BIM應(yīng)用將給建筑業(yè)帶來(lái)什么變化？

◎ 何關(guān)培 李剛（Elvis）

前言

任何一種新技術(shù)和新方法，只有到了能夠真正應(yīng)用來(lái)改善人類本身和人類生存環(huán)境的時(shí)候才算實(shí)現(xiàn)了其最大的價(jià)值，BIM也不例外。

對(duì)于工程建設(shè)行業(yè)的同仁而言，當(dāng)面對(duì)BIM這樣一種新技術(shù)和新方法的時(shí)候，首先當(dāng)然是要弄清楚什么是BIM，關(guān)于這個(gè)問題能找到的資料比較多，估計(jì)相當(dāng)數(shù)量的同行們也可以說(shuō)出個(gè)一二三來(lái)，這里不再重復(fù)。如果有興趣，諸位也可以參考筆者的另外一篇文章《那個(gè)叫BIM的東西究竟是什么？》。

關(guān)于BIM應(yīng)用的資料雖然也可以找到不少，這個(gè)說(shuō)用BIM設(shè)計(jì)了一個(gè)劇院，那個(gè)講用BIM進(jìn)行了施工模擬，另一個(gè)描述用BIM支持?jǐn)?shù)控加工等等，但總的感覺是有點(diǎn)零碎、有點(diǎn)無(wú)序、有點(diǎn)亂。

那如何才能把BIM應(yīng)用這個(gè)問題講清楚呢？這里提供一種方法供同行參考討論：

我們從圖中的三個(gè)維度去討論和描述BIM應(yīng)用這個(gè)命題，即BIM用在什么項(xiàng)目上？誰(shuí)來(lái)使用？能用到什么程度？

關(guān)于BIM用在什么項(xiàng)目上這個(gè)問題，如果把BIM理解成一種技術(shù)和方法，那么BIM可以用在所有建設(shè)項(xiàng)目上；如果具體到某個(gè)BIM軟件和工具，那么，每個(gè)軟件和工具都有一定的適用范圍。一般情況下我們說(shuō)的BIM都是BIM技術(shù)和方法。

誰(shuí)來(lái)使用BIM這個(gè)問題的答案一定是項(xiàng)目的所有參與方，包括業(yè)主、策劃、設(shè)計(jì)、施工、供應(yīng)商、銷售、運(yùn)營(yíng)商等，而且參與BIM使用的范圍越廣，BIM的價(jià)值就越能體現(xiàn)。當(dāng)然，這么說(shuō)，并不排除項(xiàng)目的單個(gè)參與方甚至單個(gè)個(gè)人使用BIM獲益。

基于上面的文字，我們知道BIM應(yīng)用的前兩個(gè)維度相對(duì)來(lái)說(shuō)都是比較容易回答的，因此，本文將著重對(duì)第三個(gè)維度進(jìn)行一個(gè)分析，即BIM可以用到什么程度？或者說(shuō)，BIM將在什么程度上給工程建設(shè)行業(yè)帶來(lái)變化呢？

BIM應(yīng)用第1層變化-回歸3D

借用一句偉人說(shuō)過的話，“建筑是3D的，也是2D的，但是歸根結(jié)底是3D的”。

人類很偉大，發(fā)明了用2D的方式來(lái)表達(dá)3D的建筑物（制造業(yè)也是如此），從而導(dǎo)致建筑業(yè)設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)領(lǐng)域的明確分工，帶來(lái)了近一百多年建筑業(yè)的空前繁榮和發(fā)展。

隨著建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜性的不斷加大（包括規(guī)模的增大以及建筑系統(tǒng)數(shù)量和復(fù)雜性的增加等），以及由于競(jìng)爭(zhēng)需要導(dǎo)致的業(yè)主對(duì)縮短工期和控制造價(jià)的壓力，建筑業(yè)在從未有過的發(fā)展和繁榮的同時(shí)也切身地感受到了從未有過的挑戰(zhàn)。

圖1

而人類偉大發(fā)明的2D表達(dá)以及設(shè)計(jì)與施工的明確分工恰恰被證明是出現(xiàn)上述挑戰(zhàn)的主要原因。

工程建設(shè)行業(yè)的專家們開始研究并實(shí)踐突破上述挑戰(zhàn)的技術(shù)和方法，這些技術(shù)和方法包括EPC（Engineering, Procurement and Construction工程總承包），IPD（Integrated Project Delivery一體化項(xiàng)目實(shí)施）, Lean Construction（精益建造）等，這些方法的主要目的是用來(lái)解決設(shè)計(jì)與施工明確分工帶來(lái)的問題的。

