BIM技術在工業化項目中的探索與應用

駱念親 Luo Nianqin 惲燕春 Yun Yanchun

BIM技術在工業化項目中的探索與應用

駱念親 Luo Nianqin 惲燕春 Yun Yanchun

0 引言

住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心建筑技術處處長葉明指出：“目前我國推行的建筑工業化有別于上世紀50年代的建筑工業化，最大的區別在于‘新型’二字。新型建筑工業化是指采用標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為主要特征的生產方式，‘新型’著重強調信息化與建筑工業化的深度融合。”他表示，以信息化帶動的工業化在技術上是一種革命性的跨越式發展，從建設行業的未來發展看，信息技術將成為建筑工業化的重要工具和手段[1]。

在信息化和建筑工業化發展的互相推進中，信息化的發展現階段主要表現在建筑信息模型( BIM)技術在建筑工業化中的應用。BIM技術作為信息化技術的一種，已隨著建筑工業化的推進逐漸在我國建筑業應用推廣。建筑信息化發展階段依次是“手工、自動化、信息化、網絡化”，而BIM技術正在開啟我國建筑施工從自動化到信息化的轉變。

1 基于BIM平臺的數據集成與數據交換技術研究

目前，建設工程參與方多以實體維BIM應用為主，將建設工程進行靜態分析，真正管理的是其屬性，如建筑實體的幾何尺寸、質量、工程進度和造價等。但不同參與方在各階段所產生的信息彼此孤立，無法使信息進行關聯，進而無法體現信息的延續性和復用性，因而在信息傳遞的過程中，頻繁造成數據的缺失或不一致，影響建設工程整體利益。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作性的創作、共享、管理和使用項目信息的綜合管理平臺系統，用于數據儲存、數據集成、數據交換。在現階段IT技術中，對實現該體系能起到支撐作用的核心技術手段是將項目信息門戶、建筑信息模型技術對信息進行融合，形成系統性集成的解決方案。信息管理系統中兩種信息技術各自發揮不同的作用。

（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布和事務處理，主要是工程造價、質量、進度、安全、環保等要素信息，這些信息內容來源于建筑信息模型和物聯網系統的信息反饋（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的中心數據庫。其信息內容能夠通過PIP平臺進行共享和發布，并同時接收各參與方的信息指令。通過將BIM模型與物聯網的物品標示和感應相關聯，建立與實際建筑的對應關系來指導工程建設，并從中取得實際數據[2]。

圖1 項目信息門戶主要參與方信息獲取方式

圖2 PC預制裝配式項目設計流程

2 基于BIM技術的裝配式住宅施工前預拼裝技術研究

區別于傳統的現澆住宅，裝配式住宅的項目流程是從立項、策劃、方案設計、擴初設計、施工圖設計、構件深化設計，再到PC構件生產加工，最后施工現場安裝完成（圖2）。

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

3 BIM技術在裝配式住宅設計中的應用

設計階段是裝配式住宅設計中非常重要的環節。由于預制件是在工廠生產然后運輸到施工現場進行安裝，預制構件設計和生產的精度決定了現場安裝精度及房屋質量，所以進行預制構件深化工作是為了保證構件質量。

BIM軟件可以將設計、評估、生產及流程視圖信息化，將相關數據一對一自動化分析并運用到生產、物流和結算上，而工業化住宅在構件設計前就需要充分考慮水電管線、鋼筋碰撞、預留、預埋等信息，因此，前期利用BIM技術對裝配式住宅進行深化設計可以很好地解決上述信息。

3.1 預制件深化設計

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

3.2 場地優化

運用BIM技術對項目進行方案設計，包括項目總體分析、性能分析、方案優化。在施工過程的多個階段使用BIM圖形化表現永久或臨時現場設施，將模型與施工活動進度表相關聯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，關聯的配送材料，設備位置。由于3D模型構件能夠直接連接到進度計劃表，其場地管理功能（可視化的規劃、短期再規劃和資源分析）能夠根據不同的空間和臨時數據進行分析（圖6）。

圖3 預制件吊裝模擬圖

圖4 支撐和鋼筋綁扎模擬圖

圖5 預制件深化設計圖

3.3 關鍵技術

BIM模型中包含著建設項目全生命周期的所有信息，模型數據量龐大，系統處理負擔沉重；而BIM模型數據格式不同于傳統CAD及文本文件，跨平臺間資料交換標準尚未全統一，所以存在著數據分類命名及檔案管理的問題。

傳統的工程編碼體系主要有兩大類：一類是MasterFormat體系，它是依據項目執行結果而不是設備產品分類，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 現階段存在問題

4.1 數據接口問題

BIM從本質上而言只是改變了傳統的信息交換與協同工作方式。它從傳統的各個軟件之間直接信息交換方式改變為通過共同支持的中間文件進行信息交換，從傳統的紙質協同方式改為集成的電子協同方式，其效果是從一對多的直接信息交換方式改變為一對一（BIM）的信息交換方式。由于BIM是一個設施的物理和功能特性的數字化表達和有關信息的知識資源共享，因此，協調性、一致性及完整性是BIM數據庫存儲的基本要求。現如今做BIM的設計單位、施工單位、業主單位、軟件商都有各自的BIM套路，在工作對接和配合上缺乏統一的數據接口，大大阻礙了行業發展。

4.2 相關標準政策完善

機制不全，標準遲遲未定。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，而整體行業協會對于BIM的推動也缺乏動力，相應的BIM標準、規則、方針一直是按兵不動。再加上業主或甲方對于BIM的應用未置可否，所以從設計到施工也很難產生積極的效果，更加阻礙了BIM的發展與推廣。

