孫 峻, 李明龍, 李小鳳
(華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430074)
建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)作為一種新的技術(shù)和研究領(lǐng)域獲得業(yè)界廣泛關(guān)注和認(rèn)可,相關(guān)研究發(fā)展迅速[1]。BIM以工程項(xiàng)目三維數(shù)字模型為基礎(chǔ),面向工程項(xiàng)目全生命周期,整合工程項(xiàng)目各類信息,為各項(xiàng)目相關(guān)參與方提供集成化的信息交互環(huán)境和手段[2]。借助BIM技術(shù),可以高效地檢測設(shè)計(jì)沖突、模擬施工以及進(jìn)行能效分析等各種仿真應(yīng)用,并能應(yīng)用于項(xiàng)目運(yùn)營期的管理及維護(hù)[3]。BIM核心是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合建筑業(yè)相關(guān)技術(shù)和流程,提高建筑業(yè)整體管理水平,使建設(shè)全過程能夠參數(shù)化、可視化、集成化、精益化和智能化[4]。然而作為新的技術(shù)和方法,BIM實(shí)施應(yīng)用仍然面臨著諸多障礙,特別是在具體項(xiàng)目中如何組織和實(shí)施應(yīng)用BIM,對許多業(yè)主單位而言還是亟待解決的問題。
BIM概念最早是由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)建筑和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)教授Chuck Estaman于上世紀(jì)70年代提出。它是在信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多維(3D空間、4D時(shí)間、5D成本、ND更多應(yīng)用)模型信息集成技術(shù),隨著IT技術(shù)的進(jìn)步,BIM相關(guān)技術(shù)也獲得了迅速發(fā)展。經(jīng)Autodesk等軟件廠商的推廣,BIM軟件和工具逐漸成熟并應(yīng)用于工程項(xiàng)目,取得了顯著效益。正是看到了BIM良好的發(fā)展前景,美國、日本、韓國、新加坡及歐洲許多國家相繼發(fā)布了BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展規(guī)劃,大力推廣BIM應(yīng)用。目前,美國約有39%的大型項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和施工階段采用了BIM技術(shù),新加坡則計(jì)劃在2015年實(shí)現(xiàn)所有5000 m2以上的工程審批時(shí)必須提交基于BIM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)文件[5]。2008年前后,隨著北京奧運(yùn)會水立方、上海世博會場館、上海中心等一批大型工程建設(shè),BIM技術(shù)逐漸為國內(nèi)建設(shè)行業(yè)所熟悉,并開始實(shí)踐應(yīng)用。2011年,住建部發(fā)布《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》,明確提出“加快推廣BIM、協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)、4D項(xiàng)目管理等技術(shù)在勘察設(shè)計(jì)、施工和工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用,改進(jìn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)與管理模式,提升生產(chǎn)效率和管理水平”。
然而從實(shí)際情況看,BIM應(yīng)用還處于起步階段。根據(jù)中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設(shè)質(zhì)量管理分會(2012)組織實(shí)施的BIM應(yīng)用調(diào)查報(bào)告顯示:55%受訪者聽說過BIM,但首次接觸BIM的時(shí)間均在近兩年;僅15%左右的受訪者表示在項(xiàng)目中實(shí)際接觸過BIM。英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(BSI)將BIM應(yīng)用成熟度劃分為四級,如圖1所示。BSI認(rèn)為建筑行業(yè)總體上處于第二級,少數(shù)領(lǐng)先企業(yè)能夠達(dá)到第三級[6]。
圖1 BIM應(yīng)用成熟度
