智慧建造的中枢神经BIM技术课件

第2章智慧建造的“中枢神经”——BIM技术2.1

BIM概述2.2

BIM简史2.3

BIM的特点2.1

BIM概述

２.１.１BIM概念虽然无法对BIM技术概念进行准确的定义,但是BIM技术的概念通常包括以下几个方面.(１)BIM技术涉及的内容包括建筑工程管理的方方面面,贯穿于建筑工程项目的全过程,而不仅仅是建立一个信息系统模型就可以完成的.(２)与传统的二维建筑工程设计和管理模式相比,BIM技术具有精细、高效、信息统一的优势,BIM技术的出现改变了传统建筑工程管理粗放的模式.上一页下一页返回2.1

BIM概述

(３)BIM技术的出现将会引起建筑业新一轮的技术改革,使建筑行业面临更大的挑战和机遇.欧特克(Autodesk)公司提出的BIM定义为:建筑物在设计和建造的过程中,创建和使用“可计算”数字信息,这些数字信息能够被程序系统自动管理,使得经过这些数字信息所计算出来的各种文件具有彼此吻合、一致的特性.BIM是计算机辅助设计理念的进一步延伸.欧特克的市场部经理肯.霍尔(KenHall)给出了更形象的解答:当你设计出一个建筑时,你可以用书面文字去描述它的设计,你可以用二维平面图表达它,你也可以用三维空间对象的方式,以更加清晰的方式表达,同时,还有第四维度———时间维度的加入,还可以加入第五个维度,就是建筑的成本,更进一步,可以分别估测建筑的运营成本和工程成本.这是一个基于整体、逐层深入的过程,BIM的体系也体现了这种递归思想.上一页下一页返回2.1

BIM概述

根据美国国家BIM标准的定义,其定义由以下３部分组成.(１)BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达.(２)BIM是一个共享的知识资源,是一个分享这个设施的有关信息、为该设施从概念到拆除全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程.(３)BIM是一个在项目的不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业.BIM采用面向对象的方法描述,包括三维几何信息在内的建筑的全面信息,这些对象化的信息具有可复用、可计算的特征,从而支持通过面向对象编程实现数据的交换与共享.在建筑项目中,采用遵循共同标准的建筑信息模型作为建筑信息表达和交换的方式,将显著地提高项目信息的一致性,减少项目不同阶段之间信息传递中的丢失,增强信息的复用性,减少人为错误,极大地提高建筑行业的工作效率、技术水平和管理水平.上一页下一页返回2.1

BIM概述

２.１.２BIM专业术语何关培、黄锰钢在«十个BIM常用名词和术语解释»中对各种BIM文献和产品资料上出现频率最高的十个相关名词和术语进行了归纳解释.(１)建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM).准确一点说应该叫作“建筑信息建模”“建筑信息模型方法”“建筑信息模型过程”,但约定俗成,就称为建筑信息模型.但是在交流时应该记住,BIM或“建筑信息模型”是指“BuildingInformationModeling”,而不是“BuildingInformationModel”.(２)BIM模型(BuildingInformationModelingMode,BIMMode).BIM模型是BIM这个过程的工作成果,或者说是BIM定义中为建设项目全生命周期中设计、施工、运营服务的“数字模型”.在实际工作中,一个建设项目的BIM模型通常不是一个,而是多个在不同程度上互相关联的用于不同目的的数字模型,尽管在逻辑上,可以把和这个设施有关的所有信息都放在一个模型中.上一页下一页返回2.1

BIM概述

一个项目常用的BIM模型有以下７种类型.①设计和施工图模型.②设计协调模型.③特定系统的分析模型.④成本和计划模型.⑤施工协调模型.⑥特定系统的加工详图和预制模型.⑦竣工模型.上一页下一页返回2.1

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(３)BIM建模软件(BIMAuthoringSoftware).通常,业界所说的BIM软件大多数情况下是指“BIM建模软件”,而真正意义的BIM软件所包含的范围应该更广一些,包括BIM模型检查软件、BIM数据转换软件等.为防止可能出现的混淆,在把BIM定义为利用数字模型服务于建设项目全生命周期各项工作过程的前提下,使用BIM建模软件更为稳妥一些.目前,具备一定市场影响力的几个主要用于工业与民用建筑类项目的BIM建模软件有:Autodesk公司的Revit系列,Bentley公司的BentleyArchitecture系列,GehryTechＧnologies公司的DigitalProject,Graphisoft公司的ArchiCAD,Nemetschek公司的AllＧPLAN(Vectorworks).上一页下一页返回2.1

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(４)美国建筑科学研究院(NationalInstituteofBuildingSciences,NIBS).美国建筑科学研究院是美国国家BIM标准(NBIMS)的研究和发布机构,大量的BIM及其关联概念、技术、方法、流程、资料都与该机构有关.NIBS集合政府、专家、行业、劳工和消费者的利益,专注于发现和解决影响既安全又支付得起的居住、商业和工业设施建设的显露和潜在的问题,同时为私营和公众机构就建筑科学技术的应用提供权威性的建议.上一页下一页返回2.1

