透過“智慧工地”的成功應(yīng)用淺談BIM技術(shù)應(yīng)用的推廣

劉 佳,陳 翔,顧麗臣,謝欣然,駱 陽,代 曦

(成都建工第六建筑工程有限公司,四川成都 610000)

1 智慧工地的簡(jiǎn)要概述

近年來，智慧工地這一新興事物已經(jīng)從概念逐漸成為在建工程的標(biāo)準(zhǔn)配置。在社會(huì)各界的參與和努力下，成都地區(qū)已經(jīng)在2019年初步形成了監(jiān)督部門到施工企業(yè)、建設(shè)單位、監(jiān)理單位再到施工現(xiàn)場(chǎng)的三級(jí)平臺(tái)。對(duì)于數(shù)字化城市建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、政企高效管理等領(lǐng)域，智慧工地起到了關(guān)鍵作用。

智慧工地受到廣泛的認(rèn)同，主要?dú)w功于它的實(shí)用性。五大模塊有：勞務(wù)實(shí)名制系統(tǒng)，俗稱“道閘”，有效的記錄、統(tǒng)計(jì)每日進(jìn)出場(chǎng)工人、管理人員，為規(guī)范施工現(xiàn)場(chǎng)人員管理起到了立竿見影的作用；遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)的畫面實(shí)時(shí)的傳送到施工企業(yè)管理層、監(jiān)督部門的大屏幕上，讓管理更高效、精準(zhǔn)；大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理系統(tǒng)，使企業(yè)機(jī)械管理部門能夠了解現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，提前防控故障的發(fā)生；環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，隨時(shí)檢測(cè)施工區(qū)域環(huán)境并進(jìn)行有效報(bào)警，提醒項(xiàng)目控制污染源，開啟控制措施；運(yùn)渣車監(jiān)控系統(tǒng)，迫使進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)的土方作業(yè)車輛必須接受管理部門的監(jiān)督，最大程度的保障了交通安全。

隨著智慧工地的興起，施工企業(yè)、建設(shè)單位、監(jiān)督機(jī)構(gòu)和實(shí)施項(xiàng)目之間的關(guān)系變得更加的密切、及時(shí)。體現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全、進(jìn)度、人員各關(guān)鍵要素被智慧工地系統(tǒng)實(shí)時(shí)、全面、智能的監(jiān)控和管理起來，有效提高了一線人員與企業(yè)管理者及監(jiān)管部門各層的協(xié)同工作效率，穩(wěn)固了施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度的控制水平，保證項(xiàng)目成功的實(shí)施。

而反觀現(xiàn)在的BIM推廣，已經(jīng)被各家軟件公司無限的夸大，“縮短工期、節(jié)約成本、提升安全性、提高質(zhì)量”這些口號(hào)已經(jīng)成為了BIM軟件行業(yè)標(biāo)配。但真正使用過的人都知道，BIM軟件投入大卻收獲甚少，多數(shù)BIM技術(shù)應(yīng)用都停留在表面，難以落地。

2 BIM技術(shù)的起源概述

BIM技術(shù)的起源要追溯到二十世紀(jì)七十年代，受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的制約，該技術(shù)只能停留在概念階段。美國國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)[1]對(duì)BIM做出了定義，定義由三部分組成：BIM 是一個(gè)設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字化信息;BIM 是一個(gè)共享的知識(shí)資源，是一個(gè)分享有關(guān)這個(gè)設(shè)施的信息，從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

3 BIM技術(shù)在工程造價(jià)中的應(yīng)用

2002年，隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展，AutoCAD公司推出支持空間繪圖的軟件版本，BIM軟件才算真正的和建筑從業(yè)者見面。

2005年造價(jià)圖形算量軟件的出現(xiàn)，標(biāo)志著BIM技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模的推廣。

BIM軟件使施工項(xiàng)目、建設(shè)單位和審計(jì)單位的造價(jià)人員有了統(tǒng)一的算量標(biāo)準(zhǔn)。很容易通過建立BIM模型，以虛擬的方式將工程修建一遍。BIM模型的優(yōu)勢(shì)即圖形化得到了體現(xiàn)，參建各方能直觀的確認(rèn)模型的準(zhǔn)確性，減少了因?yàn)槔斫馄钤斐傻钠缌x。得益于BIM軟件自動(dòng)核算功能，模型細(xì)微改動(dòng)能夠馬上反映到計(jì)算公式上，使得BIM技術(shù)在造價(jià)管理領(lǐng)域認(rèn)同度相當(dāng)高。

