基于BIM技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期集成優(yōu)化研究

朱蒙恩，周慧芳，高將

（1.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007；2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 前言

21世紀(jì)是一個(gè)快速發(fā)展、與時(shí)俱進(jìn)的世紀(jì)，也是一個(gè)信息化、數(shù)字化的世紀(jì)，而建筑更是向著集成化、可視化和智能化方向發(fā)展。隨著高科技產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，集成化的建設(shè)項(xiàng)目管理，已經(jīng)逐漸成為當(dāng)今建設(shè)工程全壽命周期管理新的標(biāo)桿和方向，正經(jīng)歷著信息化革命。經(jīng)過近十幾年的迅速發(fā)展，BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling的簡(jiǎn)稱）技術(shù)越來越讓人們所接受和認(rèn)知，較多的設(shè)計(jì)院在使用BIM技術(shù)，建設(shè)單位、施工單位以及監(jiān)理單位也逐漸使用BIM技術(shù)，甚至是一些工程質(zhì)量監(jiān)督單位也開始著力使用和研究BIM技術(shù)。BIM并不僅僅代表著一個(gè)軟件，最重要的是含著一組完整的集成化信息，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段都起著重要的作用。BIM信息的本身具有可共享性、追溯性、透明性的特點(diǎn)，并且服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的全壽命周期[1]?；贐IM技術(shù)的建設(shè)工程，能在滿足功能和技術(shù)的要求上做到綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保[2]。歐美一些國(guó)家對(duì)于BIM的應(yīng)用研究比較成熟，并且已經(jīng)成功的應(yīng)用在一些重要建筑，而中國(guó)對(duì)BIM的研究起步較晚，在發(fā)展推進(jìn)和使用中也面臨著諸多問題。

1 BIM概況

1.1 BIM簡(jiǎn)介

BIM（ 建筑信息模型，Building Information Modeling） 最早起源于美國(guó)，是以建筑物為研究對(duì)象，它是一種以CAD為平臺(tái)的二次開發(fā)。在建筑工程領(lǐng)域，建筑工程設(shè)計(jì)的第一次變革是以計(jì)算機(jī)輔助的CAD技術(shù)，而BIM的出現(xiàn)，將在AEC（Architecture Engineeringand Construction）領(lǐng)域成為建筑工程新生代的主力軍。從某種意義上說，BIM技術(shù)是對(duì)建筑物實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)，利用3D技術(shù)，借助數(shù)字信息模擬建筑物，集成建筑工程項(xiàng)目所具有的真實(shí)信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，提高工程項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的效率。簡(jiǎn)而言之，BIM就是工程項(xiàng)目中BLM（建筑生命周期管理，Building Lifecycle Management）使用的一種信息化管理技術(shù)，BIM技術(shù)已成為當(dāng)前建筑領(lǐng)域研究和應(yīng)用的新熱點(diǎn)。

1.2 BIM技術(shù)的優(yōu)越性

目前，CAD用于工程設(shè)計(jì)已經(jīng)突現(xiàn)出了不少的弊端，特別是對(duì)那些建筑結(jié)構(gòu)和綜合管線復(fù)雜時(shí)，僅以CAD的二維設(shè)計(jì)不能直觀的看出局部的管線是否會(huì)發(fā)生交叉或碰撞，BIM技術(shù)研究的目的就是在整體建筑未建成前，從根本上解決項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)管理各階段中數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生的信息孤島和系統(tǒng)之間產(chǎn)生的信息斷層。在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工之前，各參與主體可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，通過三維立體視圖增強(qiáng)可視化性，確保對(duì)后續(xù)二次深化設(shè)計(jì)和施工增強(qiáng)針對(duì)性和可操作性。

BIM作為信息化、數(shù)字化集成發(fā)展的結(jié)果，除了所具有智能化和可視化的特性，它還具有模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性和可出圖性等一系列的信息整合能力。BIM技術(shù)集成化的信息和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換方式存在著本質(zhì)的區(qū)別，有了BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)，項(xiàng)目各參與方就可以在BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取自己需要的信息，不但優(yōu)化了數(shù)據(jù)的傳遞途徑和資源共享，也提高了數(shù)據(jù)信息的傳遞和處理效率。