如圖1所示,當(dāng)前BIM應(yīng)用主要是基于三維模型實(shí)現(xiàn)某一特定功能,如三維展示、碰撞檢測、模擬施工、能耗分析等。而面向建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期信息集成等深層次的應(yīng)用尚處于研究階段[7]。中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設(shè)質(zhì)量管理分會進(jìn)行的調(diào)查還表明有1/3的受訪者認(rèn)為當(dāng)前BIM應(yīng)用主要障礙在于組織和實(shí)施模式。而英國BSI調(diào)查表明,90%以上曾經(jīng)接觸過BIM的受訪者認(rèn)為應(yīng)用BIM必須要對傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目組織實(shí)施模式做出調(diào)整[6]。
美國建筑科學(xué)研究院(NIBS)下屬機(jī)構(gòu)buildingSMART聯(lián)盟進(jìn)行的調(diào)查表明不管是項(xiàng)目建設(shè)階段還是運(yùn)營階段,利用BIM技術(shù)完善建筑物質(zhì)量和性能,其最大的受益者永遠(yuǎn)是業(yè)主[8]。Lewis(2010)在其文章中也闡述到,在項(xiàng)目全生命周期的每個(gè)階段使用BIM都會使業(yè)主在成本和進(jìn)度方面受益,尤其是在運(yùn)營期使用BIM,業(yè)主受益最為突出,因?yàn)檫\(yùn)營維護(hù)成本占總成本的85%,而建設(shè)期成本僅占15%。然而王雪青等(2012)對當(dāng)前有關(guān)BIM研究內(nèi)容進(jìn)行了分析,結(jié)果顯示與設(shè)計(jì)(Design/Designer)方法和技術(shù)相關(guān)的研究占74%,而專門探討業(yè)主(Owner)組織實(shí)施等有關(guān)內(nèi)容的研究僅占5%[9]。
業(yè)主方在工程建設(shè)中處于主導(dǎo)地位,是聯(lián)系所有工程建設(shè)參與單位的中心。因此,要推動BIM技術(shù)應(yīng)用,提高建設(shè)行業(yè)整體效率,需要從業(yè)主角度著手完善工程建設(shè)組織機(jī)制,特別是探索有效的業(yè)主驅(qū)動下的BIM實(shí)施模式。
BIM是一種全新的理念,它涉及到從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和運(yùn)營管理的一系列創(chuàng)新和變革?;跇I(yè)主方的視角,在工程項(xiàng)目中實(shí)施應(yīng)用BIM可以劃分為三個(gè)步驟,如圖2所示。一是在全面分析項(xiàng)目概況的基礎(chǔ)上,根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目具體內(nèi)容與特點(diǎn)確定BIM應(yīng)用目標(biāo),制定BIM總體目標(biāo)及各階段具體目標(biāo);二是根據(jù)已確定的BIM應(yīng)用目標(biāo)編制BIM實(shí)施規(guī)劃,確定技術(shù)規(guī)格、組織計(jì)劃及保障措施等;三是具體實(shí)施應(yīng)用與評估,及時(shí)檢查、監(jiān)督實(shí)施效果,修正實(shí)施計(jì)劃、目標(biāo)。
圖2 業(yè)主方BIM項(xiàng)目實(shí)施框架
2.2.1BIM實(shí)施規(guī)劃內(nèi)容體系
為了使項(xiàng)目在各階段順利、高效開展,業(yè)主方需編制BIM實(shí)施規(guī)劃。在詳細(xì)分析項(xiàng)目概況的基礎(chǔ)上,業(yè)主需要制定詳細(xì)、可行的BIM實(shí)施規(guī)劃。BIM實(shí)施規(guī)劃是指導(dǎo)業(yè)主實(shí)施BIM的綱領(lǐng)性文件,是BIM應(yīng)用成功不可或缺的基礎(chǔ)[10]。關(guān)于BIM實(shí)施規(guī)劃的內(nèi)容目前尚無統(tǒng)一體系,buildingSMART聯(lián)盟編寫了《BIM Project Execution Planning Guide Version 2.0》(2010)具有一定的參考價(jià)值,其提出的BIM實(shí)施規(guī)劃內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括9個(gè)部分,如表1所示[11]。
表1 BIM實(shí)施規(guī)劃內(nèi)容
根據(jù)實(shí)踐現(xiàn)狀,BIM實(shí)施規(guī)劃除了明確具體應(yīng)用目標(biāo)外,還應(yīng)定義工作范圍及各節(jié)點(diǎn)具體要求,確定組織實(shí)施模式、工作界面,明確各相關(guān)方職責(zé),確定建模技術(shù)規(guī)格、成果交付形式等具體內(nèi)容。概括而言,BIM實(shí)施規(guī)劃主要包括應(yīng)用目標(biāo)、技術(shù)規(guī)格、組織計(jì)劃和保障措施四個(gè)方面。
2.2.2BIM應(yīng)用目標(biāo)
