浅析BIM技术的应用现状

浅析BIM技术的应用现状1 BIM的概念与特点自从1975年美国佐治亚理工大学的Chuck Eastman 教授提出了建筑物计算机模拟系统(Building Description System,BDS)的概念以来，建筑信息模型即BIM技术的理念有着迅速的发展。建筑信息模型(BIM)的概念最早开始在美国得以推广应用，随后在欧洲、日本、新加坡等国家页得到了积极的推广。Eastman博士也被称之为“BIM之父”。美国国家建筑科学研究院对BIM的定义体现在NBIMS(美国国家BIM标准)，BIM被描述为三个层次的含义：第一：BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达。第二：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。第三：在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，此支持和反映其各自职责的协同作业。根据BIM的定义，结合工程建设实践，总结出BIM具有以下五个特点：可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。2 BIM技术在国内的应用我国的BIM技术应用刚刚起步，起点较低，但发展速度快，国内大多数大型建筑企业都有非常强烈的应用BIM提升生产率的意识，并逐渐在一些项目上开展了试点应用，各级政府不断推出BIM应用推广的政策，呈现出政府和企业双管齐下、多渠道推动的态势。目前，我国的BIM技术在土木工程领域中的应用，主要包含了以下三方面的内容：其在设计阶段的应用、其在施工建造阶段的应用、其在运维阶段的应用，具体内容有：(1)BIM技术在设计阶段的应用：对于设计人员而言，BIM技术的出现时实现从运用AutoCAD 进行手工绘图到不用画结构图的一大解放。此外，它可以将较为抽象的二维平面图形立体化，从而预先看到整个建筑工程竣工后的实际效果，并可对不符合预想的部位进行反复调整，准确定位，直到制定最佳设计方案为止。另外，由于各数据参数与模型进行关联后，即使在工程实施后期施工环境发生变化或者其他不确定因素产生，在设计师进行单独部位调整后，建筑模型的其他地方也将自动调整尺寸并更新所有相关信息。因此，通常只需对一种类型的建筑项目建模一次，后期就只需要调整该模型无需再次进行编辑修改，这对于设计人员来说是快速便捷且可缓解制图压力、大幅度提高工作效率。此阶段主要应用内容包括：第一，方案设计：使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性。第二，扩初设计：建筑专业建立BIM模型，利用模型信息进行能耗、结构等数据分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计。第三，施工图：各种平面、立面、剖面图纸和统计报表都可以从BIM模型中得到。第四，设计协同：设计上有十几个甚至几十个专业需要协同，包括设计计划、互提资料、校对审核、版本控制等等。第五，设计工作重心前移：目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM可以帮助设计师把工作重心放到方案设计和扩初设计阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。(2)BIM技术在施工建造阶段的应用：对于建设单位来说，建筑施工现场不确定因素及突发情况繁多，特别对于一些大型项目，建设方利用BIM技术主要是进行虚拟施工，即在计算机上虚拟仿真实际的施工过程。虚拟现实技术属于一种二次开发技术，它可以运用仿真系统在多维空间构件出建筑物所在地周围的场景如真实般存在的环境，利用计算机图形学、传感器等三维数字技术实现一种更为真实的交互体验，使人有着身临其境的感觉。同时运用计算机仿真技术模拟建筑物收到加载、撞击时的情况，得以模拟建筑工程在全真环境下的效果，分析其所受到的影响及破坏程度。对于整个施工过程而言，内力及外力的仿真分析及模拟加载时保证后期工程质量安全不可或缺的步骤。在这个过程中，施工方也可以提前发现并排除在实际操作中存在的缺陷或者潜在的隐患，如管线碰撞。在直观地看到整个建造过程后，施工方可以对其施工工艺进行调整改进，通过对不同施工方案的比较，实现最优的施工方案。通过BIM技术，一方面为实际工程项目的建造提供体验，有利于施工技术和施工方案的选定，避免了施工过程中的返工现象，提高了施工水平，使后期实现工程质量得以保证，减少了工程事故的发生。另一方面它可以有效指导施工方进行施工进程的合理规划布置，减少工期，节约成本，具有很好的经济型。