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BIM技术及其在我国的应用问题和对策

来源: BIM中国网

  BIM代表建筑信息模型(Building Information Modeling),BIM技术是继CAD(计算机辅助设计)技术后出现的建设领域的又一重要的计算机应用技术。

  BIM技术上世纪90年代起源于国外,其基本思想是,在计算机上进行建筑设计时,不再是对线段、弧线、圆等基本图元进行操作,而是对带有属性信息的建筑构件进行操作。例如,在设计中,利用软件的功能,直接添加或删除一根带有其材料属性的柱子,而不像在传统的CAD系统中需要通过添加或删除对应的线条来做同样的事。

  BIM技术的核心是基于该技术的建筑工程应用软件,典型的基于BIM技术的建筑工程应用软件例如美国Autodesk公司的Revit系列软件,匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD软件等。这些软件使得用户可以更高效地开展相关业务工作。它们具有如下共同特点:首先,在软件中,用户以面向对象的方式进行设计,就如上述其基本思想所表明的一样;其次,用户直接使用三维模型来进行设计;再其次,软件支持开放数据标准(例如IFC),用户可以导入导出标准格式的数据,便于在不同的软件之间进行数据交换。

  BIM技术带来的好处是显而易见的:不仅支持设计人员提高设计效率,而且可以支持设计数据的重复利用,例如,用于对设计结果进行各种深入分析,设计阶段数据可在施工阶段直接利用等。但是,应用BIM技术不仅需要经历一个过程,而且需要解决一些关键问题。
本文首先介绍国内外BIM技术研究与应用的情况,然后分析BIM技术在我国应用的关键问题和对策。

  2 我国关于BIM技术的应用与研究

  基于BIM技术的应用软件大约在2004年就已进入我国。有的国际软件开发商为此专门组织编写了教材,还实行捆绑销售,即,在售出传统的CAD软件时,附送一套基于BIM技术的应用软件。但可以说,应用的道路并不平坦。迄今为止,虽然已经在一些工程中得到应用,但应用的主要是建筑专业设计软件,即使这类软件的应用,距离普及还有很长的路要走。根本原因有,一是,设计人员接受三维模型设计并不容易,似乎需要花更长的时间;另外国外软件厂商的产品对我国规范的支持程度差,例如,尚不能从三维模型自动生成符合我国规范要求的二维设计图纸,尚不能按照我国规范要求进行结构的设计计算。

  鉴于BIM技术的重要性,我国“十五”科技攻关计划中开始了对BIM技术相关研究的支持,研究课题的名称为“基于IFC国际标准的建筑工程应用软件研究”,重点放在对BIM数据标准IFC和应用软件的研究上。通过该研究,将IFC标准的平台部分等同采用为行业标准和国家标准,开发了基于IFC的结构设计和施工管理软件,从而积累了对BIM技术的认识,为进一步开展研究奠定了基础。在国家“十一五”科技支撑计划中,对BIM技术研究给予了进一步的支持,研究课题“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”即是专门为此设置的,其中包含了基于BIM技术的建筑设计、节能设计、成本预测、施工优化、施工安全分析等下一代建筑工程软件的研究子课题,与“十五”科技攻关计划相比,从研究的广度和深度上都有了进一步的拓展。目前该研究课题正在进行当中。

  3 BIM技术在国外的应用

  在一些发达国家,由于对BIM技术的研究和开发起步很早,应用开展也早,已走在我国的前面,并验证了BIM技术的应用潜力。

  从应用领域上看,国外已经将BIM技术应用在建筑工程的设计阶段、施工阶段以及建成后的维护和管理阶段。相应的应用软件已经逐步成熟。从两个例子可以看出这一点。韩国的buildingSMART协会作为韩国BIM技术应用的推进单位,去年曾组织了BIM技术体验培训,让参加者通过1周的培训,体验涉及到建筑工程各阶段、各专业的应用软件,感受BIM技术的成熟度及潜在好处,从而推进BIM技术的应用。在该培训中使用的基于BIM技术的建筑工程应用软件达到20种之多,涉及建筑工程的设计和施工阶段,覆盖了建筑、结构、设备等多个专业,培训教师全部来自目前使用这些软件的单位。在去年12月美国举办的EcoBuilding America会议上,BIM技术应用成为一个重点。在3天会期中,组织了名为“水族馆”(Aquarium)的系列小组会,连续进行了一个又一个的应用案例介绍。笔者参加了该会议,并与介绍者进行了一些讨论,对BIM技术在美国的应用所达到的深度和广度留下了深刻的印象。

  归纳一下,BIM技术已获得的应用如下:

  在设计阶段,使用相应的软件直接进行建筑、结构、设备等各专业设计,设计中均建立了三维设计模型,各专业设计之间可以共享三维设计模型数据,避免数据重复录入;二维设计图纸可以从三维设计模型自动生成。使用专门的软件,可以对设计是否符合规范进行自动校核。另外,可以自动地将三维设计模型的数据导入到各种分析软件,例如能耗分析、绿色建筑分析、日照分析、风环境分析等软件中,快速地进行各种分析和模拟,还可以快速计算工程量并进一步进行工程成本的预测。

