完整版BIM及其在工程项目管理中的应用

1、第六章BIM及其在工程工程治理中的应用第一节BIM简介一、BIM的由来BIM (Building Information Modeling )可译为"建筑信息建模",也有译为"建筑 信息模型的,但相比之下,前者更为准确.导致工程建设行业效率不高的原因是多方面的,整体行业水平的提升和产业升级只能依靠先进生产流程和技术的应用.BIM是这样一种技术、方法和机制.通过集成工程信息的收集、治理、交换、更新、存储过程和工程业务流程,为建设工程全寿命周期不同阶段、不 同参与方提供及时、准确、足够的信息,支持工程建设不同进展阶段、不同参与方以及不同 应用软件之间的信息交流和共享,

2、以实现工程设计、施工、运营、维护效率和质量的提升, 以及工程建设行业生产力水平持续不断的提升.二、BIM的根本概念BIM的定义有多种版本. 麦克格劳希尔(McGraw Hill )在2021年BIM的商业价值? (The Business Value of BIM )的市场调研报告中对 BIM的定义比拟简练,认为“ BIM是利 用数字模型对工程进行设计、施工和运营的过程.美国国家BIM标准对BIM的定义比拟完整：BIM是一个设施(工程工程)物理和功能 特性的数字表达；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 施从概念到撤除的全寿命周期所有决策提供可靠依据的过程；在工程不

3、同阶段,不同利用相关方通过在BIM中插入、提起、更新和修改信息,以支持和反映其各自责任的协同作业.BIM是通过现代计算机技术以多种数字技术为依托的.建筑工程与之相关的工作均可 从建筑信息模型中获得各自需要的信息,可以指导相应工作又能将相应工作的信息反响到模型中.BIM不只是简单地将数字信息进行集成,还是一种数字信息的应用,它可以用于设计、 建造、治理的数字化应用,这种应用可以使建筑工程在其整个进程中显著提升效率、大量减少风险.BIM可以在建筑工程整个寿命期中实现集成治理,这个模型既包括建筑物的信息模型, 同时又包括建筑工程治理行为的模型.将建筑物的信息模型与建筑工程的治理行为模型进行完美组合.

4、可以在一定范围内模拟实际的建筑工程建设行为,例如：建筑物的日照、外部维护结构的传热状态等.三、BIM的特点BIM有以下五个方面的特点：(一) 可视化可视化即“所见即所得.对于建筑行业来说,可视化的作用是非常大的.目前,在工 程建设实施中所用的施工图纸,只是将各个构件信息用线条来表达,其真正的构造形式需要工程建设参与人员去自行想象.但对于现代建筑而言,形式各异、造型复杂,光凭人脑去想象就不太现实了. BIM可将以往的线条式构件形成一种三维的立体实物图形展开在人们面 前.在BIM中,由于整个过程都是可视化的,不仅可以用来展开效果,还可生成所需要的 各种报表.更重要的是,在工程设计、建造、运营过程中

5、的沟通、讨论、决策,都可在可视 化状态下进行.(二) 协调性协调是工程建设实施过程中的重要工作.应由BIM技术,可以事先事先协调.如在工程设计阶段,可应用 BIM技术对施工过程中建筑物内设施的碰撞问题进行协调.此外,还 可对空间布置、防火分区、管道布置等问题进行协调处理.(三) 模拟性在工程设计节点,应由 BIM技术可对节能、紧急疏散、日照、热能传导等进行模拟； 在工程施工阶段,可根据施工组织设计,将3D模型加施工进度(4D)模拟实际施工,从而通过确定合理的施工方案指导实际施工,还可进行5D模拟,实现造价限制；在运营阶段,可对日常紧急情况的处理进行模拟,如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等.

6、(四) 优化性工程设计、施工、运营过程均可应用BIM技术进行优化.目前,基于BIM的优化可完成以下工作：(1) 设计方案优化.将工程设计与投资回报分析结合起来,可以实时计算设计变化对 投资回报的影响.(2) 特殊工程的设计优化.有些部位往往存在不规那么设计,如裙楼、幕墙、屋顶、大空间等处.这些部位通常也是施工难度较大、施工问题比拟多的地方,对这些部位的设计和施工方案进行优化,可以缩短施工工期、降低工程造价.(五) 可出图性利用BIM对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化后,还可帮助输出如以下图纸或 报告：(1) 综合管线图；(2) 综合结构留洞图；(3) 碰撞检查侦错报告和建议改进方案.四、