1.3 BIM在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀及實(shí)例

2002年，歐特克公司首次將BIM引入中國(guó)，隨著超高層建筑的發(fā)展和日益興起，加之技術(shù)難度、功能和建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性進(jìn)一步提高，又要滿足業(yè)主的要求。因此，建筑業(yè)的發(fā)展促使著BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用。目前，中國(guó)的一些軟件公司、設(shè)計(jì)院設(shè)立有BIM的專門研究機(jī)構(gòu)，高等學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)等也都已經(jīng)開始相繼的設(shè)立BIM研究機(jī)構(gòu)，甚至一些地產(chǎn)公司、施工企業(yè)也開始使用BIM技術(shù)，并著重進(jìn)行BIM方向的設(shè)計(jì)軟件開發(fā)、優(yōu)化、項(xiàng)目管理生命周期集成、運(yùn)營(yíng)維護(hù)以及在各階段帶來的成本優(yōu)化等方面，進(jìn)行深入的分析和研究，對(duì)國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的積極意義和指導(dǎo)作用。

在中國(guó)成功的將BIM技術(shù)運(yùn)用工程實(shí)例很多，特別是上海中心大廈（總高度632m）是全生命周期應(yīng)用BIM的典型案例，從規(guī)劃到設(shè)計(jì)、施工以及投入使用后的運(yùn)營(yíng)都進(jìn)行全方位的運(yùn)用BIM技術(shù)。其它運(yùn)用BIM技術(shù)的工程實(shí)例還有：由CCDI設(shè)計(jì)完成的北京奧運(yùn)會(huì)水立方（大型場(chǎng)館、結(jié)構(gòu)復(fù)雜）和天津港國(guó)際郵輪碼頭（異形、造型復(fù)雜、涉及專業(yè)多）、上海世博會(huì)德國(guó)館（建筑造型和空間關(guān)系復(fù)雜）和奧地利館（曲面形式多樣、空間關(guān)系復(fù)雜、專業(yè)協(xié)調(diào)量大）、萬科金色里程、平安國(guó)際金融中心以及廣州國(guó)際金融中心（簡(jiǎn)稱廣州西塔）等。

這些工程實(shí)例的成功運(yùn)用，為以后BIM拓展更廣闊的應(yīng)用空間奠定了基礎(chǔ)，隨著企業(yè)間的互相合作和科研成果的成功運(yùn)用，共同探討B(tài)IM在運(yùn)用過程中遇到的問題和困難，推動(dòng)BIM技術(shù)在中國(guó)建筑領(lǐng)域的發(fā)展空間。

2 基于BIM技術(shù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)優(yōu)化

以往的設(shè)計(jì)多是以二維AutoCAD形式來表達(dá)的，不能立體、直觀、形象、全方位的給人以設(shè)計(jì)意圖和建筑全貌，更不能詳細(xì)的展示整體設(shè)計(jì)效果，特別是一些復(fù)雜部位不能完全的讓其他參與人更好的讀懂局部細(xì)節(jié)。通過AutoCAD繪制的圖紙，特別是那些綜合管線多的建筑，如果各專業(yè)不能很好的配合和銜接，就會(huì)造成后續(xù)專業(yè)在設(shè)計(jì)中因所提要求的不同而遇到棘手的問題，若各專業(yè)未對(duì)設(shè)計(jì)管線良好的優(yōu)化，就會(huì)造成設(shè)計(jì)效率的降低，還要讓設(shè)計(jì)人員重新改圖。而將BIM技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)階段后，整個(gè)建筑信息都集成在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，不同參與人及不同的專業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行管線的修改時(shí)，可以提取所需要的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行可視化模擬，不但設(shè)計(jì)效率提高，而且設(shè)計(jì)改圖重復(fù)率也大為降低，也降低了設(shè)計(jì)成本和人員的投入，通過BIM的協(xié)同合作，可以避免管線產(chǎn)生沖突碰撞問題。據(jù)斯坦福大學(xué)的調(diào)研表明，BIM可以減少設(shè)計(jì)變更40%，提高現(xiàn)場(chǎng)施工勞動(dòng)率 20%～30%[3]。

基于BIM的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)設(shè)計(jì)單位既是一個(gè)機(jī)遇更是一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是一個(gè)大型建筑項(xiàng)目，設(shè)計(jì)單位為了更好的表達(dá)和展示自己的設(shè)計(jì)思路、亮點(diǎn)，同時(shí)也為了增加在投標(biāo)時(shí)能在其它單位中脫穎而出，增加中標(biāo)幾率，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，向甲方和評(píng)標(biāo)專家展示自己的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)成型后的總體效果圖，并可以動(dòng)畫演示。