BIM技術(shù)在工程造價(jià)領(lǐng)域的成功，歸功于它確實(shí)能為從業(yè)人員帶來便利，提供高效的工作方式，減少溝通障礙。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用的基本原則

要讓BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域體現(xiàn)更多價(jià)值，需要遵循一個(gè)原則：“一次建模，全程使用”。

4.1 設(shè)計(jì)階段

基于唯一性原則，BIM模型優(yōu)秀的表達(dá)能力能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師和業(yè)主帶來良好的溝通體驗(yàn)，即使不看圖紙，也能通過可視化的模型，表達(dá)自己的意愿。同時(shí)借助計(jì)算機(jī)分析功能讓建筑工程在設(shè)計(jì)階段即可效驗(yàn)其設(shè)計(jì)的適當(dāng)與否。

4.2 招投標(biāo)階段

基于唯一性原則，BIM模型優(yōu)秀的工程量核算能力能夠?yàn)橥稑?biāo)人帶來更加準(zhǔn)確和相對(duì)公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，且施工前即可先進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)性的分析、工法評(píng)估、數(shù)量計(jì)算檢核、管線碰撞沖突檢查等，減少信息斷層，達(dá)到有效的銜接。

4.3 項(xiàng)目實(shí)施階段

基于唯一性原則，BIM模型豐富的信息容量能夠?yàn)槭┕と藛T帶來更簡(jiǎn)便的圖紙組織方式，若有發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不妥當(dāng)之處，可立即對(duì)該工程的模型直接進(jìn)行修正。模型變更時(shí)能夠同步的更新所有相關(guān)的圖面信息，大幅降低人力、縮短時(shí)間及減少工程信息再制與界面的交換。結(jié)合協(xié)作平臺(tái)，可進(jìn)一步減少設(shè)計(jì)、施工和業(yè)主之間因傳遞圖紙帶來的時(shí)間延誤。

4.4 項(xiàng)目核算階段

基于唯一性原則，參見各方使用同樣的模型，造價(jià)人員可以省去60 %以上的建模時(shí)間消耗，減少因?yàn)閷?duì)圖紙理解不同產(chǎn)生的歧義，有利于就計(jì)算方式計(jì)算規(guī)則達(dá)成一致。

4.5 維運(yùn)階段

基于唯一性原則，BIM模型優(yōu)秀的表現(xiàn)能力能夠使建筑管理人員迅速了解到建筑的基礎(chǔ)信息，為排除故障、維修帶來便利；設(shè)備管理系統(tǒng)功能與營運(yùn)維護(hù)管理系統(tǒng)整合后，增加智能數(shù)據(jù)如GPS、GIS 空間地理信息，可及時(shí)提供業(yè)主一系列重要信息，如強(qiáng)弱電設(shè)備、管線、位置、與地圖空間坐標(biāo)等。

5 BIM技術(shù)的壁壘在于多次建模

要實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的價(jià)值，必須建立在一次建模全程使用這一基礎(chǔ)原則上。多次建模容易錯(cuò)誤傳達(dá)設(shè)計(jì)師意圖，同時(shí)來自施工現(xiàn)場(chǎng)的反饋信息也會(huì)出現(xiàn)偏差，一來一往不僅沒有提升效率，反而花費(fèi)太多時(shí)間在識(shí)別無效信息上。而要達(dá)到此目的，需要的就是設(shè)計(jì)師采用BIM設(shè)計(jì)。

