BIM技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

問(wèn)先奇

(蘇州科技大學(xué)，江蘇 蘇州 215009)

0 引 言

智能建筑就是綜合運(yùn)用各種智能化信息，將建筑物結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行最優(yōu)化組合，從而為用戶(hù)建造一個(gè)高效、舒適、便利的人性化住宅建筑。而B(niǎo)IM(建筑信息模型)技術(shù)是一種數(shù)據(jù)化管理工具，它以建筑物的各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立三維立體模型，通過(guò)數(shù)據(jù)仿真模擬建筑施工過(guò)程。

1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 建筑模型的可視化

相較于傳統(tǒng)的CAD建筑物圖紙，BIM技術(shù)的應(yīng)用改善了建筑物施工設(shè)計(jì)方案，在一定程度上推動(dòng)了二維圖紙的改革：它將建筑施工圖由平面設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為3D立體模型，通過(guò)三維動(dòng)態(tài)演示，對(duì)建筑工程的施工流程與技術(shù)方案進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬，有效地提高施工人員在后期施工的效率與安全性。

1.2 建筑信息的集成化

目前，BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其龐大詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中不僅包含了施工建筑與施工材料的基本信息，還包括智能建筑施工方案的相關(guān)設(shè)計(jì)資料。在各個(gè)建筑施工階段，工作人員對(duì)BIM中的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，達(dá)到模擬數(shù)據(jù)共享，并與模擬設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，以提升工程項(xiàng)目信息與模擬信息之間的匹配度。

1.3 建筑成本的控制

在建筑施工的過(guò)程中，通過(guò)BIM技術(shù)的4D模擬，計(jì)算出在施工過(guò)程中的混凝土方量，模板面積等各種工程量與工程材料的數(shù)量，選擇出最優(yōu)的方案來(lái)指導(dǎo)施工，達(dá)到建筑成本控制的效果。在材料成本結(jié)算時(shí)，通過(guò)實(shí)際采購(gòu)與模擬計(jì)算得到建筑材料的數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，便可分析出在施工過(guò)程中的一些不必要浪費(fèi)，為以后的采購(gòu)提供參照，降低成本。

1.4 建筑安全隱患的排查

施工人員對(duì)于建筑施工存在的危險(xiǎn)只能通過(guò)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，但是建筑施工過(guò)程是時(shí)刻變化的，危險(xiǎn)的來(lái)源也會(huì)隨項(xiàng)目施工的變化而改變，這為施工安全管理帶來(lái)了許多不確定的因素。通過(guò)BIM技術(shù)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行三維模擬，通過(guò)智能技術(shù)檢查建筑工程的質(zhì)量，并對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別、標(biāo)記與可視化施工安全管理，在減少安全隱患的同時(shí)，還能為以后的安全管理提供相應(yīng)的參考價(jià)值。在后期運(yùn)營(yíng)階段可以進(jìn)行日常緊急情況的處理模擬，如地震、火災(zāi)等特殊情況的人員疏散等。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)階段——模擬施工與建筑構(gòu)件

在建模方面，利于BIM技術(shù)將建筑施工方案與BIM模型進(jìn)行結(jié)合，從而模擬出真實(shí)的施工過(guò)程，并且通過(guò)錄入的虛擬施工數(shù)據(jù)，進(jìn)而模擬出每天的工程進(jìn)度，讓管理人員能夠直觀(guān)地觀(guān)測(cè)每天的進(jìn)展，控制工期?；贐IM的模擬施工，其施工本身并不需要消耗任何施工資源，但是卻可以可視化的看到并了解建筑物的施工過(guò)程，可以較大程度上降低實(shí)際施工時(shí)的管理與工程材料成本，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)管理人員對(duì)施工過(guò)程的控制能力。

2.2 施工階段——土方工程與管道架構(gòu)

在現(xiàn)階段的實(shí)際建筑工程建設(shè)中，BIM技術(shù)主要應(yīng)用在土方工程與管道架設(shè)。在施工階段，為了確保各項(xiàng)工作的有序開(kāi)展，必須要對(duì)相關(guān)方面做出精細(xì)化、信息化處理，以提高項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力。