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(５)buildingSMART联盟(buildingSMARTalliance,bSa).buildingSMART联盟是美国建筑科学研究院在信息资源和技术领域的一个专业委员会,是２００７年在原有的国际数据互用联盟(InternationalAllianceofInteroperability,IAI)的基础上建立起来的.据统计,建筑业设计、施工的无用功和浪费高达５７％,而制造业只有２６％.buildingSMART联盟认为通过改善提交、使用和维护建筑信息的流程,建筑行业完全有可能在２０２０年消除高出制造业的那部分浪费(３１％).按照美国２００８年大约１.２万亿美元的设计施工投入计算,这个数字就是每年将近４０００亿美元.buildingSMART联盟的目标是建立一种方法抓住这个每年４０００亿美元的机会,以及帮助应用这种方法通往一个更可持续的生活标准和更具生产力及环境友好的工作场所.上一页下一页返回2.1

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目前,buildingSMART联盟的主要产品包括以下几项.①IFC标准(IndustryFoundationClasses,IFC２×４beta３Version).②美国国家BIM标准第１版第１部分(NationalBuildingInformationalModelingStandardVersion１Part１).③美国国家CAD标准第４版(UnitedStatesNationalCADStandardVersion４.０).④BIM杂志(JournalofBuildingInformationModeling,JBIM).同时,还需避免buildingSMART联盟与另一个名词术语的混淆———buildingSMART国际(buildingSMARTInternational).buildingSMART国际是一个致力于IFC标准的制定、应用和推广,由业主、建筑师、工程师、工程承包商、制造商、设施管理人员以及相关软件商组成的国际性会员组织,在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚等地区设有分支机构.上一页下一页返回2.1

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(６)美国国家BIM标准(简称“美国BIM标准”)(UnitedStatesNationalBuildingInforＧmationModelingStandard,NBIMS).美国国家BIM标准(NBIMS)和美国国家CAD标准(NCS)是buildingSMART联盟负责的两项主要工作.２００７年发布的美国国家BIM标准封面传递了美国国家BIM标准的如下信息.①目前的BIM标准是“第１版第１部分”,包括“概论、原理和方法”,这个标准尚处于发展的初期.②BIM标准的目的是“通过开放和互通的信息交换来改造建筑供应链”.美国BIM标准现行版本的主要内容包括美国BIM标准导论、序言、信息交换概念、信息交换内容和美国BIM标准开发过程等.上一页下一页返回2.1

BIM概述

美国BIM标准由使用BIM过程和工具的各方定义相互之间数据交换要求的明细和编码组成,计划中将完成的工作包括以下几项.①出版交换明细,用于建设项目生命周期整体框架内的各个专门业务场合.②出版全球范围接受的、公开标准下使用的交换明细编码作为参考标准.③促进软件厂商在软件中实施上述编码.④促进最终用户使用经过认证的软件来创建和使用可以互通的BIM模型交换.上一页下一页返回2.1

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(７)美国国家CAD标准(简称“美国CAD标准”)(UnitedStatesNationalCADStandＧard,NCS).NCS是美国CAD标准的简写.美国CAD标准是唯一一个在设计、施工和设施管理行业使用的全面完整的CAD标准,其目的是实现建筑业设计、施工、运营领域对CAD标准的广泛使用,从而建立起一套服务于设计和制图过程的共同语言.美国CAD标准的使用将帮助各类机构去除目前正在承担的多余费用,包括维护企业标准、培训新员工、协调团队成员之间的实施等.同时,CAD标准将在向BIM软件系统和基于对象的３D标准的转换中承担关键角色.上一页下一页返回2.1

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(８)工业基础类(IFC标准)(IndustryFoundationalClasses,IFC).谈BIM必谈数据共享和交换,而数据标准的建立是解决信息交换与共享问题的关键.在众多相关数据标准中,最被行业广泛接受的数据标准是buildingSMART国际发布的InＧdustryFoundationClasses(IFC),译为“工业基础类”,但业者更习惯称为IFC标准.IFC标准的目标:为建筑行业提供一个不依赖于任何具体系统的、适合于描述贯穿整个建筑项目生命周期内产品数据的中间数据标准(neutralandopenspecification),应用于建筑物生命周期中各个阶段内以及各个阶段之间的信息交换和共享.IFC标准的定义和内容:IFC标准是一个计算机可以处理的建筑数据表示和交换标准(传统的CAD图纸上所表达的信息只有人可以看懂,计算机无法识别).IFCSchema(IFC大纲)是IFC标准的主要内容.上一页下一页返回2.1

BIM概述

IFCSchema提供了建筑工程实施过程所处理的各种信息描述和定义的规范,这里的信息既可以指一个真实的物体(如建筑物的构件),也可以表示一个抽象的概念(如空间、组织、关系和过程等).IFCSchema(由下至上)整体由资源层、核心层、共享层和领域层４个层次构建,如图２.１所示.①资源层(ResourceLayer):包含了一些独立于具体建筑的通用信息的实体(entities),如材料、计量单位、尺寸、时间、价格等信息.这些实体可与其上层(核心层、共享层和领域层)的实体连接,用于定义上层实体的特性.②核心层(CoreLayer):提炼定义了一些适用于整个建筑行业的抽象概念,如actor、group、process、product、control、relationship等.例如,一个建筑项目的空间、场地、建筑物、建筑构件等都被定义为Product实体的子实体,而建筑项目的作业任务、工期、工序等则被定义为Process和Control的子实体.上一页下一页返回2.1

