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BIM技术应用现状及思维模式的变革

来源:BIM中国网

梁旭源

(黑龙江省建设科创投资有限公司哈尔滨市松北区创新二路1500号150000)

摘要:BIM技术在当今的建筑行业应用十分广泛,也存在一些问题。本文从不同方面介绍BIM技术在国内的应用现状,分析BIM技术学习及应用的一些误区并提出不同层面的解决方案;探讨BIM技术对于国家及行业发展的影响及BIM思维的价值。综合以上部分,深化BIM技术与思维模式变革。

关键词:BIM技术;学习与应用;模式变革;BIM思维

Abstract:BIM technology is widely used in today's construction industry, and there are some problems. This paper introduces the application status of BIM technology in China from different aspects, analyzes some misunderstandings of BIM technology Learning and application, and puts forward solutions at different levels; discusses the impact of BIM technology on the development of the country and industry and the value of BIM thinking. In this way, we can deepen the reform of BIM technology and thinking mode.

Key words:BIM technology;learning and application;model change;BIM thinking

1. BIM技术在国内的应用现状

BIM技术起源与上个世纪的70年代,由Chuck Eastman教授创立,目的是将建筑工程变为可以直观分析及量化分析的建设过程,以提高工程建设的整体效率。在国内,BIM技术的发展及应用并不全面,主要集中在于超高层建筑与大型桥梁建设等方面,如上海金融中心、港珠澳大桥,等等。本文通过分析BIM技术在规划设计、业主使用、运维阶段、国家行业标准及BIM赛事等方面的实际使用,探究该技术在国内的应用情况。

1.1 国家政策及行业标准

近年来BIM技术在国内基础设施行业形成一股热潮,政府及行政主管部门、行业协会、大型设计企业、施工单位、高等院校、科研院所等逐步开始重视BIM技术的研究和应用工作,在此期间政府及行政主管部门不断出台政策及标准以推广BIM技术应用。

从2011年开始,国家出台了一系列关于BIM技术发展及应用的规范及指导意见,如住建部于2011年5月印发《2011~2015年建筑业信息化发展纲要》要求十二五期间,基本实现建筑企业信息系统的普及应用加快建筑信息模型(BIM)技术在工程中的应用,推动信息化标准建设。2015年6月16日住建部编制和印发了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》要求:到2020年末,建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用;以国有资金投资为主的大中型建筑、申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区等,在勘察设计、施工、运维阶段,集成应用BIM的项目比率达到90%。2016年8月23日住建部印发了《2016—2020建筑业信息化发展纲要》;2017年4月住建部印发了《建筑业发展“十三五”规划》,该规划指出,将推进BIM在建筑工程全生命周期集成应用,鼓励具有自主知识产权的国产BIM软件研发与推广。2018年3月,交通运输部印发了《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》,发展目标到2020年,相关标准体系初步建立,示范项目取得明显成果,公路水运行业BIM技术应用深度、广度明显提升。行业主要设计单位具备运用BIM技术设计的能力。2019年4月,人社部、市场监督管理局、统计局联合发布13个新职业,其中包括建筑信息模型技术员,标志着BIM技术发展的人才体系建设日趋完善。

2017年,我国第一部BIM技术国家标准《建筑信息模型应用统一标准》出台,这弥补我国BIM应用工程建设标准的空白,为各阶段BIM技术应用实践及发展提供技术指导和规范[1]。随后,2018年1月1日出台《建筑信息模型施工应用标准》,2018年5月1日出台《建筑信息模型分类及编码标准》,2019年6月1日出台《建筑信息模型设计交付标准》和《建筑工程设计信息模型制图标准》,2019年10月1日出台《制造工业工程设计信息模型应用标准》,另外《建筑信息模型存储标准》正在征求意见中。

1.2 业主对BIM技术的应用

近些年来,越来越多的房地产、工程开发公司希望将BIM技术应用于项目全生命周期之中,但是多数只是将其应用于对外展示方面,利用建模软件对建筑模型做“翻模”设计,注重外观展示。相对于BIM三维设计还少有正式应用,建设过程的BIM应用还很少能达到企业级管理。

