楊濱赫, 周慶旭, 吳金鈦, 周麗娜, 程 棟

(1. 中建二局安裝工程有限公司,北京 100038; 2. 中核工程咨詢有限公司,北京 100038; 3. 中央戲劇學(xué)院,北京 100010)

[通信作者]周慶旭(1993—),男,碩士,工程師,主要從事BIM技術(shù)和智慧建造應(yīng)用研究工作。

0 引言

以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化在建造周期、部品構(gòu)件運輸、節(jié)能環(huán)保等方面具有明顯的優(yōu)勢[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR/AR等信息技術(shù)的發(fā)展,以信息技術(shù)為特征的新型工業(yè)化,通過工程全生命系統(tǒng)化集成設(shè)計、部件工廠化生產(chǎn)、精益化生產(chǎn)施工為手段,推動傳統(tǒng)建筑行業(yè)向信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級,實現(xiàn)建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,進而實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展目標(biāo)[2]?！笆奈濉币?guī)劃中,BIM技術(shù)與新型建筑工業(yè)化成為未來建筑行業(yè)的大力推廣方向。

目前,在政府政策引導(dǎo),各個行業(yè)協(xié)會、團隊組織和企事業(yè)單位等相關(guān)方共同努力下,BIM技術(shù)在國內(nèi)工程中的應(yīng)用越來越多,尤其是在上海、深圳等地區(qū)。從水平上講,BIM技術(shù)在政策標(biāo)準(zhǔn)、落地應(yīng)用、插件開發(fā)、協(xié)同管理等方面的應(yīng)用環(huán)境日趨完善。從深度上講,BIM技術(shù)在項目管理、方案模擬、三維建模、管線綜合、性能分析、工程量計算、協(xié)同平臺等應(yīng)用已經(jīng)覆蓋項目全生命周期;從廣度上講,BIM技術(shù)已經(jīng)覆蓋到設(shè)計、施工及運維的全鏈條中。

BIM技術(shù)與新型建筑工業(yè)化深度技術(shù)融合,充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)工程建設(shè)領(lǐng)域向工業(yè)化、數(shù)字化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級(圖1)?；诠こ添椖考苫瘮?shù)據(jù)管理以及信息化傳遞方式,并結(jié)合三維化、可視化和信息化的優(yōu)勢,BIM技術(shù)使裝配式建筑實現(xiàn)可視化設(shè)計、數(shù)字化生產(chǎn)、精細化施工、信息化運維和協(xié)同化管理,從而解決裝配式建筑在整個建設(shè)開發(fā)周期中全過程管理應(yīng)用。

圖1 BIM技術(shù)與建筑工業(yè)化融合發(fā)展示意

目前,雖然專家學(xué)者對國內(nèi)BIM技術(shù)與在建筑工業(yè)化應(yīng)用中進行了相關(guān)研究,然而大多數(shù)研究仍然停留在BIM功能應(yīng)用層面,例如各專業(yè)三維建模、管線綜合、凈高分析、工程算量等,對在“十四五”的新形勢下建筑工業(yè)化迅猛發(fā)展與BIM技術(shù)有機結(jié)合的問題分析和前景展望不夠深入。

在目前,完整的基于BIM技術(shù)的新型建筑工業(yè)化全過程應(yīng)用體系實現(xiàn)路徑并不明確,本文將圍繞BIM關(guān)鍵技術(shù)在新形勢下建筑工業(yè)化的設(shè)計、生產(chǎn)、施工及運維全過程應(yīng)用價值進行探討,從而實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工模擬及智能運維,整體過程見圖2。

圖2 BIM在新型建筑工業(yè)化一體化應(yīng)用示意

1 BIM在新型建筑工業(yè)化中全過程應(yīng)用

1.1 設(shè)計階段

建筑工業(yè)化的首要條件就是要實現(xiàn)項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。借助BIM技術(shù),工程項目通過數(shù)字化方式將建筑、結(jié)構(gòu)、機電、精裝等各專業(yè)有效整合集成分析,從而幫助設(shè)計師實現(xiàn)全專業(yè)協(xié)同設(shè)計,并優(yōu)化機電管線布置方案,提高施工圖設(shè)計質(zhì)量,避免由于設(shè)計源頭階段不合理導(dǎo)致設(shè)計變更,降低后續(xù)返工成本,從而提升項目設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