BIM概述

③共享层(InteroperabilityLayer):分类定义了一些适用于建筑项目各领域(如建筑设计、施工管理、设备管理等)的通用概念,以实现不同领域间的信息交换.例如,在SharedBuildingElementsSchema中定义了梁、柱、门、墙等构成一个建筑结构的主要构件;而在SharedServicesElementSchema中定义了采暖、通风、空调、机电、管道、防火等领域的通用概念.④领域层(DomainLayer):分别定义了一个建筑项目不同领域(如建筑、结构、暖通、设备管理等)特有的概念和信息实体.例如,施工管理领域中的工人、施工设备、承包商等,结构工程领域中的桩、基础、支座等,暖通工程领域中的锅炉、冷却器等.IFC标准已被接受而成为ISO标准(ISO/PAS１６７３９).各大BIM软件商,如AuＧtodesk、Bentley、Graphisoft、GehryTechnologies、Tekla等,均宣布了各自旗下软件产品对IFC标准的支持,但实现真正基于IFC标准的数据共享和交换还有很长一段路要走.IFC标准使用形式化的数据规范语言EXPRESS来描述建筑产品数据.EXPRESS语言定义在STEP国际标准中.上一页下一页返回2.1

BIM概述

(９)产品数据交换标准(STEP标准)(StandardfortheExchangeofProductModelData,STEP).国际标准化组织(ISO)工业自动化与集成技术委员会(TC１８４)下属的第四分委会(SC４)开发的StandardfortheExchangeofProductModelData(STEP),译为“产品数据交换标准”,也称为“STEP标准”,它是一个计算机可读的关于产品数据的描述和交换标准.它提供了一种独立于任何一个CAX系统的中性机制来描述经历整个产品生命周期的产品数据.STEP标准已成为ISO国际标准(ISO１０３０３).(１０)EXPRESS语言/EXPRESSＧG语言(EXPRESS/EXPRESSＧG).EXPRESS语言是一种表达产品数据的标准化数据建模语言(datamodelinglanguage),定义在ISO１０３０３Ｇ１１中.EXPRESSＧG语言是EXPRESS语言的图形表达形式.EXPRESS语言和EXPRESSＧG语言是IFCSchema使用的数据建模语言.上一页返回2.2

BIM简史

２.２.１BIM产生的背景目前全球正逐渐步入全面信息化的时代,信息已成为主导全球经济的基础.在制造业、金融业、电子行业,信息技术早已成为提高生产率和竞争力的核心手段.而建筑业正逐渐暴露出其相对于以上行业低效率的弊端.美国国家标准和技术协会的研究数据表明,２００４年建筑业每年约有１５８亿美元的损失;２００８年,４１８万亿美元的总投资中约有３０％的资金被浪费.２０１０年,我国向建筑项目投入逾１万亿美元,首次超越美国,成为全球第一建筑大国.预计到２０２０年,我国建筑业将占到全球建筑业的１/５.但目前我国单位面积能耗却是发达国家的２~３倍,由此引发的能源枯竭、环境破坏等问题日益严重.针对以上建筑业的低效率和浪费现象,发达国家从建筑业信息化方面进行了深入的研究和工程实践,并且已经认识到:要提高建筑业的生产效率、节约能源,必须提高建设项目管理的水平.下一页返回2.2

BIM简史

而在信息高度发达的今天,对于建设项目的管理已经转变为对建设项目信息的管理.因此,必须及时采取先进的信息管理技术和方法,提升整个建筑业的管理水平,促进建筑业的发展.在建设项目整个生命周期中,参与方众多,产生的信息类型复杂、形式多样、数量庞大.因此,在管理的过程中,信息沟通不畅或不及时和普遍存在的“信息孤岛”现象,导致建设项目在整个生命周期中信息流失现象严重,这在很大程度上制约了建设项目管理水平和效率的提高.目前,建设项目生命周期各阶段信息化程度已经无法满足现阶段发展的需要.例如,计算机辅助建筑设计领域２DCAD绘图工具也已经无法满足现阶段建筑工程复杂的结构需求.工程建设的成功实施在很大程度上取决于各参与方之间信息交流的效率和有效性.建设项目管理过程中的许多问题,如成本增加、工程变更、工期延误等都与各参与方之间信息交流问题有关.为此,建设项目生命周期信息管理的重点就是建设项目全生命周期内信息创建、管理和共享的过程.而BIM在建设项目信息管理中的优势十分明显.上一页下一页返回2.2

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传统建筑业的绘图工作以２D计算机辅助绘图来传达设计者的构想,虽然提高了绘图效率,但因图纸说明过于简化,从而导致信息传达错误或是因猜测而产生错误的判断.另外,若不是该专业领域的人员,较难理解２D平面视图真实的内容与意义,因此,需花费许多时间让各工程单位的相关人员完全了解大量图纸的内容,并且不同的团队对于图纸说明因个人背景与环境差异通常有不同的解读.建筑、结构、机电这三项主要的建筑系统皆为独立设计,当大量建筑信息传递给项目其他阶段参与人员时,将造成参与人员对信息重新解读的问题.在解读过程中,信息容易产生遗漏或冲突,形成信息传递的逆流情形.BIM将建筑物从规划设计开始至运营维护阶段全生命周期的建筑物信息整合于单一模型中,以数据库形式及参数式组件的概念区别于传统２D平面绘图的概念及工作流程.BIM改变了现今建筑产业的普遍做法,增进了团队之间的协同作业,将纳入不同领域的信息进行整合.上一页下一页返回2.2