国内有部分业主应用BIM技术对建设项目进行了管理。例如,在贵州的眉石高速和黑龙江的京哈高速改扩建工程中,业主在项目建设阶段应用CivilStationConstruction(以下简称CSC系统)系统,对建设项目的质量、进度、安全、成本控制等方面做了全流程的信息化管理。开发了整套建模及交付标准和BIM模型编码标准,基于BIM模型,将桥梁各管理单元与模型编码有机结合起来,做到模型的属性信息通过编码实时显示在CSC系统中,同时,质量、进度与成本管理模块数据联动,实现了基于BIM技术的信息化管理。

1.3 BIM技术规划设计

我国建筑工程设计面临建筑造型日益复杂、建筑功能综合性强、信息互用及住宅产业化等方面的挑战,越来越多的工程规划设计阶段使用BIM技术。以往的建筑设计,通常是使用Auto CAD等设计软件进行二维平面设计,无法掌握三维空间的真实信息。在BIM技术出现之后,很多设计过程应用该技术,也只是对其进行管道综合的碰撞检测、施工模拟、漫游等。

以黑龙江阿穆尔河公路大桥为例。根据实际承载要求,创建了桥墩模型,包括墩身、墩帽以及支座支撑垫板模型。由于本桥桥墩具有统一的结构类型,桥墩基础和墩帽尺寸均相同,墩身高度不同,因此,设定好各桥墩高度参数后,就完成了桥墩的参数化建模。基于BIM技术完成了桥台及钢梁等结构建模,并完成桥梁总装模型的创建。在该桥梁设计过程中,通过三维模型更加清晰、立体的展现了最真实的设计信息,避免了二维图纸中常见的错漏碰缺问题,为桥梁后期的使用提供了更加安全的保障。

1.4 BIM技术在建设过程中的应用

国内建设行业内的大公司也相继推广BIM工程管理技术,BIM工程管理技术必将给传统的工程管理带来一场革命。BIM理技要把项目主要参与方在设计阶段就集合在一起,着眼于项目的全生命期,利用BIM 技术进行虚拟设计、建造、维护及管理。能给参建各方带来较大的经济益、大幅降低项目风险,减少了项目实施过程中的未知,让管理变得轻松和精细化。

1.5 BIM技术在运维过程中的应用

近些年,关于BIM技术的全生命周期应用吸引了建筑工程领域的关注,包括工程的策划阶段、设计阶段、招投标阶段、施工阶段、竣工阶段、运维阶段。由于BIM技术在国内起步较晚,外加国内建筑业的特殊行情,竣工后期的应用案例相对较少。在整个项目工程中,运维管理算是最终的环节,BIM技术在运维中的应用主要体现在:可视化展示、设施设备标准编码、设备定位、设备监控、危险报警等方面。

1.6 BIM相关赛事

随着BIM的发展,政府及行业主管部门、行业协会、企事业单位相继主办和赞助了规模各异的BIM比赛,这些比赛在一定程度上可以帮助参赛者在参赛过程中交流与学习,有助于BIM技术的高速发展。目前,在全国具有较大影响力的BIM大赛主要有:中国建设工程BIM大赛、住博会·中国BIM技术交流暨优秀案例作品展示会大赛、“创新杯”BIM应用设计大赛、“龙图杯”全国BIM大赛[2]、“科创杯”建筑信息模型(BIM)应用大赛等、全球基础设施光辉大奖赛、全球工程建设业卓越BIM大赛等。

其中,中国建设工程BIM大赛由中国建筑业协会主办,参赛成果须经各省、自治区、直辖市建筑业协会(联合会、施工行业协会),有关行业建设协会,国资委管理的有关建筑业企业推荐;住博会·中国BIM技术交流暨优秀案例作品展示会大赛是由住建部支持,住建部科技与产业化发展中心、中国房地产业协会以及中国建筑文化中心主办。因其受政府支持、权威性高,比赛涉及到BIM的各个方面,从设计、施工、运维全生命周期展开评选,有助于BIM经验交流,知名度较高,推荐参加[3];“创新杯”BIM应用设计大赛由中国勘察设计协会主办,设置建筑类、基础设施类、综合类奖项;“龙图杯”全国BIM大赛由中国图学会主办;“科创杯”建筑信息模型(BIM)应用大赛由中国建筑信息模型科技创新联盟和浙江省建筑信息模型(BIM)服务中心联合主办;全球基础设施光辉大奖赛由Bentley软件公司发起,每年举办一次,是全球基础设施数字化领域最重要的奖项之一,大赛主办方将邀请来自全球60个以上国家或地区的参赛选手从40个领域中评选出唯一的获奖项目;全球工程建设业卓越BIM大赛由Autodesk、Construction Dive、SmartCities Dive和Informed Infrastructure 联合举办,今年是此项赛事设立的第八个年头,旨在奖励工程建设行业和突破工程建设行业创新的专业人士和项目。

