BIM數(shù)字技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用分析

聶 瑞

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710302)

BIM數(shù)字技術(shù)最早是在2002年由美國(guó)公司“Autodesk”所提出的，追本溯源，BIM數(shù)字技術(shù)是在匈牙利公司“Graphsoft”旗下的專業(yè)理論“VisualBuilding”(虛擬建筑)的基礎(chǔ)上而研發(fā)的，其主要的實(shí)現(xiàn)軟件載體是Revit軟件。我國(guó)大陸地區(qū)最早接觸到BIM數(shù)字技術(shù)的是建筑設(shè)計(jì)院，標(biāo)志著我國(guó)建筑行業(yè)的信息共享技術(shù)已經(jīng)由IFC技術(shù)階段正式進(jìn)入到BIM數(shù)字技術(shù)階段。

1 BIM數(shù)字技術(shù)的概念與在我國(guó)建筑行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 BIM數(shù)字技術(shù)的概念

在CAD技術(shù)風(fēng)靡建筑行業(yè)的同時(shí)，BIM數(shù)字技術(shù)(Buliding Information Modeling)也逐漸興起。BIM數(shù)字技術(shù)即“建筑信息模型技術(shù)”，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用[1]。BIM數(shù)字技術(shù)可以理解為建筑工程項(xiàng)目由規(guī)劃到設(shè)計(jì)再到施工，直到報(bào)廢拆除的全生命周期，對(duì)于工程數(shù)據(jù)管理與分析的技術(shù)載體與過程。BIM數(shù)字技術(shù)的技術(shù)核心在于三維模型方面，以計(jì)算機(jī)為載體，根據(jù)相應(yīng)的工程參數(shù)創(chuàng)建建筑工程的三維模型，搭配與之相對(duì)應(yīng)的建筑工程信息庫，與建筑工程相關(guān)的專業(yè)屬性和狀態(tài)信息全部包含在其中。BIM數(shù)字技術(shù)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)功能圖如圖1所示。

圖1 BIM數(shù)字技術(shù)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)功能圖

1.2 BIM數(shù)字技術(shù)在我國(guó)建筑行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然，我國(guó)建筑行業(yè)在BIM數(shù)字技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方面尚不及西方的發(fā)達(dá)國(guó)家，然而也正在逐漸普及并不斷提高應(yīng)用的水平，可為建筑工程的集成管理環(huán)境提高理想的支持作用，可增強(qiáng)建筑工程項(xiàng)目應(yīng)對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)與提高效率[2]。近年來，BIM數(shù)字技術(shù)的發(fā)展更為迅速，目前在我國(guó)部分的大型建筑項(xiàng)目中也得到了良好的應(yīng)用，如北京水立方、國(guó)家電力館和上海世博文化中心等均采用了BIM數(shù)字技術(shù)。無論是軟件開發(fā)層面，還是技術(shù)支持層面均有了長(zhǎng)足的進(jìn)步；但也存在著明顯的不足，如開發(fā)的經(jīng)費(fèi)不足，BIM數(shù)字技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)祿蠹不足等。BIM數(shù)字技術(shù)流程示意圖如圖2所示。

圖2 BIM數(shù)字技術(shù)流程示意圖

2 BIM數(shù)字技術(shù)在建筑過程全壽命周期的應(yīng)用分析

BIM數(shù)字技術(shù)在建筑過程全壽命周期的應(yīng)用具體可劃分為4個(gè)階段：規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營(yíng)階段。BIM數(shù)字技術(shù)在建筑過程全壽命周期的應(yīng)用示意圖如圖3所示。

圖3 BIM數(shù)字技術(shù)在建筑過程全壽命周期的應(yīng)用示意圖

2.1 BIM數(shù)字技術(shù)在規(guī)劃階段的應(yīng)用

建筑工程項(xiàng)目規(guī)劃的要點(diǎn)在于幫助業(yè)主更好地掌握市場(chǎng)與產(chǎn)品之間的關(guān)系，BIM數(shù)字技術(shù)可幫助建筑項(xiàng)目的各方作出最大的市場(chǎng)利益規(guī)劃，也可幫助相關(guān)人員從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)2個(gè)方面論證建筑項(xiàng)目的可行性，以確保論證結(jié)果的科學(xué)性，很大程度上摒棄了傳統(tǒng)人工論證耗時(shí)耗力的缺點(diǎn)，以業(yè)主的要求為標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建概要模型，分析并模擬整個(gè)建筑項(xiàng)目的方案，以期降低成本，縮短工期。

