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BIM在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用阻礙

2015-10-21 17:19:03劉潤(rùn)紅曾媛申貴珍肖茁良

劉潤(rùn)紅 曾媛 申貴珍 肖茁良

摘要:本文對(duì)BIM的產(chǎn)生、定義以及特點(diǎn)等進(jìn)行概述,并總結(jié)BIM在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用阻礙,了解BIM從產(chǎn)生至今的發(fā)展程度;最后得出結(jié)論并提出展望。

關(guān)鍵詞:建筑信息模型、項(xiàng)目生命周期、云計(jì)算技術(shù)

0 引言

BIM(Building Information Modeling),即建筑信息模型,是當(dāng)今建筑行業(yè)信息化過(guò)程中的備受關(guān)注的概念。BIM是一個(gè)包含了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管線設(shè)備設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、成本計(jì)算、物業(yè)管理等信息的數(shù)據(jù)庫(kù),其目的是從根本上消除項(xiàng)目生命周期中的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理等各階段及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層,從而實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的、實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的工程信息管理。

BIM的出現(xiàn)和興起是為了突破建筑行業(yè)生產(chǎn)效率低的情況,使建筑行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。建筑行業(yè)的歷史悠久,而近代隨著人類社會(huì)的高速發(fā)展,建筑行業(yè)使用的新材料和新技術(shù)對(duì)自然環(huán)境的破壞可謂越來(lái)越嚴(yán)重。除此以外,美國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率沒(méi)有隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而提高,反而有所下降[1]。我國(guó)年建筑量世界排名第一,建筑行業(yè)也是我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)之一,是重要的產(chǎn)業(yè)。因此,提高建筑行業(yè)的其信息化程度,成為亟需解決的難題。BIM在當(dāng)今的中國(guó)建筑業(yè)是個(gè)很熱的概念,建立以BIM應(yīng)用為載體的項(xiàng)目管理信息化,有望提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本、支持生命周期運(yùn)營(yíng)。BIM被寄予厚望。

1 BIM的產(chǎn)生及定義

1.1 BIM的產(chǎn)生

任何技術(shù)的產(chǎn)生都源于社會(huì)需求并為之服務(wù),正在快速發(fā)展并逐漸普及應(yīng)用的BIM技術(shù)也不例外,它在外部市場(chǎng)需求和建筑行業(yè)自身發(fā)展需要下萌芽并不斷發(fā)展。BIM理念的啟蒙,受到了1973年全球石油危機(jī)的影響,美國(guó)全行業(yè)需要考慮提高行業(yè)效益的問(wèn)題,1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的課題“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”,以便于實(shí)現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析,提高工程建設(shè)效率[2]。

1982年,Graphisoft公司提出虛擬建筑模型(Virtual Building Model,VBM)理念,并在兩年之后推出ArchiCAD軟件,緊接著芬蘭的學(xué)者提出了一種基于計(jì)算機(jī)的智能模型系統(tǒng),并將其命名為為“Product Information Model”。在1986年,美國(guó)學(xué)者Robert Aish提出了“Building Modeling”的概念,一年之后,Graphisoft公司在ArchiCAD虛擬建設(shè)的概念指導(dǎo)下第一次實(shí)現(xiàn)了BIM。1992年,在G.A.VanNederveen和R P.Tolman共同發(fā)表的一篇論文里首次出現(xiàn)了“建筑信息模型”這個(gè)詞[3]。然而,“建筑信息模型(包括英文縮寫(xiě)B(tài)IM)”并沒(méi)有被普遍使用,直到2002年,行業(yè)分析家Wang Xin和Jerry Laiserin第一次完整地提出BIM的概念,同年,Autodesk公司發(fā)布了題為"建筑信息模型”的白皮書(shū),從此,BIM作為一個(gè)專有名詞開(kāi)始在建筑行業(yè)被廣泛使用[4]。

1.2定義

BIM(建筑信息模型)不是簡(jiǎn)單的將數(shù)字信息進(jìn)行集成,而是一種數(shù)字信息的應(yīng)用,并可以用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司處長(zhǎng)對(duì)BIM作出了解釋:BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具,通過(guò)參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息,在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞,使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì),為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ),在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