2. BIM技术在应用方面存在的问题

虽然BIM技术在国内的应用已经很是普遍,在很多大型工程类项目中提供了较大的帮助,但是在学习及应用的过程中仍然存在一些问题值得关注,需要更多学者与工程技术人员依据自己的专业知识加以更好地解决,使之在日后的应用中更加系统化、标准化、多元化。

2.1 国家有关政策规定出台不足

BIM技术作为建筑工程中革命性技术,将会进一步增强企业核心竞争力,因此该技术的发展也受到了国家和行业的高度重视,对我国BIM技术的研发及应用有较强的推动作用。

但是,目前这部分标准政策缺乏强制性,关于设计标准、出图标准、取费标准等方面的规范还是欠缺,导致行业对于BIM的使用没有一个统一的标准,彼此之间的合作无法充分进行,影响整个建设进程。

2.2 缺乏三维设计意识

目前,设计过程中关于BIM技术的应用更多倾向于使用CAD等二维绘图软件设计后,根据二维图纸信息在BIM软件中创建三维模型,以检验二维设计中存在的错漏碰缺问题,并加以改正。这种应用方式在一定程度上会增加成本,避免施工过程中可能出现的问题,但不是BIM技术的理想应用方式。

BIM技术的应用,不仅限于“二维”转“三维”的过程,而且应该采用正向三维设计。设计者在设计之初,就应使用BIM类三维设计软件,将全部的设计通过三维建模的方式展现,根据出图及施工要求,生成相应的二维图纸,便于查看与保存,这种正向设计可以节约“二维”转“三维”过程中所消耗的时间与人力,缩短工期,避免重复作业,且多专业协同设计有助于提高工程设计的效率,同时三维BIM模型所包含的属性信息可以实现业主、设计方、施工方、运营方、材料供应方等之间的数据共享,为项目各参与方提供决策依据的同时,提高信息流转效率。

2.3 没有选择合适相关专业的建模软件或管理平台

目前市场上有许多BIM软件,每个软件的平台都会产生各自的历史背景, Bentley公司致力于基础设施行业提供数字化解决方案,专业范围涵盖公路工程、桥梁隧道工程、市政公用工程、水利水电工程、工厂及安装工程、民航等领域,可以支持DNG和DWG两种文件格式,这两种格式是全球95%基础设施文件格式,可直接编辑非常便利。每个平台的“基因”不同,用户需要根据具体的项目和需求来选择合适的建模软件。

现阶段,全球范围内BIM核心建模软件主要集中在一些国外公司,但BIM建模后的属性信息是为工程各参与方提供决策的依据。近年来,国内BIM技术应用已经从简单的施工动画、碰撞检测等方面上升为注重信息共享和流转的建筑信息管理方面的应用,因此,针对项目管理流程依托BIM技术开发管理平台是未来的发展方向。基于管理平台与工程之间的联系,选择一个最合适的平台则是工程开始的关键。许多企业在工程开始前只是根据其他工程的应用实例,参照选择一个管理平台,并没有根际自己的实际需求,以及各个平台的数据源、特点、优势与劣势进行横向比较,选择最合适自己的管理平台,这导致在后续的设计、施工及运维工程中出现各种各样的问题。

2.4 前期数据积累不足

不论是商业建筑还是基建项目,以往的设计、施工及后期运营维护阶段均是由不同的参与者承担,很多项目的BIM应用均存在于单一阶段,如前期设计阶段,没有形成整体、连贯的应用效果,尤其是在后期运维阶段将会遇到很多难以解决的问题。BIM技术除了在工程设计、建造过程中的大量应用,对于后期的运维阶段,也有十分重大的意义。

