BIM在建筑工程生命周期的理論研究

1、第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集 上海2011BIM在建筑工程生命周期的理論研究任江1,王嘯波2,郭娜3 中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司【摘要】：建筑信息模型(BIM)技術(shù)是現(xiàn)在建筑行業(yè)研究的熱點(diǎn)，也是建筑信息化的核心技術(shù)。它作為數(shù)字化信息集成的載體，貫穿于建筑全壽命周期的各個階段，指導(dǎo)建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營管理本文對BIM技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了研究，闡述了該技術(shù)對建筑全生命周期建設(shè)和管理的重要意義和給建筑行業(yè)帶來的巨大效益。在分析建筑業(yè)低效率原因的基礎(chǔ)上，提出效率提高的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息集成化管理?！娟P(guān)鍵詞】BIM，建筑工程，BLM，IFC1引言進(jìn)入21世紀(jì)以來，建筑行業(yè)面

2、臨來自多方面挑戰(zhàn)，特別是來自國外設(shè)計(jì)公司的強(qiáng)大競爭壓力。快速發(fā)展的城市建設(shè)帶來了越來越緊迫的設(shè)計(jì)任務(wù)，層出不窮的新材料、新技術(shù)，以及新的設(shè)計(jì)思想，這些都要求設(shè)計(jì)人員不斷更新自我，進(jìn)行再學(xué)習(xí)。2006年，美國建筑師協(xié)會曾經(jīng)發(fā)出過一個警告：不懂建筑信息模型(BIM：Building Information Modeling)的建筑師，不久的將來將失去獲得offer的機(jī)會。在美國，隨著BIM的推廣，所有的建筑業(yè)務(wù)，包括設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)審核、預(yù)算、工程管理等，將會整合到一起。建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)技術(shù)創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營

3、管理1，將各種建筑信息組織成一個整體，貫穿于建筑全生命周期過程。BIM在中國的全面應(yīng)用將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計(jì)乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高。BIM將直接促使建筑行業(yè)各領(lǐng)域的變革和發(fā)展；它將使建筑行業(yè)的思維模式及習(xí)慣方法產(chǎn)生深刻變化；使設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營的過程產(chǎn)生新的組織方式和新的行業(yè)規(guī)則。目前，BIM在中國建筑業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)起步。2 BLM理論概述建筑信息管理包括兩個方面，其一是項(xiàng)目創(chuàng)建過程中建立建筑工程信息，其二是在整個項(xiàng)目生命周期中管理和共享這些信息，從而達(dá)到提高決策準(zhǔn)確度，提高運(yùn)營敬率，提高項(xiàng)目質(zhì)量和提高用戶獲利能力的目標(biāo)。如圖2-1所示圖2-1BLM實(shí)現(xiàn)過程示意圖建筑業(yè)對

4、建設(shè)工程信息的管理和共享己有多年的研究，但由于缺乏實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和可行技術(shù)的支持，研究多數(shù)停留在理論和概念層面上，在實(shí)踐上沒有突BIM(BuildingInformatioH Modelling)技術(shù)的出現(xiàn)，為真止實(shí)現(xiàn)BLM的理念和BLM的實(shí)踐應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。BIM技術(shù)將建筑工程項(xiàng)目中的單構(gòu)件或物體作為基本元素，將描述基本元素的幾何數(shù)據(jù)、物理特性、施工要求、價格資料等相關(guān)信息有機(jī)地組織起來，形成一個數(shù)據(jù)化的建筑模型，作為整個建筑工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料庫。這些圍繞建筑物構(gòu)件或物體組織起來的數(shù)據(jù)不僅只是簡單地反映了建筑元素的幾何特征、物理屬性等特性，相互之間還保持著作為建筑整體一部分的空間關(guān)系和邏輯關(guān)

5、系，作為虛擬空間的數(shù)字化建筑物，形成了完整的、有層次的信息系統(tǒng)23。由于BIM具有承載各種信息的能力，整個建筑相關(guān)的信息和一整套設(shè)計(jì)文檔存儲在集成數(shù)據(jù)庫中，所有信息都已數(shù)字化，完全相互關(guān)聯(lián)。這樣就可阻在BIM上構(gòu)建各個專業(yè)協(xié)同工作的平臺。這不但梢除了以前各個專業(yè)設(shè)計(jì)軟件互不兼容、溝通渠道不暢的現(xiàn)象，還實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)的信息共享及有效管理。在工程項(xiàng)目全生命周期中(決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、管理、拆除后再利用等階段)，各個專業(yè)可以根據(jù)自己的需要在RIM中提取自己所需要的數(shù)據(jù)，來完成各自的決策、分析設(shè)計(jì)、管理等目的。同時從BIM中獲取信息時，也不斷的把本專業(yè)創(chuàng)建的信息加入到BIM中去，以提供給其它專業(yè)使用