BIM應(yīng)用目標(biāo)是指通過運(yùn)用BIM技術(shù)為項(xiàng)目帶來的預(yù)期效益,一般分為總體目標(biāo)和階段性目標(biāo)。BIM總體目標(biāo)是指項(xiàng)目從建設(shè)初期到建成運(yùn)營等整個(gè)項(xiàng)目周期內(nèi)所要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo),如降低成本、提高項(xiàng)目質(zhì)量、縮短工期、提升效率和經(jīng)濟(jì)效益等,或者面向全壽命周期的集成管理。階段性目標(biāo)是指項(xiàng)目在策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等不同時(shí)期預(yù)期實(shí)現(xiàn)的具體功能性目標(biāo),如在前期策劃階段,實(shí)現(xiàn)快速建模,方案效果可視化展示、調(diào)整及審核。在設(shè)計(jì)階段,可進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)、環(huán)境分析、碰撞檢測等,減少因設(shè)計(jì)缺陷而可能導(dǎo)致的問題。在施工階段,可進(jìn)行深化施工設(shè)計(jì)、虛擬施工等。在運(yùn)營階段,實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動檢查、維修更換提醒、協(xié)同維護(hù),利于運(yùn)營戰(zhàn)略規(guī)劃、空間管理和項(xiàng)目改造決策等。BIM技術(shù)在各階段可能的應(yīng)用如圖3所示。業(yè)主應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目特點(diǎn)、復(fù)雜程度和工作難點(diǎn),合理確定總體目標(biāo),以及實(shí)施BIM所預(yù)期實(shí)現(xiàn)的具體功能目標(biāo)。
圖3 項(xiàng)目全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用
2.2.3BIM技術(shù)規(guī)格
BIM技術(shù)規(guī)格是指為實(shí)施應(yīng)用BIM而應(yīng)具備的技術(shù)層面的具體條件,主要包括模型詳細(xì)程度、軟硬件選型等。
(1)模型范圍與詳細(xì)程度(LOD—level of detail)。不同項(xiàng)目階段所建模型各不相同,在應(yīng)用上有性能分析、算量造價(jià)、施工模擬、性能測試、碰撞檢測等。為了避免模型應(yīng)用功能的缺失,確保模型成果成功交付使用,應(yīng)對BIM模型的詳細(xì)程度劃分等級。美國建筑師學(xué)會(AIA-American Institute of Architects)就此制訂了BIM模型的詳細(xì)等級或者稱精細(xì)程度標(biāo)準(zhǔn)。將BIM模型分為5個(gè)等級[12]:100- 概念性(Concepetual);200-近似幾何(Approximate geometry);300-精確幾何(Precise gometry); 400-加工制造(Fabrication);500-建成竣工(As-built)[18]。Autodesk公司在《Autodesk BIM實(shí)施計(jì)劃》中,以分部工程中各個(gè)具體分項(xiàng)工程為最小單位,將建模詳細(xì)程度分為L1、L2、L3和CD四個(gè)等級[13]。 模型越詳細(xì),包含信息越多,其應(yīng)用也越豐富,但其建模成本和能力要求也相應(yīng)越高。
(2)軟硬件選型。BIM相關(guān)的軟件大體可分為建模軟件、專業(yè)分析軟件和需要二次開發(fā)的軟件等三種類型。目前市場上可供選擇的BIM軟件品系眾多,各具特色。例如Autodesk(Revit、NavisWorks)、ArchiCAD、Bentley系列等,需要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況,選擇合適的BIM工具。在軟、硬件的選擇上,應(yīng)采用實(shí)用性原則,兼顧功能性和經(jīng)濟(jì)性要求,盡可能快捷、可靠地布署和使用,將實(shí)施、培訓(xùn)成本降到最低。
2.2.4BIM組織計(jì)劃
(1)組織形式。根據(jù)BIM實(shí)施目標(biāo)和業(yè)主自身特點(diǎn),明確BIM實(shí)施模式,如是否聘用BIM咨詢單位,確定設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、監(jiān)理等相關(guān)各方責(zé)任、工作要求。
(2)工作界面。BIM工作界面需要開發(fā)兩個(gè)層次的界面流程。第一層為總體界面,主要包括各參與方之間、不同項(xiàng)目階段之間的工作接口與流程。第二層為詳細(xì)流程,說明每一個(gè)特定的BIM應(yīng)用的詳細(xì)工作順序,包括每個(gè)過程的責(zé)任方、參考信息的內(nèi)容和每一個(gè)過程中創(chuàng)建和共享的信息交換要求。
