BIM技術(shù)在工業(yè)化項目中的探索與應(yīng)用

駱念親 Luo Nianqin 惲燕春 Yun Yanchun

BIM技術(shù)在工業(yè)化項目中的探索與應(yīng)用

駱念親 Luo Nianqin 惲燕春 Yun Yanchun

0 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心建筑技術(shù)處處長葉明指出：“目前我國推行的建筑工業(yè)化有別于上世紀(jì)50年代的建筑工業(yè)化，最大的區(qū)別在于‘新型’二字。新型建筑工業(yè)化是指采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為主要特征的生產(chǎn)方式，‘新型’著重強調(diào)信息化與建筑工業(yè)化的深度融合?！彼硎?，以信息化帶動的工業(yè)化在技術(shù)上是一種革命性的跨越式發(fā)展，從建設(shè)行業(yè)的未來發(fā)展看，信息技術(shù)將成為建筑工業(yè)化的重要工具和手段[1]。

在信息化和建筑工業(yè)化發(fā)展的互相推進中，信息化的發(fā)展現(xiàn)階段主要表現(xiàn)在建筑信息模型( BIM)技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用。BIM技術(shù)作為信息化技術(shù)的一種，已隨著建筑工業(yè)化的推進逐漸在我國建筑業(yè)應(yīng)用推廣。建筑信息化發(fā)展階段依次是“手工、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化”，而BIM技術(shù)正在開啟我國建筑施工從自動化到信息化的轉(zhuǎn)變。

1 基于BIM平臺的數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)交換技術(shù)研究

目前，建設(shè)工程參與方多以實體維BIM應(yīng)用為主，將建設(shè)工程進行靜態(tài)分析，真正管理的是其屬性，如建筑實體的幾何尺寸、質(zhì)量、工程進度和造價等。但不同參與方在各階段所產(chǎn)生的信息彼此孤立，無法使信息進行關(guān)聯(lián)，進而無法體現(xiàn)信息的延續(xù)性和復(fù)用性，因而在信息傳遞的過程中，頻繁造成數(shù)據(jù)的缺失或不一致，影響建設(shè)工程整體利益。因此，除了建立集成項目實體信息的各階段BIM模型之外，還需建立一個支持協(xié)作性的創(chuàng)作、共享、管理和使用項目信息的綜合管理平臺系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)交換。在現(xiàn)階段IT技術(shù)中，對實現(xiàn)該體系能起到支撐作用的核心技術(shù)手段是將項目信息門戶、建筑信息模型技術(shù)對信息進行融合，形成系統(tǒng)性集成的解決方案。信息管理系統(tǒng)中兩種信息技術(shù)各自發(fā)揮不同的作用。

（1）項目信息門戶（PIP）主要是各參與方信息獲取、信息操作、信息溝通的入口。在門戶平臺上除了信息發(fā)布和事務(wù)處理，主要是工程造價、質(zhì)量、進度、安全、環(huán)保等要素信息，這些信息內(nèi)容來源于建筑信息模型和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息反饋（圖1）。

（2）建筑信息模型(BIM)主要是工程信息編碼和存儲手段，是綜合信息管理系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫。其信息內(nèi)容能夠通過PIP平臺進行共享和發(fā)布，并同時接收各參與方的信息指令。通過將BIM模型與物聯(lián)網(wǎng)的物品標(biāo)示和感應(yīng)相關(guān)聯(lián)，建立與實際建筑的對應(yīng)關(guān)系來指導(dǎo)工程建設(shè)，并從中取得實際數(shù)據(jù)[2]。

圖1 項目信息門戶主要參與方信息獲取方式

圖2 PC預(yù)制裝配式項目設(shè)計流程

2 基于BIM技術(shù)的裝配式住宅施工前預(yù)拼裝技術(shù)研究

區(qū)別于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆住宅，裝配式住宅的項目流程是從立項、策劃、方案設(shè)計、擴初設(shè)計、施工圖設(shè)計、構(gòu)件深化設(shè)計，再到PC構(gòu)件生產(chǎn)加工，最后施工現(xiàn)場安裝完成（圖2）。

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆項目不同，裝配式建筑在施工前期要做大量的前期工作?，F(xiàn)澆項目可以一邊施工一邊調(diào)整，而裝配式項目預(yù)制件是在工廠提前生產(chǎn)好必須確保預(yù)留預(yù)埋、尺寸正確，否則預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場切割或者重新生產(chǎn)對項目工期和成本都是重大損失。BIM技術(shù)的存在使得項目施工安裝前可對復(fù)雜構(gòu)件和復(fù)雜節(jié)點如大難度吊裝、隱蔽工程等進行圖形影像化的模擬（圖3、4），供設(shè)計交底和施工指導(dǎo)使用，以達到增加復(fù)雜建筑系統(tǒng)可施工性，提高施工生產(chǎn)效率，以及增加復(fù)雜建筑系統(tǒng)安全性的目的[3]。