毋庸置疑，這些技術(shù)和方法中的BIM（Building Information Modeling建筑信息模型)是用來(lái)解決2D表達(dá)給建筑業(yè)進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)的，但是有一點(diǎn)需要特別說(shuō)明，如果沒有BIM，那么EPC/IPD/LC等方法能夠?yàn)榻ㄖI(yè)帶來(lái)的價(jià)值將大大地受到限制，換句話說(shuō)，只有把BIM和上述方法整合起來(lái)使用才能更加有效地解決目前的挑戰(zhàn)。

原因很簡(jiǎn)單，所有對(duì)建設(shè)項(xiàng)目不同階段的有效方案和措施都以項(xiàng)目參與人員對(duì)項(xiàng)目本身的全面、快速、準(zhǔn)確理解為基礎(chǔ)，而2D表達(dá)恰恰在這件事情上是一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)重的障礙。討論2D圖紙問題的文章很多，其中業(yè)界公認(rèn)的BIM教父Chuck Eastman的歸納非常精煉到位：

· 需要用多個(gè)2D視圖來(lái)表達(dá)一個(gè)3D的實(shí)際物體指導(dǎo)施工，有冗余，又容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。

· 以線條、圓弧、文字等形式存儲(chǔ)，只能依靠人來(lái)解釋，電腦無(wú)法自動(dòng)識(shí)別。

BIM的目的當(dāng)然是解決2D表達(dá)的上述問題，讓建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工運(yùn)營(yíng)全過程回歸到建筑物的本來(lái)面目——3D上來(lái)。事實(shí)上制造業(yè)在這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在建筑業(yè)的前頭，其3D設(shè)計(jì)和制造技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)有超過30年的歷史。

首先我們來(lái)看一張目前典型使用的2D圖紙（圖2），從圖紙上我們能看出來(lái)劃紅圈的地方有問題嗎？

要確定上述圖紙有沒有問題，是一件十分耗時(shí)的事情，需要不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員花上大量的工作時(shí)間，首先需要對(duì)上述圖形進(jìn)行解讀，然后在人腦里面把不同元素的空間關(guān)系想象出來(lái)，進(jìn)行檢查，最后再把檢查結(jié)果轉(zhuǎn)成二維圖與其他人協(xié)調(diào)溝通。在項(xiàng)目復(fù)雜、時(shí)間有限的情形下，必然會(huì)遺留不少問題到工地上。

圖2

再來(lái)看一張與上述圖紙表達(dá)的建筑物同樣位置的BIM模型三維視圖（圖3）：

紅圈里面的問題一目了然，這就是BIM的第1層應(yīng)用，使得建設(shè)項(xiàng)目的所有參與方回歸3D。

BIM 和 3DS MAX同樣是3D，但不一樣的是BIM是虛擬建筑樣機(jī)，而3DS MAX不是。BIM提供的是建筑物精確的空間關(guān)系和數(shù)據(jù)，從而真實(shí)表達(dá)設(shè)計(jì)意圖及指導(dǎo)施工。

BIM應(yīng)用第2層變化-協(xié)調(diào)綜合

建筑業(yè)的同行都對(duì)這樣兩個(gè)專有名詞耳熟能詳，一個(gè)叫“錯(cuò)漏碰缺”，另外一個(gè)叫“設(shè)計(jì)變更”。其中錯(cuò)漏碰缺是因，設(shè)計(jì)變更是果。

有了錯(cuò)漏碰缺，就需要做設(shè)計(jì)變更，這就是所謂的因果。那么設(shè)計(jì)變更對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的所有相關(guān)方和項(xiàng)目本身又意味著什么樣的果呢？

圖3

· 對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，意味著工作量

· 對(duì)承包商來(lái)說(shuō)，意味著待工、窩工、返工

· 對(duì)發(fā)展商來(lái)說(shuō)，意味著工期可能延誤、造價(jià)可能提高、質(zhì)量可能降低

· 對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)，意味著人力材料浪費(fèi)、更多的二氧化碳排放、更大的綠色挑戰(zhàn)