但是,目前很多工程没有将全部的数据充分统计,并整合在管理平台中,这使得后期运维阶段对于工程的了解不足,比如管道的腐蚀情况及使用寿命、消防系统的反应时间等信息,不能对于可能出现的问题进行预判及处理,浪费大量的时间及成本。

3. 基于BIM技术应用现状的解决办法

虽然BIM技术已经有了很大的发展,但是,对于存在的问题也要提出相应的解决方案,依据实际工程的需要,提出四个层次的解决方法,有助于该技术日后的应用及发展,使之不止局限于工程项目,可以帮助其他基础设施行业降低成本。

3.1 国家政府主导方面

建筑业是国民经济支柱产业之一,BIM技术想要继续蓬勃发展,需要国家政府主导,有关机构出台更加具有强制性的规范条约,包括设计标准、出图标准、取费标准及后续问题的责任划分,这使得开发公司、设计单位、施工单位以及运维公司在各自的职责范围内有据可依,有助于BIM技术的应用及发展可以更加符合工程实际需求,并且可以有效避免不必要的纠纷,提高整体效率。

3.2 领导思想方面

领导层的决策决定行业的发展方向及员工的工作目标,在该技术的应用方面,领导层首先要转变思想,不止局限于软件的应用,而是应该从自身开始,对于该技术进行深入学习及深刻理解,以BIM的思维进行日常工作的统筹规划及协调,使之不止作为技术人员操作的工具及项目合作的筹码,而是彻底改变企业的管理模式,对于客户的需求有着充分的应对准备,甚至在客户忽略问题时提出己方的看法及优化方案,更加有助于帮助企业获得客户的好评及市场的口碑,提升企业在行业中的形象及地位,拥有更大的话语权。

BIM技术的特点包括可视化、可模拟性,针对可视化分析可以帮助企业领导准确对资金投入精准掌控,提高计划性,为领导提供决策依据。

3.3 专业技术人员方面

在应用软件层面,需要根据一些应用案例以及软件公司自身的需求综合分析,选择最合适本工程的BIM设计软件及管理平台,这需要专业技术人员依据专业知识以及多年的工程经验确定。例如,对于较大规模基础设施工程来说,涉及多专业多领域,选择单一软件难以适应工程实际需求,可以选择Bentley旗下的众多软件进行三维协同设计,软件层面包括场地与道路工程使用的CNCCBIM OpenRoads Designer、建筑工程领域使用的OpenBuildings Designer、管道工程使用的OpenPlant Modeler、桥梁工程使用的OpenBridge Modeler、结构工程使用的Prostructures、轨道交通工程使用的OpenRailDesigner等众多专业设计软件。

BIM模型是BIM技术应用的基础和信息的载体,专业技术人员除了掌握基本建模技术以外,更应该结合项目建设过程中和竣工后的运维期间的管理流程,研究如何基于BIM模型实现工程信息的流转和共享。这些信息包括项目建设过程中质量、进度、安全、成本等方面的管理信息。通过对模型属性信息的流转和共享以实现工程各参与方高效协同管理,最终实现企业的提质、增效、降本。

3.4 高校教育方面

BIM作为学术研究课题,最早由开始于美国,在美国的绝大多数高校都已经在土木类相关专业的教学课程中开设了BIM,极少部分并未开设BIM课程的学校也已经将该BIM教学计划纳入之后的学业规划之中。

在我国,很多高校已将BIM技术教育方面做出了变革,如清华大学、同济大学等均联合了大型建筑企业培养输出BIM专项技术人才,大连理工大学在研究生培养计划中明确强调了BIM的培养目标以及方向[5]。因此,对于高校BIM教学方面需要注重以下三个方面的问题:

一是提高BIM教育重视程度。在BIM技术已经充分发展的今天,依然有部分工科院校没有充分认识到该部分课程教育的重要性,导致学生认为BIM只是一个普通的绘图软件,导致学生进入工作岗位后,没有办法将BIM技术应用于实际工程。学校有关领导需要提高意识,增加重视程度,使之融入专业学习的全过程。