2009年,美國(guó)McGraw-Hill公司在題為“BIM的商業(yè)價(jià)值(The Business ValueofBIM)”的市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告中對(duì)BIM是過(guò)程給出了更貼切的定義:“BIM是創(chuàng)建并且使用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程[5]。”

2 BIM的特點(diǎn)

BIM是應(yīng)用于建筑工程項(xiàng)目中的,因此BIM的特征也體現(xiàn)了建筑工程管理的基本理論和方法,包括建筑工程的全生命周期管理以及全方位管理[6]。

現(xiàn)從項(xiàng)目生命周期、項(xiàng)目的參與人員以及BIM的應(yīng)用深度三個(gè)方面分析BIM的特征。

(1)BIM的應(yīng)用是貫穿于項(xiàng)目生命周期的建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)周期較長(zhǎng),而且不同時(shí)期的工作內(nèi)容和重點(diǎn)都不同。同時(shí),不同建筑工程項(xiàng)目由于具有不同的特點(diǎn),其生命周期的階段劃分不盡相同。但工程項(xiàng)目的生命周期通常有規(guī)劃與計(jì)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)、拆除等階段。在規(guī)劃與計(jì)劃階段,業(yè)主需要對(duì)現(xiàn)有的設(shè)施和地理位置等相關(guān)的因素進(jìn)行考慮,從而作出是否要啟動(dòng)項(xiàng)目或者改造項(xiàng)目的決定。而且有時(shí)候,業(yè)主并不是單一的,出現(xiàn)多個(gè)業(yè)主的情況是非常可能的。接下來(lái)的設(shè)計(jì)階段是把上一階段的要求表達(dá)出來(lái),這個(gè)階段的信息量是非常大的。而且,這些信息的傳遞效率對(duì)項(xiàng)目最終的效果和質(zhì)量有決定性的作用。施工階段是把上一階段的信息轉(zhuǎn)變成實(shí)物的階段。上一階段的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤很容易導(dǎo)致施工階段中的超工期、超預(yù)算等現(xiàn)象。項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段應(yīng)該是項(xiàng)目生命周期里時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)階段,涉及出租、維護(hù)以及設(shè)備更新等事務(wù)。以上所提到的項(xiàng)目生命周期里各個(gè)階段的任務(wù)的特點(diǎn)都有所不同,但是表達(dá)的方式基本上都是文本以及圖紙。然而,建筑畢竟是三維實(shí)體,文本以及二維的圖紙很難直觀準(zhǔn)確地表達(dá)建筑。BIM的三維展示能力以及信息整合能力都能在項(xiàng)目生命周期里的各個(gè)階段發(fā)揮作用。

(2)BIM由各方項(xiàng)目人員參與的BIM適合于項(xiàng)目不同的參與方,能為他們帶來(lái)無(wú)限的利益。業(yè)主使用BIM能獲得物業(yè)的綜合信息,以及確保項(xiàng)目按時(shí)、按量、按質(zhì)完成。通過(guò)BIM,業(yè)主可以獲得物業(yè)的綜合信息,以確保項(xiàng)目順利完成并交付;規(guī)劃師和建筑師可以把場(chǎng)地信息和業(yè)主的要求結(jié)合起來(lái),并從模型中獲得良好的視覺(jué)感受;結(jié)構(gòu)工程師和施工承包商可以將建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類、數(shù)量、材料以及施工要求等信息儲(chǔ)存到模型里,并且能容易地對(duì)這些信息進(jìn)行管理;成本預(yù)算師能智能地獲取工程量清單,并有效得控制成本;預(yù)制加工商可以利用模型進(jìn)行數(shù)控加工以及安排制造的工藝流程。不管目前項(xiàng)目各參與方應(yīng)用BIM的水平如何以及BIM能為項(xiàng)目各參與方帶來(lái)的利益多少,BIM的信息儲(chǔ)存以及調(diào)用功能都能為項(xiàng)目各參與方服務(wù),并達(dá)到協(xié)同工作的作用。