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其改变还包含了在设计过程中不再以线条的组成和空间代表建筑项目的空间关系或以平面图所表示的符号代表建筑组件,取而代之的是以建筑组件为单位,如墙组件、楼板组件、天花板组件、柱组件等.绘制墙面时则选择墙组件直接绘制其所在位置,每个组件的内涵参数也可供用户调整.同时,大型工程的复杂程度更高,设计施工等各环节上的协调需要更加高效和准确的技术.基于三维复杂模型的平台和软件对服务器和计算机软、硬件要求都很高,而IT产业的快速发展则有效地支撑了BIM技术的发展.上一页下一页返回2.2

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２.２.２BIM概念提出BIM系统的概念基础可以追溯到１９６２年.DouglasCEnglebart在其论文«扩张人类智慧»中将未来建筑师描述得不可思议:“建筑师接下来将开始输入一系列规范和数据———６in①的平板楼板、１２in的混凝土墙等.当他完成时,这些场景将出现在屏幕上,结构已初具规模.他开始检查、调整这些数据,帮助形成更具细节的、内部相连的结构,代表了实际设计背后的成熟思考.”Englebart提出了基于对象的设计、参数化操作和关系数据库,这个梦想在几年后成为现实.许多设计研究者对此有着极大的影响力,包括HerbertSimon、NicholasNegroponte和开发GIS并进行跟踪的LanMcHarg.ChristopherAlexander的工作促成了基于对象编程的计算机科学家学派的形成,影响巨大.这些系统周到且完善,要是没有能与建筑模型交互的图形界面,这样的概念框架不会被人们意识到.上一页下一页返回2.2

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２０世纪７０年代的美国,BIM定义由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院(GeorgiaTechCollegeofArchitectureandComputing)的查克.伊士曼博士(ChuckEastman,Ph.D.)提出.其被定义为:“建筑信息建模是将一个建筑项目在整个生命周期内的所有几何特性、功能要求与构件性能信息综合到一个单一的模型中.同时,这个单一模型的信息中还包括了施工进度、建造过程的控制信息.”建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能,将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中,而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息.上一页下一页返回2.2

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美国M.A.MortensonCompany公司定义BIM为“建筑的智能模拟”,且此模拟必须具备以下６个特点.(１)数字化(Digital).(２)空间化(Spatial/３D).(３)定量化:可计量化、坐标化、可查询化(Measurable:quantifiable,dimensionＧableandqueryＧable).(４)全面化:整合及沟通设计意图、整体建筑性能、可施工性,且包括施工方式方法的顺序性及经济性(Comprehensive:encapsulatingandcommunicatingdesignintent,buildingperＧformance,constructability,andincludingsequentialandfinancialaspectsofmeansandmethods).上一页下一页返回2.2

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(５)可操作化:对于整个美国工程委员会及业主都可以通过具有互用性和直观性的平台进行操作(Accessible:totheentireAEClownerteamthroughaninteroperableandintuitiveinterface).(６)持久化:在项目生命周期的所有阶段都具有可用性(Durable:usablethroughallPhasesofafacility.slife).美国国家BIM标准对BIM的定义如下:“BIM是建设项目兼具物理特性与功能特性的数字化模型,且是从建设项目的最初概念设计开始的整个生命周期里作出任何决策的可靠共享信息资源.实现BIM的前提是:在建设项目生命周期的各个阶段,不同的项目参与方通过在BIM建模过程中插入、提取、更新及修改信息来支持和反映出各参与方的职责.BIM是基于公共标准化协同作业的共享数字化模型.”上一页下一页返回2.2

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２.２.３BIM的发展历程１.BIM在美国的发展美国是最早提出BIM技术概念的国家,同时,也是将BIM技术应用得最为成功的国家.虽然,亚洲的一些发达国家和地区,如新加坡、日本和中国香港等,在BIM技术发展和应用方面也比较成功,但相比于美国而言,还有很大的差距.因此,进行BIM技术在美国应用现状的研究,能比较全面地了解美国BIM技术发展的情况,及时发现我国在BIM技术应用方面和先进国家间的差距,借鉴其成功经验,同时,吸取美国在BIM技术应用中的教训,并为我国BIM技术的发展树立目标.在２０世纪７０年代美国就开始进行BIM技术的研究,最早提出的名称是建筑描述系统,即BIM技术的雏形.在２００２年,BIM这一名词才真正出现,由美国的Autodesk公司提出.从２０世纪７０年代至今已经发展了４０多年,BIM技术在美国获得了大众的认可.上一页下一页返回2.2

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很多建筑企业都使用BIM技术,同时,美国政府也对此大力支持,不仅颁布了一系列的BIM技术标准、指南、手册,还引导建筑企业建立BIM协会.目前,美国大多建筑项目已开始应用BIM.美国政府机构推广BIM技术的方法值得我国学习和借鉴.美国的计算机技术发展也比较早,同时也处于世界领先地位,计算机技术的发展和应用使得美国很多行业都获得了飞速的发展,但建筑行业却是例外.计算机技术的应用并没有使建筑工程规划设计和施工技术出现太大的变化.但计算机技术的发展带动了信息化的发展,美国建筑行业在信息化应用方面已经达到比较成熟的阶段,能将很多的理论研究成果转化为生产力,从而使建筑行业的发展出现根本性的变化.美国总务管理局为了提高建筑行业的生产效率,在全国建筑行业中大力推广信息化手段,而BIM技术正是其中的代表.为使BIM技术能更加规范化地应用于建筑行业中,美国总务管理局制定了一系列的计划、标准.事实已经证明了这一决策的正确性.上一页下一页返回2.2

