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建筑信息化在国内工程实务中的应用

来源: 中华建设网

本文首先藉由经济学家杂志及美国建筑管理协会指出建筑工程产业的工作不符经济效能,点出已驱使先进国家建筑产业寻求以建筑信息模型(Building  Information  Model)来改善工作方法。为让读者对案例介绍所应用的技术有初步的了解,将针对建筑信息模型技术先作概念介绍,接着整理一些国际建筑企业使用BIM的概况与量化的效益指标,并摘出他们后续的应用方向,至于国内实务应用则将介绍中兴滨海项目的应用方向及初步效益。

一、建筑信息模型之技术概念

由于建筑信息模型技术于国内还未十分普及,为了让更多各阶层建筑业界人士能共同了解合作推动,因此有必要先对“建筑信息模型技术”作介绍。建筑信息模型技术(Building  Information  Model:BIM)目前在国际建筑、工程和结构(AEC)产业中是一个相当热门的议题。近年来,它经常出现在各种工程有关的专业杂志上,每年各种大小工程相关会议都在讨论它研究它,相关工具软件开发厂商也积极开发BIM enable的计算机辅助软件。

建筑信息模型技术BIM可说是以“XML延伸物件化数据描述技术”与“计算机3D绘图展示技术”结合发展的应用技术。针对建筑业的资料描述标准各国政府及联合国标准组织UN/CEFACT均积极发展定义中,至于3D绘图展示,世界上主要CAD/CAM软件也已开发内建支持BIM数据结构及延伸应用界面。

简言之,建筑工程的任何一个设计项目、部位、组件等在计算机里均是一个有3D形体的物件,每一物件背后均有一组基本资讯类别(Basic in  formation  class)的数据结构及一组可延伸定义的延伸信息类别(Extension  information  class),利用3D对象形体、基本信息及延伸信息的连结提供精确的“工程标的信息集合”,让工程作业能达到“What you  see  what  you  get.”。建筑企业可运用信息技术将对象信息发展成串接建筑工程从对象到展示、对象到作业、作业到管理的信息链、改良精进建筑工程中不同技术领域的协同作业。

它解放了“建筑工程生命周期资讯的延伸应用”,整个建筑工程生命周期均以BIM为核心,BIM工程信息可以在一个阶段建置后持续延伸整合运用到下一阶段,甚至延续应用到设施启用及营运管理。部分欧美建筑企业已能成功地运用它大幅改变建筑工作流程、有效降低变更设计及返工、明确规格化各项施工作业达到自动化省时化等。其整体价值发挥可说就是基于“整合化的工程信息沟通平台”,它让沟通简化、直接、精确、有效,而且有完整的关联纪录。

二、建筑信息模型之应用趋势

根据2000年1月13号在“Economist”(经济学家)里的一篇文章,标题为“New Wiring”(“新线路”),估计每年美国建筑业因为不符需求、设计不当而变更重作的情形严重,因而产生延误成本约为2000亿美元左右。这个数字几乎占了美国每年在建设上的整体花费6500亿美元的三分之一。这个数字与Construction  Management  Association  of  America(美国营建管理协会)的网站上指出的数字相当接近。美国建筑管理协会指称,在美国每个工程项目约有30%的资金浪费在那些因故而被拖延及因为不符需求、设计错误而变更重作虚工的工作流程上。

这只是举出美国的例子,其实国内外建筑产业均面临类似效能亟需改善的挑战,寻找更好的工作方法是全世界建筑产业的共识,然而整个建筑工程的生命周期牵涉到各种技术领域及管理领域的人来共同参与。从前述建筑业的重要课题来看,有效的“沟通”与“协同作业”是关键,需要有系统化及结构化的工作方法才有可能改善此问题。

初步运用BIM的Visualization及information  class的功能可做到虚拟设计建造(Virtual  Design & Construct:VDC)改善前周期的Design &Build的效能,后续仍计划延伸应用到工程估价、时程管理、工地管理、整合施工计划。利用BIM所建的数据及工程过程所产生与连结的信息都可透过建筑模型的结构延伸提供下一阶段继续运用,信息的持续利用将发挥加乘价值,因此也有大型建筑公司开始聚焦到“Building  Life cycle  Management”,这将是BIM应用到极致的境界。Building  Life cycle  Management部分范畴应该是可涵盖设施业主于营运阶段所需“设施管理”的应用,这是日常持续(day to day)需要的管理应用,应该对业主有极大吸引力。