如“天津團(tuán)泊新城綜合體育館”建筑項(xiàng)目，該建筑項(xiàng)目的定位是天津市內(nèi)十一個(gè)衛(wèi)星城，打造重點(diǎn)服務(wù)區(qū)域，通過采用BIM數(shù)字技術(shù)分析了規(guī)劃方案的可行性，創(chuàng)建了集旅游基地和產(chǎn)業(yè)群等的數(shù)字模型，論證結(jié)果具有高度的可行性，經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均符合要求。“天津團(tuán)泊新城綜合體育館”內(nèi)部的游泳館所采用的是采光屋頂，與其他結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一的構(gòu)筑物，整體為巨型的環(huán)帶相繞而成，這正是基于BIM數(shù)字技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)的[3]。

2.2 BIM數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段是BIM數(shù)字技術(shù)在建筑行業(yè)當(dāng)中的核心應(yīng)用部分，而在BIM數(shù)字技術(shù)正式應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，其采用的主要方法是CAD技術(shù)，然而CAD技術(shù)存在明顯的局限性，如ZD圖錯(cuò)誤率高、難以溝通協(xié)作、數(shù)量繁多且冗雜等。較之CAD技術(shù)，BIM數(shù)字技術(shù)更為簡(jiǎn)便而精確。在建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)促進(jìn)了二維至三維的飛躍進(jìn)步。在BIM數(shù)字技術(shù)之下，設(shè)計(jì)人員不必再采用以往的二維圖樣表示三維形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了“可視化設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)人員的任何構(gòu)想均可在計(jì)算機(jī)上顯示出來，同時(shí)幫助業(yè)主打破“技術(shù)壁壘”，令其可在第一時(shí)間內(nèi)了解到自身的投資達(dá)到了怎樣的設(shè)計(jì)成果。

如“北京某地鐵站建設(shè)項(xiàng)目”，其組成部分為站廳與站臺(tái)，分4個(gè)進(jìn)出口，且相互貫通。鑒于該工程的合同工期比較緊，采用了平行發(fā)包的方式，參建單位非常多，包括土建施工和機(jī)電安裝等單位，再加上該工程的允許施工作業(yè)場(chǎng)地非常有限，進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)只有1條道路，即便如此，施工方案絕不允許無端變更。基于提高決策效率的目的，采用BIM數(shù)字技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，組建BIM工作組，擬定具體而詳細(xì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，較之傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，其工期需要減少約30 d，設(shè)計(jì)成本需要降低約45%。對(duì)于該項(xiàng)目而言，BIM數(shù)字技術(shù)的作用在于如下2點(diǎn)：1)以BIM數(shù)字技術(shù)為手段，以計(jì)算機(jī)為載體，創(chuàng)建地鐵站點(diǎn)工程專業(yè)三維模型，并進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，明確三維模型的合理性；2)針對(duì)地鐵站點(diǎn)工程進(jìn)行Four D模擬施工，以高度的虛擬仿真技術(shù)還原現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，以便制定更為合理的施工方案。該工程全面竣工之后，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，BIM數(shù)字技術(shù)較之傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，其工期共減少33.5 d，僅出現(xiàn)了1次設(shè)計(jì)方案的變更，應(yīng)用效果非常理想[4]。

2.3 BIM數(shù)字技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

BIM模型與建筑工程項(xiàng)目中的真實(shí)構(gòu)件可以一一對(duì)應(yīng)，建筑工程項(xiàng)目中所存在的紕漏均可通過BIM數(shù)字技術(shù)予以發(fā)現(xiàn)并及時(shí)糾正，確保施工正常進(jìn)行，避免造成工期的遷延，增加建筑工程項(xiàng)目的整體成本。鑒于以往常采用的CAD技術(shù)之下的ZD圖樣難以保證施工的質(zhì)量，容易造成工期的遷延。BIM數(shù)字技術(shù)通過Four D模擬施工對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)“精益化施工”[5]。以BIM數(shù)字技術(shù)為手段集成建模所需要的全部數(shù)據(jù)，每月甚至是每天的具體施工方案與目標(biāo)均可在計(jì)算機(jī)上清楚地顯示，以施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚c調(diào)整，優(yōu)化既定的施工方案。對(duì)于建筑工程項(xiàng)目的重點(diǎn)部分，可將施工方案進(jìn)行更為詳細(xì)的分解，對(duì)其可行性進(jìn)行模擬，大至施工設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)與材料的放置，小至管線的安裝等均可進(jìn)行BIM模擬施工。

