山東省文化中心項目BIM應(yīng)用實踐

趙靈敏 岳廣飛

(濟南柏慕營特工程咨詢有限公司，濟南 250014)

1 引言

BIM給我國建筑業(yè)帶來的不僅是簡單的操作工具的改變，也不僅是工作效率的提高，它更是一種集技術(shù)、管理和方法論的統(tǒng)一，是整個行業(yè)操作模式的徹底革命，是我國建筑數(shù)字化、信息化的先驅(qū)［1］。目前，業(yè)內(nèi)人士對BIM的理論、技術(shù)和應(yīng)用方法的研究取得了不錯的進(jìn)展，結(jié)合我國實際情況，逐漸形成較為系統(tǒng)的理論體系。如何關(guān)培先生主編的《BIM技術(shù)應(yīng)用叢書》，從BIM理論到實踐應(yīng)用，做出了較為深刻的闡述，對從事BIM研究、管理與應(yīng)用等人員具有較好的參考價值［2］。

相對于理論方面的進(jìn)步，BIM在實際項目的應(yīng)用則顯得相去甚遠(yuǎn)。據(jù)統(tǒng)計，2010年BIM在我國工程建設(shè)行業(yè)中的使用率只有6%［3］。盡管如此，一些較大的設(shè)計院開始組建自己的BIM團隊，并將BIM應(yīng)用到實際項目中。如中建西南院、上?，F(xiàn)代、清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院、中建國際等，在我國當(dāng)前建設(shè)的大型項目中大量應(yīng)用了BIM技術(shù)。2010年，濟南西客站地下廣場項目引入BIM，在該項目中，僅設(shè)備及管線的碰撞檢測就節(jié)省400多萬元，保障了施工質(zhì)量和工期。鑒于此，濟南市西區(qū)投融資管理中心將BIM技術(shù)引用于山東省文化中心建設(shè)項目。筆者結(jié)合該項目BIM應(yīng)用實例，從BIM應(yīng)用范圍、技術(shù)流程、價值體現(xiàn)等方面對其加以闡述，并提出一種以項目利益為重的BIM應(yīng)用評價理念，對BIM應(yīng)用過程中存在的問題和困難加以剖析，結(jié)合我國建筑數(shù)字化、信息化進(jìn)程，給出合理建議。

2 BIM在山東省文化中心建設(shè)項目的應(yīng)用

山東省會文化藝術(shù)中心大劇院工程選址于濟南西客站核心區(qū)臘山河以東，日照路以北，威海路以南，總占地面積約 23公頃，總建筑面積約12．9萬m2，總投資約24．75億元。主要建設(shè)內(nèi)容包括大劇院、中心廣場、市政配套設(shè)施、地下車庫及室外景觀工程，其中大劇院7．5萬m2，包括1 800座歌劇廳、1 500座音樂廳、500座多功能廳及其他輔助設(shè)施;中心廣場約 2．4萬 m2;市政配套設(shè)施長496m;地下車庫約3萬m2。見圖1。

該項目方案由法國著名設(shè)計大師安德魯設(shè)計，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，涉及專業(yè)多達(dá)20多種，施工難度較高，規(guī)模龐大，工期要求緊。業(yè)主方提出三個要求，即:時間上保障在2013年4月底竣工(2011年1月開工);投資上要盡量避免超支現(xiàn)象，減少變更處理帶來的損失;質(zhì)量要合格，能夠拿到魯班獎。這便從客觀上強調(diào)了設(shè)計質(zhì)量的重要性，在這么短的時間內(nèi)如何保證設(shè)計質(zhì)量成為關(guān)鍵問題。對此，項目指揮部決定應(yīng)用BIM。

圖1 山東省會文化中心平面及三維效果圖

2．1 BIM應(yīng)用內(nèi)容

該項目BIM應(yīng)用包括兩部分，即大劇院、中心廣場工程和地下車庫、室外綜合管線工程。本文只以大劇院、中心廣場工程的BIM咨詢?yōu)槔敿?xì)闡述。下面對大劇院、中心廣場工程的BIM服務(wù)內(nèi)容做簡要介紹:建筑、結(jié)構(gòu)及設(shè)備管線模型搭建及碰撞檢查;室內(nèi)外設(shè)計三維可視化表達(dá)，樣板間及關(guān)鍵部位三維透視圖;玻璃及金屬幕墻加工與安裝指導(dǎo);主要材料工程量統(tǒng)計，工程量分階段統(tǒng)計;四維施工模擬;鋼結(jié)構(gòu)及重點部位施工順序模擬;模型跟蹤修改(每月修改一次);竣工模型搭建。