6、。如此使工程中各參與人員通過BIM緊密的聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同工作的目的。如圖2-2所示。圖2-2在BIM技術(shù)中各專業(yè)協(xié)同示意圖比如，在設(shè)計(jì)人員構(gòu)建了BIM后，那么施工人員就可以從BIM中提取相關(guān)的信息進(jìn)行施工受力分析，并把分析結(jié)果錄入NBIM中，項(xiàng)目管理人員則可以從BIM中提取相關(guān)的施工信息，進(jìn)行施工組織安排等等。由此看來，BIM技術(shù)不僅解決了建筑信息的創(chuàng)建，更重要的是構(gòu)筑起各專業(yè)協(xié)同工作的平臺，為BLM的實(shí)施提供了一種協(xié)調(diào)一致的信息管理和共享的方法。3 建筑信息模型(BIM)概述3.1 BIMBlM是“建筑信息模型”(Building Information Modeling)的簡稱，這項(xiàng)

7、被眾多國內(nèi)外設(shè)計(jì)師稱之為“革命性”的技術(shù)。最早是由美國喬治亞技術(shù)學(xué)院(Georgia Tech College)建筑與計(jì)算機(jī)專業(yè)的查克伊斯曼(Chuck Eastman)博士于30年前提出的一個概念： “建筑信息模型綜合了所有的幾何模型信息、功能要求和構(gòu)件性能。將一個建筑項(xiàng)目整個生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個單獨(dú)的建筑模型中，而且還包括施工進(jìn)度、建造過程、維護(hù)管理等的過程信息?！弊?002年BIM被提出以來。BIM的涉及面已十分廣。目前來說主要被應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段。除此之外還被人們應(yīng)用到建筑業(yè)的多個方面，包括：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、文檔管理、成本估算、施工管理、項(xiàng)目管理、可視化等(如圖3-1所示)。圖3-

8、1 BIM多維管理3.2 IFC由于BIM 集成了建筑工程項(xiàng)目全壽命周期的所有信息，因此引發(fā)了新的問題，也就是建筑工程項(xiàng)目各階段各部門使用各種不同的軟件，而這些軟件定義的數(shù)據(jù)格式各異，因此需要一種中立的數(shù)據(jù)格式來實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成，實(shí)現(xiàn)各種不同應(yīng)用軟件之間的兼容性。而國際協(xié)同工作聯(lián)盟IAI 組織，一直致力于的IFC 標(biāo)準(zhǔn)的研究，就是為了解決這個問題。IAI 所制定的IFC 標(biāo)準(zhǔn)，是Industry Foundation Class 工業(yè)基礎(chǔ)類的縮寫。IFC 標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于建筑、工程、施工與設(shè)備管理等各種應(yīng)用軟件通過中立的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2，目的是為了改變建筑業(yè)信息交換雜亂無章的現(xiàn)

9、狀，實(shí)現(xiàn)信息的有序共享，如圖3-2 所示。只要遵循IFC 標(biāo)準(zhǔn)，不同來源的數(shù)據(jù)就能夠?qū)崿F(xiàn)集成3。圖3-2 IFC標(biāo)準(zhǔn)IFC 支持各種建筑業(yè)軟件的交互，而且作為一種公共資源，允許軟件開發(fā)商以其為基礎(chǔ)，開發(fā)面向全球的應(yīng)用軟件。建筑軟件開發(fā)巨頭，如Autodesk 公司就力頂IFC標(biāo)準(zhǔn)。由于得到了這些軟件開發(fā)巨頭的支持，IFC 所獲得的認(rèn)可度也越來越高。建筑工程軟件開發(fā)商可以利用兩種方法來開發(fā)支持IFC 標(biāo)準(zhǔn)的軟件。一種是以IFC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范式來描述各種建筑工程數(shù)據(jù)；另外一種是編寫標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)輸入輸出接口來支持IFC 標(biāo)準(zhǔn)。4 BIM在建筑工程生命周期中得應(yīng)用4.1 BIM在建筑生命周期的應(yīng)用現(xiàn)狀B

10、IM作為種先進(jìn)的工具和工作方式符合建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。BIM不僅改變了建筑設(shè)計(jì)的手段和方法，而且通過在建筑全生命周期中的應(yīng)用為建筑行業(yè)提供了一個革命性的平臺，并將徹底改變建筑行業(yè)的協(xié)作方式。BIM到底有哪些價值？它在建筑的全生命周期中有哪些應(yīng)用？美國bSa（buildingSMART alliance）對BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用現(xiàn)狀做了比較詳盡的歸納4。如圖4-1所示：圖4-1 BIM在建筑全生命周期應(yīng)用這些BIM應(yīng)用按照建設(shè)項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營的發(fā)展階段按時間組織，有些應(yīng)用跨越一個到多個階。有些應(yīng)用則局限在某一個階段內(nèi)。大量的項(xiàng)目實(shí)踐表明，BIM大大促進(jìn)了建筑工程全生命周期的信