(3)BIM的應(yīng)用是具有層次的NBIMS創(chuàng)造了一套評(píng)價(jià)BIM的體系,該體系可以量化地判斷BIM是否在項(xiàng)目生命周期中對(duì)信息交換和使用的能力大小。此評(píng)價(jià)體系選擇了十一個(gè)要素作為評(píng)價(jià)BIM能力成熟度的指標(biāo):數(shù)據(jù)豐富性、生命周期、變更管理、角色或?qū)I(yè)、業(yè)務(wù)流程、及時(shí)性/響應(yīng)、提交方法、圖形信息、空間能力、信息準(zhǔn)確度以及互用性/IFC支持[7]。而每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都設(shè)定了一個(gè)從不成熟到成熟的應(yīng)用程度,總共有10個(gè)等級(jí)。如“生命周期”的1到10級(jí)的應(yīng)用成熟程度為:沒(méi)有完整的項(xiàng)目階段-規(guī)劃和設(shè)計(jì)-加入施工/供應(yīng)-包括施工/供應(yīng)-包括施工供應(yīng)和預(yù)制-加入有限的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)-包括運(yùn)營(yíng)和維護(hù)-加入財(cái)務(wù)-完整的設(shè)施生命周期收集-支持外部系統(tǒng)。由此可見(jiàn)BIM技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。因?yàn)榻ㄖこ添?xiàng)目本身就是一個(gè)龐大的綜合體,目前市場(chǎng)上單一的BIM軟件不足以涵蓋建筑項(xiàng)目的每個(gè)專業(yè)以及每個(gè)階段。另外,BIM的應(yīng)用并不是單純地使用BIM軟件,而是把BIM工具與項(xiàng)目運(yùn)行的方式結(jié)合起來(lái)從而高效地完成項(xiàng)目。所以,BIM的使用也是一個(gè)不斷放棄舊的工作方式而采用新的工作方式的過(guò)程。現(xiàn)今BIM技術(shù)主要是被應(yīng)用于建筑工程項(xiàng)目的某些階段,如設(shè)計(jì)階段使用BIM軟件以達(dá)到協(xié)同工作,施工階段使用BIM軟件進(jìn)行項(xiàng)目成本和進(jìn)度的管理等。隨著B(niǎo)IM軟件的不斷成熟以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口的發(fā)展,BIM技術(shù)的應(yīng)用可以覆蓋建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工等主要階段,如上海中心大廈項(xiàng)目中在設(shè)計(jì)和施工階段都應(yīng)用了BIM技術(shù)。而B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的應(yīng)用。

3 研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)BIM技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)起步早,應(yīng)用開(kāi)展早,已驗(yàn)證了BIM技術(shù)的應(yīng)用潛力。從應(yīng)用領(lǐng)域看,目前已將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工以及運(yùn)維階段,相應(yīng)的應(yīng)用軟件逐步成熟;從應(yīng)用范圍看,BIM技術(shù)已成為設(shè)計(jì)和施工企業(yè)承接項(xiàng)目的必要能力,大企業(yè)一般已具備了應(yīng)用BIM技術(shù)的能力;從應(yīng)用模式看,在美國(guó),BIM應(yīng)用已結(jié)合IPD(項(xiàng)目集成交付)管理模式,將參建各方形成利益共同體,大大提高了項(xiàng)目集成交付能力;從應(yīng)用環(huán)境看,美國(guó)、韓國(guó)、新加坡等國(guó)家已制定了BIM標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)政策,形成各種BIM協(xié)會(huì)、BIM標(biāo)準(zhǔn),在配套環(huán)境上給予有力支撐。