2．2 BIM應(yīng)用技術(shù)路線

該大劇院項目所涉及到的初步設(shè)計和施工圖設(shè)計是由北京某建筑設(shè)計院提供，由于工期要求緊迫，項目對出圖效率和質(zhì)量要求非常高。業(yè)主方提出要將一切施工階段可以避免的問題盡量在招投標(biāo)之前——“紙上談兵”階段解決掉，這也是基于項目輸出成本在設(shè)計、施工等不同階段的比例因素所考慮的。對此，該BIM應(yīng)用采用了以下技術(shù)路線。

(1)資料收集，接收施工圖。資料收集主要是收集文化中心項目的整體規(guī)劃藍(lán)圖、設(shè)計方提供的方案和施工圖或者修改后的施工圖等、業(yè)主方提出的各種要求以及相關(guān)法律法規(guī)。

(2)三維模型搭建或修改、可視化表達(dá)。結(jié)合設(shè)計院給出的施工圖或者施工圖修改方案，搭建或修改大劇院的BIM三維模型。

(3)建筑、結(jié)構(gòu)及設(shè)備管線碰撞檢測，生成碰撞檢測報告，提出施工圖優(yōu)化方案。在這個階段要將施工圖優(yōu)化方案等材料存檔，作為BIM咨詢的一項成果。

(4)主材料工程量統(tǒng)計、施工分階段工程量統(tǒng)計、室內(nèi)外設(shè)計可視化表達(dá)(主要玻璃和金屬幕墻以及加工及安裝指導(dǎo))、四維施工模擬(鋼結(jié)構(gòu)和重點重點部位施工工序表達(dá))。此階段所涉及文檔、模型、視頻等文件作為BIM咨詢成果提交給相關(guān)單位。

(5)模型跟蹤修改。由于BIM咨詢服務(wù)對設(shè)計階段的作用主要是對施工圖的檢查，而非直接采用BIM設(shè)計，所以BIM模型就被動地跟隨施工圖紙的變更而修改。除了采用BIM檢測出來的設(shè)計方主觀錯誤之外，還有包括審圖中心等單位提出的修改意見，但這些修改并未形成成果提交給業(yè)主方。

(6)竣工模型搭建。待設(shè)計方提供的設(shè)計圖紙全部完善后，將建筑、結(jié)構(gòu)及管線設(shè)備等模型統(tǒng)一到一個模型里，并對室內(nèi)室外設(shè)計效果有所體現(xiàn)，形成完善的竣工模型。

技術(shù)路線如圖2所示。在圖2中，技術(shù)路線分三層。第一層為技術(shù)流程層，該層次展現(xiàn)了BIM咨詢的主要內(nèi)容和主要流程，即上述所講的6項內(nèi)容;第二層是項目成果層，BIM咨詢過程中和后期所形成的成果提交需提交到下一層，項目參與方層。

2．3 BIM建模及其它應(yīng)用過程

項目應(yīng)用的軟件屬于Autodesk的產(chǎn)品，Revit系列。由于Revit軟件與二維軟件CAD具有數(shù)據(jù)的兼容性，BIM工程師可以將二維CAD施工圖導(dǎo)入到Revit建筑或管線軟件中，進(jìn)而開始基于二維圖形構(gòu)建三維模型。二維施工圖往往是十分復(fù)雜的，識圖過程要求非常仔細(xì)，如管線及設(shè)備的施工圖，交叉縱橫的現(xiàn)象非常多，這便要求BIM工程師在搭建三維模型時要有較強的識圖能力。

總體來說，基于二維圖形搭建三維模型可分為三步進(jìn)行:一是對CAD施工圖進(jìn)行識別，了解建筑、結(jié)構(gòu)及管線設(shè)備的大致結(jié)構(gòu)，體味二維圖形所涵蓋的設(shè)計思想;二是將CAD文件導(dǎo)入到Revit軟件中，依照圖中給出的圖元、軸網(wǎng)、標(biāo)高等信息，合理利用Revit里面所含有的三維模型構(gòu)件，沿著二維圖形的分布畫出Revit軟件里的二維圖形，說白了就是用Revit描畫二維CAD施工圖，進(jìn)而生成三維圖形;三是所有CAD圖的內(nèi)容描完之后，打開Revit三維視角，便可看見基于二維施工圖的三維模型了。筆者將這種方法稱作“描二成三”法(在此屬特定稱謂，并非筆者故弄玄虛要造什么名詞，只為好記)。

大劇院項目主要涉及到建筑、結(jié)構(gòu)和管線設(shè)備等模型。在實現(xiàn)手法上采用了上述“描二成三”法。圖3～圖5給出了大劇院的建筑、結(jié)構(gòu)及管線等三維模型。