此阶段主要应用内容包括：第一，错漏碰缺检查，最大程度减少返工。利用BIM的三维模型在设计成果未完全固化之前进行错漏碰缺的检查，能够直观地解决建筑物空间关系上的冲突，检查出设计中存在的错误，并利用专业知识查勘缺失项目，从而优化工程设计，减少在正式施工时可能存在的问题，最大程度避免返工。第二，模拟施工方案，有效协同参建方。在BIM模型三维可视化的基础上增加时间维度，结合施工组织设计和施工方案，能够进行施工进度的模拟。及时将计算机里的模拟施工进展与施工现场的实际进展进行对比，同时有效的将项目参建方进行空间、时间维度上的多维协同，所有参建方都能对工程项目实际进展存在的各种问题详细掌握。第三，三维模拟渲染，VR宣传展示。通过对三维模型进行渲染，可通过VR技术让客户通过虚拟体验来感受实体建筑，在建筑物未交付之前就可以让客户有直接的视觉体验。第四，进行知识管理，降低学习曲线。通过引入“知识管理”理念，对施工过程中难以积累的知识和技能、工艺和工法进行数字化的存储，通过轻量化的动画进行展示，可以为施工单位长期积累的知识库不断更新、降低施工项目的学习难度、有效提高项目管理的水平。(3)BIM技术在运维阶段的应用：管理主要包括基于数据层的项目建造、进度、资源成本多要素集成计划和控制以及施工过程可视化两个系统。对于管理方而言，一方面运用BIM技术积极影响传统组织管理体系，管理方不在需要反复地与各专业领域参与者进行沟通交流，只需要通过BIM信息库即可获得整个工程全面而真实的信息。另一方面，管理者发布的消息也能及时可靠地传递，避免了以往由于消息延误而造成的损失。同时，运用BIM技术实现4D/5D或者ND,管理模式将更加趋于精细小型化。将BIM技术与管理者有效结合在一起，管理方人员结构趋于简单化，管理部门也可以逐渐缩减，但对其综合素质及专业水平有了进一步的要求。一方面目前具备工程背景且熟悉BIM技术的综合人才十分欠缺，另一方面即使这些人才经过培训，但短期内要真正掌握核心知识却较为困难，将其用于实际工程中需要更加慎重。此阶段主要应用内容包括：第一，空间管理。空间管理主要应用在设备系统和办公系统，在为各系统进行空间位置信息的编码后，将原来编号或者文字表示的内容变成三维图形位置，能够非常直观的查找设施、设备的位置，提升空间管理的效率。第二，设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会(NIST)于2004年进行了一次研究，业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的2/3，可降低由于缺乏互操性而导致的成本损失，此外还可对重要设备进行远程控制。第三，隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的设备或者管线信息是施工单位不关注的，这些管线或者设备可能被隐蔽在封闭的区域，只有设计师和少数无业人员知道。随着建筑物使用年限的不断增加，物业管理人员流动替换，这些隐蔽信息便成了安全隐患，有时会因为缺乏关注甚至直接导致悲剧的酿成。第四，应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区，公共建筑，大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。通过BIM技术的运维管理对突发事件的管理包括了预防、警报、处理。第五，节能减排管理。BIM模型通过与互联网技术的综合，可以方便的进行日常能源管理监控。通过传感器采集到的建筑能耗数据，实现数据的实时传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并且实时的将信息在BIM模型上显示，进行数据的可视化处理。3 BIM技术应用中存在的问题BIM在为建筑行业带来便利的同时，也在实践中遇到了很多问题，主要问题如下： (1)缺乏复合型的BIM人才。BIM从业者不仅应能熟练掌握BIM的理念和实际操作工具，还必须具备工程专业背景和工程项目实践经验。不仅要掌握核心的多种BIM软件，还要能够结合企业和项目的实际要求制订BIM应用方案和技术标准。总的来说要做好BIM，需要复合型人才，然而当下我国建筑企业中此类人才是相当匮乏的。(2)BIM应用模式及深度不够。目前大多数项目的BIM应用是专项应用多，集成应用少，而BIM所具备的集成化、协同化的特点在专项应用中很难发挥出优势。此外BIM与项目管理系统结合的应用少，也不利于发挥BIM的最大价值。