土方開(kāi)挖是工程施工的一個(gè)重要階段，對(duì)土方工程量的計(jì)算、施工進(jìn)度與填挖平衡都有著嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的土方測(cè)量方法(橫斷面測(cè)量，方格網(wǎng)狀法，三角網(wǎng)法)由于平面地形圖可視化差異比較大以及求解方法較為繁瑣，導(dǎo)致計(jì)算量大且因?yàn)榫W(wǎng)格劃分會(huì)產(chǎn)生較大誤差。而應(yīng)用BIM技術(shù)可以將二維視圖轉(zhuǎn)化為三維視圖，甚至是將一些特殊地形如山丘海域等進(jìn)行賦值帶入。利用BIM在進(jìn)行土方計(jì)算時(shí)，先將測(cè)量單位提供的平面地形CAD圖將其中的一些不必要圖層去除，保留等高線(xiàn)與地形散點(diǎn)，再用BIM軟件Revit將CAD圖轉(zhuǎn)化為三維視圖模型，即原始地貌模型，最后用軟件計(jì)算與人工排除異常點(diǎn)得到最后的挖土方量。相較于以前的可視化，即通過(guò)借助于第三方公司的協(xié)助建模、渲染輸出圖片或視頻來(lái)展現(xiàn)出設(shè)計(jì)內(nèi)容，不僅耗時(shí)又耗財(cái)，BIM的可視化讓設(shè)計(jì)者在初期就能直觀(guān)、便捷地參與項(xiàng)目溝通與討論，在項(xiàng)目進(jìn)行中更能直觀(guān)了解自己的作品，還能及時(shí)規(guī)避一些不必要的錯(cuò)誤。

在復(fù)雜的建筑施工管理中，管道架設(shè)的布局一直是困擾技術(shù)人員的一大重點(diǎn)難題。管道架設(shè)的困難主要是因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)形勢(shì)復(fù)雜，樓層結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且存在高低差；其次，管道工程多種多樣，包含有生活給水、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等多種系統(tǒng)，這些管道線(xiàn)路混合在一起，導(dǎo)致施工管線(xiàn)雜亂，并且因?yàn)槭┕し椒ǜ鳟悓?dǎo)致協(xié)調(diào)管理難度大。使用BIM技術(shù)解決管道鋪設(shè)，是施工單位使用BIM最主要的功能，在現(xiàn)階段的建筑施工中，首先是各個(gè)部門(mén)設(shè)計(jì)好建筑圖，在BIM中模擬各自的管道布置，最后在合成管道分支的過(guò)程中檢測(cè)問(wèn)題。在管線(xiàn)綜合布置時(shí)，傳統(tǒng)項(xiàng)目的管道建設(shè)，由于管線(xiàn)眾多、穿插頻繁，在調(diào)整管線(xiàn)時(shí)容易引發(fā)連鎖反應(yīng)，往往需要施工方耗費(fèi)大量時(shí)間去修理、改善因?yàn)榫€(xiàn)路帶來(lái)的返工、浪費(fèi)等問(wèn)題。而應(yīng)用BIM技術(shù)，在模擬管道鋪設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維化交底，結(jié)合施工動(dòng)畫(huà)，虛擬現(xiàn)實(shí)，三維模型等，將復(fù)雜的管道線(xiàn)路以三維可視化的方式進(jìn)行展示，并利用三維動(dòng)態(tài)模擬對(duì)各個(gè)管道進(jìn)行模擬碰撞，將檢測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)人員，以便他們能做出及時(shí)調(diào)整，可大幅度提高綜合布線(xiàn)的效率，并有效減少管線(xiàn)碰撞以及降低鋪設(shè)成本。

2.3 運(yùn)營(yíng)維護(hù)——成本管理與信息平臺(tái)建立

通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等資源的需用量進(jìn)行計(jì)算、模擬與優(yōu)化，得出對(duì)施工過(guò)程的勞動(dòng)力與材料需求，以此形成建筑工程的成本計(jì)劃清單。結(jié)算人員將實(shí)際成本統(tǒng)計(jì)、歸納，并與模擬預(yù)算成本進(jìn)行對(duì)比分析，掌握項(xiàng)目工程盈虧，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成本控制。同時(shí)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人還可以針對(duì)超支的部分找出原因，采取針對(duì)性的成本控制措施，合理安排人員、機(jī)械與工程材料，從而達(dá)到降低成本的目的。