圖2 大劇院BIM咨詢項目技術(shù)路線圖

BIM咨詢方通過上述方法建立三維信息模型，接下來便是對模型中出現(xiàn)的交、叉、錯、漏、碰等不合理或者錯誤的地方形成碰撞檢測報告。在一個較大且復(fù)雜的項目中，設(shè)計方采用二維CAD作圖難免會出現(xiàn)主觀上的疏漏與錯誤，有時這種錯誤的數(shù)量是龐大的。有些在審圖過程中得以改正，有的沒有被查出來，便在施工過程中制造了麻煩。BIM在審圖這個環(huán)節(jié)便起到了人工難以無法實現(xiàn)的作用，除非技術(shù)因素，否則模型中所有交錯碰漏的點都能查找，效率很高。如此，BIM工程師依據(jù)自身的專業(yè)知識以及所收集到的資料信息，提出施工圖優(yōu)化建議和意見，形成報告，與碰撞檢測結(jié)果一并交與設(shè)計方，以供其及時修改糾正。待設(shè)計方將修改后的圖紙交與BIM咨詢方(柏慕營特)后，后者根據(jù)其修改的內(nèi)容而修改BIM模型，從而達(dá)到模型跟蹤修改的目的，直至在技術(shù)上和主觀上均無錯誤，工程量統(tǒng)計、竣工模型等成果便輕而易舉地生成了。如圖6、圖7所示，BIM模型發(fā)現(xiàn)的設(shè)計錯誤及工程量統(tǒng)計操作界面。

3 BIM在該項目中應(yīng)用所體現(xiàn)的價值

盡管BIM在我國建設(shè)項目中多用于設(shè)計和施工階段，但其水平同歐美等發(fā)達(dá)國家還有不小的差距。該大劇院項目所應(yīng)用到的內(nèi)容就更少了。即便如此，BIM給該項目帶來的價值也是非常可觀的。目前，同行業(yè)里人對BIM應(yīng)用價值的評價都集中在對項目的參建各方獲益上。

在施工圖碰撞檢測中，BIM輔助設(shè)計方掃清了施工圖中幾乎所有的主觀性錯漏;幫助完成高質(zhì)量的施工圖;工程量統(tǒng)計為該項目概預(yù)算節(jié)省了大量的勞動力和時間，提高了工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性;四維施工模擬為將來的施工提供了指導(dǎo)作用，讓施工人員更加直觀地了解施工工序，使施工過程更加有序性、科學(xué)性;樣板間及重要部分的可視化增加了施工后產(chǎn)品的直觀性，也為重要部分施工提供了視覺上的參考，更加明晰建筑構(gòu)造和設(shè)計布局;BIM竣工模型一方面直觀表達(dá)業(yè)主對產(chǎn)品的需求，另一方面為產(chǎn)品日后的運行與維護(hù)提供充足的信息依據(jù)。

筆者認(rèn)為BIM的價值應(yīng)該體現(xiàn)在項目體系上，這個項目體系既包括項目本身，又包括項目參建各實體，還包括各種機械設(shè)備、材料以及相關(guān)數(shù)據(jù)。從業(yè)人員應(yīng)將注意力聚焦在項目實施過程和產(chǎn)品輸出質(zhì)量方面，而不僅僅是自身的利益。當(dāng)業(yè)主方與項目利益發(fā)生沖突時，要以項目利益為重;當(dāng)規(guī)劃設(shè)計方與項目發(fā)生利益沖突時，要以項目利益為重;當(dāng)施工方與項目發(fā)生利益沖突時，要以項目利益為重;當(dāng)管理方與項目利益發(fā)生沖突時，要以項目利益為重;當(dāng)參加方之間發(fā)生利益沖突時，要以項目利益為重。然而，在大型項目面前，項目參與方少則幾百，多則上千，項目組織和管理工作可謂繁冗復(fù)雜，千絲萬縷。在推進(jìn)項目實施過程中所遇到的問題更是數(shù)不勝數(shù)。甚者，各參與方都處在不同的地理位置，分落在不同城市，甚至不同國家，盡管目前我們可以采取信息手段解決一些項目問題，但這些解決的辦法不是考慮片面，顧此失彼，就是效率低下，推進(jìn)緩慢。從而建設(shè)項目中的“信息孤島”扮演了相當(dāng)?shù)慕巧?，以項目利益為重的建設(shè)理念難以有效發(fā)揮作用。為此，數(shù)字技術(shù)在項目的全方位、全生命周期和全領(lǐng)域中能夠?qū)⑿畔⒓性谝黄?，可視化、?zhǔn)確而完備的信息、虛擬現(xiàn)實的表達(dá)方式讓項目各參與方可以低成本地將注意力集中在整個項目本身，進(jìn)而實現(xiàn)項目利益的最大化。BIM正是這樣的一種技術(shù)、管理和方法的統(tǒng)一，使以項目利益為重的價值觀得以體現(xiàn)。BIM就是項目實體的化身或者代表。