(3)BIM實(shí)施合同。根據(jù)業(yè)主選定的組織實(shí)施模式,通過合同方式確定軟硬件采購方式、人員職責(zé)、工作范圍、模型詳細(xì)程度(LOD)、交付時(shí)間、文件格式要求、模型的維護(hù)等實(shí)施BIM的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[14]。在合同簽訂時(shí),還應(yīng)注意以下幾個(gè)重要方面:充分考慮軟硬件升級換代的可能性,確定軟件二次開發(fā)的責(zé)權(quán),明確模型產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)等。
2.2.5BIM實(shí)施保障措施
(1)溝通渠道。BIM實(shí)施團(tuán)隊(duì)的溝通方式有網(wǎng)絡(luò)溝通渠道和現(xiàn)場會議溝通渠道。網(wǎng)絡(luò)溝通渠道是指通過電子網(wǎng)絡(luò)、移動信息交流等方式建立溝通通道,來創(chuàng)建、上傳、發(fā)送和存儲項(xiàng)目有關(guān)文件,同時(shí)必須解決文檔管理中的文件夾結(jié)構(gòu)、格式、權(quán)限、命名規(guī)則等問題[15]?,F(xiàn)場會議溝通渠道是指通過現(xiàn)場會議、座談的方式進(jìn)行交流。
(2)質(zhì)量控制措施。為了保證項(xiàng)目每個(gè)階段的模型質(zhì)量,必須定義和執(zhí)行模型質(zhì)量控制程序。在項(xiàng)目進(jìn)展過程中建立起來的每一個(gè)模型都必須預(yù)先計(jì)劃好模型內(nèi)容、詳細(xì)程度、格式、負(fù)責(zé)更新的責(zé)任方以及對所有參與方的發(fā)布等。
根據(jù)BIM實(shí)施規(guī)劃實(shí)施項(xiàng)目,業(yè)主應(yīng)及時(shí)檢查工作進(jìn)展、評估實(shí)施效果,科學(xué)合理地對已完成工作進(jìn)行評估、對正在實(shí)施的應(yīng)用進(jìn)行定期評價(jià),總結(jié)建設(shè)項(xiàng)目各個(gè)階段BIM實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),為決策者提供反饋信息,修正目標(biāo)及執(zhí)行計(jì)劃。BIM實(shí)施評價(jià)是建設(shè)項(xiàng)目BIM應(yīng)用的重要步驟和手段,是項(xiàng)目管理周期中一個(gè)不可缺少的重要階段,對實(shí)現(xiàn)BIM目標(biāo)具有重要作用。
根據(jù)上海中心大廈、武漢新城國際博覽中心等大型項(xiàng)目的具體應(yīng)用實(shí)例,以及中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設(shè)質(zhì)量管理分會等機(jī)構(gòu)所進(jìn)行的調(diào)研分析,目前國內(nèi)業(yè)主驅(qū)動的BIM組織實(shí)施模式大略可歸納為3類:即設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式、咨詢輔助模式和業(yè)主自主模式。
3.1.1設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式
圖4 設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式
設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式是由業(yè)主委托一家設(shè)計(jì)單位,如圖4所示,將擬建項(xiàng)目所需的BIM應(yīng)用要求及模型的詳細(xì)等級等以BIM合同的方式進(jìn)行約定,由設(shè)計(jì)單位建立BIM模型,并在項(xiàng)目實(shí)施過程中,提供BIM技術(shù)指導(dǎo)及模型信息數(shù)據(jù)的更新與維護(hù),以設(shè)計(jì)單位為主導(dǎo),同施工、設(shè)備安裝等各方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào),最終保證BIM技術(shù)應(yīng)用于該擬建項(xiàng)目。此模式側(cè)重于設(shè)計(jì)階段的協(xié)同,可為集成化實(shí)施提供可能性。但業(yè)主方在工程實(shí)際實(shí)施過程中對質(zhì)量、安全等因素的控制力度較弱,后期運(yùn)營成本較高,BIM模型的信息豐富度不高,且具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性[16]。
3.1.2咨詢輔助模式
圖5 咨詢輔助模式
如圖5所示,業(yè)主分別同設(shè)計(jì)單位、BIM咨詢公司簽訂合同,先由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì),根據(jù)二維圖紙資料,BIM咨詢公司進(jìn)行三維建模,并開展一系列的設(shè)計(jì)檢測、碰撞檢查,并將檢測結(jié)果及時(shí)反饋并作修改,以減少工程變更和工程事故。按照BIM合同約定,BIM咨詢公司還需對業(yè)主方后期項(xiàng)目運(yùn)營管理提供必要的BIM技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo),以確保項(xiàng)目運(yùn)營期效益最大化。此模式側(cè)重基于模型的應(yīng)用,如模式施工,能效仿真等;而且有利于業(yè)主方擇優(yōu)選擇設(shè)計(jì)單位,且可供選擇的范圍較大,招標(biāo)競爭較激烈,有利于降低工程造價(jià)。缺點(diǎn)是業(yè)主方前期合同管理工作量大,各方關(guān)系復(fù)雜,不便于組織協(xié)調(diào)。
