BIM的全过程深层次应用势在必行

随着建筑行业的不断发展,BIM的本土化过程正在逐步推进,在过去的2018年里,住建部印发《城市轨道交通工程BIM应用指南》,交通部出台《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》;中国工程建设检验检测认证联盟推出中国BIM认证体系;2018两会委员建议高校土木专业增“BIM技术”课程……这些信号都表明了BIM在国内发展取得的阶段性成绩,同时也为深挖BIM的应用潜力打下基础。

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一些建筑企业把BIM的生命周期缩短至一个阶段,即施工阶段。在这一阶段,花费大力气建模,导入参数,计算分析,碰撞检查,3D浏览展示,还要让施工员每天拍照上传云盘,如此一来,一个工程便形成了一个巨大的数据库,然而这个数据库最大的问题就是孤立、单一、不可复制,结果就是下一个工程还要再花力气做一遍。



为解决这种问题,建筑企业必须提早让BIM介入,这对项目成本控制大有帮助。BIM技术的全过程应用主要有如下几个方面:


设计阶段的BIM技术应用


1、三维状态下可视化的设计方法

 

BIM技术下的建模设计过程是以三维状态为基础,不同于CAD的基于二维状态下的设计。在常规CAD状态下的设计,绘制墙体、柱等构件没有构件属性,只有由点、线、面构成的封闭图形。而在BIM技术下绘制的构件本身具有各自的属性,每一个构件在空间中都通过X、Y、Z坐标各自的独立属性。设计过程中设计师构想能够通过电脑屏幕上虚拟出来三维立体图形,达到三维可视化下的设计。同时构建的模型具有各自的属性,如柱子,点击属性可知柱子的位置、尺寸、高度、混凝土强度等,这些属性通过软件将数据保存为信息模型(阶段BIM),也可以由其他专业导入数据,提供了协同设计的基础。

 

在三维可视化条件下进行设计,三维状态的建筑能够借助电脑呈现,并且能够从各个角度观察,虚拟阳光、灯光照射下建筑各个部位的光线视觉,为建筑概念设计和方案设计提供了方便;同时,设计过程中,通过虚拟人员在建筑内的活动,直观的再现人在真正建筑中的视觉感受;使建筑师和业主的交流变得直观和容易。

 

在传统的二维状态下进行设计,对于高、大、新、奇的建筑,建筑师、结构师都很难理解到各个构件在空间上的位置和变化,设备工程师、电气工程师更难在空间建筑内进行设备、管线的准确定位和布置。建筑、结构与设备、管线位置关系出现矛盾,影响了设计图纸的质量。

 

在三维可视化条件下进行设计,建筑各个构件的空间位置都能够准确定位和再现,为各个专业的协同设计提供了共享平台,因此通过BIM数据的共享,设备、电气工程师等能够在建筑空间内合理布置设备和管线位置,并通过专门的碰撞检查,消除了各种构件相互间的矛盾。通过软件的虚拟功能,设计人员可以在虚拟建筑内各位置进行细部尺寸的观察,方便进行图纸检查和修改,从而提高图纸的质量。



2、多专业协同设计的共享数据平台

 

传统条件下,各专业间的建筑模型设计数据不能相互导出和导入,使各个专业间缺乏相互的协作,即使设计院内部通过大量的技术把关,也只能解决建筑和结构间的构件尺寸统一问题,对于水电、暖通和建筑、结构间的构件冲突都只能在施工过程中进行修改。因此各专业图纸间的矛盾众多,导致施工过程中变更增多,施工单位在施工过程中协调难度增加;设计单位不断调整设计变更增加工作量,造成工程成本增加,达不到业主要求。

 