目前中國(guó)建設(shè)量大,建筑業(yè)發(fā)展快,但同時(shí)建筑業(yè)需要可持續(xù)發(fā)展,施工企業(yè)也面臨更嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)。在這個(gè)背景下,我們看到了國(guó)內(nèi)建筑業(yè)與BIM結(jié)緣的必然性。我國(guó)的BIM應(yīng)用雖然剛剛起步,但發(fā)展速度很快。許多企業(yè)有了非常強(qiáng)烈的BIM意識(shí),出現(xiàn)了一批BIM應(yīng)用的標(biāo)桿項(xiàng)目,特別是在一些大型復(fù)雜的超高層項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。“中國(guó)尊”項(xiàng)目作為我國(guó)工程建筑行業(yè)的重要工程,BIM在其中應(yīng)用的廣泛程度和復(fù)雜程度在國(guó)內(nèi)尚屬少見(jiàn)。如何在應(yīng)用BIM模型輔助設(shè)計(jì),達(dá)到高完成度目標(biāo)的同時(shí),確保模型及其數(shù)據(jù)庫(kù)的可延續(xù)性,滿足施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的需要,是目前整個(gè)建筑界所面臨的課題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)“中國(guó)尊”項(xiàng)目的BIM實(shí)踐,最終形成一套與協(xié)同設(shè)計(jì)相結(jié)合的BIM工作方法和標(biāo)準(zhǔn),讓BIM模型及其數(shù)據(jù)庫(kù)隨著項(xiàng)目進(jìn)程不斷深化與完善,最終應(yīng)用于建筑的全生命周期。

另一方面,BIM的發(fā)展也逐漸得到了政府的大力推動(dòng)。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出,將BIM作為設(shè)計(jì)和施工企業(yè)信息化發(fā)展的核心技術(shù),并要求施工企業(yè)將“在施工階段開(kāi)展BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用”作為首要的戰(zhàn)略目標(biāo)。

4 應(yīng)用阻礙

BIM在實(shí)際應(yīng)用中也遇到了一些問(wèn)題和困難,主要體現(xiàn)在以下6個(gè)方面:

(1)在BIM應(yīng)用軟件方面。目前,市場(chǎng)上的BIM軟件很多,但大多用于設(shè)計(jì)和招投標(biāo)階段,施工階段的應(yīng)用軟件相對(duì)匱乏。大多數(shù)BIM軟件以滿足單項(xiàng)應(yīng)用為主,集成性高的BIM應(yīng)用系統(tǒng)較少,與項(xiàng)目管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用更是匱乏。此外,軟件商之間存在的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)壁壘,使得軟件之間的數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)交互困難,制約了BIM的應(yīng)用與發(fā)展。

(2)在BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方面。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的推廣應(yīng)用,數(shù)據(jù)孤島和數(shù)據(jù)交換難的現(xiàn)象普遍存在。作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IFC(建筑對(duì)象的工業(yè)基礎(chǔ)類)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)的應(yīng)用和推廣不理想,而我國(guó)對(duì)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的研究也比較薄弱,結(jié)合我國(guó)建筑工程實(shí)際對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拓展的工作更加缺乏。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,不僅需要像IFC一樣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),還需要更細(xì)致的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

(3)在BIM應(yīng)用模式方面。一方面,BIM的專項(xiàng)應(yīng)用多,集成應(yīng)用少,而B(niǎo)IM的集成化、協(xié)同化應(yīng)用,特別是與項(xiàng)目管理系統(tǒng)結(jié)合的應(yīng)用較少;另一方面,一個(gè)完善的信息模型能夠連接建設(shè)項(xiàng)目生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源,為建設(shè)項(xiàng)目參與各方提供了一個(gè)集成管理與協(xié)同工作的環(huán)境,但目前由于參建各方出于各自利益的考慮,不愿提供BIM模型,不愿協(xié)同,不愿精確和透明,無(wú)形之中為BIM的深入應(yīng)用和推廣制造了障礙。

(4)在BIM人才方面。BIM從業(yè)人員不僅應(yīng)掌握BIM工具和理念,還必須具有相應(yīng)的工程專業(yè)或?qū)嵺`背景,不僅要掌握一兩款BIM軟件,更重要的是能夠結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求制訂BIM應(yīng)用規(guī)劃和方案,但這種復(fù)合型BIM人才在我國(guó)施工企業(yè)中相當(dāng)匱乏。

