淺析建筑與電子信息技術(shù)的現(xiàn)代融合與應(yīng)用

秦 冰

一、背景說明

電子信息技術(shù)與建筑業(yè)，過去在很多人眼里是風(fēng)馬牛不相及的兩個(gè)行業(yè)。但是隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，以及政府大力地推廣兩化融合，這兩個(gè)行業(yè)奇妙地結(jié)合在了一起。

在人類的歷史上，有很多匯聚著人類智慧的建筑，例如中國的長城、埃及的金字塔、古羅馬的競技場、意大利的比薩斜塔、德國的科隆大教堂、土耳其的伊斯坦布爾圣索非亞大教堂等等，隨著人類社會的發(fā)展、科學(xué)的進(jìn)步，建筑業(yè)從紙質(zhì)的設(shè)計(jì)圖逐漸發(fā)展為無紙化的電子設(shè)計(jì)圖；而且隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的盛行，BIM技術(shù)也逐漸走上建筑業(yè)的舞臺。BIM，就是一種基于三維模型的智能化流程，BIM是Building Information Modeling建筑信息模型，其一詞由耶魯大學(xué)建筑系教授、美國歐特克公司的Phil Bernstein先生提出，后由另一位學(xué)者Jerry Laiserin將其一詞推廣成為建筑項(xiàng)目以數(shù)字化方式展示其建造時(shí)期各階段的代名詞。目前已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到建筑行業(yè)的廣泛認(rèn)可。人們開始運(yùn)用這種技術(shù)進(jìn)行建筑的全生命周期的演示，用三維的立體模型展示，形象更加真實(shí)、立體，可以模擬在真實(shí)世界中不能進(jìn)行操作的項(xiàng)目。將所有的資料信息化，可視化為項(xiàng)目的前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)，模擬提供有效的決策依據(jù)，為項(xiàng)目的良性發(fā)展保駕護(hù)航。

二、BIM的特性

BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)為這個(gè)模型建立完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息。借助這個(gè)包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的平臺。與傳統(tǒng)碎片化的設(shè)計(jì)不同，BIM把所有建筑設(shè)計(jì)者、工程師、營造廠商、業(yè)主及所有參與本工程項(xiàng)目的所有人員的信息統(tǒng)一匯總，并進(jìn)行整合，從而在最快的時(shí)間內(nèi)給出最優(yōu)方案。BIM也可以把設(shè)計(jì)方案具體化、可視化，更加直觀地體現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的有效性和合理性，有效地識別和避免施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)；也能夠具體地掌握施工的成本及造價(jià)，更好地進(jìn)行成本控制工作(圖1)。

圖1 BIM的特性

BIM是一個(gè)概念，將建筑物從設(shè)計(jì)至交付使用的全生命周期的信息整合在一個(gè)軟件平臺上。有別于傳統(tǒng)的2D平面繪圖的概念及工作流程，BIM改變了傳統(tǒng)建筑業(yè)的通常行為模式，增進(jìn)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同作業(yè)，更納入各領(lǐng)域的信息并進(jìn)行整合。在很多歐美及發(fā)達(dá)國家，BIM的發(fā)展日益迅猛。住宅建筑缺口大，土地資源日益緊缺，建筑業(yè)的專業(yè)人員流失嚴(yán)重，勞動(dòng)力緊缺已成為全球態(tài)勢，從而造成建筑業(yè)成本日漸提高。在人力資源不夠的情況下，依靠工具和機(jī)器就成為唯一的一種出路。