二是聘用专职BIM教师。很多高校较多的是采用原本的专业课教师兼职的方式,这就导致学生对于BIM的了解不够充分,在后续学习过程中也不能选择合适的软件以及管理平台。这就需要学校聘请BIM技术方面专业人才担任教师,夯实学生的知识基础。

三是配套BIM软硬件的需要。部分高校只是引进该技术方面的教学,并没有将软硬件方面条件提升至教学需求层面,这对于教学效果方面的损失是极大的。工科学生需要的不仅是理论的学习,应用能力也十分重要,软硬件配套设施的完善,将有助于学生提高实际操作能力。

4. BIM技术给国家及行业带来的变革

从BIM技术引进至今,我国基础设施行业发生了翻天覆地的变化,越来越多的“超级工程”屹立在中国的土地上,如港珠澳大桥、三峡水电站等。在这些“超级工程”的背后,都有BIM提供着相应的技术支持,该技术给国家及行业都产生了重大影响[6]。

4.1 国家层面

改革开放至今,国家经济的高速增长离不开房地产、基建行业的蓬勃发展,从开始的“想致富,先修路”,到后来的“基建狂魔”,我国在工程建设方面处于绝对的领先地位,BIM技术的学习与发展更是将这优势彻底发挥。

随着化石能源越发紧张,环境逐渐恶化,如何在工程建设中节约资源、保护环境,则是BIM技术又一重要应用。在能耗模拟中确定能源损耗,及时更改设计,使建筑与生态更好地结合在一起,建立“人与自然”和谐、统一的绿色建筑、绿色城市,这不仅是国家技术层面的提升,更是对人类未来的发展具有重大的意义。

4.2 行业层面

在建筑行业快速发展的今天,更多的公司不满足于单一产业,尝试“EPC总包工程”的公司也是日渐崛起。“EPC总包工程”包括建筑工程全生命周期的各个阶段,BIM技术的应用在其中更是“如虎添翼”,因为该技术的应用从根本上解决不同阶段、不同专业间信息、进度沟通不全面、不及时甚至错误的问题,全面提高工程管理的信息化、可视化水平和应用效果,可有效减少此类问题的发生,有助于行业更好更快地发展。

1. BIM思维的价值

正如前文所说,BIM带来的不仅仅是技术上的革新,不仅仅是信息化手段的应用,而是一种思维模式上的根本性变革。与以往的“动手去做”相比,这种采用某种手段进行模拟的BIM思维方式更加适应社会发展的速度,并且对于可变的条件进行不同程度的模型设计,将最后的结果以及变化控制在可接受的范围之内,最大程度的控制成本。在市场竞争如此激烈的今天,这种思维方式无疑是一种具有重大战略意义的资本。

5. 总结

本文通过分析国内BIM技术应用的现状,发掘其中存在的政策规范不足、缺乏正向设计、管理平台选择错误以及前期数据积累不足等方面的问题,从国家政府、企业领导、专业人员和高校教育等方面给出不同建议,以帮助BIM技术更好地在国内发展;同时,从国家及行业角度分析该技术带来的影响,并且探讨BIM思维深层次的价值,希望从根本上改变其应用范围的限制,更好地服务于人类社会的发展。

参考文献

[1]. 黄颖.基于BIM技术的建设项目成本进度控制研究[D].西安工业大学,2018.

[2]. 李宏俭,张倩倩.建筑业BIM技术发展的阻碍因素及对策方案研究[J]. 土木建筑工程信息技术, 2016(5).

[3]. 郑晓芬,谢云飞,李春祥.BIM对高等院校土建类人才培养的影响与思考[J].科技视界,2017(01):259-260+376.

[4]. 贡玉兰.BIM技术在工程造价管理中的应用研究[J].居舍,2019(30):125.

[5]. 汤莺,葛健,王东宇,杨佳豪,赵晶璐.土木类高校学生信息建模能力培养的思考——以建筑环境和能源应用工程专业为例[J].建材与装饰,2019(30):132-133.

[6]. 赵玉石.BIM技术在高速公路工程建设中应用[J/OL].交通世界,2019(27):144-145[2019-11-13].https://doi.org/10.16248/j.cnki.11-3723/u.2019.27.141.


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