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张建平:BIM技术应用现状和发展方向

来源: 新浪网

——节选《商业地产项目应用BIM技术风险研究研讨会》实录

清华大学土木系  张建平教授

各位领导、各位专家,我也是受何总之托,把我们前一段的一些工作,把目前整个研究情况给大家做一个大致的介绍。

关于什么是BIM,现在大家也都非常地耳熟能详,因为各种的学术活动、各种的BIM的应用交流会上,各位不同的专家、不同的应用用户,都从不同的角度对BIM进行了一些诠释,我想讲BIM还是跟大家一起分享一下BIM真正的一些,和我们理解上的一些更确切的理解。

我个人认为美国国家标准技术研究院,对BIM的定义我觉得还是,一个是比较精确,也比较精炼,也比较准确。那么他们认为BIM是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,BIM是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表达。在这儿可能大家在各种应用过程中,BIM和三维模型的关系有时候会有一些混淆,三维数字技术一定是BIM的基础,但是BIM不等于三维模型,为什么呢?因为三维模型它是只能对工程项目设施实体进行描述,而无法对功能特性进行数字化表达,这是我个人的理解。

另外关于BIM的内涵,也有的理解,说BIM那是不是三维模型加数据就是BIM,我的回答是——不全面,它应该是一个大于的关系,因为在BIM模型它不仅仅包括一些数据,而且应该是包括对整个工程项目在全生命周期,不仅仅是包括它的数据,更重要的是它对整个过程的描述,以及这个过程中所需要的资源的表达。那么也就是仅仅是数据,它是无法来完成这么一个表达的,所以在理解上,应该是它对工程数据、工程对象的一个完整的描述。

那么怎么来对过程进行表达呢?我觉得模型对象的关联关系非常重要,这个关联关系一定是清晰地描述了这个工程项目的,工程的逻辑关系,而工程的逻辑关系仅仅用一些数据来表达是不完整的,我不知道我这样子解释是不是大家都认可、是否正确,仅供大家参考。

也就是说随着BIM的应用,BIM作为一种全新的理念,它现在涉及到一个工程项目全生命期,从规划、设计、理论到施工维护技术一系列的创新,也包括管理的变革,所有在国内外的学术界有一个共识,BIM的应用是建筑领域里面的第二次的革命,第一次的革命就是我们所说的CAD的应用。我个人认为CAD的应用是一个技术层面的革命,现在的BIM的应用,不仅仅涉及到技术,更重要它还涉及到管理的变革,所以作为一场革命,它会更深刻,涉及的面会更大,实施起来也会更难。

关于BIM的价值,大家也是都看得很多,现在我们给大家归纳的这么几条,是我们几位专家在申请国家的十二五期间,包括这次在给建设部进行策略研究,还有实施指南的过程中归纳出来这么几条。

第一点,BIM的应用首先它是实现建筑全生命期的信息共享,然后能够使项目所有的参与方能够协同工作,实现工程项目的精细化管理,实现全生命期的信息共享,这是第一点。

第二点,它能够实现建筑全生命期的可预测性和可控制,也就是说BIM技术它可以支持建筑环境、经济、能耗、安全等多方面的分析和模拟,所以它可以实现虚拟的设计、虚拟的建造、管理以及全生命期、全方位的预测和控制。

第三点,能够促进建筑业生产方式的改变,因为BIM技术可以支持设计、施工以及管理的一体化,所以说能够促进建筑业生产方式的变革。

第四点,BIM的应用可以推动建筑行业的工业化发展。刚才我们说了,BIM能够连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源,所以它是能够支持建筑行业产品链的贯通,为工业化建造提供技术的保障,能够支持这个建筑行业的工业化发展。

这个是我们在整个研究过程中总结出来的这么几点BIM技术的作用和价值,一些主要的体现。

下面我就跟大家汇报一下我们最近从政策的层面、标准、技术的研究和应用的角度,国内现在咱们的行业主管部门,咱们的行业协会以及我们的企业,现在做了一些什么样的工作?