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２.BIM在英国的发展２０１０年,英国组织了全国性的BIM调研,有４３％的人从未听说过BIM,而使用BIM的人仅有１３％,有７８％的人同意BIM是未来趋势,同时,有９４％的受访人表示会在５年之内应用BIM.２０１１年５月,英国内阁办公室发布了政府建设战略(GovernmentConstructionStrateＧgy)文件,其中有整个章节是关于建筑信息模型(BIM)的.该章节明确要求,到２０１６年,政府要求全面协同３DBIM,并将全部的文件采用信息化管理.为了实现这一目标,文件制定了明确的阶段性目标.例如,２０１１年７月,发布BIM实施计划;２０１２年４月,为政府项目设计一套强制性的BIM标准;２０１２年夏季,BIM中的设计、施工信息与运营阶段的资产管理信息实现结合;２０１２年夏天起,分阶段为政府所有项目推行BIM计划;至２０１２年７月,在多个部门确立试点项目,运用３DBIM技术来协同交付项目.上一页下一页返回2.2

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文件也承认由于缺少兼容性的系统、标准和协议,以及客户和主导设计师的要求存在区别,大大限制了BIM的应用,因此,政府将重点放在制定标准上,确保BIM链上的所有成员能够通过BIM实现协同工作.政府要求强制使用BIM的文件得到了英国建筑业BIM标准委员会[AEC(UK)BIMStandardCommittee]的支持.迄今为止,英国建筑业BIM标准委员会已于２００９年１１月发布了英国建筑业BIM标准[AEC(UK)BIMStandard],于２０１１年６月发布了适用于Revit的英国建筑业BIM标准[AEC(UK)BIMStandardforReＧvit],于２０１１年９月发布了适用于Bentley的英国建筑业BIM标准[AEC(UK)BIMStandＧardforBentleyProduct].目前,标准委员会还在制定适用于ArchiACD、Vecttorworks的类似BIM标准以及已有的更新版本.上一页下一页返回2.2

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３.BIM在国内的发展目前,国内对BIM的研究和应用尚处于起步阶段,但是随着建筑业对信息化要求的不断提高,国家科研投入不断增多,以及在国家大力推动下,相关的机构和各个部门已经开始着手研究和应用BIM技术.２００８年,成立了中国的BIM门户网站(wwwchinabimcom).该网站以“推动发展以BIM为核心的中国土木建筑工程信息化事业”为宗旨,是一个为BIM(建筑信息模型)应用者提供信息资讯、专业资料、技术软件以及交流沟通的平台.２００９年４月１５日,中国首届“BIM建筑设计大赛”在北京举行,这次设计大赛吸引了来自建设单位、设计单位、施工单位、高等院校的大量科研、技术人员参与.２０１０年开始,中国房地产业协会商业地产专业委员会每年组织科研人员编制和发布«中国商业地产BIM应用研究报告»,以促进BIM在商业地产领域的推广和应用.上一页下一页返回2.2

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２０１０年１０月１４日,住房和城乡建设部发布的«关于做好建筑业１０项新技术(２０１０)推广应用»的通知中,提出要推广使用BIM技术辅助施工管理.２０１１年,科技部将BIM建筑信息模型系统作为“十二五”重点研究项目“建筑业信息化关键技术研究与应用”的课题.２０１１年５月,住房和城乡建设部发布的«２０１１－２０１５年建筑业信息化发展纲要»中明确指出:在施工阶段开展BIM技术的研究与应用,推进BIM技术从设计阶段向施工阶段的应用延伸,降低信息传递过程中的衰减;研究基于BIM技术的４D项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用,实现对建筑工程有效的可视化管理等,从而拉开了BIM技术在中国应用的序幕.随后,关于BIM的相关政策进入了一个冷静期,没有BIM的专项政策出台,但政府在其他文件中都会重点提出BIM的重要性与推广应用意向.上一页下一页返回2.2

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例如,«住房和城乡建设部工程质量安全监管司２０１３年工作要点»中明确指出:“研究BIM技术在建设领域的作用,研究建立设计专有技术评审制度,提高勘察设计行业技术能力和建筑工业化水平”;２０１３年８月,住房和城乡建设部发布的«关于征求关于推进BIM技术在建筑领域应用的指导意见(征求意见稿)意见的函»明确提出:“２０１６年以前政府投资的２００００m２以上大型公共建筑以及省报绿色建筑项目的设计、施工采用BIM技术;截至２０２０年,完善BIM技术应用标准、实施指南,形成BIM技术应用标准和政策体系.”２０１４年,各地方政府关于BIM的讨论与关注更加活跃,北京、广东、山东、陕西等各地区相继出台了各类具体的政策,推动和指导BIM的应用与发展.其中,上海市政府«关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见»(以下简称«上海市指导意见»)的正式出台最为突出.«上海市指导意见»由上海市人民政府办公厅发文,市政府１５个分管部门参与制订BIM发展规划、实施措施,协调推进BIM技术应用推广.上一页下一页返回2.2