其实仍有许多可以用BIM来突破先前不易做到的工程应用议题,正在快速创新发展中,包括建筑、全自由度设计等,凡此均与整个产业竞争力有关。较多是在研究如何由传统的2D设计转换为3D设计。从议题层次而言,由2D到3D只是底层作业技术的改变,其改良仅是局部的,无法有整体工程产出效能的改善。建筑产业需要的是营造一个可以产生巨大创新价值的团队工作技术。

三、中兴滨海项目的BIM应用

该工程计划把海滨改造成海洋度假游憩园区,包含旧有三栋日式木造房舍进行整修、重点景观区大地工程建设及引入海洋深层水的亲水戏水设施。

(一)景观检讨

由于工程与度假游憩有关,因此景观将是重点,本计划首先以现地补测绘地形数据与数字地形数据整合套入卫星影像数据,建立包含基底模型数据。并以基底模型为主体建立邻近地带包括工业区等的比邻模型及视线能及的远景模型。将该等模型组合后即可以模拟在重点景观区对邻近视域或远景视域进行景观检讨,甚至对区内微观景物布置加以检视调整。模型加以日光线仿真,则可了解各时段海岸日光在海洋深层水SPA区之照射情形,以此作为日光照度调配之参考。

由于规划保留古老建筑之韵味,提供悠闲气氛,日式木造房舍因年久木构桁架状况不一,有的需修补杆件,有的需抽换部分构件,有的整体新造。因此每一桁架及木构件均建于BIM模型中,且各有对应之数据组,修补设计可针对桁架、构件加以检核、补充及现场确认。施工阶段如将修补数据键入BIM模型数据结构中,则后续可作为营运阶段维护管理之用。

(二)数量检核应用

依据细部设计顾问公司设计之第一期大地工程预算书所列编码项目作检讨包含:地景工程、铺面工程、配合周边工程、排水工程、电气设备工程、自来水设备工程、电信设备工程、深层水设备工程、污水设备工程等9个分项工程预算。

检讨程序大致为:
a.建筑信息模型建置;
b.输出数量计算报表;
c.比对预算书数据;
d.数量误差验证分析。

初次以BIM模型检算数量为避免检算盲点,输出数量计算报表分两次提送供细部设计顾问公司确认。第一阶段由细部设计顾问针对已发现之数量误差项进行修订,第一次修订后再以BIM模型进行全面检算做第二次输出。每一检算误差项均经进一步的“误差验证分析”以找出可能的误差来源或原因,确认从模型检出之误差是确实存在。从分析过程归纳数量差异原因大致有下列:
a.2D图面计算面积常忽略立面面积;
b.跨越多张2D图面之项目可能被重复计算;
c.线性长度在2D图面常只计算到投影长度;
d.法规限制之空间数值在2D图面常只检核到水平限制;
e.部分项目以概估或计列损耗导致关联项目数量连动放大。

在验证分析确认数量误差后,依据工程预算书项目所列单价重新核算工程费用,与原编之工程预算费用核对发现第一次提送节省费用13.7%,第二次除数量差异之修正外,亦建议中兴滨海项目改变土方开挖费用计算方式后,总工程经费则可降低达20.3%,BIM模型在此工程已产生最直接且巨量化的应用价值,业主已可明确感受到。

四、工程团队“共建共享”降低失误

以目前国内建筑工程习性分为规划、设计、施行角色分离,作业信息的规划思考多属面向自我,续用性不大。协同工程作业时均在各自的信息模式中进行,工程资讯均需重复整备转制,也因而延生了差异与错误,造成产出效能摊低、成本增加。而BIM模型正可作为串接,从规划、设计到施工的资讯核心及各工程团队共建共享的可视化沟通接口与施工障碍仿真,有效减少各阶段信息转换的误差、工作变更、返工及时程延误。

除了产业体质之外,国内建筑产业现阶段所面临的困境与挑战实比以往更为艰难,包括世界性的金融危机,我国双限令的出台,盘面将面临持续走低的威胁,并且有国家重大工程项目投资预算紧缩的影响,所以改良建筑产业的产出方法与效能刻不容缓。

(作者单位:上海新域工程建设咨询有限公司)


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