首先我们来看一下BIM技术的发展政策研究,在住建部颁发的2011年到2015年建筑业信息化发展纲要中,就把加快BIM等新技术在工程中的应用列入了十二五建筑业信息化发展的总体目标和重要的任务之一,也就是说在发展纲要的指导下,BIM的政策方面的研究,由我们的住建部的一些主管部门逐步地在进行开展,而且取得了可喜的一些成果。

比如说我们在去年,住建部的工程质量安全监管司,就组织了勘探设计和施工BIM技术发展对策的研究,这个项目是正式立项的一个项目,承担的单位是咱们中国建筑科学研究院,另外参加的单位有中建总公司等,大概有10多个单位,数十名专家参加了这个研究,组织专家开展了这个方面的专题研究,组织了大量的调研,国内外的调研。现在这个专题的研究已经顺利地结题,形成了专题的研究报告,而且通过了专家的验收,这是一个方面。不光有研究报告,还有比较详细的调研的报告。

第二方面的工作就是在对策研究的基础上,住建部的工程质量安全监管司,又组织专家立项了一个关于推进BIM技术在建筑领域应用的指导意见这么一个专题研究,承担的单位是中国建筑业协会质量分会,参加的单位有中建总公司、清华大学、广州优比咨询公司,在这个项目中我们大概前后花了半年的时间,进行了大量的工作,目前已经完成了指导征求意见稿,现在正在协会的一些企业和分会里面在进行征求的意见。在这个指导意见里面,主要分成了这么几个部分,大家看一下。

部分一,充分认识BIM技术在建筑里面应用的重要的意义,把它归纳、提炼了它的价值、作用。

部分二,明确了指导思想和规定了基本的原则,就是推进BIM应用的。

部分三,明确了发展的目标,目标分成了近期目标、中期目标和长期目标进行了明确。

部分四,确定了工作重点,主要是针对企业,包括建设单位、勘探设计企业、施工企业、工程总承包企业、运营维护企业,分成了这么五个方面的企业,在这些企业的工作重点中,关于组织和管理的一些共性的重点我们把它提炼出来,同时又细化了不同的企业,根据他的特点、他的主要应用需求确定了他们的工作重点、应用内容进行了一些明确。

部分五,保障的措施。保障措施主要是从技术的研究、人才的培养等各个方面提供了一些具体的措施。

这个指导的意见现在在广泛地征求意见,不久可能住建部就会颁发出来,这是关于政策方面研究的几方面的工作。

第二大方面就是BIM的标准,BIM的标准我们研究得很早,实际上在国家“十五”的时候,关于BIM标准的研究中,就比较早地引入了IFC的标准,对IFC标准的定义、描述进行了细致的研究。在这样的一些基础上,中国工程院和国家自然科学基金委,他们立项了一个课题,叫中国建筑信息化发展战略研究,在这个课题里面一个重要的成果,就是中国BIM标准框架,这个项目已经完成了,它是由清华大学软件学院孙家广院士的团队完成的这项工作,中国BIM标准的框架已经正式地出版了。他这个标准规定了,实际上它按照美国BIM国家标准的一些基本的框架,然后结合了中国的国情,对中国BIM的标准总体框架进行了勾画。

具体的标准制订是有分成了这么两个方面,一个就是工程建设的国家标准,是由住建部的标准定额司,已经连续娘年,2012年和2013年都颁布了工程建设国家标准制订的计划,这里面包括了五步BIM的具体的实施标准,它包括了建筑工程信息模型的应用统一标准、存储标准,这两个标准的编写单位也是建研院。另外还启动了两个设计方面的标准,一个是设计信息模型的交付标准,一个是信息模型分类和编码标准,这两部标准主要是由标准院他们作为主编单位。这四部标准是2012年的计划。2013年的国家标准的计划是建筑工程施工信息模型的应用标准,这个主编单位是咱们中建总公司。

除此之外还有协会的一些标准,中国工程建设标准化协会,专门成立了一个BIM的专业委员会,现在组织了大概10余部相关的专业BIM应用标准的编制,国家这五个标准的编制,围绕着它还有12家企业,成立了一个中国BIM联盟,主要在进行BIM标准,从统一标准、存储标准、交付标准来进行系统地研究。