3 BIM技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計中的應(yīng)用

設(shè)計階段是裝配式住宅設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)。由于預(yù)制件是在工廠生產(chǎn)然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計和生產(chǎn)的精度決定了現(xiàn)場安裝精度及房屋質(zhì)量，所以進行預(yù)制構(gòu)件深化工作是為了保證構(gòu)件質(zhì)量。

BIM軟件可以將設(shè)計、評估、生產(chǎn)及流程視圖信息化，將相關(guān)數(shù)據(jù)一對一自動化分析并運用到生產(chǎn)、物流和結(jié)算上，而工業(yè)化住宅在構(gòu)件設(shè)計前就需要充分考慮水電管線、鋼筋碰撞、預(yù)留、預(yù)埋等信息，因此，前期利用BIM技術(shù)對裝配式住宅進行深化設(shè)計可以很好地解決上述信息。

3.1 預(yù)制件深化設(shè)計

通過三維BIM軟件建立信息化模型，其中涵蓋了預(yù)制件的尺寸、重量、預(yù)埋件種類和數(shù)量、鋼筋型號及重量信息，且所有相關(guān)信息可隨著實際的改變而實時改變，再通過三維BIM軟件生成準(zhǔn)確的物料清單、2D/3D圖紙及其他數(shù)據(jù)，能有效幫助預(yù)制件在生產(chǎn)的技術(shù)交底、物料采購準(zhǔn)備、生產(chǎn)計劃的安排、堆放場地的管理與成品物流的計劃（圖5）。

3.2 場地優(yōu)化

運用BIM技術(shù)對項目進行方案設(shè)計，包括項目總體分析、性能分析、方案優(yōu)化。在施工過程的多個階段使用BIM圖形化表現(xiàn)永久或臨時現(xiàn)場設(shè)施，將模型與施工活動進度表相關(guān)聯(lián)以表達空間和排序的要求，并入模型的附加信息包括勞動資源，關(guān)聯(lián)的配送材料，設(shè)備位置。由于3D模型構(gòu)件能夠直接連接到進度計劃表，其場地管理功能（可視化的規(guī)劃、短期再規(guī)劃和資源分析）能夠根據(jù)不同的空間和臨時數(shù)據(jù)進行分析（圖6）。

圖3 預(yù)制件吊裝模擬圖

圖4 支撐和鋼筋綁扎模擬圖

圖5 預(yù)制件深化設(shè)計圖

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

BIM模型中包含著建設(shè)項目全生命周期的所有信息，模型數(shù)據(jù)量龐大，系統(tǒng)處理負(fù)擔(dān)沉重；而BIM模型數(shù)據(jù)格式不同于傳統(tǒng)CAD及文本文件，跨平臺間資料交換標(biāo)準(zhǔn)尚未全統(tǒng)一，所以存在著數(shù)據(jù)分類命名及檔案管理的問題。

傳統(tǒng)的工程編碼體系主要有兩大類：一類是MasterFormat體系，它是依據(jù)項目執(zhí)行結(jié)果而不是設(shè)備產(chǎn)品分類，無法處理項目早期對象編碼問題，這種分類方法更適合項目WBS分解，而不適合用于BIM編碼；還有一類是Uniformat體系，這種分類體系是依據(jù)項目要素分類，可解決項目早期的BIM編碼[4]。

圖6 場地布置圖

4 現(xiàn)階段存在問題

4.1 數(shù)據(jù)接口問題

BIM從本質(zhì)上而言只是改變了傳統(tǒng)的信息交換與協(xié)同工作方式。它從傳統(tǒng)的各個軟件之間直接信息交換方式改變?yōu)橥ㄟ^共同支持的中間文件進行信息交換，從傳統(tǒng)的紙質(zhì)協(xié)同方式改為集成的電子協(xié)同方式，其效果是從一對多的直接信息交換方式改變?yōu)橐粚σ唬˙IM）的信息交換方式。由于BIM是一個設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表達和有關(guān)信息的知識資源共享，因此，協(xié)調(diào)性、一致性及完整性是BIM數(shù)據(jù)庫存儲的基本要求。現(xiàn)如今做BIM的設(shè)計單位、施工單位、業(yè)主單位、軟件商都有各自的BIM套路，在工作對接和配合上缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，大大阻礙了行業(yè)發(fā)展。