在項目設(shè)計階段,通過數(shù)字化設(shè)計手段推進建筑、結(jié)構(gòu)、機電、精裝等多專業(yè)進行一體化設(shè)計,全盤綜合設(shè)計優(yōu)化[3]。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計工作在同一虛擬三維信息空間中完成,進而實現(xiàn)三維集成協(xié)作設(shè)計、空間優(yōu)化、減少錯漏碰缺。

新型建筑工業(yè)化特征之一是部品構(gòu)件的數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化。在項目設(shè)計階段,部品構(gòu)件預(yù)留負責(zé)生產(chǎn)、施工、運維等后續(xù)階段添加信息的接口,方便隨著工程的進行,各種數(shù)據(jù)信息的及時添加。BIM可以針對項目建造中的構(gòu)件建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件族庫,標(biāo)準(zhǔn)化部品部件,能夠添加構(gòu)件的材料信息、生產(chǎn)產(chǎn)地、尺寸信息、安裝位置等屬性信息,從而實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件設(shè)計統(tǒng)一性。

1.2 生產(chǎn)階段

建筑工業(yè)化的首要前提是部品構(gòu)件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。在部品構(gòu)件生產(chǎn)階段,質(zhì)量控制的重點主要包括部品構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計和規(guī)?；a(chǎn)。利用BIM技術(shù),廠商能夠?qū)崿F(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件快速拆分設(shè)計及編碼,隨時查看預(yù)制構(gòu)件的位置、材料、尺寸等與生產(chǎn)相關(guān)的屬性信息,通過BIM平臺實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)自動對接,可以實現(xiàn)構(gòu)件信息準(zhǔn)確輸入,從而實現(xiàn)構(gòu)件的精準(zhǔn)管控和生產(chǎn),從而建立專業(yè)化、規(guī)?；?、信息化的部品部件生產(chǎn)體系。

基于BIM技術(shù)三維可視化優(yōu)勢,廠商在模型中模擬構(gòu)件的虛擬建造流程,針對發(fā)現(xiàn)的問題,對生產(chǎn)工藝、施工工序及計劃優(yōu)化,提高人員、機器、材料的利用率并提高在生產(chǎn)中建造效率,從而進行生產(chǎn)指導(dǎo)和生產(chǎn)設(shè)備及模板設(shè)計,提高生產(chǎn)的準(zhǔn)確性并減少加工制作的錯誤率,實現(xiàn)構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計。

1.3 施工階段

在施工階段,質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在對部品部件的質(zhì)量檢驗和構(gòu)件裝配過程的精度控制。借助RFID芯片或二維碼等多種方式,廠商能夠在控制中心中實時呈現(xiàn)原材料的入庫檢驗、生產(chǎn)過程制造檢驗、部品倉儲入庫、部品運輸跟蹤、現(xiàn)場施工裝配全過程信息顯示,從而實現(xiàn)部品構(gòu)件質(zhì)量全過程可追溯[4]。

通過將編制好的施工進度輸入到BIM模型中,實現(xiàn)項目空間信息與時間信息有效整合,從而能夠直觀、精確地反映施工建造過程,提前暴露總體計劃、場地布置、施工工序等問題,并進行及時優(yōu)化,從而實現(xiàn)虛擬建造、優(yōu)化布置。

部品部件施工階段另一要點是對施工關(guān)鍵節(jié)點的質(zhì)量控制。借助BIM技術(shù),將裝配式施工技術(shù)方案梯級優(yōu)化,裝配式單元模型逐個分解,在動畫模擬軟件中進行施工全過程的虛擬動畫預(yù)演,形成技術(shù)性的指導(dǎo)視頻,內(nèi)容包含過程追蹤、生產(chǎn)運輸、吊裝步驟、安裝細節(jié)等,能夠很大程度上提高預(yù)制部品部件的驗收效率,降低項目成本損失。