(5)在模型所有權(quán)方面。BIM模型主要由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)建立,由施工單位應(yīng)用并繼續(xù)擴(kuò)展維護(hù)。目前關(guān)于BIM模型建構(gòu)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)尚未確定,模型由設(shè)計(jì)單位構(gòu)建,收益方是業(yè)主,對(duì)設(shè)計(jì)單位來(lái)說(shuō)缺少構(gòu)建模型的動(dòng)機(jī),而如果由施工單位構(gòu)建則達(dá)不到全生命周期使用的目的而且業(yè)主也無(wú)法獲得BIM模型的所有權(quán),對(duì)于后期的運(yùn)營(yíng)管理又存在著爭(zhēng)議。

(6)在BIM管理方面。BIM模型中包含著建設(shè)項(xiàng)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B(niǎo)IM模型數(shù)據(jù)格式不同于傳統(tǒng)CAD及文本文件,跨平臺(tái)間資料交換標(biāo)準(zhǔn)尚未全統(tǒng)一,所以就存在著數(shù)據(jù)分類命名的問(wèn)題以及檔案管理的問(wèn)題。傳統(tǒng)的工程編碼體系主要有兩大類,一類MasterFormat體系,它是依據(jù)項(xiàng)目執(zhí)行結(jié)果而不是設(shè)備產(chǎn)品分類,無(wú)法處理項(xiàng)目早期對(duì)象編碼問(wèn)題,這種分類方法更適合項(xiàng)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(xiàng)目要素分類,可解決項(xiàng)目早期的BIM編碼。

5 總結(jié)

BIM是一種新的工程實(shí)踐方式,形象地展現(xiàn)工程項(xiàng)目的外形,也抽象地包含了工程項(xiàng)目各方面的信息,貫穿于項(xiàng)目的全生命周期,有不同的參與方,其實(shí)施過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。BIM作為新事物新技術(shù)與歷史悠久的建筑行業(yè)結(jié)合,必須要將自身的內(nèi)涵與建筑行業(yè)合理運(yùn)作的方式融合,才能健康地發(fā)展起來(lái)。

同時(shí),BIM應(yīng)用應(yīng)始終圍繞以提升工程項(xiàng)目管理為核心,實(shí)現(xiàn)管理效益的提升,因此BIM技術(shù)與項(xiàng)目管理系統(tǒng)(PM)集成應(yīng)用是BIM應(yīng)用的趨勢(shì)之一。BIM系統(tǒng)為項(xiàng)目的生產(chǎn)與管理提供了大量可供深加工和再利用的數(shù)據(jù)信息,有效管理利用這些海量信息和大數(shù)據(jù),需要數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(DM)的支撐。同時(shí),BIM各系統(tǒng)處理復(fù)雜業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的大模型、大數(shù)據(jù),對(duì)計(jì)算能力和低成本的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力提出了較高要求,而基于云計(jì)算技術(shù)的“云”服務(wù)平臺(tái)恰好可以為企業(yè)提供云端低成本、高性能、易管理的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。云算量、云碰撞檢查等基于云計(jì)算的BIM技術(shù)的應(yīng)用,將成為BIM技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)重要趨勢(shì)。

項(xiàng)目分散、人員工作移動(dòng)性強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜是制約施工行業(yè)信息化推廣應(yīng)用的主要原因,而隨著信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,BIM技術(shù)最終將進(jìn)入移動(dòng)應(yīng)用時(shí)代。未來(lái),通過(guò)平板電腦、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備,可隨時(shí)隨地打開(kāi)BIM模型進(jìn)行質(zhì)量檢查、變更洽商等項(xiàng)目管理業(yè)務(wù),以滿足項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)“走動(dòng)式管理”的特性。

綜上所述,以4M1C(PM、BIM、DM、Mobile、Cloud)為核心的綜合性應(yīng)用,必將是BIM應(yīng)用發(fā)展的大趨勢(shì)。

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