高宇擎 王卿臣（同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海200092）

1 前言

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，它以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，是對(duì)建筑物理和功能特征的數(shù)字化表達(dá)，并集成了工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型。

BIM是多維的建筑模型，是指在3D建筑模型的基礎(chǔ)上，增加時(shí)間參數(shù)進(jìn)行施工進(jìn)度模擬（4D），考慮造價(jià)等因素進(jìn)行進(jìn)度和造價(jià)模擬（5D），以及更為深化的項(xiàng)目終身信息管理（6D）[1]?？梢?jiàn)BIM模型是對(duì)工程項(xiàng)目信息更為詳實(shí)的表達(dá)，給建筑物整個(gè)生命周期提供可信賴(lài)的信息共享資源，并實(shí)現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)、不同階段之間信息的集成和共享[2]。

2 BIM在工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外的應(yīng)用情況

近些年來(lái)，BIM技術(shù)在美國(guó)、日本等國(guó)際建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果。在美國(guó)BIM的應(yīng)用得到政府和行業(yè)的大力支持，并且美國(guó)政府也制定了相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)，要求所有在政府項(xiàng)目中推廣使用IFC標(biāo)準(zhǔn)和BIM技術(shù)，并開(kāi)始推行基于BIM的IPD模式[3]，使得BIM技術(shù)成為設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域重要的一部分。

2.2 國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)雖然起步較晚，但是建筑信息模型的概念不斷在學(xué)術(shù)界、建筑界和軟件開(kāi)發(fā)商之間進(jìn)行傳播，且BIM在國(guó)外建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院、企業(yè)嗅到了一個(gè)技術(shù)革新的勢(shì)頭，對(duì)BIM技術(shù)高度關(guān)注。

近些年來(lái)國(guó)內(nèi)在施工中應(yīng)用BIM技術(shù)比較有代表性的就是上海中心項(xiàng)目。該工程由于分支系統(tǒng)非常復(fù)雜而且項(xiàng)目建設(shè)周期比較長(zhǎng)，信息量非常龐大、參與方眾多，導(dǎo)致成本控制難度和信息的有效傳遞難度增大。因此承包商最終決定在方案設(shè)計(jì)和施工管理兩個(gè)階段都使用BIM這項(xiàng)技術(shù)。

圖1 上海中心效果圖

圖2 核工院三期模型

下面具體介紹一個(gè)例子，該工程為上海核工院研發(fā)設(shè)計(jì)中心三期研發(fā)綜合樓，由兩座主樓通過(guò)中間的裙房連接而成，平面上呈“L”型布局，形式如圖3所示。通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目試點(diǎn)，核工院實(shí)現(xiàn)了利用工程建筑信息模型，在各工種以及業(yè)主、施工、設(shè)備供應(yīng)商等相關(guān)各方間的信息共享與協(xié)同。在設(shè)計(jì)階段如圖4所示開(kāi)展設(shè)備各專(zhuān)業(yè)三維管道模型綜合調(diào)整，最大程度避免在施工階段的返工和浪費(fèi)；進(jìn)行設(shè)備、材料、造價(jià)預(yù)算等工程量的統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)工程修改進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；對(duì)施工方案進(jìn)行4D模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工的可視化管理；如圖5、圖6所示，還可將結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入其他分析軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，甚至對(duì)方案進(jìn)行日照分析等建筑性能的模擬。

圖3 管道綜合

圖4 結(jié)構(gòu)模型互導(dǎo)

圖5 日照分析

3 BIM在工程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在施工中也起到了相當(dāng)大的作用，更有施工單位稱(chēng)它在施工的應(yīng)用可謂是一次新技術(shù)革新。根據(jù)筆者使用的情況并結(jié)合海內(nèi)外的工程資料，將BIM在工程建設(shè)中的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)部分：施工圖設(shè)計(jì)、施工管理、造價(jià)控制。

3.1 施工圖設(shè)計(jì)

采用BIM的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)流程上不同于傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)”。所謂的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)人員采用基于二維圖檔的工作模式，不斷的反復(fù)確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)繪制施工圖。但這些圖檔不具備信息的完整性、關(guān)聯(lián)性，因此難以確保信息的一致性[4]。