1.4 運維階段

隨著時間推移,建筑運維文件管理繁瑣復(fù)雜,間接導(dǎo)致數(shù)據(jù)遺失或者缺漏,尤其對于眾多模塊化部品部件。將建筑信息集成到BIM模型中,構(gòu)件建筑信息數(shù)據(jù)庫,能夠方便管理人員查閱、核實,同時對過往維修、事故點側(cè)重關(guān)注?；贐IM的三維可視化特點,管理人員能夠?qū)崿F(xiàn)各種建筑資產(chǎn)的定位和相關(guān)參數(shù)精準(zhǔn)定位、快速查閱、遠程控制[5]。

與設(shè)計和施工階段相比,運維階段更注重數(shù)據(jù)信息提取和管理。建筑中設(shè)備編號、安裝順序、關(guān)鍵部位等信息,添加到其相對應(yīng)的BIM運維模型屬性中,甚至能夠?qū)⒃O(shè)計階段、施工階段及后續(xù)運營產(chǎn)生的一些信息整合分析,在BIM數(shù)據(jù)平臺進行綜合分析,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同管理,提高工程項目的運維管理效率。

2 存在的問題

2.1 BIM發(fā)展理念有待轉(zhuǎn)變

新時代背景下,建筑工業(yè)化最重要的特征就是信息集成應(yīng)用,通過BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等信息技術(shù)對建筑產(chǎn)業(yè)鏈上全要素信息進行采集匯聚和分析,促進智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展,也是中國建筑行業(yè)邁向“建造強國”的必經(jīng)之路。

對于BIM的認識大多停留在機電深化設(shè)計、施工方案模擬、投標(biāo)方案模擬和碰撞檢查等專項技術(shù)應(yīng)用點,而忽略BIM技術(shù)本質(zhì)是模型數(shù)據(jù)協(xié)同、共享。BIM軟件即建筑信息模型,具有仿真性、參數(shù)性和數(shù)據(jù)性的一個工具。國內(nèi)企業(yè)設(shè)計理念仍然采用傳統(tǒng)的CAD進行設(shè)計,借助平面、立面、剖面及詳圖等二維圖紙進行工程表達。即便建立了相應(yīng)的BIM模型,最終還需要導(dǎo)出二維圖紙交付施工,也很難將BIM模型中信息落到實處[6]。

2.2 BIM核心軟件安全性有待加強

集成建筑工程中各項信息數(shù)據(jù)的BIM模型必將是各類數(shù)據(jù)重要來源,涉及個人、企業(yè)和國家的諸多利益。目前就而言,BIM核心應(yīng)用軟件主要集中在Autodesk、Bentley和Dassault三大平臺。國內(nèi)BIM軟件廠商研發(fā)分布在結(jié)構(gòu)分析、工程造價、規(guī)范驗算等專項領(lǐng)域,而在核心方面鮮有涉及。由于國際間局勢復(fù)雜多變,信息安全作為國家安全體系重要組成部分,過度依賴國外軟件對我國建筑信息安全帶來長期隱患。隨著城市建設(shè)數(shù)據(jù)和運維數(shù)據(jù)的日積月累,國產(chǎn)核心建筑信息軟件研發(fā)迫在眉睫。

2.3 BIM在建筑工業(yè)化中現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和評價體系有待完善

當(dāng)前,“十四五”規(guī)劃的發(fā)展方向和提綱明確把BIM技術(shù)和裝配式列為重點發(fā)展方向。而在此背景下,BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中存在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、產(chǎn)品兼容性不強、實施標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚未健全等問題。因此,相關(guān)部門應(yīng)盡快制定相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),以應(yīng)對BIM技術(shù)在新型建筑工業(yè)化過程中無法可依的局面。除此之外,提供一套完整的BIM在建筑工業(yè)化全生命周期應(yīng)用的實施指南和合同范本是很有必要的,可為相關(guān)企業(yè)提供借鑒和指導(dǎo)。