7、国内外应用状况(一) 国外应用状况(1) 美国.BIM的研究和应用起步较早并初具规模.各大设计事务所、承包商和业主纷纷主动在工程工程中应由 BIM.政府和行业协会也出台了各种BIM标准.统计数据显示,2021年美国建筑业 300强企业中,80%以上都应用了 BIM技术.(2) 日本.BIM应用已扩展到全国范围,并上升到政府推进层面.(3) 韩国.已有多家政府机关致力于 BIM应用标准的制定,如韩国公共采购效劳重型 下属的建设事业局制定了 BIM实施指南和路线图：20212021年500亿韩元以上的工程项 目全部采用4D设计治理系统；2021年实现全部公共设施工程使用BIM技术.(二) 国内应用

8、状况BIM技术在香港地区已广泛应用于各类房地产开发工程中,2021年成立了香港BIM学会.中国大陆地区的现状是：(1) 有一定数量的工程工程在不同阶段和不同程度上使用了BIM ,其中在建第一高楼 的上海中央大厦工程最受关注.(2) 建筑业相关企业和 BIM咨询参谋以不同形式合作开展BIM的实施.(3) BIM已经逐步渗透到软件公司、咨询参谋、设计单位、科研院校、建筑企业、房 地产开发商和行业协会等.(4) 中国房地产协会商业地产专业委员会在2021年组织研究并发布了 中国商业地产BIM应用研究报告?,用于指导和跟踪商业地产领域BIM技术的应用和开展.(5) 建筑企业开始对 BIM人才有所需求,

9、BIM人才的商业培训已经逐步启动.(6) 建筑行业现行法律法规、标准尚未对BIM的应用提出要求.五、BIM的应用前景随着技术的不断开展和 BIM应用的不断实践,BIM技术的应用已经朝着更多的开展方 向展开.(1) 多维度的应用,应结合施工治理、协调等有关内容：进度治理、质量治理、本钱 治理、平安治理、采购、运输、招标、总包治理与分包治理、平面布置和数码测量定位等.(2) 在BIM以建筑物信息为主的信息系统中还可以补充合同治理、文档治理,或将工 程监理的标准文档纳入 BIM和P6应用中.(3) 只停留在BIM的模型是不够的,应结合三维扫描、云技术、移动、平板电脑、三维地图、GPS定位、三维打印、

10、三维的逆向工程、RFID的材料取样的二维码扫描以及电子芯片等拓展其使用范围.第二节BIM的应用一、城市规划BIM在城市规划的三维平台中,可以完全实现目前三维仿真系统无法实现的多维应用. 特别是城市规划方案的性能分析,可以解决传统城市规划编制和治理方法无法量化的问题, 诸如舒适度、空气流动性、噪声云图等指标.BIM的性能分析通过与传统规划方案的设计、评审结合起来,将会对城市规划多指标量化、编制科学化和城市规划可持续开展产生积极的 影响.城市规划微环境模拟是建立在城市规划是三维信息模型的根底上,通过微环境模拟平台,对城市规划限制性详细规划和修建性详细规划进行微环境指标模拟评估,并以此评估结果来对限

11、制性规划用地指标进行修正和对修建性详细规划的建筑空间布局进行调控,辅助城市规划治理和城市规划设计.(一) 日照采光分析建筑物日照间距是城市规划治理部门审核建设工程的重要指标,也是规划设计的主要参考标准.它直接关系到城镇居民的生活环境质量,也是限制建筑密度的有效途径之一.利用BIM相应建模和分析软件,可以对模拟区域建立3D模型,然后通过输入模拟区域的气象数据等信息资料,对该模拟区域内建筑的日照进行模拟和分析,从而为规划设计提供参考依据.(二) 建筑微环境的空气流动分析通过BIM技术与CFD技术的结合运用,可以方便、快捷地对建筑内、外环境的气流流场进行仿真模拟,可以形象直观地对建筑内外环境的气流流

12、动形成的流体环境做出分析和评 价,并及时地调整方案.这样,有利于规划师、建筑师在方案设计时全面、直观地对环境影 响的因素进行把握.同时,利用不同技术的综合运用来使规划设计更加科学、合理.三城市规划可视度分析通过BIM技术,可以对取样内地标建筑进行可视度分析模拟,从分析结果可以清楚地 看到城市道路上对该地标建筑的可视度分布.软件会统计不同可视程度类型的面积,而道路上网格的颜色区域变化那么显示了能看到的景观建筑的区域变化.四城市建筑群热工分析主要是分析规划建筑空间形成后,在自然状态下得到太阳热量的自然分布,通过这种热量分布计算,可以很清楚地看到建筑群内部热量集中的地方.得到该结果后,在深化规划方案