由此可知，BIM在大劇院項目所體現(xiàn)的價值主要還在于項目本身。

4 BIM在應(yīng)用中遇到的困難及存在的問題

4．1 對BIM的認(rèn)可度不一

參與方對BIM應(yīng)用的認(rèn)可是其發(fā)揮最大效用的關(guān)鍵。這便要求各方對BIM都有一定的認(rèn)知，能夠看到BIM應(yīng)用給自己帶來什么樣的價值，這樣才能將注意力集中到BIM上。該大劇院BIM咨詢服務(wù)中，業(yè)主方在聽過BIM應(yīng)用的匯報方案后，認(rèn)識到它將會給自己帶來好處，對其持認(rèn)可態(tài)度;但其它參建單位并未持同樣看法，如設(shè)計方在看到BIM模型后認(rèn)為這些模型可以用犀牛等專業(yè)的建模軟件搭建，效果并不一定差，而廢了這么大功夫建的BIM模型，只起碰撞檢測作用，這些檢測出來的錯誤他們自己也能查看出來，因此沒必要使用BIM。這是典型的以己方利益為重的觀點，并未考慮BIM為施工和運行維護(hù)以及組織管理帶來的價值。同時，也使得在圖2中的BIM咨詢服務(wù)流程在執(zhí)行過程中受阻。

4．2 軟件不兼容

受制于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)影響，Autodesk的Revit系列軟件與國內(nèi)許多行業(yè)軟件無法形成數(shù)據(jù)共享。如國內(nèi)概預(yù)算、建模、可視化、綠色建筑分析、方案設(shè)計及相關(guān)項目管理軟件等，它們與Revit系列軟件只能形成單向或者不能實現(xiàn)信息交互。行業(yè)里已經(jīng)習(xí)慣了這些軟件的使用，要接受Autodesk軟件，就必須付出較大成本，改變工作模式等，這便大大削弱了BIM在我國的應(yīng)用廣度和深度。在該大劇院項目中，從設(shè)計到施工再到運行與維護(hù)，BIM幾乎是“孤軍奮戰(zhàn)”。

4．3 “描二成三”法造成重復(fù)勞動

Revit系列軟件在設(shè)計方面顛覆了傳統(tǒng)思想，可以二、三維協(xié)同設(shè)計，它的應(yīng)用要始于設(shè)計的開始，即直接采用三維設(shè)計而不再需要CAD軟件的摻和，才能發(fā)揮最大效用。但目前國內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)計單位還是采取的CAD二維設(shè)計，BIM若想在其中分一瓢羹，就必須迎合二維設(shè)計的成果，即對二維成果的兼容。這一點Revit已經(jīng)做到，但基于二維施工圖搭建三維模型的方法要依靠“描二成三”法，工作量太大，增加了人力成本，本來簡單、智能的工具，卻顯得有些“大材小用”了。這是軟件本身的原因，如果再提高Revit的智能化水平，讓CAD圖導(dǎo)入后，只需要人工簡單的調(diào)整標(biāo)高及軸網(wǎng)便可自動形成三維模型，那么BIM在中國就會得到迅速的應(yīng)用與推廣。

5 感想及展望

通過該大劇院BIM應(yīng)用可以看出，BIM在建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍非常窄，應(yīng)用層次也非常淺。但其具有強大的發(fā)展?jié)摿?，隨著我國數(shù)字化、信息化進(jìn)一步推進(jìn)，BIM定能成為將來建筑業(yè)的主流。

我國的數(shù)字建筑處在起步階段，從城市規(guī)劃到微觀設(shè)計，從項目周期到運營管理，再到可持續(xù)建筑和建筑業(yè)工業(yè)化，每個領(lǐng)域都有數(shù)字化技術(shù)的支撐，使得各個領(lǐng)域的工作效率和質(zhì)量以及管理模式受益匪淺。但隨著項目規(guī)模的增大，其包含的信息量也成指數(shù)型增加，各領(lǐng)域、各階段和各專業(yè)之間需要及時、可靠、準(zhǔn)確以及標(biāo)準(zhǔn)的信息交流，然而目前我國現(xiàn)有的技術(shù)難以滿足這一要求，造成了時間、經(jīng)濟等方面的浪費及環(huán)境的破壞。BIM的出現(xiàn)迎合了上述需求，打破了建筑業(yè)傳統(tǒng)作業(yè)模式、管理模式及方法論，它引發(fā)了建筑業(yè)的變革，在推進(jìn)我國建筑業(yè)信息化發(fā)展、打造數(shù)字建筑中將起到不可磨滅的作用。

［1］何關(guān)培．BIM在建筑業(yè)的位置、評價體系及可能應(yīng)用［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(1):109-116．

［2］何關(guān)培等．BIM總論［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011．

［3］李剛超．風(fēng)物長宜放眼量——BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢展望［J］．中國建筑信息，2010，8．

［4］黃亞斌．企業(yè)級BIM應(yīng)用實踐實施步驟(一)［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(2):56-62．