論BIM技術(shù)的優(yōu)勢及對建筑業(yè)的發(fā)展

田曉蓉

摘 要：BIM是近年來在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，BIM技術(shù)在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍接受。如今，BIM的發(fā)展潮流已勢不可擋。文章從建筑業(yè)的重要性談起，引出BIM這一概念。從BIM的定義、功能特點(diǎn)、應(yīng)用、發(fā)展趨勢等方面重點(diǎn)闡釋了其與傳統(tǒng)技術(shù)相比所具有的諸多優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：BIM；建筑業(yè)；項(xiàng)目管理

在建筑工程領(lǐng)域，如果將CAD技術(shù)的應(yīng)用視為建筑工程設(shè)計(jì)的第一次變革，建筑信息模型（BIM，Building Information Molding）的出現(xiàn)將引發(fā)整個A/E/C（Architecture/Engineering/Construction）領(lǐng)域的第二次革命。BIM 研究的目的是從根本上解決項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理各階段及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層，實(shí)現(xiàn)全過程的工程信息管理乃至建筑生命期管理（Building Lifecycle Management，BLM）。然而，由于建筑業(yè)本身所固有的特性，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的分散性、工程對象的唯一性、工程信息的復(fù)雜性等，使得BIM 的實(shí)現(xiàn)異常復(fù)雜且艱難。國際協(xié)同工作聯(lián)盟（IAI）推出的IFC（Industry Foundation Classes）為BIM 的實(shí)現(xiàn)提供了建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著BIM 概念的成熟，推動BIM 技術(shù)的發(fā)展。BIM 已成為當(dāng)前建設(shè)領(lǐng)域信息技術(shù)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

1 BIM介紹

BIM 的理論基礎(chǔ)主要源于制造行業(yè)集CAD 、CAM 于一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）理念和基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM 與STEP 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型。BIM 是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，BIM 是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項(xiàng)目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項(xiàng)目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項(xiàng)目生命期中動態(tài)的工程信息創(chuàng)建、管理和共享。

2 BIM功能特點(diǎn)

2.1 模型信息的完備性

除了對工程對象進(jìn)行3D 幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系的描述，還包括完整的工程信息描述，如對象名稱、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料、工程性能等設(shè)計(jì)信息；施工工序、進(jìn)度、成本、質(zhì)量以及人力、機(jī)械、材料資源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等維護(hù)信息；對象之間的工程邏輯關(guān)系等。

2.2 模型信息的關(guān)聯(lián)性

信息模型中的對象是可識別且相互關(guān)聯(lián)的，系統(tǒng)能夠?qū)δＰ偷男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并生成相應(yīng)的圖形和文檔。如果模型中的某個對象發(fā)生變化，與之關(guān)聯(lián)的所有對象都會隨之更新，以保持模型的完整性和健壯性。

2.3 模型信息的一致性

在建筑生命期的不同階段模型信息是一致的，同一信息無需重復(fù)輸入，而且信息模型能夠自動演化，模型對象在不同階段可以簡單地進(jìn)行修改和擴(kuò)展而無需重新創(chuàng)建，避免了信息不一致的錯誤。

3 BIM產(chǎn)生的影響

3.1 將原有建筑工程的一次性的特點(diǎn)轉(zhuǎn)變成“非一次性”的

三維可視化功能再加上時(shí)間維度，可以進(jìn)行虛擬施工。針對同一個建筑工程，便有了“多次”施工的機(jī)會，通過對每次模擬施工進(jìn)行分析對比，結(jié)合施工方案和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，大大減少建筑質(zhì)量問題、安全問題，減少返工和整改。