  在施工阶段,通过使用相应的软件,利用三维设计模型数据,进行虚拟建造。虚拟建造最重要的目的是,对建造过程进行预演,发现实际过程中将会出现的问题,及时改进,防患于未然。例如,可以综合建筑、结构、设备等各专业设计,进行碰撞检查。一旦发现构件之间的碰撞,可以及时调整设计,而不用等到施工时发现问题才进行设计变更。

  通过参加上述会议并结合之前对美国的几个相关企业的考察,笔者将BIM技术在国外的应用特征归纳为如下三点。一是由于BIM技术已经成为设计和施工企业承接项目的必要能力,BIM技术已受到广泛重视,大企业一般均已具备了应用BIM技术的能力;同时,BIM技术的专业咨询公司已经出现,并且十分活跃,为中小企业应用BIM技术提供了有力的支持。二是,在BIM技术应用过程中,不仅直接将BIM技术应用了建筑工程的局部环节中,例如,设计单位进行各种分析和模拟,而且形成了新的工作模式,例如实施IPD(Integrated Project Delivery,集成项目交付)模式,即业主、设计、总包、分包等参与方在设计阶段就参与到项目中,通过应用BIM技术进行虚拟建造,共同对设计进行改进,并共同分享收益或风险,而且对此在行业中已经建立了标准的合同条款。三是,应用软件已经比较成熟,特别是,像Autodesk这样的大型软件开发商,提供了包括多个不同专业、跨不同阶段的软件,形成了全面的解决方案,从而有力地支持了BIM技术的应用。

  4 在我国应用BIM技术的关键问题和对策

  BIM技术作为下一代的计算机辅助设计的基础性技术,其重要性毋庸置疑。我国作为一个大国,特别是我国正在进行着世界上最大规模的建设,有必要着力推进BIM技术的应用,以便促进我国建筑工程技术的更新换代。

  笔者认为,在我国推广应用BIM技术需要着重解决以下三个方面的问题。

  首先是应用软件问题。上面提到发达国家基于BIM技术的软件已经比较成熟,多数软件已经进入我国市场,但仅仅依靠它们是不够的。一方面,这些软件目前还不能很好地满足我国设计规范的要求,另一方面,也是最重要的方面,我国必须形成有自主知识产权的应用软件,这样不仅可以制造新的经济增长点,也可以避免受制于人。如上所述,目前在国家“十一五”支撑计划中已经包含了这样的应用软件的研究课题,在产业政策中也需要体现出对发展基于BIM技术的重视,以便推动我国企业发展这方面的技术。

  其次是标准问题。目前作为BIM数据标准,IFC标准在国际上已日趋成熟,在此基础上,美国提出了NBIMS标准。在美国,由于像Autodesk这样的大型软件开发商提供了成套的软件,软件之间可以直接交换数据,因而这样的标准的重要性没有体现出来。实际上,因为BIM数据将应用于建筑工程的全生命期,时间跨度大多均为50年以上,从长远看,依靠某一个厂商支持的数据标准是不可取的。对于我国,因为没有像Autodesk这样的大型软件开发商,所以需要鼓励更多的软件参与到基于BIM的应用软件开发中,为此颁布数据标准可以保证应用软件的数据互通。目前,在这方面我国只是引进了IFC标准的平台部分,对国外标准的研究还比较薄弱,结合我国建筑工程的实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。同时,应该意识到,在实际过程中,不仅需要像IFC一样的技术数据标准,还需要较高层次的应用标准,例如三维建筑设计标准,才能更好地满足BIM技术的应用需求。大专院校和科研院所有必要重视这方面的工作,国家有关部门对此应给予大力支持。

  第三是应用模式问题。可以在划分为两个方面:一方面是技术模式,现实中容易走向两个极端,一个是,只是小打小闹地在建筑工程的局部环节应用BIM技术,例如只将其应用于进行碰撞检测,这样做不利于充分地利用BIM技术带来的、可以共享三维模型数据的好处。另外一个是,动辄求大求全,恨不得用一个软件或少数几个软件解决建筑工程施工阶段、甚至全生命期的所有问题。这也没有必要,因为任何事情都不可能尽善尽美,任何人均不可以包打天下。解决这样的问题的关键是去实践,只要能够满足实际要求,即可以作为有效的技术。另一方面是应用模式。上述IPD模式即是一个成功的例子。IPD模式把业主、设计方、总承包商和分包商集合在一起,通过利用BIM技术,可以在建筑工程中收到很好的效果。即使在国外,也是通过摸索,最终形成了相应的合约模板,才使得IPD的推广应用成为可能。在我国,这样做能够收到预期的效果,还不好说。在我国,即使解决了BIM的技术问题,为推广IPD还需要完成很多工作。这主要是因为,我国建筑工程的发包模式、相关法规和政策与国外均不尽相同。当然,只要勇于实践和探索,通过努力,完全有可能创造出适合我国情况、更加有效的应用模式。

  5 结语

  BIM技术作为继CAD(计算机辅助设计)技术后出现的建设领域的又一重要的计算机应用技术,在一些发达国家已经得到了迅速发展和应用。在我国,要想发展BIM技术,需要重视基于BIM技术的应用软件的开发,还应该建立和完善BIM相关标准,同时应该勇于实践探索有效的应用模式。只有这样,才能让BIM技术在我国建设领域中发挥应有的作用。


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