第三方面就是BIM技术的研究,技术的研究我刚才也说了,首先是国家科技支撑计划,早在十五、十一五、十二五都设立了相关的BIM研究项目,这个主要的组织单位就是住建部科技司一直在组织,另外在近几年,像“863”项目,国家自然科学基金的项目,都不同程度地支持了相关的BIM的研究项目。你比如说“863”项目最近起了一个面向全生命期的绿色住宅产品化数字开发技术的研究和应用,这个项目主要就是基于BIM,它的研究对象是绿色住宅的产品化,基于BIM进行了全生命期产品化的设计、施工、布品的生产和管理,运维的管理。另外还有是基于建筑信息模型的三维建筑工程的设计软件开发的应用,这是建研院的,这是最近的两个“863”的项目。国家自然科学基金也启立了多项关于BIM方面的项目。

BIM经过了这么多年的国家的支持,现在也形成了一批关于BIM方面的研究成果,这些成果包括标准研究的成果,刚才我说的中国BIM标准的框架,这是一个成果。第二个就是国家标准叫工业基础类平台规范,这个标准是十五的成果,是建研院编制的,主要是把IFC的标准全部翻译过来进行了同等采标。另外还有是建筑施工的IFC的数据描述标准等等,这是在标准研究的一些成果。

另外还有一些基础性的研究成果,比如说基于IFC的BIM的数据集成和管理,还有基于IFC标准的BIM建模等等,这些项目也都是基于十五、十一五的成果。

另外应用性的研究成果,也包括一些原型的系统和可以推广应用的系统,比如说基于BIM的工程项目的施工管理系统,这个是十五、十一五国家都进行了支持,成果荣获了2009年、2010年的华夏建筑科学技术的一等奖,这个成果主要是用在国家的体育馆——鸟巢工程、青岛海湾大桥、昆明新机场等等大型工程。

另外还有基于BIM技术的建筑设计系统、建筑成本预测系统、建筑节能设计系统、施工优化系统、工程的安全分析系统以及工程的耐久性评估系统、建筑工程的信息资源利用系统,这个都是十五、十一五专门有一个基于BIM的下一代建筑工程软件开发和研究的项目成果。这个其实我们的研究还是很有基础的。

关于BIM技术的推广应用方面,政府和主管部门,建筑行业包括我们的企业,都做了大量的工作,政府和主管部门主要是在政策的导向、法规标准的制订,技术的研究、示范的应用这方面做了大量的工作,比如说住建部的科技司,就在BIM技术和软件研究和示范应用方面,立了大量的项目,而且也有大量的示范应用工程。标准的制订主要是住建部的标准定额司来领导组织的,对策研究就是刚才我说的,工程质量安全监管司他们组织。

在行业方面,主要是行业协会和学会,主要是做到了BIM技术的交流、应用的推广、软件的评测、技能培训考评等等工作,这方面也取得了一些非常明显的成果。比如说在技术和应用交流方面,主要是土木工程学会计算机分会每年的年会,现在已经连续五年的主要议题都是围绕着BIM展开的。

另外BIM技能的等级考试也已经开始了,成立了一个全国的BIM技能等级考评工作指导委员会,这个委员会的主任委员就是孙家广院士,现在的大纲已经出来了,分成三级考试,一级已经考了两次,二级马上要开始考。

第三个方面就是BIM的软件评测和推广,这主要是住建部的信息中心他们在组织对BIM的软件进行评测。

另外还有一项大量的工作就是BIM的大赛,现在是中国图学学会,中国建筑业协会等等,都非常成功地组织了BIM的大赛,尤其是我们刚刚完成的中建协质量分会组织的大赛,500多个作品报名,出现了一批非常高水平的应用成果、应用的一些示范的工程。

另外在企业的BIM推广应用方面,包括制订规划目标,进行知识理念的学习和推广,还有团队的组织、运用环境的建立,还有应用机制的建设这方面,很多,尤其是大的设计企业、施工企业都在开展这方面的一些工作,我们的指导意见里面也对这些都进行了,针对不同的企业进行了一些具体的内容的制订。具体的我就不多说了。