3.2 將建筑產(chǎn)品單件性的生產(chǎn)特點(diǎn)轉(zhuǎn)變成連續(xù)性的

一般的工業(yè)產(chǎn)品是在一定的時(shí)期里，統(tǒng)一的工藝流程中進(jìn)行批量生產(chǎn)，而具體的一個建筑產(chǎn)品應(yīng)在國家或地區(qū)的統(tǒng)一規(guī)劃內(nèi)，根據(jù)其使用功能，在選定的地點(diǎn)上單獨(dú)設(shè)計(jì)和單獨(dú)施工。即使是選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、通用構(gòu)件或配件，由于建筑產(chǎn)品所在地區(qū)的自然、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的不同，也使建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造、建筑材料、施工組織和施工方法等也要因地制宜加以修改，從而使各建筑產(chǎn)品生產(chǎn)具有單件性。BIM所具有的模塊化的功能將逐步改變建筑產(chǎn)品這一特點(diǎn)，數(shù)字模塊化建造是數(shù)字設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)與建筑產(chǎn)業(yè)化結(jié)合的有效途徑.隨著數(shù)字生產(chǎn)方式與生產(chǎn)工具的不斷更新與升級，基于BIM設(shè)計(jì)平臺的數(shù)字模塊化建造將使得建筑產(chǎn)品的單件性逐步向連續(xù)性轉(zhuǎn)變。

3.3 建筑工程由原來的“溝通難”轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的“溝通易”

BIM這項(xiàng)作用的實(shí)現(xiàn)，主要靠其可視化、多維度集合、各專業(yè)共享及互動等特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)?？梢暬?，在上面已經(jīng)提到過。這一特點(diǎn)主要是通過模擬演示，讓懂建筑的和不懂建筑的人都能看懂演示的過程，讓建筑項(xiàng)目中的各參與方更好的了解項(xiàng)目，相互的之間的溝通就自然變得簡單。多維度集合這個詞似乎很陌生，但是，它所指代的含義卻很容易讓人明白，多維度主要指其5D技術(shù)。可以用個虛擬的公式來幫助理解，5D=3D模型+時(shí)間進(jìn)度+成本造價(jià)，這一特點(diǎn)使得建筑項(xiàng)目的造價(jià)很透明，價(jià)格易控。這一特性讓項(xiàng)目中的各參與方存在的分歧減少了很多。

3.4 與傳統(tǒng)的知識管理相比，知識管理由難到易

3.4.1 加深了建筑信息的結(jié)構(gòu)化程度

結(jié)構(gòu)化是指信息經(jīng)過分析后可分解成多個互相關(guān)聯(lián)的組成部分，各組成部分間有明確的層次結(jié)構(gòu)，其使用和維護(hù)通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，并有一定的操作規(guī)范。BIM是建筑信息的結(jié)構(gòu)化建模思想和工具，它的發(fā)展趨勢是越來越多的數(shù)據(jù)附加于模型上，也就是越來越多的信息被結(jié)構(gòu)化，而這個結(jié)構(gòu)化過程是由管理而非技術(shù)完成的。

3.4.2 產(chǎn)品全壽命周期管理的簡易化及產(chǎn)業(yè)鏈信息關(guān)聯(lián)的加強(qiáng)化

BIM中的建筑構(gòu)件對象不但可以在不同視圖中表現(xiàn)幾何造型，而且可以包含一些與幾何形狀無關(guān)的特性，例如材料的容重、強(qiáng)度、耐火等級、傳熱系數(shù)，構(gòu)件的造價(jià)、采購信息等等（這一特點(diǎn)也體現(xiàn)了BIM知識管理的多維化）。這些非幾何信息對于建筑的全生命周期管理是非常重要的。BIM還可以包括一些二維CAD所無法表示的抽象概念，比如構(gòu)件之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，房屋空間的劃分及其關(guān)系，這些信息對于結(jié)構(gòu)分析，建筑能量消耗分析以及后期的物業(yè)管理來說都是非常有用的，增強(qiáng)了產(chǎn)業(yè)鏈之間的關(guān)聯(lián)性。

3.4.3 建筑信息關(guān)聯(lián)化加深

建筑信息模型BIM可以更全面、更深入地的反映建筑物信息。該模型的基本元素不是CAD中的點(diǎn)、線、弧、圖塊等基本幾何圖元，而是墻、門窗、梁柱等建筑專業(yè)對象，使用建筑語言來描述建筑信息，所有的相關(guān)專業(yè)可以在同一個三維建筑數(shù)據(jù)模型上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.5 信息的集成化