一个完善的BIM系统能够连接建设工程全生命周期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与方提供一个集成管理、协同工作、科学决策的环境。BIM的深入应用和推广还需要在这方面做出努力。(3)BIM应用软件相对匮乏。市场上目前的BIM建模软件由很多种类型，但大多用于设计和施工阶段的建模，在性能分析、施工管理、协同建造、进度分析、成本管理等方面的应用软件相对匮乏。大多数BIM软件仅仅能够满足单项应用，集成化程度高的BIM应用软件不能满足，与项目管理系统进行集成管理应用的软件更是匮乏。(4)BIM数据标准缺乏。随着BIM技术的深入应用，基于BIM的信息系统对数据交换的要求越来越高，目前数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。而国际组织所推行的IFC数据标准在我国建筑领域应用和推广不甚理想，国内对国际标准的研究能力也欠缺，很难结合我国建筑工程实际情况进行标准的扩展和制定。这又在一定程度上制约了BIM技术的深入引用。4 BIM技术的国内外标准与政策发展情况为了促进BIM技术的快速发展，很多国家和地方组织制定了相关的BIM标准。2006年美国总承包商协会发布承包商BIM使用指南；2008年美国建筑师学会颁布了BIM合同条款E202-2008Building Information Modeling(BIM)Protocol Exhibit；2009年美国洛杉矶大学制定了面向DBB工程模式的BIM实施标准LACCD Building Information Modeling Standards For Design-Bid Build Projects。英国在2009、2010、2011年陆续发布了AEC(UK)BIM Standard和AEC(UK)BIM Standard for Autodesk Revit AEC(UK)BIM Standard for Bentley Building。挪威于2009和2011年发布了BIM Manual1.1和BIM Manual1.2。新加波在2012年发布了Singapore BIM Guide。韩国国土海洋部在2010年1月颁布了建筑领域BIM应用指南；虚拟建造研究院在2010年3月制定了BIM应用设计指南-三维建筑设计指南；调达厅2010年12月颁布了韩国设施产业BIM应用基本指南书-建筑BIM指南。此外，很多国家和地方组织也制定了比较具体的BIM技术推动政策。美国GSA(美国总务管理局)推出了国家3D-4D-BIM计划，鼓励所有GSA的项目采用3D-4D-BIM技术，并给予不同程度的资金资助。韩国公共采购服务中心建设事业局制定了BIM实施指南和路线图，明确试点应用，然后逐步扩大应用规模，力求在2012-2015年500亿韩元以上建筑项目全部采用3D+Cost的设计管理系统，计划到2016年实现全部公共设施项目使用BIM技术的目标。2012年6月，Building SMART澳洲分会受澳大利亚工业、教育等部门委托发布了一份国家BIM行动方案，制定了按优先排序的“国家BIM蓝图”，准备全行业应用BIM技术。我国专业技术人员在1998年开始接触和研究IFC标准，并于2000年于IAI组织接触，全面了解IAI的目标、组织规程、IFC标准应用等问题。确立了IFC标准作为国内建筑信息技术的数据标准的基本方针，借鉴了国际产品数据STEP标准的技术，保持该技术所具备的先进性和开放性。国家863计划项目所提出的数字社区信息表达与交换标准就是一个基于IFC标准制定的计算机可识别的社区数据表达与交换的标准，提供社区信息的表达以及可使社区信息进行交换的必要机制和定义。通过一系列的实践，探索了IFC标准结合我国建筑行业的实际情况进行必要扩充的主要问题。目前主要的研究方向：第一是深入透彻的研究IFC标准，第二是基于IFC标准开发一个BIM设计系统，第三是基于IFC标准研发建筑工程4D施工管理系统。上海申通地铁集团、广州地下铁道集团等国内大型国企陆续发布了自己的企业级BIM标准，如申通地铁发布的城市轨道交通BIM应用系列标准，包含：轨道交通工程建筑信息模型建模指导意见、交付标准、应用技术标准、族创建标准、设施设备分类与编码标准等5个分册。深圳工务署于2015年5月4日发布了全国首例政府公共工程的BIM标准：政府公共工程BIM应用实施纲要、BIM实施管理标准，包括BIM应用的形势与需求、政府工程项目实施BIM的必要性、BIM应用的指导思想、BIM应用需求分析、BIM应用目标、BIM应用实施内容、BIM应用保障措施和BIM技术应用的成效预测等8章内容。5 结论综上所述，BIM技术可以应用于建筑项目的整个生命周期。在设计阶段，BIM技术可以提供建筑