筆者沒有看到有關(guān)方面對(duì)錯(cuò)漏碰缺和設(shè)計(jì)變更的原因進(jìn)行分析的統(tǒng)計(jì)資料，根據(jù)對(duì)同行的訪談，我們得到以下概念性的信息（如圖所示）：

· 單個(gè)專業(yè)自己的圖紙本身發(fā)生錯(cuò)誤的比例很小

· 設(shè)計(jì)各專業(yè)之間的不協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)和施工之間的不協(xié)調(diào)以及業(yè)主要求變更是設(shè)計(jì)變更的主要原因，而且三者比例差不多

· 業(yè)主要求變更的原因有兩種，其一是業(yè)主對(duì)圖紙的理解、他看到的施工結(jié)果與他想要的東西發(fā)生偏差；其二是業(yè)主本身的需求發(fā)生變化。

上述原因當(dāng)中，除業(yè)主需求變化引起的變更外，其余專業(yè)之間的協(xié)調(diào)問題、設(shè)計(jì)施工之間的協(xié)調(diào)問題和業(yè)主由于理解偏差而要求的變化占設(shè)計(jì)變更的7-8成，而通過BIM應(yīng)用的協(xié)調(diào)綜合功能可以解決掉這些問題的絕大部分甚至全部。

目前基于2D圖紙大家也做管線綜合的工作，花的精力不少，效果卻不能令人滿意，非常重要的一個(gè)原因在于工具的限制。

大家知道，協(xié)調(diào)綜合的工作主要分兩個(gè)步驟：首先是發(fā)現(xiàn)問題，然后是解決問題。使用2D圖紙進(jìn)行協(xié)調(diào)綜合的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)以下的問題：

· 花費(fèi)上大量的工程時(shí)間去解讀及發(fā)現(xiàn)問題

· 由于時(shí)間及手段的限制，往往只能發(fā)現(xiàn)部分表面的問題

· 發(fā)現(xiàn)問題了，誰(shuí)來(lái)修改呢？建筑、結(jié)構(gòu)改還是給排水、電氣、暖通改？設(shè)計(jì)改還是施工改？由于在二維溝通上困難，各方爭(zhēng)論，莫衷一是，最后往往誰(shuí)弱勢(shì)誰(shuí)改，至于這樣修改是否對(duì)項(xiàng)目最有利只有天知道。

統(tǒng)計(jì)資料證明，BIM的第2層應(yīng)用-協(xié)調(diào)綜合可以使設(shè)計(jì)變更大大減少，同時(shí)如果使用有效BIM協(xié)調(diào)流程進(jìn)行協(xié)調(diào)綜合，那么協(xié)調(diào)綜合過程中的不合理變更方案或問題變更方案也就不會(huì)出現(xiàn)了。

BIM應(yīng)用第3層變化-4D5D

4D/5D等3D以上的多維應(yīng)用是BIM為建筑業(yè)帶來(lái)的新信息和新手段，在此以前，三維以上的nD空間更多的是一個(gè)數(shù)學(xué)意義上的概念。另外，4D/5D更是協(xié)助行業(yè)由純個(gè)人經(jīng)驗(yàn)管理方法提升為科學(xué)化管理方法的基石。

羅馬不是一天建成的，雖然一個(gè)項(xiàng)目沒有建設(shè)整個(gè)羅馬城需要的時(shí)間多，但也是要靠一磚一瓦才能建起來(lái)的，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，建筑不僅僅是3D的，也是4D的。

事實(shí)上，項(xiàng)目在施工過程中，圍繞施工的所有活動(dòng)都是和時(shí)間相關(guān)的，也就是說(shuō)是4D的。例如建筑機(jī)械的行進(jìn)路線和操作空間、土建工程的施工順序、設(shè)備管線的安裝順序、材料的運(yùn)輸堆放安排等等，都需要隨著項(xiàng)目進(jìn)展作出相應(yīng)變化。因此所有的動(dòng)線分析、碰撞檢查、方案設(shè)計(jì)也都必須和時(shí)間有關(guān)。

BIM的4D應(yīng)用主要有以下兩個(gè)層面：

· 宏觀4D層面（工序安排模擬）：把BIM模型和進(jìn)度計(jì)劃軟件（如MS Project，P3等）的數(shù)據(jù)集成，讓業(yè)主及團(tuán)隊(duì)能利用三維的直觀優(yōu)勢(shì)，可以按月、按周、按天看到項(xiàng)目的施工進(jìn)度并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，分析不同施工方案的優(yōu)劣，從而得到最佳施工方案。 換言之，4D就是甘特圖的三維提升版。