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«上海市指导意见»明确提出:“要求２０１７年起,上海市投资额１亿元以上或单体建筑面积为２００００m２以上的政府投资工程、大型公共建筑、市重大工程,申报绿色建筑、市级和国家级优秀勘察设计、施工等奖项的工程,实现设计、施工阶段BIM技术应用.”另外,«上海市指导意见»中还提到:“扶持研发符合工程实际需求、具有我国自主知识产权的BIM技术应用软件,保障建筑模型信息安全;加大产学研投入和资金扶持力度,培育发展BIM技术咨询服务和软件服务等国内龙头企业.”上一页返回2.3

BIM的特点

２.３.１可视化BIM的可视化即“所见即所得”的形式.模型三维的立体实物图形可视,项目设计、建造、运营等整个过程可视.３Dmax、Sketchup等三维可视化设计软件的出现,有力地弥补了业主及最终用户因缺乏对传统建筑图纸的理解能力造成的和设计师之间的交流障碍.但这些软件设计理念和功能上的局限,使得这样的三维可视化展现无论用于前期方案推敲还是用于阶段性的效果图展现,与真正的设计方案之间都存在相当大的差距.对于设计师而言,除用于前期推敲和阶段展现外,大量的设计工作还是要基于传统CAD平台,使用平、立、剖三视图的方式表达和展现自己的设计成果.这种由于工具原因造成的信息割裂,在遇到项目复杂、工期紧张的情况下,非常容易出错.下一页返回2.3

BIM的特点

BIM的出现使得设计师不仅拥有了三维可视化的设计工具,更重要的是通过工具的提升,使设计师能使用三维的思考方式来完成建筑设计,同时,也使业主及最终用户真正摆脱了技术壁垒的限制,即随时知道自己的投资能获得什么,方便相互之间进行更好的沟通、讨论与决策.BIM提供的可视化思路,不仅将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们面前,而且在构件之间形成了互动性和反馈性的可视化.在BIM建筑信息模型中,整个过程都是可视化的,所以,可视化的结果不仅可以用于展示效果图及生成报表,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都可以在可视化的状态下进行.模拟三维的立体事物可使项目在设计、建造、运营等建设过程中可视化,方便进行更好的沟通、讨论与决策.上一页下一页返回2.3

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BIM可视化有以下３个方面的作用.(１)碰撞检查,减少返工.BIM最直观的特点是三维可视化,利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性,优化净空和管线排布方案.施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时,也提高了与业主沟通的能力.(２)虚拟施工,有效协同.三维可视化功能再加上时间维度,可以进行虚拟施工,随时随地、直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,同时进行有效协同,施工方、监理方甚至非工程行业出身的业主、领导都可以对工程项目的各种问题和情况了如指掌.通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测,大大减少了建筑质量问题、安全问题,减少了返工和整改.(３)三维渲染,宣传展示.三维渲染动画,给人以真实感和直接的视觉冲击.建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础,大大提高了三维渲染效果的精度与效率,给了业主更为直观的宣传介绍,提升了中标概率.上一页下一页返回2.3

BIM的特点

２.３.２一体化基于BIM技术可进行从设计到施工再到运营,贯穿工程项目全生命周期的一体化管理.BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库,不仅包含了建筑的设计信息,而且可以容纳从设计到建成使用,甚至是使用周期终结的全过程信息.以一个建设单位为例,采用BIM技术的初期,主要集中于建设项目的设计,用于项目沟通、展示与推广.随着对BIM技术认识的深入,BIM的应用已开始扩展至项目招标投标、施工、物业管理等阶段.(１)设计阶段.建设单位采用BIM技术进行建设项目设计的展示和分析:一方面,将BIM模型作为与设计方沟通的平台,控制设计进度;另一方面,进行设计错误的检测.在施工开始之前解决所有设计问题,确保设计的可建造性,减少返工.图２.２、图２.３所示为陕西交通职业技术学院综合实训大楼利用BIM模型制作的展示效果图.上一页下一页返回2.3

BIM的特点

(２)招标阶段.建设单位借助于BIM的可视化功能进行投标方案的评审,大大提高了投标方案的可读性,确保了投标方案的可行性.(３)施工阶段.采用BIM技术和模拟技术进行施工方案模拟和优化:一方面,提供了一个与承建商沟通的平台,控制施工进度;另一方面,确保施工的顺利进行,保证工期和质量.传统的进度控制方法是基于二维CAD,存在着设计项目形象性差、网络计划抽象、施工进度计划编制不合理、参与者沟通和衔接不畅等问题,往往导致工程项目施工进度在实际管理过程中与进度计划出现很大偏差.３DBIM虚拟可视化技术对建设项目的施工过程进行仿真建模,建立４D信息模型的施工冲突分析与管理系统,实时管控施工人员、材料、机械等各项资源的进场时间,避免出现返工、拖延进度现象.通过建筑模型,可以直观展现建设项目的进度计划并与实际完成情况进行对比分析,了解实际施工与进度计划的偏差,合理纠偏并调整进度计划.４DBIM模型使管理者对变更方案带来的工程量及进度影响一目了然,是进度调整的有力工具.上一页下一页返回2.3

