整个建筑行业的发展是迅速和具有(yǒu)科(kē)技性的,从传统的手工绘图、手工计算及手工设计整个人工过程过度到了CAD技术的普及及推广,也让众多(duō)建筑设计师、预算师从“手工”行列解放了出来,而现在,建筑信息模型(BIM)的出现将引发工程建设领域的第二次数字革命。BIM软件不仅带来现有(yǒu)技术的进步和更新(xīn)换代,也会影响生产组织模式和管理(lǐ)方式的变革,并将推动人们思维模式的转变。BIM技术可(kě)以运用(yòng)到哪些领域呢(ne)?
在國(guó)内建筑市场,BIM目前多(duō)应用(yòng)在以下领域:
01
BIM模型维护
BIM模型维护是指根据项目建设进度建立和维护BIM模型,使用(yòng)BIM平台汇总各项目团队所有(yǒu)的建筑工程信息,消除项目中的信息孤岛,并将得到的信息结合三维模型进行整理(lǐ)和储存,以备项目全过程中项目各相关利益方随时共享。
BIM的用(yòng)途决定了BIM模型细节的精度,但仅靠一个BIM工具并不能(néng)完成所有(yǒu)的工作。所以,目前业内主要采用(yòng)“分(fēn)布式”BIM模型的方法,建立符合工程项目现有(yǒu)条件和使用(yòng)用(yòng)途的BIM模型。这些模型根据需要大致可(kě)分(fēn)為(wèi):设计模型、施工模型、进度模型、成本模型、制造模型、操作模型等。
02
场地分(fēn)析
场地分(fēn)析是研究影响建筑物(wù)定位的主要因素,是确定建筑物(wù)的空间方位和外观、建立建筑物(wù)与周围景观的联系的过程。在规划阶段,场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素,往往需要通过场地分(fēn)析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分(fēn)析。
传统的场地分(fēn)析存在诸如定量分(fēn)析不足、主观因素过重、无法处理(lǐ)大量数据信息等弊端。通过BIM结合地理(lǐ)信息系统(简称GIS)对场地及拟建的建筑物(wù)空间数据进行建模,可(kě)迅速得出较准确的分(fēn)析结果,帮助项目在规划阶段评估场地的使用(yòng)条件和特点,从而作出新(xīn)建项目最理(lǐ)想的场地规划、交通流線(xiàn)组织关系、建筑布局等关键决策。
03
建筑策划
建筑策划是在总體(tǐ)规划目标确定后,根据定量分(fēn)析得出设计依据的过程。建筑策划利用(yòng)对建设目标所处社会环境及相关因素的逻辑数理(lǐ)分(fēn)析,研究项目任務(wù)书对设计的合理(lǐ)导向,制定和论证建筑设计依据,科(kē)學(xué)地确定设计的内容,并寻找达到这一目标的科(kē)學(xué)方法。在这一过程中,除了运用(yòng)建筑學(xué)的原理(lǐ),借鉴过去的经验和遵守规范,更重要的是要以实态调查為(wèi)基础,用(yòng)计算机等现代化手段对目标进行研究。BIM能(néng)够帮助项目团队在建筑规划阶段,通过对空间进行分(fēn)析来理(lǐ)解复杂空间的标准和法规,从而节省时间,并提供对团队更多(duō)增值活动的可(kě)能(néng)。特别是在客户讨论需求、选择以及分(fēn)析最佳方案时,能(néng)借助BIM及相关分(fēn)析数据,作出关键性的决定。
BIM在建筑策划阶段的应用(yòng)成果还可(kě)以帮助建筑师在建筑设计阶段随时查看初步设计是否符合业主的要求,是否满足建筑策划阶段得到的设计依据,通过BIM连贯的信息传递或追溯,大大减少之后详图设计阶段发现问题需要修改设计的巨大浪费。
04
方案论证
在方案论证阶段,项目投资方可(kě)以使用(yòng)BIM来评估设计方案的布局、视野、照明、安全、人體(tǐ)工程學(xué)、声學(xué)、纹理(lǐ)、色彩及规范的遵守情况。BIM甚至可(kě)以做到建筑局部的细节推敲,迅速分(fēn)析设计和施工中可(kě)能(néng)需要应对的问题。
方案论证阶段还可(kě)以借助BIM提供方便的、低成本的不同解决方案供项目投资方进行选择,通过数据对比和模拟分(fēn)析,找出不同解决方案的优缺点,帮助项目投资方迅速评估建筑投资方案的成本和时间。
对设计师来说,通过BIM来评估所设计的空间,可(kě)以获得较高的互动效应,以便从使用(yòng)者和业主方获得积极的反馈。设计的实时修改往往基于最终用(yòng)户的反馈,在BIM平台下,项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识,相应地,需要决策的时间也会减少。