4.3 應用模式問題

關于應用模式中的技術模式問題，現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節應用BIM技術，例如只將其應用于進行碰撞檢測，這樣做不利于充分地利用BIM技術帶來的可以共享三維模型數據的好處。另一個是動輒求大求全，恨不得用一個軟件或少數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 專業人才缺失

簡單地說，BIM就是用三維數字化技術，對建筑設計、建造及運維過程中的方案進行可視化展示、分析和優化，提前發現設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量。如果應用合理，不僅能降低成本，還可以縮短工期。這些都是傳統CAD技術所不能解決的。由于我國各大高校還沒有BIM的相關課程，熟悉BIM技術的教師更是缺乏，各建筑設計院和施工單位也很少應用該技術，所以目前我國在該技術的開發、項目實踐上大大缺乏人才。

5 發展趨勢

BIM技術在我國建筑施工行業已逐漸步入注重應用價值的深度應用階段，并呈現出BIM技術與項目管理、云計算、大數據等先進信息技術集成應用的“BIM+”特點，正在向多階段、集成化、多角度、協同化、普及化應用等方向發展。

5.1 多角度應用，從單純技術應用向與項目管理集成應用轉化

BIM技術可有效解決項目管理中生產協同、數據協同的難題，目前正深入應用于項目管理的各個方面，包括成本管理、進度管理、質量管理等方面，與項目管理集成將成BIM應用的一個趨勢。

BIM技術可為項目管理過程提供有效集成的手段及更為及時準確的業務數據，可提高管理單元之間的數據協同和共享效率；可為項目管理提供一致的模型，模型集成了不同業務的數據，采用可視化方式動態獲取各方所需的數據，確保數據能夠及時、準確地在參建各方之間得到共享和協同應用。

此外，BIM技術與項目管理集成需要信息化平臺系統的支持。需要建立統一的項目管理集成信息平臺，與BIM平臺通過標準接口和數據標準進行數據傳遞，及時獲取BIM技術提供的業務數據，支持各參建方之間的信息傳遞與數據共享，支持對海量數據的獲取、歸納與分析，協助項目管理決策，支持各參建方溝通、決策、審批、項目跟蹤、通信等[5]。

5.2 傳統工程項目向BIM+的應用轉變

物聯網、移動應用等新的客戶端技術迅速發展普及，依托于云計算、大數據等服務端技術實現了真正的協同，滿足了工程現場數據和信息的實時采集、高效分析、及時發布和隨時獲取，形成了“云+端”的應用模式。

這種基于網絡的多方協同應用方式可與BIM技術集成應用，形成優勢互補。一方面，BIM技術提供了協同的介質，基于統一的模型工作，降低了各方溝通協同的成本；另一方面，“云+端”的應用模式可更好地支持基于BIM模型的現場數據信息采集、模型高效存儲分析、信息及時獲取溝通傳遞等，為工程現場基于BIM技術的協同提供新的技術手段。

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

5.3 普及化應用，從標志性項目應用向一般項目應用延伸

隨著企業對BIM技術認識的不斷深入，很多BIM技術的相關軟件逐漸成熟，應用范圍不斷擴大，從最初應用于一些大規模、標志性的項目，發展到近兩年已開始應用到一些中小型項目，基礎設施領域也開始積極推廣BIM應用。

一方面，各級地方政府積極推廣BIM技術應用，要求政府投資項目必須使用BIM技術，這無疑促進了BIM技術在基礎設施領域的應用推廣；另一方面，基礎設施項目往往工程量龐大、施工內容多、施工技術難度大、施工場地周圍環境復雜、施工安全風險較高，傳統的管理方法已不能滿足實際施工需要，BIM技術可通過施工模擬、管線綜合等技術解決這些問題，使施工準確率和效率大大提高。例如，城市地下空間開發工程項目，應用BIM技術在施工前可以充分模擬，論證項目與周圍的城市整體規劃的協調程度，以及施工過程對周圍環境的影響，從而制訂更好的施工方案。

6 結語

工程項目是建筑業的核心業務，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、招投標知識管理、施工項目管理解決方案等），BIM技術能夠實現工程項目的信息化建設，通過可視化的技術促進規劃方、設計方、施工方和運維方協同工作，并對項目進行全生命周期管理，特別是從設計方案、施工進度、成本、質量、安全、環保等方面，增強項目的可預知性和可控性。

[1]住建部.“BIM＋”向五大方向發展[N].中國建設報,2015.

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

[3]王眾,樊驊.淺談建設工程信息管理[J].建筑管理現代化,2014.

[4]丁士昭主編.建設工程信息化導論[M].北京:建筑工業出版社,2005.

[5]林良帆.BIM數據儲存與集成管理研究[D].上海:上海交通大學,2013.

On the Exploration and Application of BIM Technology in Industrialization Projects

文章介紹BIM技術在裝配式住宅設計中的研究應用，指出現階段存在的問題，展望其發展趨勢。實踐證明，BIM技術能夠實現工程項目的信息化建設，通過可視化的技術促進規劃方、設計方、施工方和運維方協同工作，并對項目進行全生命周期管理，特別是從設計方案、施工進度、成本、質量、安全、環保等方面，增強項目的可預知性和可控性。

數據集成；建筑信息模型；BIM；工業化住宅；PC；BIM服務器

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，寶業集團上海公司BIM所所長；惲燕春，博士，寶業集團上海公司結構所所長。