BIM的特点

BIM技术在建设项目成本管理信息化方面有着传统技术不可比拟的优势,可大大提高工程量计算工作的效率和准确性.利用５DBIM模型结合施工进度可以实现成本管理的精细化和规范化,还可以合理安排资金、人员、材料和机械台班等各项资源使用计划,做好实施过程成本控制.(４)物业管理阶段.前期建立的BIM模型集成了项目所有的信息,如材料型号、供应商等,可用于辅助建设项目维护与应用.BIM技术在建筑物使用寿命期间可以有效地进行运营维护管理.BIM技术具有空间定位和记录数据的能力,将其应用于运营维护管理系统,可以快速准确定位建筑设备组件,对材料进行可接入性分析,选择可持续性材料,进行预防性维护,制订行之有效的维护计划.BIM与RFID技术结合将建筑信息导入资产管理系统,可以有效地进行建筑物的资产管理.BIM还可进行空间管理,合理高效地使用建筑物空间.上一页下一页返回2.3

BIM的特点

通过BIM建立某大厦整体三维模型,包括所有的管材、阀门、设备、配件等详细技术参数,通过运行模型可快速准确得到所需的信息,解决物业后期管理时需查很多图纸的麻烦.建设单位采用BIM技术的操作流程,如图２.４所示.建设单位基于设计方提供的二维(２D)设计图纸,采用BIM技术建立３D建筑模型,并进行设计检测分析,直至解决发现所有的设计问题.然后,发布招标信息,要求承建商提供可视化的投标方案,并基于此进行评标和定标.中标的承建商将细化施工方案,并基于BIM技术和模拟技术展示、测试施工方案的可行性,以得到建设单位的认可,进而指导施工.施工结束后,建设单位将基于项目竣工图和其他相关信息,采用BIM技术更新已建立的３D模型,形成最终的BIM模型,以辅助物业管理.上一页下一页返回2.3

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２.３.３参数化BIM的重要特征之一就是面向对象进行参数化建模.通过参数而不是数字建立和分析模型,利用一定规则确定几何参数和约束,完成面向对象化的模型搭建,简单地改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型;BIM中图元是以构件的形式出现,这些构件之间的不同,是通过参数的调整反映出来的,参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息.BIM应用系统中,建筑构件被对象化,数字化的对象通过编码描述和代表真实的建筑构件.一个对象需要有一系列参数来描述其属性.这个对象的代码必须包含这些参数.参数通常是预先定义好的,或遵守某些制订好的规则.这些参数信息就构成了建筑的属性.例如,一个墙的对象是一个具有墙所有属性的对象,不仅包括几何尺寸信息(如长、宽、高),还包括墙体材料、保温隔热性能、表面处理、墙体规格、造价等其他信息.上一页下一页返回2.3

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而在一般的CAD绘图软件中,墙体是通过两条平行线的二维方式来表达的,线条之间没有任何关联.与此同时,数字化的门、窗、墙体、梁、柱等,完全可以表现其相应的物理属性和功能特性,同时具有智能的互动能力.例如,门窗与墙体、墙梁与柱子之间能自动关联并且完成扣减关系,完成几何关系和功能结构的协同统一.每一个BIM对象都包含了标识自身所有属性特征的完整参数.除有单纯的视觉效果外,模型还包含了构件的几何数据和一些非几何属性,如材料强度、构件造价、供应商等信息.参数化的意义在于统计与分析,如工程量、材料、设备统计等,在BIM模型中完全可以自动化、智能化完成,同时,可以与其他专业软件数据共享,进行结构验算、能耗分析、日照分析、检测碰撞以及虚拟建造等.上一页下一页返回2.3

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面向对象的参数化模型带来的价值包括专业协调、模拟功能和优化设计.(１)专业协调.专业协调是建筑工程中的重点内容,施工单位、建设单位、设计单位都在做着协调及互相配合的工作.例如,设计时,往往由于各专业设计师之间沟通不到位,而出现各种专业之间的碰撞问题;施工时,可能在布置管线时此处正好有结构设计的梁等构件妨碍管线的布置,这是施工中常遇到的碰撞问题.BIM的协调性服务就可以帮助处理这些问题,也就是说,BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,提供出来.(２)模拟功能.通过对设计、施工过程的模拟,可以提高并优化设计水平、降低施工风险.例如,在招标投标和施工阶段可以进行４D模拟(３D模型＋项目的发展时间),也就是根据施工的组织设计模拟实际施工,从而确定合理的施工方案来指导施工;同时,还可以进行５D模拟(基于３D模型的造价控制),从而实现成本控制.上一页下一页返回2.3

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(３)优化设计.BIM模型提供了建筑物的实际完整信息,在BIM的基础上可以做更好的设计和施工过程的优化.特别是某些复杂程度很高的工程项目,BIM及与其配套的各种优化工具为复杂项目提供了优化的可能.例如,特殊项目的设计优化,裙楼、幕墙、屋顶、大空间等异形设计,通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方,对这些内容的设计施工方案进行优化,可以显著地缩短工期和优化造价.上一页下一页返回2.3

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２.３.４模拟性BIM的模拟性是指不仅能模拟设计出建筑物模型,还可模拟不能在真实世界中进行操作的事物.１.设计阶段模拟在设计阶段,BIM可以根据设计需要进行模拟实验,如节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟(图２.５)、室内舒适度分析(图２.６)等.上一页下一页返回2.3