4.2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)政策完善

機制不全，標(biāo)準(zhǔn)遲遲未定。雖說BIM進入我國的時間不算短，但是政府的激勵政策少之又少，而整體行業(yè)協(xié)會對于BIM的推動也缺乏動力，相應(yīng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則、方針一直是按兵不動。再加上業(yè)主或甲方對于BIM的應(yīng)用未置可否，所以從設(shè)計到施工也很難產(chǎn)生積極的效果，更加阻礙了BIM的發(fā)展與推廣。

4.3 應(yīng)用模式問題

關(guān)于應(yīng)用模式中的技術(shù)模式問題，現(xiàn)實中容易走向兩個極端。一個只是小打小鬧地在建筑工程的局部環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM技術(shù)，例如只將其應(yīng)用于進行碰撞檢測，這樣做不利于充分地利用BIM技術(shù)帶來的可以共享三維模型數(shù)據(jù)的好處。另一個是動輒求大求全，恨不得用一個軟件或少數(shù)幾個軟件解決建筑工程施工階段甚至全生命期的所有問題。

4.4 專業(yè)人才缺失

簡單地說，BIM就是用三維數(shù)字化技術(shù)，對建筑設(shè)計、建造及運維過程中的方案進行可視化展示、分析和優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的一些遺漏和錯誤，并及時解決。特別在施工階段，可以直觀反映施工過程和施工質(zhì)量。如果應(yīng)用合理，不僅能降低成本，還可以縮短工期。這些都是傳統(tǒng)CAD技術(shù)所不能解決的。由于我國各大高校還沒有BIM的相關(guān)課程，熟悉BIM技術(shù)的教師更是缺乏，各建筑設(shè)計院和施工單位也很少應(yīng)用該技術(shù)，所以目前我國在該技術(shù)的開發(fā)、項目實踐上大大缺乏人才。

5 發(fā)展趨勢

BIM技術(shù)在我國建筑施工行業(yè)已逐漸步入注重應(yīng)用價值的深度應(yīng)用階段，并呈現(xiàn)出BIM技術(shù)與項目管理、云計算、大數(shù)據(jù)等先進信息技術(shù)集成應(yīng)用的“BIM+”特點，正在向多階段、集成化、多角度、協(xié)同化、普及化應(yīng)用等方向發(fā)展。

5.1 多角度應(yīng)用，從單純技術(shù)應(yīng)用向與項目管理集成應(yīng)用轉(zhuǎn)化

BIM技術(shù)可有效解決項目管理中生產(chǎn)協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同的難題，目前正深入應(yīng)用于項目管理的各個方面，包括成本管理、進度管理、質(zhì)量管理等方面，與項目管理集成將成BIM應(yīng)用的一個趨勢。

BIM技術(shù)可為項目管理過程提供有效集成的手段及更為及時準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可提高管理單元之間的數(shù)據(jù)協(xié)同和共享效率；可為項目管理提供一致的模型，模型集成了不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，采用可視化方式動態(tài)獲取各方所需的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地在參建各方之間得到共享和協(xié)同應(yīng)用。

此外，BIM技術(shù)與項目管理集成需要信息化平臺系統(tǒng)的支持。需要建立統(tǒng)一的項目管理集成信息平臺，與BIM平臺通過標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳遞，及時獲取BIM技術(shù)提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，支持各參建方之間的信息傳遞與數(shù)據(jù)共享，支持對海量數(shù)據(jù)的獲取、歸納與分析，協(xié)助項目管理決策，支持各參建方溝通、決策、審批、項目跟蹤、通信等[5]。

5.2 傳統(tǒng)工程項目向BIM+的應(yīng)用轉(zhuǎn)變

物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等新的客戶端技術(shù)迅速發(fā)展普及，依托于云計算、大數(shù)據(jù)等服務(wù)端技術(shù)實現(xiàn)了真正的協(xié)同，滿足了工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息的實時采集、高效分析、及時發(fā)布和隨時獲取，形成了“云+端”的應(yīng)用模式。

這種基于網(wǎng)絡(luò)的多方協(xié)同應(yīng)用方式可與BIM技術(shù)集成應(yīng)用，形成優(yōu)勢互補。一方面，BIM技術(shù)提供了協(xié)同的介質(zhì)，基于統(tǒng)一的模型工作，降低了各方溝通協(xié)同的成本；另一方面，“云+端”的應(yīng)用模式可更好地支持基于BIM模型的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集、模型高效存儲分析、信息及時獲取溝通傳遞等，為工程現(xiàn)場基于BIM技術(shù)的協(xié)同提供新的技術(shù)手段。

