BIM技術應用現(xiàn)狀綜述
2017-12-08
隨著信息技術和建筑產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展及業(yè)主對建筑日新月異的外觀和功能要求，顯然傳統(tǒng)的建筑模式已經(jīng)無法滿足需要。信息建筑模型技術BIM應運而生。本文主要介紹BIM技術在建筑工程設計、建造、運維階段的應用。在設計階段，設計方通過BIM技術進行方案比選、優(yōu)化、決策從而實現(xiàn)最優(yōu)設計；在建造階段，施工方主要用其進行虛擬施工來預先發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證工程質量，實現(xiàn)綠色施工；在運維階段，管理方通過它進行多元化交流，使信息的傳遞更快速真實，實現(xiàn)對工程的有效控制。
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關鍵詞： BIM技術；應用現(xiàn)狀；綜述
Key words： BIM technology；application status；summarize
中圖分類號：TP391.9；TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）14-0022-03
0 引言
科技信息革新技術的浪潮在全世界蔓延開來，數(shù)字化在各個領域都得到很好的應用，改變了傳統(tǒng)的工作模式，大大提高了工作效率。在此背景下，建筑信息模型技術（Building Information Modeling，BIM）迅速發(fā)展。它有機地結合了計算機仿真技術、計算機輔助設計、計算機科學技術、計算機圖學及虛擬現(xiàn)實等技術，徹底改變了傳統(tǒng)建筑行業(yè)在二維平面圖紙下，面對大量繁雜的文字及表格的工作模式，取而代之的是一種更加形象立體的模型方式。它可以真實并全面地將一項建筑工程物理的及功能方面的所有建筑信息進行形象表達。確切地說，它更是其在整個建設生命周期內(nèi)時刻進行修整、補充、完善的動態(tài)信息儲備中心。各專業(yè)領域參與方均可以通過該信息交互平臺較為自由地發(fā)布、傳達及提取各自所需的準確信息。從某種意義上而言，它改變了建筑行業(yè)以往單一的交流模式，使信息傳達趨向于多元化，高效率地提升了建筑行業(yè)各參與方的工作質量，成為了建筑領域的一大革新，并從根本上促進建筑行業(yè)向前發(fā)展，具有極高的價值。
BIM的概念早在30年前就已經(jīng)出現(xiàn)。國外BIM技術發(fā)展較早，各國學者都對其有著高度的重視并在進行不間斷地研究開發(fā)，目前基于BIM技術的代表性軟件有Bentley公司的TriForma、匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD軟件。而在2002年我國才正式提出BIM技術的概念，隨后2004年Autodesk公司實施“長城計劃”，首次系統(tǒng)介紹BIM技術，得到各方相關建筑企業(yè)的重點關注。相關領域部門先后舉辦“與可持續(xù)設計專家面對面”的BIM主題研討會、“BIM建筑設計大賽”、“勘察設計行業(yè)BIM技術高級培訓班”等。Autodesk等隨后推出了Revit等一系列應用軟件，上?，F(xiàn)代建設集團等公司也在一些項目上使用了BIM技術。我國住建部在“十五”科技攻關計劃、“十一五”科技支撐計劃、“十二五”信息化發(fā)展綱要中都在強調BIM技術的推廣運用。相關部門也頻頻舉辦全國性的BIM大賽，國內(nèi)許多高校也已經(jīng)對這一領域進行了開拓研究，最早在國內(nèi)開展BIM技術試驗研究的是掛靠在西北工業(yè)大學電子工程系的西安虛擬現(xiàn)實工程技術研究中心，該中心的成立對學校電子信息工程學院等其他院系和研究所在虛擬現(xiàn)實、虛擬仿真、虛擬制造方面具有積極性的影響[1]。近幾年來國家也要求大型的復雜建筑項目必須采用BIM技術，這將有利于BIM技術在建筑行業(yè)的后續(xù)發(fā)展，相信隨著對BIM技術的日益成熟，它將成為未來建筑市場不可或缺的一種新技術。