另外比如说在设计企业,我们在指南里边,就对他的应用策略、应用内容进行了一些规范、规定,比如说在施工企业他的应用策略还有他的应用的内容,也进行了规范。现在大家可以看到,在设计企业里边,他主要的应用内容还是在设计和设计过程中的建模,还有各种性能的分析、多专业的协同、碰撞的检测、图纸的生成等等。施工企业的主要应用是创建BIM的施工模型,进行深化设计、专业协调、工程算量还有施工动态的管理,还有质量的安全监管,就是目前的应用到这些。

另外一个就是工程的总承包,工程总承包它的应用内容也是针对承包过程中的成本控制、进度控制、质量安全的管理、分包协调的管理方面,这个都是在不断地应用过程中不断地总结,我们也进行了归纳,然后将发布在这些指导意见里面,供各个企业进行BIM的应用推广过程中,进行参考和指南。

具体的应用可以这么说,在大型复杂工程中,现在从不同的方面都在应用BIM,有的是单项应用,有的是多项应用,也有的做了一些集成应用的尝试。比如说在国家体育场,刚才说了上海的中兴,还有青岛海湾大桥、广州西塔,包括现在的东塔,都在应用BIM的技术,都从不同的角度、不同的深度进行了BIM应用的尝试,而且取得了可喜的成果。

这儿因为时间的关系就不一一介绍了。

下面因为我看了今天的议题都是来自开发商单位的领导和专家,我们清华的团队和中建地产合作,对于在地产商方面,也做了BIM应用的一点点尝试,大家可以看看,到底BIM对于我们开发商有些什么用处。这个是一个基于BIM的建设项目的策划,在这里面我们的主导思想是基于户型,这个户型是基于BIM的户型,我们把它生成的户型库,也就是说在户型库里它涵了大量的项目策划所需要的数据。通过这样的户型的模型,能够很快地搭接成新的设计楼层的方案,并且进行方案的分析和评价,进行比较、优化。

这个大家可以看到,这个就是我们功能的整个的界面,方案可以由多种,方案一、方案二、方案三,有多种的方案,这个方案里边,我们是怎么着呢?就是基于户型,科医生成他的标准层和他的建筑方案,用户型来拼装,在拼装过程当中,所有的数据在自动地进行融合,我们后台进行了大量的处理和融合,很方便地能生成他楼层的方案,就是说户型到标准层,最后能够生成它的楼层,很方便就能够生成他的楼层的方案。

可能各位领导就觉得,怎么来体现BIM的应用呢?大家可以看到这是我们的库,大家看到这个库里面都是你觉得最合适的基于BIM的单元,进行单元的户型,都存在库里边,而且它不仅仅是有图、有模型,还有大量的数据。

下面我们就来看一下,当我们把整个的标准层建行了以后,你数据上是要进行,比如说面积要进行调整,它在调整的时候,大家可以看到那边的信息、面积,它的所有的相关数据就在自动地调整。因为我们这个模型有大量的相关的数据,包括面积、包括所有的策划过程当中所需要的数据,它就在自动地调节。

然后可以非常方便地生成他楼层的建模,就是整栋楼的建模,整栋楼的建模,整栋楼的数据进行了融合以后,都动态地显示出来,这是楼层的信息,而且可以进行楼层信息的互动。

另外还可以进行组团的规划,我们把刚才建好的一栋栋楼再进行组团的变化,在组团的规划过程中,你可以调整它的角度,可以形成它的三维模型,自动地形成这个团组的三维模型,而且还可以进行一些性能的分析,你看这个模型就出来了,可以进行性能的分析,进行日照的分析等等。

另外我们可以进行模拟,这个模拟是进行了大量的计算的,是把你的施工过程、施工计划、方案的销售同步地进行模拟,大家可以看看,还可以进行销售时间的调整。大家可以看到模拟的过程,这个地方有销售的、施工的过程、施工的进度和销售的进度,而且进行动态支出、收入、利润的分析。这样的话就帮助咱们开发商在早期进行策划,这个项目现在是我们“863”项目的一个小点。

后面还有一些运维阶段的运用,昆明机场在施工阶段的模型,我们用到了整个运维的管理过程中,你看包括机电的管理、流程的管理、库存的管理,这些都是从模型中过来的。这样的技术我们也用到了深圳的嘉里中心进行设备运维管理。

时间关系就不多说了,谢谢大家。


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