针对建筑施工领域的简洁的“BIM应用等式”来分析BIM的组成要素，梳理要点，理清思路。3.1 BIM应用等式先看一个“烧开水”的例子：水+锅+火+人的操作+操作步骤=开水水在人的操作下按照“架锅添水烧火”的步骤被烧开，开水可用于饮用、洗漱等等；其本质利用的是热能传递的自然规律，把其它形式的能量转化成水的热能，使水温提高到沸点。以此为参照，建立BIM应用等式：3D模型+信息+专业软件+硬件设备+人的操作+业务流程=BIM应用对等式中各个要素的分析：3.1.1 3D模型用以实现BIM应用的模型，是以虚拟现实为最低标准的三维模型。对于施工参与方而言模型大致可以分为两个类别：第一类是建筑实体模型；第二类是建筑实体之外而又是在建筑建造过程中必须要用到的机械设备、周转料具、临时设施等的模型。其中，第一类模型由设计方提供，第二类由分包服务提供商来提供；但是，考虑到目前法律法规及BIM发展现状，各应用阶段BIM模型还没有完备的传递机制，施工参与方不能得到来自设计方及分供商的模型，但又对应用BIM有迫切需求，在一定时期内必须自行创建模型。3.1.2 信息一般认为，数据是反映客观事物属性的记录，它是离散的、互不关联的客观事实，是信息的具体表现形式，任何事物的属性都是通过数据来表达的，数据经过处理之后成为信息；信息是客观事物属性的反映，是经过加工整理并对人类客观行为产生影响的数据表现形式，是对数据的解释，具有主观性；知识是通过信息，使用归纳、演绎的方法得到的，表现信息和信息之间的关系，是规律性的总结；知识位于数据和信息之上，因为它更接近行动，与决策有关。可见，信息介于数据与知识之间，是将数据经过有效整理后作为知识素材用以做出决策和指导行动的。作为BIM中的“I”（Information，即信息），应该是对“数据的有效整理”的结果；同时，它们必须能够与3D模型相对应作为知识素材去支持决策。所以，在BIM应用过程中，要将模型与符合BIM要求的信息链接起来，用以支持决策和指导行动。与此同时，信息与模型之间须具备联动关系，即模型的改变能自动触发相关的信息改变，反之亦然。比如，模型创建后，将预算、进度计划等信息与模型关联起来，使得模型改变即引起预算和进度计划的自动变更或更新。3.1.3 专业软件软件作为一种工具，极大的提高了人们的工作效率。对于建筑行业，从业人员习惯于应用从简单的办公软件到复杂的分析软件，在各自的工作范围内输出工作成果；工程建设各参与方之间很难自始至终协同工作，致使工程在规划、设计、施工、运营各阶段都存在大量的反复与修改，在时间上、投入上都造成了成本的增加。要改善这种情况，BIM软件“信息共享、协同工作”的特征将发挥巨大的作用。从建筑施工参与方自身功能需求着眼，软件分为以下三大类：第一类：建模软件，用于创建3D模型并录入信息，来源主要是各软件商；第二类：施工管理软件，用于工程项目管理，对进度、质量、安全、成本等进行控制，来源有两个方面：第一，专业软件商；第二，企业自身根据自身功能需求与具备软件开发能力的外部单位合作开发享有自主知识产权的软件。第三类：集成软件和协同工作平台，用于集成多个相关任务的应用软件，并与项目其他参与方的沟通与协同，来源是在BIM技术行业应用日渐成熟且国家发布相应标准之后，依据标准开发出向建筑全生命周期延伸的相关软件。可见，第一类软件目前市场上的设计软件基本可以满足我们的需求，第三类软件的出现与应用还有待时日，第二类第二方面来源的软件是施工参与方急需且有用武之地的。例如，某施工企业与高校合作开发的“基于BIM的机电设备设施管理系统”，系统是一个设备设施信息集成平台，将设备设施的3D模型及其相关信息（包括设备参数、物业管理运营要求等方面）导入系统中，交付业主一个虚拟的数字化大厦，为大厦运营期间设备设施的管理与维护提供全面、高效的信息化管理平台及技术支持。该系统有施工企业的管理智慧、业主需求和IT专利技术作为支撑，达到了满足需求、实用便捷的目标，实现了BIM的深度应用。此案例为走自主研发应用BIM技术的道路提供了很好的借鉴。对于BIM专业软件，作为施工参与方既要掌握相应软件从而具备模型创建能力，更要潜心钻研从而开发出符合自身技术特点和管理需求的BIM软件系统。3.1.4 硬件设备硬件是软件发挥作用的基础，要把建筑实体真正的与软件系统联系起来就离不开硬件的支持。如高性能的服务器、工作站计算机、HHT（Hand Held Terminal）手持终端移动设备、空间定位感应装置、3D扫描仪等，诸如此类硬件设备的作用在未来的BIM应用中必将日益明显。3.1.5 人的操作人的操作主要是应用硬件设备和软件，完成输入与输出的工作。人的操作应当是尽量简化的，要避免整理性的、重复性的过程；要发挥人员的专业能力，把人的大脑从机械重复工作中解放出来，通过人与BIM的交互响应，扩展人在复杂情况下的逻辑思维能力、空间想象能力、计算分析能力等，使工作对象更加的直观、准确。要真正实现“人的操作”，一方面需要“人”具备相应的知识基础、专业素质和业务能力；另一方面需要硬件和软件满足要求，特别是软件要贴合工程实际。3.1.6 业务流程工程施工过程中存在大量的工作流程和业务流程，很多流程可以通过引入和应用BIM技术得到优化，从而提高工作效率，改善工作质量。