· 微觀4D層面（可建性模擬）：把BIM模型和施工方案利用虛擬環(huán)境作數(shù)據(jù)集成，我們便可以在虛擬環(huán)境中作施工仿真，對(duì)項(xiàng)目的重點(diǎn)或難點(diǎn)部分進(jìn)行全面的可建性（Constructibility可施工性）模擬以及安全、施工空間、對(duì)環(huán)境影響等等分析，優(yōu)化施工安裝方案。

另外一個(gè)眾所周知的事實(shí)是，建設(shè)項(xiàng)目的投入不是一次性到位的，是根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的計(jì)劃和進(jìn)度逐步到位的，制造業(yè)的“零庫(kù)存”生產(chǎn)管理方式由來(lái)已久，BIM的5D應(yīng)用結(jié)合BIM模型、施工計(jì)劃和工程量造價(jià)于一體，可以實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的“零庫(kù)存”（限額領(lǐng)料）施工，最大程度發(fā)揮業(yè)主資金的效益。

由于BIM模型存儲(chǔ)了建設(shè)項(xiàng)目的所有幾何、物理、性能、管理信息，事實(shí)上成為實(shí)際項(xiàng)目的克隆或DNA，在此基礎(chǔ)上的4D/5D及更多維度的應(yīng)用為業(yè)主提供了傳統(tǒng)CAD、效果圖或手工繪圖無(wú)法實(shí)現(xiàn)的價(jià)值。

這是BIM將給建筑業(yè)帶來(lái)的第3層變化。

BIM應(yīng)用第4層變化-團(tuán)隊(duì)改造

造房子是一個(gè)集體運(yùn)動(dòng)，除了參與方個(gè)人的專業(yè)能力要強(qiáng)以外，所有參與方之間有效配合的重要性對(duì)整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的效益貢獻(xiàn)并不比個(gè)人的專業(yè)能力小。

現(xiàn)代建筑業(yè)經(jīng)過幾百年的發(fā)展，已經(jīng)形成了相對(duì)穩(wěn)定的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)形式，如圖所示：

這種團(tuán)隊(duì)形式的有效性已經(jīng)被近一百年以來(lái)建筑業(yè)的高速發(fā)展所證明，那么隨著項(xiàng)目的復(fù)雜性越來(lái)越高（規(guī)模大、功能復(fù)雜等）、市場(chǎng)對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量的要求越來(lái)越高（包括綠色、可持續(xù)等），而與此同時(shí)全球化使競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越劇烈、對(duì)工期和造價(jià)的控制越來(lái)越嚴(yán)格，這樣的項(xiàng)目組織形式是否面臨著挑戰(zhàn)呢？

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST - National Instuitute of Standards and Technology)在2004年做了一個(gè)名為“Additional costs of inadquate interoperability in the construction industry”的研究，下表是研究成果之一：

該表對(duì)2002年美國(guó)建筑業(yè)由于項(xiàng)目各參與方之間以及不同軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能互用（interoperability)給行業(yè)帶來(lái)的額外成本進(jìn)行了分析研究，項(xiàng)目種類包括商業(yè)建筑、工業(yè)建筑和公共建筑，主要結(jié)論如下：

·對(duì)于新建項(xiàng)目，由于信息不能有效互用導(dǎo)致每平方英尺額外增加6.12美元的成本；

·對(duì)于正在使用的項(xiàng)目，由于信息不能有效互用導(dǎo)致每平方英尺額外增加0.23美元的成本；如果按50年使用年限計(jì)算，這個(gè)額外成本為每平方英尺11.5美元；

·在所有的額外增加成本中，68%左右（約106億美元）發(fā)生在業(yè)主身上（表中紅色行）。

近十年世界各地的理論研究和工程實(shí)踐證明，信息有效互用是BIM給建筑業(yè)帶來(lái)的主要價(jià)值之一，應(yīng)用BIM可以幫助消除上述額外成本的發(fā)生。

BIM對(duì)于我國(guó)建筑業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)都還是一個(gè)比較新的技術(shù)和方法，那么對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，應(yīng)該如何在項(xiàng)目中實(shí)施BIM呢？