而基于BIM的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式無(wú)法保證信息一致性的缺點(diǎn)，它在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在完整的信息模型，支持模型與圖檔的關(guān)聯(lián)修改和自動(dòng)更新。目前常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是采用諸如Revit的BIM設(shè)計(jì)軟件，運(yùn)用Revit進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，并且輸出符合制圖規(guī)范的施工圖紙。首先通過(guò)體量建模推敲設(shè)計(jì)方案，然后為建筑物添加墻、柱、門(mén)窗等基本構(gòu)件，并通過(guò)三維的直觀視感來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。最后搭建的模型可以導(dǎo)入CAD等進(jìn)行深化和修改。

3.2 施工管理

施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，盡管在動(dòng)工前已經(jīng)有大量詳細(xì)的進(jìn)度計(jì)劃以及網(wǎng)絡(luò)圖、橫道圖等作為進(jìn)度參考，但是由于很多不確定因素類(lèi)似“破網(wǎng)”的事故經(jīng)常發(fā)生，對(duì)施工單位的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接的影響。傳統(tǒng)的施工管理除去以上進(jìn)度管理上的問(wèn)題還有以下局限性：1）二維CAD設(shè)計(jì)的項(xiàng)目形象差，不夠直觀，可視化程度低，復(fù)雜圖紙不僅僅讀圖困難，而且也不方便各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通。2）網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃比較抽象，不適合對(duì)外界的溝通交流。3）傳統(tǒng)方法注重經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法做到規(guī)范化和精細(xì)化管理。

圖6 施工管理流程

3.3 造價(jià)控制

對(duì)于動(dòng)態(tài)的施工過(guò)程來(lái)說(shuō)，一般方法計(jì)算造價(jià)只能作為一個(gè)參考，而不能準(zhǔn)確地計(jì)算出總的工程造價(jià)。目前比較流行的做法是，通過(guò)一些造價(jià)軟件導(dǎo)入二維CAD圖紙，建立三維模型，從而計(jì)算出工程量和造價(jià)。但是這些軟件的核心功能只有工程造價(jià)計(jì)算，而B(niǎo)IM所建立的三維模型在統(tǒng)計(jì)算量、計(jì)算造價(jià)的同時(shí)，還能精細(xì)化到對(duì)每種構(gòu)件的數(shù)量、價(jià)格、尺寸進(jìn)行分類(lèi)編號(hào)、統(tǒng)計(jì)管理，從而對(duì)應(yīng)每一次的微小調(diào)整，計(jì)算出較為接近實(shí)際的造價(jià)，更好地將動(dòng)態(tài)元素反饋于造價(jià)控制。

4 BIM在施工應(yīng)用的特點(diǎn)

筆者在項(xiàng)目實(shí)習(xí)這段時(shí)間通過(guò)工程中BIM的應(yīng)用，總結(jié)了一些特點(diǎn)。

4.1 可視化與參數(shù)化

所謂可視化，就是利用計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的方法。而參數(shù)化，就是模型和設(shè)計(jì)圖紙存儲(chǔ)于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有內(nèi)容都是關(guān)聯(lián)的，這種雙向關(guān)聯(lián)和即時(shí)、全面的變更傳播可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可靠的信息輸出。

BIM一般采用一些軟件如Revit、Bentley等進(jìn)行建模，可直接建出三維的實(shí)體模型。這對(duì)施工是一個(gè)突破，一個(gè)三維的可視化施工模型相比于二維線條的形式表達(dá)，給予了一個(gè)更直觀的視角，參數(shù)化也使構(gòu)件信息更精確，大大提高了施工的準(zhǔn)確性。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)營(yíng)都可以在可視化狀態(tài)下操作。利用BIM的可視化功能進(jìn)行擬建，可最大化減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、排除施工中的沖突碰撞、對(duì)比分析不同施工方案的可行性等等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)實(shí)施工常常由于施工沖突或設(shè)計(jì)問(wèn)題而返工，其中70%的碰撞返工來(lái)源于設(shè)計(jì)疏忽。如果采用BIM檢查的話，此類(lèi)問(wèn)題均能第一時(shí)間避免。

4.2 協(xié)同協(xié)調(diào)

施工是一個(gè)多方的過(guò)程，為了保質(zhì)保量地完成施工任務(wù)，施工單位、設(shè)計(jì)單位、設(shè)備供應(yīng)單位等等都需要積極的配合和相互進(jìn)行協(xié)調(diào)。