三、BIM在建筑業(yè)的優(yōu)勢

建筑的整個(gè)生命周期分為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、交付五個(gè)方面。一棟建筑物的建成除了以上五個(gè)方面，還有消防、安全、水電、布線等等，因此，需要籌劃和布局的事項(xiàng)非常多；而且工程人員數(shù)量非常龐大，還要考慮人與人之間傳遞消息以及交接的問題。況且在傳統(tǒng)的建筑行業(yè)，所有的設(shè)計(jì)都是以圖紙形式進(jìn)行傳達(dá)，每個(gè)施工人員接觸的環(huán)節(jié)、知識層面的深淺，都對圖紙的識別和理解有一定程度的差異；并且因?yàn)槠矫鎴D的數(shù)據(jù)和信息，造成很多施工人員都是依靠經(jīng)驗(yàn)來施工。不是專業(yè)的人員非常難理解設(shè)計(jì)師的用意和真實(shí)想法。不同的人、不同的團(tuán)隊(duì)具有不同的理解方式。經(jīng)常不同的建筑部分是由不同的團(tuán)隊(duì)來完成，互相之間缺乏溝通和信息的互通，這中間存在很大的隱患，經(jīng)常會造成返工和額外的工作量。

在這樣的前提下，使用BIM軟件進(jìn)行協(xié)調(diào)服務(wù)以及各個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)先排序，可以在很大程度上減少因?yàn)槿藶樵蛟斐傻腻e(cuò)漏和疏忽，實(shí)現(xiàn)有效的信息互通。項(xiàng)目可視化的三維模型，可以很輕松的計(jì)算材料的數(shù)量和安排工程的進(jìn)度，不同于以往用人力來估算材料數(shù)量。不僅工作進(jìn)度可以準(zhǔn)確安排，某一方修改項(xiàng)目模型或是變更其他相關(guān)的圖面也可以實(shí)時(shí)的自動(dòng)更新，進(jìn)而達(dá)到減少工程成本提升工程質(zhì)量的目的。BIM技術(shù)的本質(zhì)就是對于數(shù)據(jù)的深層挖掘和使用，可以更好得整合資源。在建筑的施工管理中，為了嚴(yán)格管控各個(gè)環(huán)節(jié)，將工期和進(jìn)度加入到3D建模中準(zhǔn)確的分析和量化，從而可以更加有效地進(jìn)行施工管理工作和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測；同時(shí)可以對于分管、分包的各個(gè)環(huán)節(jié)的施工人員進(jìn)行管理和調(diào)配，制定更加科學(xué)的計(jì)劃，有效地調(diào)節(jié)內(nèi)部以及外部的矛盾和沖突，使整個(gè)施工過程更加得科學(xué)有效。另外，BIM技術(shù)還能發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，通過可視化技術(shù)可以避免施工中可能存在的危險(xiǎn)，更好的保護(hù)工人的安全，保障生產(chǎn)安全。由于BIM技術(shù)可以最大限度地提高建筑質(zhì)量，縮短工期，從而減低生產(chǎn)成本，這種新技術(shù)開始逐漸在各行業(yè)內(nèi)普及。

四、BIM在建筑方面的應(yīng)用

巴黎圣母院和埃菲爾鐵塔是很多人心目中最能代表巴黎的標(biāo)志性建筑。巴黎圣母院這座塞納河畔的輝煌建筑，建于1160年，花了整整一百年時(shí)間，才在1260年完工，距今七百多年。法國電視主持人在新聞報(bào)道中惋惜地說，預(yù)計(jì)巴黎圣母院重修至少需要8～10年時(shí)間，在此期間不會對外開放。也就是說今后的十年，再去巴黎將無緣瞻仰這座人類歷史的瑰寶。幸運(yùn)的是2015年，藝術(shù)史學(xué)家Andrew Tallon曾利用激光掃描儀對整個(gè)巴黎圣母院進(jìn)行了掃描。這一次精準(zhǔn)的激光掃描耗時(shí)數(shù)年，掃描點(diǎn)囊括了大教堂內(nèi)外的50多個(gè)地點(diǎn)，對圣母院內(nèi)的每一個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行了多次掃描、數(shù)據(jù)反傳，最終收集了超過10億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。盡管現(xiàn)實(shí)中的巴黎圣母院部分被燒毀，但是在數(shù)字模擬下，人們依舊可以一窺圣母院的原貌。在不久的將來，運(yùn)用BIM技術(shù)去修復(fù)巴黎圣母院將不會是難事。也許將來利用BIM技術(shù)，我們可以修復(fù)更多早已消亡在歷史長河中的人類瑰寶。