基于BIM技術(shù)建立信息交互平臺(tái)。通過(guò)BIM集成技術(shù)對(duì)不同的建筑專(zhuān)業(yè)進(jìn)行平臺(tái)整合，將不同建筑專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙、文檔、合同等資料信息進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，并結(jié)合云技術(shù)保存云端，并通過(guò)精細(xì)化與協(xié)調(diào)化處理，使工程文檔能夠快速、便捷地在各個(gè)項(xiàng)目中流通與共享。同時(shí)還能夠讓工程師通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)文檔查詢(xún)與溝通，這為從業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)辦公與跨專(zhuān)業(yè)協(xié)作提供了極大便利。

3 BIM技術(shù)在應(yīng)用中的不足

3.1 專(zhuān)業(yè)化人才不足

由國(guó)家人社部發(fā)布的報(bào)道指出，我國(guó)未來(lái)五年內(nèi)各企業(yè)對(duì)BIM人才需求量達(dá)到130萬(wàn)人，但是BIM技術(shù)人才缺口達(dá)到60萬(wàn)。巨大的人才缺口，使得BIM技術(shù)工程師成為企業(yè)爭(zhēng)搶型人才，目前社會(huì)的認(rèn)可度不足及人才需求的增多，我國(guó)具備知識(shí)管理的人才匱乏。BIM人才分為3類(lèi)即BIM建模人才、BIM實(shí)施人才(信息化實(shí)施)、BIM高層次復(fù)合型人才。復(fù)合型人才是企業(yè)發(fā)展中最為稀缺的，他們能應(yīng)用BIM系統(tǒng)對(duì)企業(yè)的組織形態(tài)、崗位職責(zé)、工作流程進(jìn)行再造與優(yōu)化。同時(shí)高層次的復(fù)合型人才對(duì)于建筑行業(yè)的生產(chǎn)力提升與生產(chǎn)關(guān)系的改造有著至關(guān)重要的推動(dòng)作用。由于BIM行業(yè)才剛剛興起，不少企業(yè)對(duì)于BIM專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)還沒(méi)有完整專(zhuān)業(yè)課程，教學(xué)所需硬件投資資源不足。此外，BIM人才培訓(xùn)主要以軟件操作為主，以提升自己的操作技能為主，對(duì)于正確合理地選擇軟件，整合工程數(shù)據(jù)、施工環(huán)境方面的培訓(xùn)較少，缺乏對(duì)BIM認(rèn)知的系統(tǒng)性、策略性的培訓(xùn)流程。由于BIM實(shí)業(yè)才剛剛起步，業(yè)界沒(méi)有明確的認(rèn)知，再加上BIM人才的良莠不齊等，致使BIM人員的薪資待遇被明顯低估。

3.2 缺乏統(tǒng)籌管理

BIM技術(shù)最初是從國(guó)外引進(jìn)，由于國(guó)外對(duì)于工程建設(shè)的長(zhǎng)期發(fā)展較為注重，建筑行業(yè)市場(chǎng)化、專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度很高，對(duì)建筑項(xiàng)目的規(guī)劃有著成熟的機(jī)制，項(xiàng)目整合交付模式為IPD模與BIM技術(shù)結(jié)合的建筑項(xiàng)目執(zhí)行模式，施工項(xiàng)目一旦啟動(dòng)，就會(huì)進(jìn)行到底，建筑施工的集成化與專(zhuān)業(yè)化高。而國(guó)內(nèi)的工程管理模式尚未成熟，在建筑施工時(shí)，時(shí)常會(huì)有趕設(shè)計(jì)、搶工期、臨時(shí)變卦的事發(fā)生。同時(shí)，BIM模型需要實(shí)時(shí)變更，給技術(shù)人員造成極大困擾。

3.3 宣傳推行不力

國(guó)外對(duì)于BIM的標(biāo)準(zhǔn)建立與資金支持力度不斷加大，美國(guó)早在2003年就由美國(guó)總務(wù)署(GAS)推出全國(guó)3D-4D-BIM計(jì)劃，而GAS下屬部門(mén)公共建筑服務(wù)部門(mén)也為100多個(gè)功能不同建筑項(xiàng)目提供獨(dú)特的戰(zhàn)略建議與技術(shù)支持。GAS更是要求，從2007年起，所有大型項(xiàng)目必須應(yīng)用BIM，最低要求是對(duì)空間規(guī)劃與最后模型展示必須提交BIM模型，并且對(duì)于采用這些技術(shù)的項(xiàng)目承包商給予不同技術(shù)與資金支持。此外，美國(guó)還對(duì)項(xiàng)目合同進(jìn)行研究，制定合適的合同模板與條款來(lái)促使承包商使用BIM技術(shù)，在政策的扶持下，到2012年，美國(guó)建筑行業(yè)使用BIM的比例已達(dá)到71 %。同樣地，BIM在其他國(guó)家也得到了大力推廣，英國(guó)政府對(duì)BIM給與高度重視，更是強(qiáng)制推廣BIM技術(shù)。