相較于傳統(tǒng)的方法，借助BIM工具可以更好地管理復(fù)雜的建筑項(xiàng)目，將不同的文件整合到一個(gè)視圖內(nèi)提高時(shí)間和空間的協(xié)調(diào)利用率，加上強(qiáng)大的可視化效果，可在施工前就確定設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和沖突。在BIM中，通過(guò)中心文件，各方技術(shù)人員在模型中查看其它專(zhuān)業(yè)部件的布置以及信息，從而對(duì)自己負(fù)責(zé)的部分進(jìn)行修改調(diào)整并同步到中心文件，避免碰撞問(wèn)題。

4.3 模擬優(yōu)化

現(xiàn)代建筑的形式越來(lái)越多樣化，有些建筑物的復(fù)雜程度甚至超過(guò)了參與人員自身的能力極限，而B(niǎo)IM和其配套的各種模擬優(yōu)化工具能夠讓項(xiàng)目順利完成。

一個(gè)最為優(yōu)化的建筑設(shè)計(jì)從零到定稿可以簡(jiǎn)化為設(shè)計(jì)—驗(yàn)證—優(yōu)化這個(gè)循環(huán)，再?gòu)闹姓业阶顑?yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于復(fù)雜工程，優(yōu)化過(guò)程是相當(dāng)繁瑣的，必須借助軟件才能實(shí)現(xiàn)。BIM的模擬優(yōu)化不僅僅能夠模擬出建筑物的實(shí)體模型，還能模擬出建筑物在各種真實(shí)環(huán)境下的狀態(tài)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以模擬出太陽(yáng)輻射、室內(nèi)采光、風(fēng)環(huán)境等等，精確地統(tǒng)計(jì)出材料以及人工的用量，從而對(duì)比得出最優(yōu)方案；在施工環(huán)節(jié)，以建筑的3D模型作為基礎(chǔ)，連接施工的進(jìn)度計(jì)劃作為時(shí)間因素實(shí)現(xiàn)建造過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，信息實(shí)時(shí)共享，從而及時(shí)地對(duì)之后的方案進(jìn)行預(yù)估和優(yōu)化。

5 BIM在國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用中的缺點(diǎn)

作為一門(mén)新技術(shù)，BIM在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用進(jìn)程相對(duì)緩慢。究其原因筆者主要?dú)w結(jié)為這樣三點(diǎn)：額外成本、更多的前期后續(xù)工作、流程的破壞性。

1）額外成本。包括在軟件程序的購(gòu)買(mǎi)與更新以及相應(yīng)的硬件裝備的更新費(fèi)用、企業(yè)BIM應(yīng)用不夠成熟時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間成本以及團(tuán)隊(duì)建設(shè)的培訓(xùn)費(fèi)用。

2）更多的前期、后續(xù)工作。相較于傳統(tǒng)的流程，BIM要求承包商必須在施工開(kāi)始前與設(shè)計(jì)師和其他承包商一起建立協(xié)作模型，需要大量的數(shù)據(jù)輸入與更新。

3）流程破壞性。應(yīng)用BIM可快速進(jìn)行變更，優(yōu)化調(diào)整十分方便，但是在訂購(gòu)需要較長(zhǎng)交付周期的物項(xiàng)時(shí)，設(shè)計(jì)變更會(huì)破壞采購(gòu)與施工整體過(guò)程，從而對(duì)既定的采購(gòu)和施工造成變動(dòng)[5]。

4）兼容性有待提高。盡管BIM已經(jīng)與CAD、SAP2000等軟件之間實(shí)現(xiàn)了良好互導(dǎo)與兼容，但是它與國(guó)內(nèi)其他軟件的互導(dǎo)方面還處于探索階段，如果要實(shí)現(xiàn)BIM的其他增值服務(wù)，就需要在其他BIM軟件中重新建立模型，導(dǎo)致工作重復(fù)。

參考資料

[1]趙越.BIM對(duì)建筑設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)化[J].安徽建筑，2012，5(186).

[2]柳娟花.基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安建筑科技大學(xué)

[3]張建平，李丁，林佳瑞，顏鋼文.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012，41(371).10-17

[4]王勇，張建平.基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，41(3)

[5]塔梅拉·麥克庫(kù)恩，艾伯特·斯佩戴爾，劉峻山.虛擬施工的BIM應(yīng)用[J].建筑創(chuàng)作，2012(10)