在BIM技术下的设计,各专业通过相关的三维设计软件协同工作,能够最大程度的提高设计速度。并且建立各个专业间共享的数据平台,实现各个专业的有机合作,提高图纸质量。例如欧特克开发的AutoCAD Architecture、AutoCAD Revit、Revit Architecture、Autodesk Robot structural analysis 系列软件,使建筑工程师在完成建筑选型、建筑平面、立面图形布置完成后,即可将数据保存为BIM信息,导入结构工程师、设备水电工程师专业数据,由结构工程师进行承重构件的设计和结构计算,设备及水电专业工程师同时进行各自专业设计。在建筑和结构专业都完成后,将包含建筑和结构专业数据的BIM信息导入水电、暖通、电梯、智能专业进行优化。同时水电、暖通、设备等专业的BIM信息也可以导入建筑、结构专业,达到了各专业间数据的共享和互通,真正实现在共享平台下的协同设计,在设计过程中能够进行各个专业间的有效协调,避免各个专业间的构件矛盾。



施工阶段的BIM应用



1、虚拟仿真施工

 

运用建筑信息模型(BIM)技术,建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的模型。该模型能够将工艺参数与影响施工的属性联系起来,以反映施工模型与设计模型间的交互作用。通过BIM技术,实现3D+2D(三维+时间+费用)条件下的施工模型,保持了模型的一致性及模型的可持续性,实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。

 

2、实现项目成本的精细化管理和动态管理

 

运用BIM技术建立的施工阶段的5D模型,能够实现项目成本的精细分析,准确计算出每个工序、每个工区、每个时间节点段的工程量。按照企业定额进行分析,可以及时计算出各阶段每个构件的中标单价和施工成本的对应关系,实现了项目成本的精细化管理。同时根据施工进度进行及时统计分析,实现了成本的动态管理。避免了以前施工企业在项目完成后,无法知道项目盈利和亏损的原因和部位。

 

设计变更出来后,对模型进行调整,及时分析出设计变更前后造价变化额,实现成本动态管理。



3、实现了大型构件的虚拟拼装,节约了大量的施工成本

 

现代化的建筑具有高、大、重、奇的特征,建筑结构往往是钢结构+钢筋混凝土结构组成为主,按照传统的施工方式,钢结构在加工厂焊接好后,应当进行预拼装,检查各个构件间的配合误差。而运用BIM技术,施工方就可以在建造阶段,通过三维激光测量技术,建立了制作好的每一个钢桁架的三维尺寸数据模型,在电脑上建立钢桁架模型,模拟了构件的预拼装,取消了桁架的工厂预拼装过程,节约了大量的人力和费用。

 

4、各专业的碰撞检查,及时优化施工图

 

通过建立建筑、结构、设备、水电等各专业BIM模型,在施工前进行碰撞检查,及时优化了设备、管线位置,避免了施工中大量的返工,加快了施工进度。

 

通过引入BIM技术后,建立了施工阶段的设备、机电BIM模型。通过软件对综合管线进行碰撞检测,利用Autodesk Revit等软件进行三维管线建模,快速查找模型中的所有碰撞点,并出具碰撞检测报告。同时配合设计单位对施工图进行了深化设计,在深化设计过程中选用Autodesk Navisworks等软件,实现管线碰撞检测,从而较好地解决传统二维设计下无法避免的错、漏、碰、撞等现象。

 

按照碰撞检查结果,对管线进行调整,从而满足设计施工规范、体现设计意图、符合业主要求、维护检修空间的要求,使得最终模型显示为零碰撞。同时,借由BIM技术的三维可视化功能,可以直接展现各专业的安装顺序、施工方案以及完成后的最终效果。

 

5、实现项目管理的优化

 

通过BIM技术建立施工阶段三维模型能够实现施工组织设计的优化。例如在三维建筑模型上布置塔吊、施工电梯、提升脚手架,检查各种施工机械间的空间位置,优化机械运转间的配合关系,实现施工管理的优化。

 

在施工中,还可以根据建筑模型对异型模板进行建模,准确获得异型模板的几何尺寸,用于进行预加工,减少了施工损耗。同样可以对设备管线进行建模,获取管线的各段下料尺寸和管件规格、数量,使得管线尺寸能够在加工厂预先预加工,实现了建筑生产的工厂化。

 

6、建设业主及造价咨询公司的投资控制

 

项目业主或者造价咨询单位采用BIM技术可以有效的实现施工期间投资控制。在施工期间咨询单位通过导入BIM技术,可以快速准确的建立三维施工模型(3D),再加上时间、费用则形成了施工过程中的建筑项目的5D模型。实现了施工期间成本的动态管理,并且能够及时准确的划分施工完成工程量及产值,为进度款支付提供了及时准确的依据。