13、设计过程中,可通过各种举措调整, 如增加绿地、水系或者引入自然通风廊道等方法减少 局温区域.二、工程造价治理BIM在工程造价治理信息化方面具有不可比拟的优势,对于提升工程造价治理信息化 水平、改进工程造价治理流程、提升工程造价治理效率,都具有积极意义.一提升工程量计算的准确性BIM的自动化算量方法比传统的计算方法更加准确.工程量计算是编制工程预算的基 础,但计算过程非常繁琐和枯燥,容易因人为原因造成计算错误,影响后续计算的准确性. 此外,由于各地定额计算规那么不同,也是阻碍手工计算准确性的重要因素.每计算一个构件要考虑哪些相关局部要扣减,需要具有极大的耐心和细心.BIM的自动化算量功能可使工程

14、量计算工作摆脱人为因素的影响,得到更加客观的数 据.无论是规那么或者不规那么构件,均可利用所建立的三维模型进行实体扣减计算.二合理安排资源方案工程建设周期长,涉及人员多,治理复杂,没有充分合理的方案,容易导致工期延误, 甚至发生工程质量和平安事故.利用BIM模型提供的根底数据可以合理安排资金方案、人工方案、材料方案和机械计 划.在BIM模型所获得的工程量上赋予时间信息,可以知道任意时间段的工作量,进而可 以知道任意时间段的工程造价,据此来制定资金使用方案. 此外,还可根据任意时间段的工程量,分析出所需要的人、材、机数量,合理安排工作.三限制工程设计变更对于工程设计变更,传统的方法是靠手工先在图

15、纸上确认位置,然后计算工程设计变更引起的量的增减.同时,还要调整与之相关联的构件.这样的过程不仅缓慢,消耗时间长, 而且难以保证可靠性.加之工程设计变更的内容没有位置信息和历史数据,查询也非常麻烦.利用BIM模型,可以将工程设计变更内容关联到模型中,只需将模型稍加调整,就会 自动反映出相关的工程量变化. 甚至可以将工程设计变更引起的造价变化直接反响给设计人 员,使其能清楚地了解工程设计方案的变化对工程造价的影响.四对工程工程多算比照进行有效支持利用BIM模型数据库的特性,可以赋予模型内的构件各种参数信息.例如,试件信息、 材质信息、施工班组信息、位置信息、工序信息等.利用这些信息,可以将模型中

16、的构件进 行任意的组合和汇总,从而可以快速地进行统计,对未施工工程进行多算比照提供有效支撑.五历史数据积累和共享以往工程的造价指标、含量指标等数据,对今后类似工程的投资估算和审核具有非常重 要的价值,工程造价咨询单位视这些数据为企业核心竞争力.利用BIM模型可以对相关指标进行详细、准确的分析和抽取,并且形成电子资料,方便存储和共享.三、施工进度治理好的施工进度方案可以使工程工程各参建方到达“协调一致.因此,不管是业主方还是施工方,做好施工进度方案的编制与治理工作非常重要.BIM从3D模型开展到4D建造模拟功能,使工程工程相关人员都能够更加轻松地预见 到施工进度.由此方式产生的相关任务可以自动地

17、关联到BIM软件上,调整施工进度图后,进度安排也会自动变化, 并在4D施工模拟时表达.BIM可以在工程建设前期形成可视化的 进度信息、可视化的施工组织方案以及可视化的施工过程模拟,在建设过程中可对工程变更结果及风险事件结果进行模拟.在工程施工中,利用4D模型可以使全体参建人员很快理解进度方案的重要节点；同时,进度方案通过实体模型的对应表示, 有利于开展施工过程中的问题, 及时采取举措,进行纠 偏调整；遇到设计变更、施工图更改时,也可以快速地联动修改进度方案.需要指出的是,4D模型所承担的分析推理工作离不开使用者的介入,这就要求使用者 具有一定程度的操作经验和足够的专业知识.4D模型在施工过程中