所謂的BIM設(shè)計(jì)，應(yīng)該是用BIM做三維設(shè)計(jì)而不是二維設(shè)計(jì)后用BIM軟件翻模[3]。BIM本身就是一個(gè)三維設(shè)計(jì)的理念，它的核心就是模型數(shù)據(jù)為主，二維圖形為輔的邏輯。設(shè)計(jì)院交付的成果是“圖紙”，圖紙必須符合國家的二維制圖規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，二維制圖規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定都是基于當(dāng)時(shí)的二維制圖CAD工具設(shè)計(jì)的。如果沒有基于三維軟件工具的制圖標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，非要硬套二維出圖的標(biāo)準(zhǔn)，只會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)結(jié)果：第一，有能力的設(shè)計(jì)院會(huì)采取能套進(jìn)去的就套，套不進(jìn)去的就不套的做法；這就是為什么有些大設(shè)計(jì)院會(huì)說建筑專業(yè)實(shí)現(xiàn)了90 %的BIM出圖，電氣專業(yè)實(shí)現(xiàn)了60 %的出圖的情形；第二，沒有能力的設(shè)計(jì)院要么仍舊二維設(shè)計(jì)為主，要么“設(shè)計(jì)后BIM”。既然用BIM做設(shè)計(jì)，就應(yīng)該是用BIM做三維設(shè)計(jì)，那么三維模型應(yīng)該為主，二維圖紙應(yīng)該為輔；主、次邏輯關(guān)系必須明確?，F(xiàn)實(shí)恰恰相反，我們需要以二維圖紙為主，三維模型為輔；因此，設(shè)計(jì)師作為BIM設(shè)計(jì)的最大的內(nèi)驅(qū)力，根本沒有動(dòng)力去實(shí)現(xiàn)用BIM技術(shù)做二維設(shè)計(jì)，二維設(shè)計(jì)當(dāng)然是CAD效率高，為什么要選擇一個(gè)三維軟件去畫二維圖紙？

所以目前建筑業(yè)的現(xiàn)狀是不是所有設(shè)計(jì)單位都能運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更不能通過BIM模型交付成果，即使提供也是通過圖紙翻成的模型；投標(biāo)階段只能拿到施工圖；施工單位施工、造價(jià)以及審計(jì)造價(jià)、業(yè)主造價(jià)建模平臺(tái)不互通，多次建模標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；維運(yùn)單位能夠拿到的BIM模型基本與施工脫節(jié)。

6 BIM技術(shù)的推廣需要統(tǒng)一規(guī)劃

或許可以借鑒國外BIM領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。如美國總務(wù)署(General Service Administration，GSA)負(fù)責(zé)美國所有的聯(lián)邦設(shè)施的建造和運(yùn)營。早在2003年，為了提高建筑領(lǐng)域的生產(chǎn)效率、提升建筑業(yè)信息化水平，GSA下屬的公共建筑服務(wù)(Public Building Service)部門的首席設(shè)計(jì)師辦公室(Office of the Chief Architect，OCA)推出了全國3D-4D-BIM計(jì)劃[2]。3D-4D-BIM計(jì)劃的目標(biāo)是為所有對(duì)3D-4D-BIM技術(shù)感興趣的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供“一站式”服務(wù)，雖然每個(gè)項(xiàng)目功能、特點(diǎn)各異，OCA將幫助每個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供獨(dú)特的戰(zhàn)略建議與技術(shù)支持，目前OCA已經(jīng)協(xié)助和支持了超過100個(gè)項(xiàng)目。GSA要求，從2007年起，所有大型項(xiàng)目(招標(biāo)級(jí)別)都需要應(yīng)用BIM，最低要求是空間規(guī)劃驗(yàn)證和最終概念展示都需要提交BIM模型。所有GSA的項(xiàng)目都被鼓勵(lì)采用3D-4D-BIM技術(shù)，并且根據(jù)采用這些技術(shù)的項(xiàng)目承包商的應(yīng)用程序不同，給予不同程度的資金支持。目前GSA正在探討在項(xiàng)目生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)，包括：空間規(guī)劃驗(yàn)證、4D模擬，激光掃描、能耗和可持續(xù)發(fā)模擬、安全驗(yàn)證等等，并陸續(xù)發(fā)布各領(lǐng)域的系列BIM指南，并在官網(wǎng)可供下載，對(duì)于規(guī)范和BIM在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用起到了重要作用。在美國，GSA在工程建設(shè)行業(yè)技術(shù)會(huì)議中如AIA-TAP都十分活躍，GSA項(xiàng)目也常被提名為年度AIA BIM大獎(jiǎng)。因此，GSA對(duì)BIM的強(qiáng)大宣貫直接影響并提升了美國整個(gè)工程建設(shè)行業(yè)對(duì)BIM的應(yīng)用。