 

7、能够实现可视化条件下的装饰方案优化

 

装饰工程设计通常在施工期间根据业主的需要进一步作深化设计。在二维状态下的建筑装饰设计,设计单位主要是出具效果图。即简单的内部透视图形,无法进行动态的虚拟,更没有办法进行各种光线照射下的效果观测,设计人员和业主不能体会到使用各种装饰材料产生的质感变化。在装饰施工中,为了让业主体会装饰效果,需要建立几个样板间,样板间建立过程中对装饰材料反复更换和比较,浪费时间和成本。

 

通过BIM技术下三维装饰深化设计,可以建立一个完全虚拟真实建筑空间的模型。业主或者建筑师能够像在建好的房屋内的虚拟建筑空间内漫游。

 

通过虚拟太阳的升起降下过程,人员可以在虚拟建筑空间内感受到阳光从不同角度射入建筑内的光线变化,而光线带给人们的感受在公共建筑中往往变的尤为重要。

 

同时,通过建筑材料的选择,业主可以在虚拟空间内感受建筑内部或者外部采用不同材料的质感、装饰图案给人带来的视觉感受,如同预先进入了装饰好的建筑内一样。可以变换各种位置,或者角度进行观察装饰效果,从而在电脑上实现装饰方案的选择和优化,既使业主满意,又节约了建造样板间的时间和费用。


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若想深挖BIM全过程的应用价值,需要做到三点:

 

一、让BIM提早介入。如在投资决策阶段,就将BIM应用于投资咨询工作中的方案及投资估算比选、功能模拟两个方面,在传统投资咨询业务的基础上依托BIM技术搭建BIM模型,让建设方直观感受概念设计模型,配以虚拟漫游视频,提高方案比选的效果,便于方案比选;同时,基于BIM模型快速进行功能分析,对所有公共建筑,专门进行人流疏散模拟,对不满足疏散要求的区域及时进行调整。

 

二、正确使用BIM。不少企业发现在应用BIM的过程中,有很多问题实际上并没有帮助设计施工过程降低成本,提高效率,反而增多了工作量,增加了人工成本。一些设计企业在BIM应用中存在以下问题:BIM设计软件不成熟、不配套、不完善,设计效率无法提高,交付成果还是基于目前的蓝白图方式,所以除非必须,否则不会主动采用;BIM正向设计本身就是三维设计手段的应用,也是精细化设计的过程。在配套软件尚待成熟时,必将投入更多的人力成本,而相应设计费却不会提高,设计院便不会主动采用;BIM标准体系不完善,BIM正向设计成果交付模式不明确,BIM价值没能得到全面体现,在施工阶段、运维阶段中如何应用BIM成果无法确认,这些都阻碍了设计院采用BIM正向设计的积极性。


BIM软件的发展在应用层面较为重要,软件系统不完善,软件功能跟不上,使用者自然会在BIM应用过程中遇到各类困难。而BIM软件所遇到的问题,也反映出BIM标准体系有待完善的问题。

 

这就需要企业努力为BIM应用清除障碍,提高BIM使用效率,确保BIM有理可依、有据可查,丰富和完善BIM技术的企业规范要求。

 

三、合理使用BIM。合理利用BIM需要的不只是一套完整的软件,而是硬件完整、软件到位的BIM系统,以及BIM团队的密切配合。建筑企业怎么用BIM,怎么创新BIM,决定了BIM能够给建设项目带来怎样的惊喜。

 

 

在未来的几年内,BIM的应用将会越来越广泛,越来越全方位。当务之急是加强拓展BIM应用的广度和深度,让BIM切实成为提质增效的一把“利刃”,让BIM不再与“高成本”划等号。建筑企业必须共同完善BIM理论知识,做好BIM本土化工作,尽快适配国内工程现状。同时,BIM软件应配套升级更新,努力解决现阶段应用过程中遇到的问题,努力服务建设方、设计方、施工方、监理方、运营方等。