因此，從單機應(yīng)用向“云+端”的協(xié)同應(yīng)用轉(zhuǎn)變將是BIM應(yīng)用的一個趨勢。云計算可為BIM技術(shù)應(yīng)用提供高效率、低成本的信息化基礎(chǔ)架構(gòu)，二者的集成應(yīng)用可支持施工現(xiàn)場不同參與者之間的協(xié)同和共享，對施工現(xiàn)場管理過程實施監(jiān)控，將為施工現(xiàn)場管理和協(xié)同帶來革命。

5.3 普及化應(yīng)用，從標(biāo)志性項目應(yīng)用向一般項目應(yīng)用延伸

隨著企業(yè)對BIM技術(shù)認(rèn)識的不斷深入，很多BIM技術(shù)的相關(guān)軟件逐漸成熟，應(yīng)用范圍不斷擴大，從最初應(yīng)用于一些大規(guī)模、標(biāo)志性的項目，發(fā)展到近兩年已開始應(yīng)用到一些中小型項目，基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域也開始積極推廣BIM應(yīng)用。

一方面，各級地方政府積極推廣BIM技術(shù)應(yīng)用，要求政府投資項目必須使用BIM技術(shù)，這無疑促進了BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用推廣；另一方面，基礎(chǔ)設(shè)施項目往往工程量龐大、施工內(nèi)容多、施工技術(shù)難度大、施工場地周圍環(huán)境復(fù)雜、施工安全風(fēng)險較高，傳統(tǒng)的管理方法已不能滿足實際施工需要，BIM技術(shù)可通過施工模擬、管線綜合等技術(shù)解決這些問題，使施工準(zhǔn)確率和效率大大提高。例如，城市地下空間開發(fā)工程項目，應(yīng)用BIM技術(shù)在施工前可以充分模擬，論證項目與周圍的城市整體規(guī)劃的協(xié)調(diào)程度，以及施工過程對周圍環(huán)境的影響，從而制訂更好的施工方案。

6 結(jié)語

工程項目是建筑業(yè)的核心業(yè)務(wù)，工程項目信息化主要依靠工具類軟件（如造價和計量軟件等）和管理類軟件（如造價管理系統(tǒng)、招投標(biāo)知識管理、施工項目管理解決方案等），BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目的信息化建設(shè)，通過可視化的技術(shù)促進規(guī)劃方、設(shè)計方、施工方和運維方協(xié)同工作，并對項目進行全生命周期管理，特別是從設(shè)計方案、施工進度、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等方面，增強項目的可預(yù)知性和可控性。

[1]住建部.“BIM＋”向五大方向發(fā)展[N].中國建設(shè)報,2015.

[2]王要武主編.工程項目信息化管理——Autodesk Buzzsaw[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2005.

[3]王眾,樊驊.淺談建設(shè)工程信息管理[J].建筑管理現(xiàn)代化,2014.

[4]丁士昭主編.建設(shè)工程信息化導(dǎo)論[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2005.

[5]林良帆.BIM數(shù)據(jù)儲存與集成管理研究[D].上海:上海交通大學(xué),2013.

On the Exploration and Application of BIM Technology in Industrialization Projects

文章介紹BIM技術(shù)在裝配式住宅設(shè)計中的研究應(yīng)用，指出現(xiàn)階段存在的問題，展望其發(fā)展趨勢。實踐證明，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目的信息化建設(shè)，通過可視化的技術(shù)促進規(guī)劃方、設(shè)計方、施工方和運維方協(xié)同工作，并對項目進行全生命周期管理，特別是從設(shè)計方案、施工進度、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保等方面，增強項目的可預(yù)知性和可控性。

數(shù)據(jù)集成；建筑信息模型；BIM；工業(yè)化住宅；PC；BIM服務(wù)器

The paper introduces the application of BIM technology on the assembled housing design, pointing out the problems existed in the current period and conceiving its development trend. Practice shows that BIM technology can realize the informatization of projects’ construction so as to promote coordination among the planner, the designer, the constructor and the operator through the visualization technology and manage the life cycle of the project, which can enhance its predictability and controllability, especially from such aspects as design planning, construction schedule, cost, quality, safety and environmental protection.

data integration, building information models, BIM, industrialized housing, PC, BIM server

2016-04-28）

駱念親，寶業(yè)集團上海公司BIM所所長；惲燕春，博士，寶業(yè)集團上海公司結(jié)構(gòu)所所長。