在現(xiàn)代的建筑業(yè)中，我國政府已經(jīng)開始著手大力推廣BIM技術(shù)，同時(shí)出臺了很多政策和利好消息來支撐這一產(chǎn)業(yè)。

在上海，屹立于東方威尼斯的128層的摩天大樓——上海中心大廈，造價(jià)24億美元，以632米119層的高度傲然屹立在陸家嘴金融中心，是中國目前的第一高樓,是美國建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所Gensler以BIM技術(shù)設(shè)計(jì)建造的。整個(gè)工程的核心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)只有三個(gè)人，耗費(fèi)了五年三個(gè)月的時(shí)間完成，比傳統(tǒng)建筑的工期縮短了30%。在北京，北京鳳凰傳媒中心位于北京朝陽公園西南角，占地面積1.8公頃，總建筑面積6.5萬平方米，建筑高度55米。該建筑同樣也是利用BIM技術(shù)對外殼和實(shí)體功能空間進(jìn)行量體裁衣，精確地吻合彼此的空間關(guān)系。該設(shè)計(jì)方案多次在國內(nèi)外獲得建筑大獎(jiǎng)。上海迪士尼樂園是中國內(nèi)地首座迪士尼主題樂園。在建設(shè)中，過半的建筑都采用了BIM技術(shù)，這大大提高了建造速度，完美地呈現(xiàn)了實(shí)景的夢幻樂園。深圳當(dāng)代藝術(shù)館及規(guī)劃展覽館（MOCAPE），這個(gè)深圳新地標(biāo)利用BIM技術(shù)完成了建筑建造，是深圳市“十二五”（2011～2015）規(guī)劃的60個(gè)標(biāo)志性重大建設(shè)項(xiàng)目之一?；㈤T二橋工程是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中連接廣州市和東莞市的重要東西向通道，利用BIM技術(shù)把現(xiàn)實(shí)的虎門二橋用數(shù)字化形式展現(xiàn)出來。在虛擬數(shù)字建造和模擬使用過程中發(fā)現(xiàn)并解決實(shí)際建造過程可能遇到的問題和錯(cuò)誤，按照數(shù)字化建造過程進(jìn)行仿真施工。利用BIM模型，不但可以高效直觀地理解、溝通及管理項(xiàng)目所有信息，而且基于BIM模型中的強(qiáng)大的相互關(guān)聯(lián)的信息，可以衍生出諸多有效的數(shù)據(jù)分析方法，增加了項(xiàng)目的可控性、減少錯(cuò)誤、縮短工期、控制造價(jià)、提高質(zhì)量。

五、基于BIM技術(shù)的成功應(yīng)用，對未來的啟示與愿景

隨著綠色城市、智慧城市、智慧小區(qū)、智慧生活的概念的推廣,BIM技術(shù)在建筑業(yè)中得到了空前的推崇和盛行。BIM技術(shù)目前顯現(xiàn)出的價(jià)值還只是冰山一角，在未來，這一點(diǎn)還將向更深層次探索和發(fā)展。相信BIM技術(shù)將在未來的建筑業(yè)中成為最佳的輔助工具。但是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不足、技術(shù)骨干人才的短缺、施工方推廣力度不夠都是目前存在的問題。加大軟件投入和人才培養(yǎng)，完善薪酬機(jī)制和內(nèi)部激勵(lì)政策，留住技術(shù)骨干人才，堅(jiān)持端正態(tài)度，實(shí)事求是，讓BIM技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐中推廣。

我們也要用冷靜的態(tài)度來看待B I M技術(shù)。BIM技術(shù)既不是萬能的，也不是一無是處的。我們的態(tài)度決定其高度和深度，推廣上，要堅(jiān)持實(shí)事求是，不夸大優(yōu)點(diǎn)，不掩蓋不足。只有這樣才能真實(shí)地反映出BIM應(yīng)用中的真實(shí)信息，為后續(xù)工程BIM技術(shù)的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)支持。