05
可(kě)视化设计
3Dmax、Sketchup这些三维可(kě)视化设计软件的出现有(yǒu)力地弥补了业主及最终用(yòng)户因缺乏对传统建筑图纸的理(lǐ)解能(néng)力而造成的和设计师之间的交流鸿沟,但由于这些软件设计理(lǐ)念和功能(néng)上的局限,使得这样的三维可(kě)视化展现不论用(yòng)于前期方案推敲还是用(yòng)于阶段性的效果图展现,与真正的设计方案之间都存在相当大的差距。
对于设计师而言,除了用(yòng)于前期推敲和阶段展现,大量的设计工作还是要基于传统CAD平台,使用(yòng)平、立、剖等三视图的方式表达和展现自己的设计成果。这种由于工具原因造成的信息割裂,在遇到项目复杂、工期紧的情况下,非常容易出错。
BIM的出现使得设计师不仅拥有(yǒu)了三维可(kě)视化的设计工具,所见即所得,更重要的是通过工具的提升,使设计师能(néng)使用(yòng)三维的思考方式来完成建筑设计,同时,也使业主及最终用(yòng)户真正摆脱技术壁垒的限制,随时知道自己的投资能(néng)获得什么。
06
协同设计
协同设计是一种新(xīn)兴的建筑设计方式,它可(kě)以使分(fēn)布在不同地理(lǐ)位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。现有(yǒu)的协同设计主要是基于CAD平台,并不能(néng)充分(fēn)实现专业间的信息交流,这是因為(wèi)CAD的通用(yòng)文(wén)件格式仅仅是对图形的描述,无法加载附加信息,导致专业间的数据不具有(yǒu)关联性。
BIM使得协同不再是简单的文(wén)件参照,BIM技术為(wèi)协同设计提供底层支撑,大幅提升协同设计的技术含量。借助BIM的技术优势,协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要规划、设计、施工、运营等各方的集體(tǐ)参与,因此具备了更广泛的意义,带来综合效益的大幅提升。
07
性能(néng)化分(fēn)析
利用(yòng)计算机进行建筑物(wù)理(lǐ)性能(néng)化分(fēn)析始于20世纪60年代甚至更早在CAD时代,无论什么样的分(fēn)析软件都必须通过手工的方式输入相关数据才能(néng)开展分(fēn)析计算,而操作和使用(yòng)这些软件不仅需要专业技术人员经过培训才能(néng)完成,同时由于设计方案的调整,造成原本就耗时耗力的数据录入工作需要经常性的重复录入或者校核,导致包括建筑能(néng)量分(fēn)析在内的建筑物(wù)理(lǐ)性能(néng)化分(fēn)析通常被安排在设计的最终阶段,成為(wèi)一种象征性的工作,使建筑设计与性能(néng)化分(fēn)析计算之间严重脱节。
利用(yòng)BIM技术,建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量的设计信息(几何信息、材料性能(néng)、构件属性等),只要将模型导入相关的性能(néng)化分(fēn)析软件,就可(kě)以得到相应的分(fēn)析结果,原本需要专业人士花(huā)费大量时间输入大量专业数据的过程,通过BIM技术可(kě)以自动完成,大大降低了性能(néng)化分(fēn)析的周期,提高了设计质量,同时,也使设计公司能(néng)够為(wèi)业主提供更专业的技能(néng)和服務(wù)。
08
工程量统计
BIM是一个富含工程信息的数据库,可(kě)以真实地提供造价管理(lǐ)需要的工程量信息,借助这些信息,计算机可(kě)以快速对各种构件进行统计分(fēn)析,大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误,非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。
通过BIM获得的准确的工程量统计可(kě)以用(yòng)于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。
09
管線(xiàn)综合
随着建筑物(wù)规模和使用(yòng)功能(néng)复杂程度的增加,无论设计企业还是施工企业甚至是业主对机電(diàn)管線(xiàn)综合的要求愈加强烈。利用(yòng)BIM技术,通过搭建各专业的BIM模型,设计师能(néng)够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突,从而大大提高了管線(xiàn)综合的设计能(néng)力和工作效率。这不仅能(néng)及时排除项目施工环节中可(kě)能(néng)遇到的碰撞冲突,显著减少由此产生的变更申请单,更大大提高了施工现场的生产效率,降低了由于施工协调造成的成本增長(cháng)和工期延误。