3 前景展望

3.1 BIM+裝配式建筑+總承包模式成為趨勢

EPC(總承包模式),即“設(shè)計+采購+施工”模式,實現(xiàn)工程項目全過程管控,具有建設(shè)責(zé)任明確、工程建設(shè)效率高、建設(shè)投資少、現(xiàn)場管理壓力小等諸多優(yōu)勢[7];而以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化更是得到了政府和行業(yè)的大力推廣。以BIM技術(shù)集成協(xié)同管理為媒介,融合EPC模式全流程把控和裝配式建筑一體化建設(shè)優(yōu)勢,BIM+裝配式建筑+EPC模式能夠最大化統(tǒng)籌裝配式建筑一體化建造全過程與工程總承包權(quán)流程管理,從而實現(xiàn)項目資源全過程的高效配置,實現(xiàn)我國新型建筑工業(yè)化和數(shù)字化的深度融合[6]。

3.2 BIM技術(shù)與其他信息技術(shù)融合發(fā)展

未來建筑實現(xiàn)信息化,多種技術(shù)間的集成與融合是必然之路。隨著大數(shù)據(jù)、VR、區(qū)塊鏈、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的日趨成熟,BIM技術(shù)與時俱進,不斷與這些新信息技術(shù)深度融合和應(yīng)用,從而助力整體建筑行業(yè)向信息化、智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。各技術(shù)的集成與融合,基于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下的協(xié)同作業(yè)將完善建筑行業(yè)整體市場及BIM運維市場[8]。

充分發(fā)揮BIM與GIS、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)的集成應(yīng)用,構(gòu)成以BIM模型為數(shù)據(jù)載體的城市數(shù)字建筑“細胞單元”。

3.3 BIM技術(shù)推進城市信息模型(CIM)基礎(chǔ)平臺建設(shè)

BIM技術(shù)不僅局限于原有專項應(yīng)用,而是拓展到城市規(guī)劃、運行服務(wù)、應(yīng)急防災(zāi)等多個方面。隨著智慧城市建設(shè)成為政府一大工作要點,以BIM為核心的建筑業(yè)信息化技術(shù)的與時俱進,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新信息技術(shù),將海量的城市信息數(shù)據(jù)與城市建筑模型融合,形成虛實結(jié)合、協(xié)同治理、迭代優(yōu)化的新形態(tài),開辟新型智慧城市治理新模式[9]。

目前,天津、沈陽、浙江、江蘇、河北、廣東、湖南、甘肅等地多個政府部門已明確表示大力推進CIM平臺建設(shè)。平臺以海量底層數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以三維數(shù)字模型為核心,以模型軟件為工具,在真實城市地理信息模型基礎(chǔ)上建立地下建筑、地下管網(wǎng)、地面建筑、綜合管廊、路政設(shè)施等城市部件三維數(shù)字模型,構(gòu)建數(shù)字表達、治理城市三維基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù),推動數(shù)字城市和物理城市同步規(guī)劃和建設(shè)。

3.4 搭建BIM智能建造平臺

智能建造平臺應(yīng)用在節(jié)約成本、提高項目運行效率、協(xié)同管理等方面效果顯著,將是現(xiàn)階段乃至未來BIM發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。借助BIM技術(shù),實現(xiàn)信息化管理貫穿建筑工業(yè)化全過程,帶動裝配式建筑上下游企業(yè)有機結(jié)合,實現(xiàn)項目信息在建筑全生命期的高效傳遞、交互傳遞,從而聚合裝配式全產(chǎn)業(yè)資源,發(fā)揮建筑工業(yè)化的規(guī)模效應(yīng)作用[10]。

4 結(jié)論

BIM技術(shù)由于其信息化、模塊化、可視化等特點必將在我國建筑工業(yè)化進程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。BIM技術(shù)在新型建筑工業(yè)化全生命周期的集成應(yīng)用,實現(xiàn)部品構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運維等階段的信息互聯(lián)互通和協(xié)同共享。同時,BIM在建筑工業(yè)化應(yīng)用過程中存在發(fā)展理念、軟件安全及標(biāo)準(zhǔn)不健全等問題。BIM+EPC模式、BIM+CIM、智慧建造平臺將成為BIM未來發(fā)展趨勢。

“十四五”背景下,BIM與建筑工業(yè)化的結(jié)合,在未來必將會有效提高建筑行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈資源配置效率,加速中國建筑工業(yè)化模塊化、信息化、智能化進程。