BIM应用的成功有赖于制定成熟的业务流程，使工程参与方能够按照流程高效准确的完成工作。3D模型、信息、软硬件、技术人员在相应的业务流程的组织下来完成某项工作； BIM业务流程是发挥BIM价值的方法，业务流程是与施工方案、进度计划、成本预算、平面布置等施工与管理方法相融合的，模型创建完毕后，就可以通过一系列的业务流程完成成本预算、施工进度安排、冲突检测与分析以及现场物流等施工活动。综合以上分析，基于硬件设备，3D模型在人的操作下通过BIM专业软件与信息结合形成BIM应用业务流程，BIM应用在建筑施工领域有着广泛的用途和巨大的潜在价值。与烧开水利用热能传递规律相比，BIM应用在本质上是国家相关法律法规和标准规范的体现，也是技术与管理的结合，而其表现形式可以是BIM应用工法。3.2 BIM应用技术路线“BIM应用等式”针对建筑施工参与方须培养的BIM基础能力进行了详尽说明，在此基础上，研究如何在工程实践中实现BIM应用，从而将BIM技术“落地”。综合考虑建筑施工各参与方的管理习惯、BIM技术水平等因素，将项目管理与工程技术、BIM技术相结合，运用系统理论，研发工具级BIM应用工法；以BIM应用工法为支撑梳理工作流程，编制项目级BIM实施指南；提炼成熟流程，结合企业愿景，制定企业级BIM实施规划。工具级、项目级、企业级三层次，循序渐进，互为补充，作为BIM应用技术路线，其关系如图1所示。图1 建筑施工领域BIM应用技术路线示意图3.2.1研发BIM应用工法，梳理业务流程针对某一工作任务，从工艺原理上分析如何应用BIM技术，目的是应用BIM技术可视化、参数化、标准化的特点，在协同工作等方面变革原有的工作方式。在明确原理后，将工作分解为相关联的步骤，分析各步骤间的BIM数据标准及信息交互流程，形成BIM应用工法的工艺流程和操作要点。对完成工作所需要的软硬件资源需求进行分析和总结，分析其质量、安全等方面的保证措施，通过在工程实践中的应用，对工艺流程等各方面进行补充和完善，最终形成该项工作任务的BIM应用工法。BIM应用工法会提高工作的协同水平，通过梳理多工作任务间的关系，必然会对优化相关业务流程起到促进作用。3.2.2 编制项目BIM实施指南，开发管理平台项目BIM实施指南定义建筑施工阶段项目级BIM应用的相关要求和实施方法，包括BIM在建筑施工阶段的团队组织与任务分工、资源配置、BIM模型的创建与管理、应用流程、交付成果、价值评价等。其目的是作为在BIM项目实施前对BIM实施做出全面性规划及评估，并作为项目参与方之间进行充分沟通的工具。项目实施指南应包含以下部分：第一部分：说明性章节。列举指南制定过程中参考学习的国家、行业技术政策文件和国内外相关BIM实施标准与指南；对指南相关术语做出明确的说明和界定；对指南的适用范围进行说明。第二部分：资源组织说明章节。首先，对项目参与方BIM团队的组织架构进行说明，对各团队之间的职责与协同工作关系进行规定；然后，以项目进展进度为基准，对项目BIM应用流程、BIM执行时间计划及BIM提交方式等进行说明；最后，针对项目需要配备的软硬件资源，给出参考配置。第三部分：应用实施指导性说明章节。一方面，对BIM模型的创建、信息数据的输入、模型的细度以及不同专业、不同阶段的BIM模型管理做出规定；另一方面 ，分别对项目前期招投标阶段和项目实施与验收运营阶段的BIM应用点进行了逐项说明。BIM应用点的说明包括对需要的软件、应用的原理、实施流程和操作方法、输出的文件格式等做出标准化的规定；BIM应用工法将作为实现应用点预期目标的指导性文件，使每一个应用点的实施有章可循。第四部分： BIM应用的评价性说明，评价的方法主要是比较同一工作任务在应用BIM技术前后的区别，对应用BIM技术后带来的改变进行总结和分析，如工作效率的提高、沟通效果的改善、劳动强度的降低、工作流程的优化等等。项目BIM实施指南在制定和实施的基础上，应该不断的完善和调整，当达到相对完备的程度之后，可按照信息化要求，将各业务流程固化，形成软件系统，实现工作任务快速准确的流转，从而将书面化项目BIM实施指南打造成一个为项目各参与方所用的，标准化、信息化、流程化的项目协同管理平台。3.2.3 制定企业BIM实施规划，升级管理模式除项目层次的BIM应用实施系统外，施工参与方应建立企业级BIM实施规划。企业BIM实施规划定义建筑施工领域企业级BIM实施相关要求，在项目实施指南的基础上，提炼共性要求，制定BIM实施的基本流程、组员构成及责任、BIM应用、模型规范等，还包括企业应用BIM技术的愿景及相关政策。目的是为企业执行BIM技术定下政策基石，最终不断完善形成企业BIM标准。近几年，建筑施工领域在国家政策引导下大力推进信息化，促使原有管理模式发生巨大的变化；BIM技术源于IT技术发展，是信息化的有机组成部分，势必对建筑施工领域信息化的管理模式升级产生深远的影响。4 结语建筑施工参与方要在充分认识BIM各要素的基础上，培养BIM基础能力，以“研发BIM应用工法，梳理业务流程；编制项目BIM实施指南，开发管理平台；制定企业BIM实施规划，