建筑領(lǐng)域信息化發(fā)展的過程中，由于缺乏統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)和信息集成機(jī)制，造成建筑生命期的不同階段和不同應(yīng)用系統(tǒng)之間信息交換和共享困難，形成信息孤島和信息斷層，阻礙了信息技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，從而影響建筑業(yè)的生產(chǎn)效率。BIM中提出的建立面向建筑生命期的管理體系，以及開發(fā)集成化的信息管理系統(tǒng)將會解決這一難題。

4 BIM在建筑項(xiàng)目各階段的應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)階段

此階段的作用主要是對空間三維復(fù)雜形態(tài)的表達(dá)與數(shù)據(jù)共享。BIM提供工程全部信息，將項(xiàng)目各階段主要參與方都集中。虛擬建筑提供建筑物精確的空間關(guān)系和數(shù)據(jù)。根據(jù)3D模型自動生成和更新各種圖形和文檔，自動協(xié)調(diào)更改關(guān)聯(lián)變更相應(yīng)的信息，信息共享同步。

4.2 施工階段

（1）虛擬建造。在BIM模型中使用實(shí)際產(chǎn)品后進(jìn)行物理碰撞（硬碰撞）和規(guī)則碰撞（軟碰撞）檢查；

（2）施工分析和規(guī)劃。BIM和施工計(jì)劃集成的4D模擬，時(shí)間-空間合成以后的碰撞檢查；

（3）成本和工期管理。BIM、施工計(jì)劃和采購計(jì)劃集成的5D模擬；

（4）預(yù)制。BIM和數(shù)控制造集成的自動化工廠預(yù)制；

（5）現(xiàn)場施工。BIM和移動技術(shù)、RFID技術(shù)以及GPS技術(shù)集成的現(xiàn)場施工情況動態(tài)跟蹤。

5 結(jié)語

BIM自提出以來已席卷歐美的工程建設(shè)行業(yè)，引發(fā)了建筑行業(yè)史無前例的徹底變革。歐美地區(qū)較大項(xiàng)目基本都運(yùn)用BIM。美國自建立BIM標(biāo)準(zhǔn)以來，眾多項(xiàng)目均采用BIM方式。目前，62%以上的設(shè)計(jì)單位使用BIM. 在中國，BIM理念正逐步為建筑行業(yè)所知。目前應(yīng)用以設(shè)計(jì)公司為主，政府及行業(yè)協(xié)會也越來越重視BIM。香港的建筑開發(fā)商已將是否符合BIM規(guī)范作為判斷設(shè)計(jì)和施工企業(yè)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。

BIM是一場建筑業(yè)的信息革命，目前已經(jīng)逐漸匯集成了一股潮流，席卷世界的同時(shí)，也影響了中國。我國建筑行業(yè)政府與企業(yè)在推動工程項(xiàng)目管理方面開始全面推廣工程項(xiàng)目全生命周期管理，它通過參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)使計(jì)算機(jī)可以表達(dá)真實(shí)建筑所具有的信息，信息化的建筑設(shè)計(jì)得以真正實(shí)現(xiàn)，突破了千百年來用抽象的視覺符號來表達(dá)設(shè)計(jì)的固有模式。BIM建筑信息模型的發(fā)展，不僅僅是現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步和更新?lián)Q代，它也將間接表現(xiàn)在生產(chǎn)組織模式和管理方式的轉(zhuǎn)型，并更長遠(yuǎn)地影響人們思維模式的轉(zhuǎn)變。BIM這場信息革命，將不受個人好惡和思維習(xí)慣的束縛而向前推進(jìn)，它對工程建設(shè)從設(shè)計(jì)、建造、加工、施工、銷售、物業(yè)管理等各個環(huán)節(jié)，都必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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基金項(xiàng)目：文章為湖北省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：B2016 344。