以“智慧工地”、“智慧城市”、“數(shù)字化城市”建設(shè)為契機(jī)，完善設(shè)計(jì)BIM模型的交付標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一BIM模型的平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)。再加上必要的政策導(dǎo)向，如建設(shè)數(shù)字化城市，項(xiàng)目要交付除了實(shí)體需滿足相關(guān)規(guī)范要求之外，BIM模型也要能達(dá)到接入數(shù)字化城市的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來，BIM模型有了“最終歸屬”。

7 BIM技術(shù)需要培養(yǎng)更多的人才

除了政府導(dǎo)向以外，BIM技術(shù)的推廣的本質(zhì)是人才的培養(yǎng)。BIM技術(shù)的發(fā)展需要理解BIM理念、掌握BIM方法和操作技術(shù)的專門人才。企業(yè)主管部門應(yīng)發(fā)揮組織和引領(lǐng)作用，在資金投入以及組織建設(shè)方面，制訂BIM匠人培訓(xùn)和考評(píng)方案并付諸實(shí)施，在企業(yè)內(nèi)部形成對(duì)BIM人才的需求。制定激勵(lì)機(jī)制?？砂袯IM技術(shù)應(yīng)用列入工程建設(shè)科技進(jìn)步的評(píng)選條件，激勵(lì)廣大企業(yè)積極創(chuàng)建BIM技術(shù)示范工程。支持建立BIM技術(shù)研發(fā)中心，鼓勵(lì)員工積極參加BIM社會(huì)考評(píng)或BIM大賽，大力促進(jìn)企業(yè)的BIM技術(shù)推廣應(yīng)用。

8 智慧工地結(jié)合BIM技術(shù)將大有作為

在“數(shù)字城市”的模型幫助下，項(xiàng)目可以提前對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行全方位的分析，制定現(xiàn)場(chǎng)布置方案，擬定材料進(jìn)場(chǎng)路線及堆放場(chǎng)地，充分考慮對(duì)周邊環(huán)境的影像，最大程度保證建筑之間的安全。

項(xiàng)目進(jìn)度方面，多方確認(rèn)的模型可以反映真實(shí)的項(xiàng)目進(jìn)度，同步分析材料消耗，為甲乙雙方履約提供了準(zhǔn)確便捷的渠道，為監(jiān)督機(jī)構(gòu)提供了真實(shí)的管控資料。

項(xiàng)目安全質(zhì)量管理方面，利用BIM技術(shù)可以使現(xiàn)場(chǎng)與模型一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)注質(zhì)量檢查信息并供多方查驗(yàn)；利用BIM技術(shù)可在模型上建立虛擬安全措施如腳手架、支撐架并驗(yàn)算，形成的數(shù)據(jù)甚至可以保留到維運(yùn)階段供后期維修參考。

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理方面，監(jiān)控?cái)z像頭結(jié)合BIM模型，能夠保留一套完整的施工全息過程影像；BIM模型也能提前為施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃出安全防護(hù)區(qū)域，結(jié)合智能安全帽，提高工人的安全度。

隨著預(yù)制裝配建筑的興起，智慧工地與BIM技術(shù)的結(jié)合甚至能夠開拓網(wǎng)絡(luò)新市場(chǎng)，打通原材料、工廠與現(xiàn)場(chǎng)的隔閡，讓建設(shè)更加智能化，讓BIM技術(shù)發(fā)揮更大價(jià)值。

9 結(jié)束語

智慧工地推廣的成功，很大程度得益于兩點(diǎn)，一是政策的導(dǎo)向，二是統(tǒng)一平臺(tái)和開放接口。BIM應(yīng)用技術(shù)若繼續(xù)“百家爭(zhēng)鳴、各自為政”，缺乏整體布局和總體思路是很難形成氣候的。

可以效仿智慧工地，設(shè)立政府級(jí)BIM機(jī)構(gòu)，由機(jī)構(gòu)制定BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃數(shù)字城市BIM戰(zhàn)略實(shí)施綱要，統(tǒng)一BIM模型實(shí)施配套軟件并開放多平臺(tái)接口。

還可以配合市場(chǎng)信用評(píng)分體系，規(guī)定參建各方BIM實(shí)施的責(zé)任和義務(wù)。引導(dǎo)BIM模型的唯一化原則，杜絕重復(fù)建模和多模不互通的情況發(fā)生。

筆者相信，智慧工地結(jié)合BIM技術(shù)應(yīng)用能夠?yàn)閿?shù)字化城市、現(xiàn)代化城市建設(shè)開辟宏偉的前景。