這里我們對(duì)業(yè)主使用BIM的幾種可能性分析如下：

·業(yè)主自己建立BIM團(tuán)隊(duì)：不能一步到位，需要時(shí)間積累；

·委托項(xiàng)目設(shè)計(jì)方使用BIM：業(yè)主使用BIM的其中一個(gè)目標(biāo)是檢查設(shè)計(jì)圖紙的正確、合理與否，從這個(gè)層面來(lái)理解，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)如果用了BIM，那么業(yè)主的工作量會(huì)減少，反之，業(yè)主的工作量會(huì)增加。但是不管哪種情況，業(yè)主使用BIM的人不能是項(xiàng)目設(shè)計(jì)方本身，這就像施工圖審查不能由設(shè)計(jì)院自己做一樣；

·委托項(xiàng)目施工方使用BIM：業(yè)主的BIM應(yīng)用和施工方的BIM應(yīng)用目標(biāo)不完全一致，和設(shè)計(jì)方的情形類似，業(yè)主的BIM應(yīng)用不能委托項(xiàng)目施工方；

·委托專業(yè)BIM咨詢服務(wù)公司：事實(shí)上，在業(yè)主初期應(yīng)用BIM技術(shù)的階段，這是一個(gè)不二的選擇，隨著業(yè)主對(duì)BIM應(yīng)用的不斷積累，業(yè)主可以選擇自己建立BIM團(tuán)隊(duì)，或者長(zhǎng)期委托專業(yè)BIM咨詢公司。

無(wú)論是業(yè)主自己建立團(tuán)隊(duì)還是委托專業(yè)BIM咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施BIM，有一點(diǎn)是共同的，BIM必須為項(xiàng)目所有參與方服務(wù)，也就是說(shuō)，項(xiàng)目的其他參與方是縱向分工的（如建筑、結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)、施工等），而BIM服務(wù)是橫向貫穿的，使用BIM以后的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)如上圖所示：

只有這樣，BIM才能為業(yè)主帶來(lái)最大效益，是為BIM應(yīng)用第4層變化。

BIM應(yīng)用第5層變化-整合現(xiàn)場(chǎng)

即使圖紙完全正確，施工或運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)也還可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。引起錯(cuò)誤的原因很多，但是其中一個(gè)最主要的原因就是現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)圖紙的理解有誤及獲得的信息不正確，尤其是在時(shí)間要求很緊的情況下（例如事故、火災(zāi)等突發(fā)事件），這種理解錯(cuò)誤發(fā)生的概率就更高。

BIM應(yīng)用的整合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上就是整合虛和實(shí)，用BIM模型的虛擬建筑與實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)或運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)場(chǎng)相整合，讓現(xiàn)場(chǎng)人員按照實(shí)際建筑物樣子的BIM模型去理解現(xiàn)場(chǎng)并實(shí)施操作，而不是根據(jù)抽象的圖紙，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)人員理解翻譯以后的腦袋里的三維空間去處理。

BIM的現(xiàn)場(chǎng)整合應(yīng)用主要包括現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤幾個(gè)方面。

· 現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)：以BIM模型和3D施工圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)二維圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，避免現(xiàn)場(chǎng)人員由于圖紙誤讀引起施工出錯(cuò)（說(shuō)明：下圖由Autodesk提供）。

· 現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)：無(wú)論采取何種措施，現(xiàn)場(chǎng)出錯(cuò)的問題將永遠(yuǎn)存在，因此，如果能夠盡早在錯(cuò)誤剛剛發(fā)生的時(shí)候發(fā)現(xiàn)并改正，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)也具有非常大的意義和價(jià)值，下圖通過BIM模型對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校驗(yàn)。

· 現(xiàn)場(chǎng)跟蹤：利用激光掃描、GPS、移動(dòng)通訊、RFID和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與項(xiàng)目的BIM模型進(jìn)行整合，指導(dǎo)、記錄、跟蹤、分析作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類活動(dòng)，除了保證施工期間不產(chǎn)生重大失誤以外，同時(shí)也為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)準(zhǔn)備了準(zhǔn)確、直觀的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)。

把BIM模型和施工或運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)場(chǎng)的需求整合起來(lái)，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊、RFID等技術(shù)，形成BIM對(duì)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)的最大支持，是BIM應(yīng)用將給建筑業(yè)帶來(lái)的第5層變化。

（未完待續(xù)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注二月下期）