18、可以应用到进度治理和施工现场治理等多个方面,主要表现为进 度治理的可视化、监控、记录、进度状态报告和方案的调整预测等功能,以及事故现场治理 筹划可视化、辅助施工总平面治理、辅助环境保护、辅助防火保安等功能.同时,还可应用 到物资采购治理方面,表现为辅助编制物资采购方案、物质现场治理及物资仓库可视化治理 等功能.通过4D模型的应用,可以在整个工程建设过程中实现工程信息的高度共享,提升 信息的利用价值,提升施工技术水平.四、设施运行维护维护保养是一种针对设施全寿命期的操作,保证建筑设施在全寿命期内性能良好.维护保养做得不好,会导致设备寿命缩短,直接后果就是增加本钱.BIM技术对设施治理企业提升运作

19、和维护水平、设法利用设施提供舒适平安的工作场所、改善员工的工作强度和提升生产率等方面发挥积极作用.设备设施出现故障而进行的恢复性能的维护活动需要的是快速查找故障根源,此时,可用到BIM的分析和可视化功能.比方,抢修时的快速定位和信息查询；还有,一台设备经 常出故障,其原因可能是与附近的另外一台设备有关,这在三维空间视图上, 很容易看到这种关联性.预测性维护与BIM的结合是一个富有挑战性的课题.在我国已经有一些桥梁和大型工 程工程中使用了结构检测技术,其目的是为了对部件进行连续或定期的检测和诊断,从而对故障做出预测.所有这些模拟都可以在工程设计的早起、设计进行过程中以及运营期间进行,其输入的参数

20、和输出的结果可能不同,但都有其利用价值.整合到CAFM ,就能够进行建筑绩效分析,尤其是将运行维护本钱和一系列性能指标引入.无论是能源消耗,还是维修费用、人员 开支,都录入到一个集成的 BIM系统中,通过分配计算,能够得到很多关于建筑设施的绩 效指标,用于衡量运营治理工作成果.这种衡量,是在运营过程中限制本钱的根本工作.第三节BIM在工程工程治理中的应用一、应用目标BIM的主要任务就是通过借助BIM理念及其相关技术搭建统一的数字化工程信息平台,实现工程建设过程中各阶段数据信息的整合及应用,进而更好地为委托方创造价值,提高建设效率和质量.一可视化展示BIM技术可利用计算机实现工程工程在建设完工前

21、的可视化展示.与传统单一的设计 效果图等表现方式相比,由于数字化工程信息平台包含了工程建设各阶段所有的数据信息, 基于这些数据信息制作的各种可视化展示将更准确、更灵活地表现工程工程,并辅助各专业、各行业之间的沟通交流.二提升工程设计和工程治理质量BIM技术可帮助工程工程各参建方在工程建设全过程中更好地沟通协调,为做好设计 治理工作,提升工程设计质量及工程工程在技术、经济上的可行性论证,提供更为先进的手段和方法,从而提升工程工程治理的质量和效率.三限制工程造价通过数字化工程信息模型,实现工程工程各阶段数据信息的准确性和唯一性,进而在工程建设早期发现问题并予以解决,减少工程过程中的变更,大大提升对

22、工程造价的限制力.四缩短工程施工周期借助BIM技术,实现对各重要施工工序的可视化整合,协助委托人、设计单位、承包 单位更好地沟通协调与论证,合理优化施工工序.二、应用范围现阶段,工程工程治理公司运用BIM技术提升咨询效劳的价值,仍处于初级阶段,其应用范围主要包括以下几个方面：一可视化模型建立可视化模型建立是 BIM的根底,包括建筑、结构、设备等各专业工种.在 BIM中,由 于整个过程都是可视化的,因此,可视化的结果不仅可用效果图进行展示及报表的生产,更为重要的是,工程设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都是在可视化的状态下进行 的.BIM模型在工程建设中的衍生路线就像一棵大树,其源头是设计

23、单位在设计阶段培育 的种子模型；其生长过程伴随着厂家的深化补充；施工单位进行二次设计和重塑,以及业主、工程治理单位、监理单位等多方审核；后端衍生的各层级应用如同果实一样.他们之间相互维系,而维系的血脉就是带有种子模型基因的数据信息,数据信息如同新陈代谢般随着工程工程寿命期的进展不断进行更新维护.目前,一些具备先进治理理念及技术的工程工程治理公司已不仅仅满足于依靠设计单位 来完成建模工作,而是开始在内部培养、组建 3D建模团队,为后续工作的开展奠定根底.二工程设计优化具备工程设计、施工丰富经验的团队对从方案设计到施工图设计的各个阶段设计成果进 行评估,发现问题,提出合理化改进建议,从而提升工程工