在各國學者的共同努力研究下，BIM技術已經(jīng)日漸成熟。由許多實際工程案例表明BIM技術已經(jīng)能基本較為完整地應用于工程項目的全生命周期，包括設計決策階段、施工建造階段及運營管理階段。 1 BIM技術在設計階段的應用
對于設計人員而言，BIM技術的出現(xiàn)是實現(xiàn)從運用AutoCAD進行手工繪圖到不用畫結構圖的一大解放[2]。此外，它可以將較為抽象的二維平面圖形立體化，從而預先看到整個建筑工程竣工后的實際效果，并可對不符合自己預先構想之處進行反復調整，準確定位，直到制定最佳設計方案。另外，由于各數(shù)據(jù)參數(shù)與模型進行關聯(lián)后，即使在工程實施后期施工環(huán)境發(fā)生改變或其他不確定因素產(chǎn)生，在設計師進行單處操作調整處理后，建筑模型其他地方也將自動調整尺寸并更新所有相關信息。因此通常只需對一種類型的建筑項目建模一次，后期就只需要調用該模型而無需再次進行編輯修改，這是對設計人員工作的便捷之處，節(jié)省了人力時間，緩解了制圖壓力，大幅度地提高了工作效率。目前很多建筑公司的設計單位也會利用BIM技術，尤其是對于大型工程項目，以此來更清晰直觀地向業(yè)主展示自己所設計產(chǎn)品的理念、功能情況等，在這個過程中，它很好地克服了傳統(tǒng)由于業(yè)主方專業(yè)知識背景匱乏而不能參與的問題，使其真正意義上地參與協(xié)同設計，從而達到令各方均滿意的效果[3]。如杭州奧體中心主體育館項目的設計就采用了BIM技術，它改變了傳統(tǒng)意義上地運用紙盒、泡沫等手工模型進行展示，建筑師將構思的草圖導入BIM技術相應軟件環(huán)境中，進行參數(shù)化設計荷花瓣外觀和花瓣數(shù)量，并不斷進行調整對比直至確定最終方案，整個過程實現(xiàn)精準、高速、形象的高度同步。另外由于體育場館的設計對防火、疏散、溫度、聲音等功能的要求較高，通過使用BIM技術模擬預測體育館在83Hz、125Hz、250Hz各個頻帶觀眾坐席區(qū)聲壓極差分布分析，證明體育館的聲環(huán)境分布均勻并保證整個工程項目的無聲場缺陷[4]。
隨著BIM技術的出現(xiàn)發(fā)展，“綠色建筑”的概念也逐漸被人們所熟悉。綠色建筑即在一項實際工程的整個生命建筑周期內(nèi)因地制宜、就地取材，最大化地節(jié)約能源，并減少污染，給人們提供一個健康舒適實用的環(huán)境。綠色建筑主要通過建筑設計的方法來改變建筑的聲光熱環(huán)境。它避免了傳統(tǒng)二維圖紙可視化差、信息量不全的特點，設計師可以很便捷地獲得有關工程的成本、進度、幾何圖形的信息，從而更快速地進行決策設計。如南寧市規(guī)劃展示館的設計即結合了BIM技術。本項目外形為異性曲面，若采用傳統(tǒng)的二維圖紙則難以表達出設計師的思想意圖，但運用BIM技術則有效地解決了這個問題。項目使用數(shù)字建模軟件，把展示館的信息參數(shù)化、數(shù)字化后形成一個模型，設計師以此為平臺將設計中發(fā)現(xiàn)的問題反饋到平臺中并加以解決。它分別對太陽輻射、室內(nèi)采光、聲環(huán)境、室內(nèi)外風環(huán)境進行分析優(yōu)化設計，貫徹節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展綠色理念，最大化地使用有限的資源，是一種全新的高水平的設計模式[5]。同樣中鐵二院在寶蘭客專石鼓山隧道的鐵路路線規(guī)劃以及世博會中的德國館、奧地利館，北京奧運會奧運村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)、南水北調工程以及香港地鐵等項目都運用了BIM技術，其他還有很多類似工程項目都是通過與BIM技術的相互結合才能順利快速地完成。