如“上海世博會(huì)國(guó)家電網(wǎng)館”的施工方案，其建筑的規(guī)模非常大，被譽(yù)為“世博會(huì)之心”，肩負(fù)著在世博會(huì)期間為西園區(qū)輸電的重要任務(wù)，因此其施工質(zhì)量與工期都必須要得到最為有效的保證。“上海世博會(huì)國(guó)家電網(wǎng)館”的施工最為重要的是合理調(diào)配現(xiàn)場(chǎng)的施工資源，合理安排工期，其中的技術(shù)難點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)的施工部分，在立面表皮肌理高度結(jié)合以及斜交叉結(jié)構(gòu)體系的雙重要求之下，鋼結(jié)構(gòu)部位的施工難度大大增加。采用BIM數(shù)字技術(shù)，創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)的斜交叉結(jié)構(gòu)體系模型，同時(shí)進(jìn)行Four D模擬施工安裝，優(yōu)化原先所制定的施工技術(shù)方案，掌控整體的施工進(jìn)度，確保工期，顯示出了BIM數(shù)字技術(shù)在施工階段的應(yīng)用價(jià)值。

2.4 BIM數(shù)字技術(shù)在運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用

針對(duì)建筑工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)階段而言，BIM數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值集中體現(xiàn)在幫助業(yè)主掌握建筑物的使用情況方面，以便對(duì)建筑物進(jìn)行具有針對(duì)性的管理與維護(hù)。BIM數(shù)字技術(shù)的參數(shù)模型可為建筑工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)提供相應(yīng)的信息平臺(tái)，在BIM數(shù)字技術(shù)的參數(shù)模型之下，對(duì)建筑工程項(xiàng)目施工階段的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地更新與管理，繼而形成BIM竣工完結(jié)模型，可為建筑工程項(xiàng)目的設(shè)備管理提供可靠的技術(shù)依靠與參考。在建筑工程項(xiàng)目的全壽命周期之內(nèi)，BIM數(shù)字技術(shù)所創(chuàng)建的三維模型可體現(xiàn)出數(shù)據(jù)記錄的特殊優(yōu)勢(shì)，與運(yùn)營(yíng)維護(hù)系統(tǒng)高度結(jié)合，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)維護(hù)的方案，降低建筑物出現(xiàn)意外情況的風(fēng)險(xiǎn)性。

如“某大廈的改建工程”，該大廈始建于20世紀(jì)70年代，其主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屬于公共建筑的范疇。經(jīng)論證，施工方案決定采用鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行主體加固與維護(hù)，后經(jīng)過改造，建筑物的抗震等級(jí)與防火等級(jí)均有所提升。建筑平面的兩邊為北向與西向，主入口位于西側(cè)[6]。以Plug-in軟件為載體，采用BIM數(shù)字技術(shù)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，形成較為完整的BIM數(shù)字技術(shù)流程與信息標(biāo)準(zhǔn)，主要是基于設(shè)備查看和模型導(dǎo)入等加以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)管理的。隨后采用FM插件進(jìn)行BIM模型的二次編輯，把空間數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入運(yùn)營(yíng)維護(hù)的數(shù)據(jù)庫中，繼而實(shí)現(xiàn)BIM模型數(shù)據(jù)與運(yùn)營(yíng)維護(hù)圖形報(bào)表的雙向互動(dòng)。在BIM數(shù)字技術(shù)的支持下，以作業(yè)流程為標(biāo)準(zhǔn)，整棟大廈在進(jìn)行改造之后，其運(yùn)營(yíng)維護(hù)的過程更為高效與可靠，可有效避免建筑物在使用過程中出現(xiàn)意外情況的風(fēng)險(xiǎn)性，維護(hù)業(yè)主與開發(fā)商的雙向利益，體現(xiàn)BIM數(shù)字技術(shù)的優(yōu)越性。

3 結(jié)語

20世紀(jì)已是信息化時(shí)代，各行各業(yè)都已經(jīng)逐漸引進(jìn)了與本行業(yè)相關(guān)的數(shù)字技術(shù)。針對(duì)建筑行業(yè)，當(dāng)前業(yè)內(nèi)所應(yīng)用的熱門技術(shù)就是BIM數(shù)字技術(shù)，可輔助計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪圖與設(shè)計(jì)，提高建筑行業(yè)整體的科技含量，以保證建筑工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量與施工期限。

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