10
施工进度模拟
建筑施工是一个高度动态的过程,随着建筑工程规模不断扩大,复杂程度不断提高,使得施工项目管理(lǐ)变得极為(wèi)复杂。
通过将BIM与施工进度计划相链接,将空间信息与时间信息整合在一个可(kě)视的4D(3D+Time)模型中,可(kě)以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。4D施工模拟技术可(kě)以在项目建造过程中合理(lǐ)制定施工计划、精确掌握施工进度,优化使用(yòng)施工资源以及科(kē)學(xué)地进行场地布置,对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理(lǐ)和控制,以缩短工期、降低成本、提高质量。
此外,借助4D模型,施工企业在工程项目投标中将获得竞标优势,BIM可(kě)以协助评标专家从4D模型中很(hěn)快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总體(tǐ)计划是否基本合理(lǐ)等,从而对投标单位的施工经验和实力作出有(yǒu)效评估。
11
施工组织模拟
施工组织是对施工活动实行科(kē)學(xué)管理(lǐ)的重要手段,它决定了各阶段的施工准备工作内容,协调了施工过程中各施工单位、各施工工种、各项资源之间的相互关系。施工组织设计是用(yòng)来指导施工项目全过程各项活动的技术、经济和组织的综合性解决方案,是施工技术与施工项目管理(lǐ)有(yǒu)机结合的产物(wù)。
通过BIM可(kě)以对项目的重点或难点部分(fēn)进行可(kě)建性模拟,按月、日、时进行施工安装方案的分(fēn)析优化。对于一些重要的施工环节或采用(yòng)新(xīn)施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分(fēn)析,以提高计划的可(kě)行性;也可(kě)以利用(yòng)BIM技术结合施工组织计划进行预演以提高复杂建筑體(tǐ)系的可(kě)造性
借助BIM对施工组织的模拟,项目管理(lǐ)方能(néng)够非常直观地了解整个施工安装环节的时间节点和安装工序,并清晰把握在安装过程中的难点和要点,施工方也可(kě)以进一步对原有(yǒu)安装方案进行优化和改善,以提高施工效率和施工方案的安全性。
12
数字化建造
制造行业目前的生产效率极高,其中部分(fēn)原因是利用(yòng)数字化数据模型实现了制造方法的自动化。同样,BIM结合数字化制造也能(néng)够提高建筑行业的生产效率。通过BIM模型与数字化建造系统的结合,建筑行业也可(kě)以采用(yòng)类似的方法来实现建筑施工流程的自动化。
建筑中的许多(duō)构件可(kě)以异地加工,然后运到建筑施工现场,装配到建筑中(例如门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件)。通过数字化建造,可(kě)以自动完成建筑物(wù)构件的预制,这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件不仅降低了建造误差,并且大幅度提高构件制造的生产率,使得整个建筑建造的工期缩短并且容易掌控。
BIM模型直接应用(yòng)于制造环节,可(kě)以在制造商(shāng)与设计人员之间形成一种自然的反馈循环,即在建筑设计流程中提前考虑尽可(kě)能(néng)多(duō)地实现数字化建造。同样,与参与竞标的制造商(shāng)共享构件模型也有(yǒu)助于缩短招标周期,便于制造商(shāng)根据设计要求的构件用(yòng)量编制更為(wèi)统一的投标文(wén)件。同时,标准化构件之间的协调也有(yǒu)助于减少现场发生的问题,降低不断上升的建造、安装成本。
随着建筑行业标准化、工厂化、数字化水平的提升,以及建筑使用(yòng)设备复杂性的提高,越来越多(duō)的建筑及设备构件通过工厂加工并运送到施工现场进行高效的组装。而这些建筑构件及设备是否能(néng)够及时运到现场、是否满足设计要求、质量是否合格将成為(wèi)整个建筑施工建造过程中影响施工计划关键路径的重要环节。
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竣工模型交付