3 基于BIM技術(shù)的施工優(yōu)化

將BIM技術(shù)應(yīng)用到施工階段，最大的優(yōu)勢(shì)是提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和施工作業(yè)水平，利用BIM技術(shù)從準(zhǔn)備施工組織設(shè)計(jì)開始，到最后的單體調(diào)試，均可進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。通過運(yùn)用BIM技術(shù)，可以在建模過程中對(duì)結(jié)構(gòu)、水暖電管網(wǎng)及設(shè)備等專業(yè)進(jìn)行局部的調(diào)整、優(yōu)化并完善（一般常利用Revit Architecture/Structure/MEP建模和深化設(shè)計(jì)，用Naviswork進(jìn)行碰撞檢測(cè)）[4]。

通過預(yù)先的施工模擬，可以提前發(fā)現(xiàn)在施工過程中局部可能會(huì)造成的沖突，并對(duì)施工組織設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)度、資源、工序等方面可以提高施工管理的效率，保證了項(xiàng)目在建設(shè)過程中順利進(jìn)行。常規(guī)的施工技術(shù)僅僅借助于圖紙進(jìn)行施工，還是處于一個(gè)二維階段，通過三維的模擬，更能清晰的知道優(yōu)先施工工序。另外，通過把時(shí)間參數(shù)結(jié)合在一起，形成進(jìn)度模擬控制（3D+時(shí)間），可以時(shí)刻關(guān)注整體施工的進(jìn)度安排和時(shí)間節(jié)點(diǎn)的完成；把成本參數(shù)結(jié)合在一起，就形成投資模擬控制（3D+成本），可以時(shí)刻掌握投入的施工成本，從而實(shí)現(xiàn)投資資金財(cái)務(wù)收益最大化[3]。把這兩者參數(shù)（時(shí)間+成本）和3D模型結(jié)合，就形成所謂的5D模型（3D+時(shí)間+成本）。

施工單位采用BIM技術(shù)還有三個(gè)重要原因，一是增加投標(biāo)時(shí)的中標(biāo)幾率；二是在施工過程中可以精確計(jì)算發(fā)生的實(shí)際工程量，核算投入成本；三是合理安排各專業(yè)的交叉作業(yè)，可以提高施工進(jìn)度，避免因產(chǎn)生碰撞而返工，造成有效資源的浪費(fèi)而帶來的成本增加。

4 基于BIM技術(shù)的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)優(yōu)化

對(duì)運(yùn)營(yíng)維保單位來說（多數(shù)也有業(yè)主方自行運(yùn)營(yíng)維護(hù)），運(yùn)用BIM技術(shù)可以對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)化掌握，將全部建筑信息經(jīng)過優(yōu)化集成于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)的支持，在建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)運(yùn)用BIM，對(duì)各子項(xiàng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同管理，根據(jù)在設(shè)計(jì)階段和施工階段建立的三維模型，可以快速查閱所需要的各個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)資料，實(shí)時(shí)掌握建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能的變化以及對(duì)建筑物進(jìn)行空間與設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理。通過建筑信息模型，利用不確定性因素，預(yù)測(cè)在不同環(huán)境（條件）下的運(yùn)行成本、設(shè)備損耗、人員投入變化，從而可以對(duì)不同的運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化比選，最終選定一個(gè)較為滿意的方案。

5 結(jié) 語

在建筑工程的全壽命周期，利用BIM技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成優(yōu)化研究，對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)（維保）單位都具有利益最大化，減少資源浪費(fèi)，節(jié)約投資成本。一些重要、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑應(yīng)用BIM技術(shù)，已經(jīng)越來越受到各參與主體的重視，BIM技術(shù)所發(fā)揮的作用和優(yōu)越性在建設(shè)工程全壽命周期各階段都得到了充分的證明；借助BIM技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，通過建立5D模型，可以減少設(shè)計(jì)變更，提高施工的管理效率；在運(yùn)營(yíng)階段，通過采取不同條件的變化，可以找出一個(gè)最優(yōu)的運(yùn)行方案，降低運(yùn)行成本和設(shè)備的損耗。基于BIM技術(shù)的建設(shè)工程，正在逐漸地向綠色、智慧、低碳方向發(fā)展，而在發(fā)展的過程中所產(chǎn)生的技術(shù)問題，在以后的研究中不斷的完善，以利于BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的全面化應(yīng)用。

[1]何清華，錢麗麗，段運(yùn)峰，李永奎.BIM在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012(1).

[2]李恒，郭紅領(lǐng)，黃霆，陳鏡源，陳景進(jìn).BIM在建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用模式研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2010(5).

[3]陳美娟.基于BIM的工程項(xiàng)目管理信息化研究[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì),2014(2).

[4]張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012(8).

[5]李揚(yáng),葉麗紅，等.BIM技術(shù)在杭州奧體中心主體育場(chǎng)工程中的應(yīng)用[J].結(jié)構(gòu)與建筑,2012(18).