24、程设计治理水平.三管线综合随着建筑业的快速开展,对协同设计与管线综合的要求愈增强烈.但是,由于缺乏有效的技术手段,不少设计单位都没有能够很好地解决管线综合的问题,各专业设计结果之间的冲突严重地影响了工程质量、进度和造价等.BIM技术的出现,可以很好地实现碰撞检查,尤其对于建筑形体复杂或者管线约束多的情况是一种很好的解决方案.四性能分析利用BIM技术提供的完整信息模型,可以对建筑的各种性能进行模拟测试,并进行优 化设计,从而到达节能环保、降低本钱、提升建筑使用舒适度的目的. 主要包括日照采光分析、城市规划分析、室内外风环境模拟和建筑使用能耗分析等.工程工程治理公司涉及此方面内容较少,主要由设计单

25、位依托专业软件进行数据分析及优化.五4D虚拟施工当前,绝大局部工程工程仍然是采用横道图表示进度方案,用直方图表示资源方案, 无法清楚描述施工进度以及各种复杂关系, 难以准确表达工程施工的动态变化过程, 更不能动 态地优化分配所需要的各种资源和施工场地.工程工程治理公司将 BIM和进度方案软件的数据进行集成,可以按月、按周、按天看 到工程施工进度并根据现场情况进行实时调整,分析不同施工方案的优劣,从而得到最正确施工方案.此外,还可对工程工程的重点或难点局部进行可建性模拟,按秒、分、时进行施工 安装方案的分析优化.通过对施工进度和资源的动态治理及优化限制,以及施工过程的模拟,可以更好地提升工程工程

26、的资源、能源利用率,对整个工程建造过程有实际的指导意义.六本钱核算对于工程工程而言,预算超支现象是极其普遍的. 而缺乏可靠的本钱数据是造本钱钱超 支的重要原因.BIM是一个包含丰富数据、面对现象、具有智能和参数特点的建筑数字化 标识.借助这些信息,计算机可以快速对各种构件进行统计分析,完本钱钱核算.通过将工程设计和投资回报分析相结合,实时计算设计变化对投资回报的影响,合理限制工程总造价.七运行维护模拟将BIM与运营维护治理方案相链接,设备治理数据的实时录入,实现建筑物业治理与 楼宇设备的实时监控相集成的智能化和可视化治理.同时,结合运营阶段的环境影响和灾害破坏,针对结构损伤、材料劣化及灾害破坏

27、,进行建筑结构平安性、耐久性分析与预测,这 是BIM在运营维护和改造升级过程中的应用,虽然目前还没有成熟的实际案例,但应是未 来开展方向之一.由于工程工程本身的特殊性, 建设过程中随时都可能出现无法预计的各类问题,而BIM技术数字化手段本身也是一项全新的技术.因此,在工程工程治理效劳过程中,使用BIM技术具有开拓性意义,同时,也对工程工程治理团队带来极大的挑战.这不仅要求工程治理团队具备优秀的技术和效劳水平,还需要强大的资源整合水平.三、效劳内容工程治理团队在工程工程各进展阶段的效劳内容见表6-1.表6-1各阶段效劳内容前期/设计 阶段模型建立建筑、结构、设备各专业信息模型搭建各阶段各工种综合

28、可视化分析、供沟通交流、设计协调 各种规格图形输出：静态、动态设计优化审查各阶段图纸 把控工程设计质量管线综合各专业间进行碰撞检查生成碰撞报告优化调整建议本钱核算生成各类明细表,精确材料统计投资优化建议：设计变化对投资回报的影响建设本钱概预算性能分析日照分析,采光环境模拟与优化建议 热环境分析,建筑能耗模拟与优化建议 遮阳设计风环境模拟与设计优化声环境模拟与优化、声场设计优化数据整合整合工程共参与方的交付成果数据格式 辅助搭建信息化模型平台施工阶段模型建立施工阶段的信息模型建立四维施工模 拟确定四维模拟流程对重要建设周期进行四维模拟动态碰撞检查施工现场布置的动态碰撞 生成碰撞报告设计协调各参与方的三维数据文件的整合与协调协调专业施工及材料单位对于复杂建筑