建筑作為(wèi)一个系统,当完成建造过程准备投入使用(yòng)时,首先需要对建筑进行必要的测试和调整,以确保它可(kě)以按照当初的设计来运营。在项目完成后的移交环节,物(wù)业管理(lǐ)部门需要得到的不只是常规的设计图纸、竣工图纸,还需要能(néng)正确反映真实的设备状态、材料安装使用(yòng)情况等与运营维护相关的文(wén)档和资料。
BIM能(néng)将建筑物(wù)空间信息和设备参数信息有(yǒu)机地整合起来,从而為(wèi)业主获取完整的建筑物(wù)全局信息提供途径。通过BIM与施工过程记录信息的关联,甚至能(néng)够实现包括隐蔽工程资料在内的竣工信息集成,不仅為(wèi)后续的物(wù)业管理(lǐ)带来便利,并且可(kě)以在未来进行的翻新(xīn)、改造、扩建过程中為(wèi)业主及项目团队提供有(yǒu)效的历史信息。
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维护计划
在建筑物(wù)使用(yòng)寿命期间,建筑物(wù)结构设施(如墙、楼板、屋顶等)和设备设施(如设备、管道等)都需要不断得到维护。一个成功的维护方案将提高建筑物(wù)性能(néng),降低能(néng)耗和修理(lǐ)费用(yòng),进而降低总體(tǐ)维护成本。
BIM模型结合运营维护管理(lǐ)系统可(kě)以充分(fēn)发挥空间定位和数据记录的优势,合理(lǐ)制定维护计划,分(fēn)配专人专项维护工作,以降低建筑物(wù)在使用(yòng)过程中出现突发状况的概率。对一些重要设备还可(kě)以跟踪其维护工作的历史记录,以便对设备的适用(yòng)状态提前作出判断。
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资产管理(lǐ)
一套有(yǒu)序的资产管理(lǐ)系统将有(yǒu)效提升建筑资产或设施的管理(lǐ)水平,但由于建筑施工和运营的信息割裂,使得这些资产信息需要在运营初期依赖大量的人工操作来录入,而且很(hěn)容易出现数据录入错误。
BIM中包含的大量建筑信息能(néng)够顺利导入资产管理(lǐ)系统,大大减少了系统初始化在数据准备方面的时间及人力投入。此外,由于传统的资产管理(lǐ)系统本身无法准确定位资产位置,通过BIM结合RFID的资产标签芯片还可(kě)以使资产在建筑物(wù)中的定位及相关参数信息一目了然。
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空间管理(lǐ)
空间管理(lǐ)是為(wèi)节省空间成本、有(yǒu)效利用(yòng)空间、為(wèi)最终用(yòng)户提供良好的工作生活环境而对建筑空间所进行的管理(lǐ)。BIM不仅可(kě)以用(yòng)于有(yǒu)效管理(lǐ)建筑设施及资产等资源,也可(kě)以帮助管理(lǐ)团队记录空间使用(yòng)情况,处理(lǐ)最终用(yòng)户要求空间变更的请求,分(fēn)析现有(yǒu)空间的使用(yòng)情况,合理(lǐ)分(fēn)配建筑物(wù)空间,确保对空间资源的最大利用(yòng)。
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建筑系统分(fēn)析
建筑系统分(fēn)析是对照业主使用(yòng)需求及设计规定来衡量建筑物(wù)性能(néng)的过程,包括机械系统如何操作和对建筑物(wù)能(néng)耗分(fēn)析、内外部气流模拟、照明分(fēn)析、人流分(fēn)析等涉及建筑物(wù)性能(néng)的评估。
BIM结合专业的建筑物(wù)系统分(fēn)析软件,避免了重复建立模型和采集系统参数。通过BIM可(kě)以验证建筑物(wù)是否按照特定的设计规定和可(kě)持续标准建造,通过这些分(fēn)析模拟,最终确定、修改系统参数甚至系统改造计划,以提高整个建筑的性能(néng)。
灾难应急模拟
利用(yòng)BIM及相应灾害分(fēn)析模拟软件,可(kě)以在灾害发生前模拟灾害发生的过程,分(fēn)析灾害发生的原因,制定避免灾害发生的措施以及发生灾害后人员疏散、救援支持的应急预案。
当灾害发生后,BIM模型可(kě)以提供救援人员紧急状况点的完整信息,与通过与楼宇自动化系统及时获取建筑物(wù)及设备的状态信息相结合,BIM模型能(néng)清晰地呈现出建筑物(wù)内部紧急状况的位置,甚至找到到达紧急状况点最合适的路線(xiàn),提高应急行动的成效