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２.招标投标和施工阶段模拟在招标投标和施工阶段可以进行４D模拟.４D施工模拟是指利用４D施工模拟相关软件,根据施工组织进度计划,在已经搭建好的模拟基础上加上时间维度,分专业制作可视化进度计划.一方面可以指导现场施工;另一方面为建筑、管理单位提供非常直观的可视化进度控制管理依据.４D施工模拟可以使建筑的建造顺序清晰、工程量明确,把BIM模型和工期联系起来,直观地体现施工的界面、顺序,从而使各专业施工之间的施工协调变得清晰明了.４D施工模拟与施工组织方案的结合,能够使设备材料进场、劳动力分配、机械排班等各项工作的安排变得最为有效、经济.在施工过程中,还可将BIM与数码设备相结合,实现数字化的监控模式,更有效地管理施工现场、监控施工质量,使得工程项目的远程管理成为可能,项目各参与方的负责人能在第一时间了解现场的实际情况.３D施工进度模拟如图２.７所示.上一页下一页返回2.3

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应用BIM技术还可以进行５D模拟,从而实现成本控制.５DBIM是在３D建筑信息模型基础上,融入“时间进度信息”与“成本造价信息”,形成由３D模型＋１D进度＋１D造价的五维建筑信息模型.５DBIM集成了工程量信息、工程进度信息、工程造价信息,不仅能统计工程量,还能将建筑构件的３D模型与施工进度的各种工作(WBS)相链接,动态地模拟施工变化过程,实施进度控制和成本造价的实时监控(图２.８).上一页下一页返回2.3

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３.运维阶段模拟在传统建筑设施维护管理系统中,大多还是以文字的形式列表展现各类信息,但是文字报表有其局限性,尤其是无法展现设备之间的空间关系.当BIM导入运维阶段后,除可以利用BIM模型对项目整体做了解之外,模型中各个设施的空间关系及建筑物内设备的尺寸、型号、口径等具体数据,也都可以从模型中完美地展现出来,这些都可以作为运维的依据,并且合理、有效地应用在建筑设施的维护与管理上.近些年,一些大型运维企业特别关注BIM在运维阶段的应用与发展(图２.９),具体包含以下几个方面.(１)互动场景模拟.所谓互动场景模拟就是BIM模型建好之后,将项目中的空间信息、场景信息等纳入模型中.再通过VR(现实增强)等新技术的配合,让业主、客户或租户通过BIM模型从不同的位置进入模型中相应的空间,进行一次虚拟的实体感受.通过模型中的建筑构件信息的存储,让体验者有身临其境的感觉.体验者能通过模型进入商铺、大堂、电梯间、卫生间等了解各空间的设施.上一页下一页返回2.3

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(２)优化租售方案.在传统的运维模式中,租户只能等项目建设完成之后才知道商铺的具体样式,一旦发现不满足自身要求,很难进行更改或需要很长的时间进行更改.而基于BIM的运维模式可以让租户在项目竣工之前通过BIM模型了解商铺的各项指标,如商铺的空间大小、朝向、光照、样式、用电负荷、空调负荷等.同时,客户可以根据自己的实际需求向业主方提出要求,此时业主方就可以根据模型,在对现场情况有具体了解的基础上,结合客户需求作出最优的变更方案.(３)系统维护.传统的系统维护一般是运维方通过竣工图纸,再配合Excel表格对建筑中各个系统、设备等相关数据进行了解,既缺乏时效性,又不够直观.根据BIM模型,维护人员可以快速地掌握并熟悉建筑内各种系统设备数据、管道走向等资料,可以快速找到损坏的设备及出现问题的管道,及时维护建筑内运行的系统.例如,当甲方发现一些渗漏问题时,首先不是实地检查整栋建筑,而是转向在BIM系统中查找位于嫌疑地点的阀门等设备,获得阀门的规格、制造商、零件号码和其他信息,快速找到问题并及时维护.上一页下一页返回2.3

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(４)紧急情况处理.通过BIM系统,可以帮助第三方运维基于BIM模型的演示功能对紧急事件进行预演,进行各种应急演练,制订应急处理预案.同时,还可以培训管理人员如何正确高效地处理紧急情况,尤其是一些没有办法在实际中进行的模拟培训,如火灾模拟、人员疏散模拟、停电模拟等.通过演练制订处理方案、处理办法,打印成书、装订成册,分发给项目相关人员,如社区居民、租户等,提高大家的安全意识,扩大安全管理范围.BIM技术在施工阶段建立的模型可通过转化,直接供运维信息管理平台使用.后期运营阶段可以对项目进行能耗、折旧、安全性预测,监控物业使用、维护、调试建筑使用情况或性能,以及储存和利用建筑财务方面的信息、部门成本分配的重要财务数据.上一页下一页返回2.3

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２.３.５协调性一直以来,建筑工程通常由设计、施工和运营几个独立的团队共同完成,但这种方式在一定程度上限制了各组成部分的协作,不利于工程作业中信息的交流.无论是施工单位还是业主及设计单位,无不在做着协调及相配合的工作.一旦项目的实施过程中遇到了问题,就要将各有关人士组织起来开协调会,找到各施工问题发生的原因及解决办法,然后进行变更,采取相应补救措施等来解决问题.随着BIM概念的提出,可以利用BIM的协调性,大大提高工作效率,改善项目品质.BIM的协调性技术能够跨越这种脱节的状况,通过统一的数字模型技术将建筑各阶段相互联系在一起,从各工种单独完成项目转化成各工种协同完成项目.它能够将不同工种之间的数据传递和共享,即把不同专业、不同功能的软件系统(如结构、给水排水等系统)