然而，國(guó)內(nèi)對(duì)于建筑信息技術(shù)的推廣較慢，信息化比例低于發(fā)達(dá)國(guó)家，2020年，我國(guó)建筑行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到26.4萬(wàn)億，但是建筑信息化僅占0.1 %，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的1 %。我國(guó)在BIM應(yīng)用起步相對(duì)較晚，初期只有一些大型建筑設(shè)計(jì)企業(yè)或房地產(chǎn)將這一理念引入到公司的提議中，且只是停留在表面。近些年，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)繁榮發(fā)展，但對(duì)于BIM技術(shù)的探索在深度與廣度上依然比較有限。我國(guó)目前的現(xiàn)狀是：一線(xiàn)城市對(duì)BIM技術(shù)推行度較高，但是二三線(xiàn)城市較低；大型企業(yè)對(duì)于BIM推行與應(yīng)用較為普及，但是內(nèi)部BIM人才稀缺，普及率較低；而小型企業(yè)甚至對(duì)BIM都不了解。雖然政府與大型項(xiàng)目開(kāi)始關(guān)注BIM，要求在設(shè)計(jì)與施工中使用BIM，并且已經(jīng)有不少項(xiàng)目取得突破性進(jìn)展，但是，仍然需要大量的應(yīng)用實(shí)踐。

3.4 軟件設(shè)備不完善

目前，由于我國(guó)施工信息化水平與傳統(tǒng)建筑行業(yè)發(fā)展還處于初期階段，使用的BIM軟件大部分都是與AUTOCAD相結(jié)合，即現(xiàn)階段BIM技術(shù)仍與傳統(tǒng)2D技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用，獨(dú)立的BIM系統(tǒng)軟件并沒(méi)有完善，軟件兼容性不佳，致使BIM的信息庫(kù)過(guò)于龐大，信息冗余。BIM的建筑設(shè)計(jì)資料的內(nèi)存可以達(dá)到幾十甚至上百GB，每個(gè)BIM用戶(hù)必須配備有高性能的計(jì)算機(jī)才能使用，當(dāng)用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的工地進(jìn)行操作時(shí)，難以與移動(dòng)端相結(jié)合，基于BIM模型進(jìn)行溝通與協(xié)作較難。BIM應(yīng)用是為了提高智能建筑的信息化水平，雖然BIM的5D模型、施工模擬動(dòng)畫(huà)極為真實(shí)精確，但是其中的數(shù)據(jù)都是BIM建模與業(yè)務(wù)人員用手錄進(jìn)去的，如每天的實(shí)際施工進(jìn)度，而安全、質(zhì)量、技術(shù)等檢查問(wèn)題都需要人工錄入，這在一定程度上增加了施工人員的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié) 語(yǔ)

BIM將成為下一代主流技術(shù)，對(duì)于BIM應(yīng)用的推廣將日益成熟。建筑信息模型(BIM)的數(shù)字理念在風(fēng)靡全球時(shí)，也在深深影響著中國(guó)。隨著B(niǎo)IM技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用日漸增多，有越來(lái)越多的企業(yè)、學(xué)者、行業(yè)都會(huì)對(duì)BIM各方面進(jìn)行研究，以拓寬BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)新BIM技術(shù)的管理模式，而B(niǎo)IM除了在智能化建筑的應(yīng)用之外，它會(huì)在諸如歷史文物修復(fù)、綠色建筑等大放異彩。同樣地，BIM技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)給建筑施工企業(yè)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，BIM的推廣將會(huì)建立一個(gè)新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)立一個(gè)新的規(guī)范，將會(huì)有效提升建筑行業(yè)的信息化與標(biāo)準(zhǔn)化，而建筑企業(yè)是在BIM革新熱潮中迅猛發(fā)展還是不能適應(yīng)新生而日漸衰弱。推廣BIM技術(shù)，對(duì)于我國(guó)建筑信息化與現(xiàn)代化的建設(shè)有著重大意義。