3.1.3業(yè)主自主模式
業(yè)主自主模式,如圖6所示,是由業(yè)主方為主導(dǎo),組建專門BIM團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)BIM的實(shí)施與應(yīng)用。此模式下,業(yè)主將直接參與BIM具體應(yīng)用,根據(jù)應(yīng)用需要隨時(shí)調(diào)整BIM規(guī)劃和信息內(nèi)容。缺點(diǎn)是該模式對業(yè)主方BIM技術(shù)人員及軟硬件設(shè)備要求較高,特別是對BIM團(tuán)隊(duì)人員的溝通協(xié)調(diào)能力、軟件操作能力有較高的要求,前期團(tuán)隊(duì)組建困難較多、成本較高、應(yīng)用實(shí)施難度大,對業(yè)主方的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實(shí)力具有較高的要求和考驗(yàn)。
圖6 業(yè)主自主模式
通過對以上三種模式的分析,從項(xiàng)目全壽命周期角度考慮,可以得出業(yè)主方擬采用的三種模式在各階段應(yīng)用難度(成本)的對比分析如下:設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式的BIM應(yīng)用通常偏重于前期設(shè)計(jì)階段,同時(shí)設(shè)計(jì)單位也有足夠的經(jīng)驗(yàn)將項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段應(yīng)用成本降到最低,但隨著項(xiàng)目生命周期的進(jìn)行,到項(xiàng)目后期階段,BIM模型詳細(xì)等級(LOD)不能滿足施工運(yùn)營等階段的需求,特別是運(yùn)營期,成本呈大幅度上升趨勢。
咨詢輔助模式相對設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式,具有更專業(yè)的BIM應(yīng)用開發(fā)團(tuán)隊(duì),對BIM后期應(yīng)用有更豐富經(jīng)驗(yàn),能夠一定程度地預(yù)見應(yīng)用困難,但項(xiàng)目建成后需移交運(yùn)營單位,可能存在信息失真和錯(cuò)誤、操作人員技術(shù)水平低下、設(shè)備等缺陷,不能充分發(fā)揮BIM預(yù)設(shè)效果,需開展必要的技術(shù)培訓(xùn),導(dǎo)致成本有所增加。而業(yè)主自主模式是重點(diǎn)著眼于運(yùn)營階段,盡管前期組建BIM團(tuán)隊(duì)困難重重,成本較模式一、二都高很多,但隨生命周期進(jìn)行,業(yè)主方積累了豐富技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和模型信息數(shù)據(jù),將之運(yùn)用到后期運(yùn)營,大大降低運(yùn)營成本,而且BIM模型經(jīng)理專人負(fù)責(zé),無需移交,能夠充分發(fā)揮BIM的強(qiáng)大優(yōu)勢。
綜上,從項(xiàng)目BIM應(yīng)用實(shí)施的初始成本、協(xié)調(diào)難度、應(yīng)用擴(kuò)展性、運(yùn)營支持程度和對業(yè)主要求等5個(gè)角度來分別考察三種模式的特點(diǎn),可以得出如表2所示的三種應(yīng)用模式的特征對比。
表2 三種應(yīng)用模式特點(diǎn)分析
綜合以上對比論述,對設(shè)計(jì)主導(dǎo)模式、咨詢輔助模式、業(yè)主自主模式的特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié),進(jìn)而得出各種模式的適用情形和適用范圍,如表3所示。
表3 三種應(yīng)用模式適用情形
BIM技術(shù)正在深刻滲透和改變建筑行業(yè)信息及生產(chǎn)管理方式,BIM的最終價(jià)值是提供集成化的項(xiàng)目信息交互環(huán)境,提高協(xié)同工作效率。在工程項(xiàng)目參與各方中,業(yè)主處于主導(dǎo)地位。在BIM實(shí)施應(yīng)用的過程中,業(yè)主是最大的受益者,因此業(yè)主實(shí)施BIM的能力和水平將直接影響到BIM實(shí)施的效果。當(dāng)前BIM實(shí)施應(yīng)用模式主要是由業(yè)主驅(qū)動的,業(yè)主應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)和自身特點(diǎn)選擇BIM實(shí)施模式,以保證實(shí)施效果,真正發(fā)揮BIM信息集成的作用,切實(shí)提高工程建設(shè)行業(yè)的管理水平。
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