雖然BIM技術對設計階段的影響很大，但是目前并未全面普及。主要是目前國內(nèi)大多計算機硬盤配置都還有待提高，其次不論是對設計系統(tǒng)研制及專業(yè)軟件的開發(fā)都還不夠完善；國內(nèi)尚未形成專門的BIM技術的規(guī)范使其存在責任歸屬不明確的問題。由于涉及的各領域各方都可以接觸模型，如果出現(xiàn)模型信息的泄漏等情況將無從追究責任。而國外相關軟件對我國的建筑標準規(guī)范又存在一定的差異；此外，由于思維方式的不同，我國設計人員對該三維模型的接受能力還有待提高，有些甚至存在抵觸心理；在另一方面由于軟件價格相對昂貴，且培訓專門的人員需要花費一定的財力物力及時間，對于一些小型公司企業(yè)會造成一定的經(jīng)濟壓力；而對于小型項目，則更多公司偏向采用傳統(tǒng)的設計方法[6]。這些都導致BIM技術在我國建筑工程中的實踐運用例子還處于少數(shù)，獲得的經(jīng)驗也較為匱乏，處于起步摸索階段[7]。
2 BIM技術在建造階段的應用
對于建設單位來說，建筑施工現(xiàn)場不確定因素及突發(fā)情況繁多，特別對于一些大型項目，建設方利用BIM技術主要是進行虛擬施工，即在計算機上虛擬仿真實際的施工過程。虛擬現(xiàn)實技術屬于一種二次開發(fā)技術，它可以運用仿真系統(tǒng)在多維空間構建出建筑物所在地周圍的場景如真實般存在的環(huán)境，利用計算機圖學、傳感器等三維數(shù)字技術實現(xiàn)一種更為真實的交互體驗，使人有著身臨其境的感覺。同時運用計算機仿真技術模擬建筑物受到加載、撞擊時的情況，來模擬工程在全真環(huán)境下的效果，分析其所受到的影響及破壞程度。對于整個施工過程而言，內(nèi)力及外力的仿真分析及模擬加載是保證后期工程質量安全不可或缺的步驟。在這個過程中，施工方也可以提前發(fā)現(xiàn)并排除在實際操作中存在的缺陷或潛在的隱患，如管線碰撞，在直觀地看到整個建造過程后，施工方可以對其施工工藝進行調整改進，通過對不同施工方案的比較，實現(xiàn)最優(yōu)的施工方案。通過BIM技術，一方面為實際工程項目的建造提供經(jīng)驗，有利于施工技術和施工方案的選定，避免了施工過程中的返工現(xiàn)象，提高了施工水平，使后期實際工程的質量受到保證，減少了工程事故的發(fā)生。另一方面它可以有效指導施工方進行施工進程的合理規(guī)劃布置，減少工期，節(jié)約成本，具有很好的經(jīng)濟性，實現(xiàn)綠色建筑。
就上海虹橋樞紐工程而言，該工程運用BIM技術僅一項管線碰撞就減少5000多萬的損失，而北京世界金融中心項目由于采用BIM技術使工期縮短了一半，并且及時準確地發(fā)現(xiàn)各種碰撞問題6000多處[8]，避免了不必要的損失，從而提高了企業(yè)的核心競爭力。
又如長春萬豪東方廣場城市綜合體工程則是BIM技術與施工建造的結合體。該工程涉及專業(yè)領域廣泛、圖紙問題多、管理部門眾多，在建造方面還存在施工節(jié)點多且節(jié)點構造復雜、施工工序繁多復雜的問題，在不到一年半時間，工期極度緊張的情況下，依靠傳統(tǒng)的施工技術顯然不能滿足工程的建造要求，各參與方通過利用BIM技術模擬性、可視化、協(xié)調性等特點進行三維建模、碰撞檢查、施工模擬來提高工作效率、減少變更和返工，最終得以完成任務。建造方首先在長春萬豪東方廣場城市綜合體A區(qū)D樓酒店項目建立精準可靠的三維模型進行質量控制，再將施工模擬與實際施工相互結合進行節(jié)點構造模擬、施工工藝模擬及預留孔洞模擬。將每一個節(jié)點鋼筋進行表達，保證節(jié)點構造清晰準確；施工工藝采用動畫展示，并對管理人員進行培訓，使建筑人員掌握施工方法、了解可能出現(xiàn)的施工工藝，以此來保證施工質量；該項目利用BIM技術先在Luban soft 的建模軟件中對管線進行布置，后將管線模型上傳至Luban BIM works多專業(yè)協(xié)同系統(tǒng)中，自動準確定位混凝土墻上的預留洞口，輸出預留洞口報告進而指導施工，減少返工現(xiàn)象?？偟?來說，BIM技術在長春萬豪東方廣場城市綜合體A區(qū)D樓酒店項目的建造過程中效果顯著，優(yōu)化了設計，提高了施工水平和質量并豐富了信息汲取的方法[9]，具有很好的應用前景。最近幾年，全國各地標志性重要建筑也都是將BIM技術運用于虛擬施工中來開展進行的，均取得較好的成效。