11、息共享建筑企業(yè)之問多年存在的信息隔閡被逐漸打破。這大大提高了業(yè)主對整個建筑工程項(xiàng)目全生命周期的管理能力，提高了所有利益相關(guān)者的工作效率。4.2 BIM+互用+協(xié)同=BLM5建筑幕墻設(shè)計(jì)需要涉及許多不同的專業(yè)，如建筑、結(jié)構(gòu)、材料等。由于BIM “具有承載各種信息的能力，整個建筑相關(guān)的信息和一整套設(shè)計(jì)文檔存儲在集成數(shù)據(jù)庫中，所有信息都已數(shù)字化，完全相互關(guān)聯(lián)。這樣就可以在BIM垤上構(gòu)建各個專業(yè)協(xié)同工作的平臺。這不但消除了以前各個專業(yè)設(shè)計(jì)軟件互不兼容的現(xiàn)象，還實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)的信息共享。例如設(shè)計(jì)的修改或變更、施工這個協(xié)同工作平臺上實(shí)現(xiàn)。正是BIM的應(yīng)用，一種新的建筑幕墻管理思想應(yīng)運(yùn)而生，這就是建筑幕墻生命

12、全周期管理(Building Lifecycle Management，BLM)。BLM是一種以BIM為基礎(chǔ)的創(chuàng)建、管理、共享信息的數(shù)字化方法，能夠大大減少資產(chǎn)在建筑物整個生命周期(從構(gòu)思到拆除)中的無效行為和各種風(fēng)險。BLM是建筑工程管理的最佳模式。BIM技術(shù)在發(fā)展過程中，吸納了學(xué)術(shù)界近年研究的一些成果，融匯入自身之中。BLM是“Building Lifecycle Management”的縮寫，中文名稱“建設(shè)工程生命周期管理”。建筑幕墻工程建設(shè)項(xiàng)目的生命周期主要由兩個過程組成：第一是信息過程，第二是物質(zhì)過程。施工開始以前的項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)的主要工作就是信息的生產(chǎn)、處理、傳遞和應(yīng)用；施

13、工階段的工作重點(diǎn)雖然是物質(zhì)生產(chǎn)(把幕墻建造起來)，但是其物質(zhì)生產(chǎn)的指導(dǎo)思想?yún)s是信息(施工階段以前產(chǎn)生的施工圖及相關(guān)資料)，同時伴隨施工過程還在不斷生產(chǎn)新的信息(材料、設(shè)備的明細(xì)資料等)；使用階段實(shí)際上也是一個信息指導(dǎo)物質(zhì)使用(清洗維修保養(yǎng)等)過程。BIM就是一個包含了建筑全生命周期(Building Lifecycle Management，簡稱BLM)，包括建筑物規(guī)劃、設(shè)計(jì)、旅工、運(yùn)營、改造、拆除等全部過程中所有信息的大型數(shù)據(jù)庫，為真正實(shí)現(xiàn)建筑下程全生命周期的建設(shè)和管理提供了技術(shù)支撐67。BIM技術(shù)從根本上改變了建筑信息的創(chuàng)建行為和過程，從工程設(shè)計(jì)開始，創(chuàng)建的就是數(shù)字化的設(shè)計(jì)信息?；跀?shù)字化

14、設(shè)計(jì)信息的創(chuàng)建，與相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品接口，可以改變建設(shè)工程信息的管理過程和共享過程。BIM從前期設(shè)計(jì)階段便開始建立一個貫穿始終的數(shù)據(jù)庫檔案。隨著項(xiàng)目展開，BIM的數(shù)據(jù)信息跟隨方案自動積累與更新，設(shè)計(jì)的方案隨著計(jì)劃的調(diào)整而改變。BIM的前期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)入到概念設(shè)計(jì)階段，將開始逐步地?cái)U(kuò)充起來。有了BIM共享基礎(chǔ)，在作建筑設(shè)計(jì)的同時，建筑師就可以便捷地計(jì)算出方案的綠色指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、概預(yù)算等數(shù)值，反過來再影響對方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行改良。接下來，這些數(shù)據(jù)將繼續(xù)在擴(kuò)初設(shè)計(jì)中得以細(xì)致化、完善化。最終基于BIM的擴(kuò)初設(shè)計(jì)，通過截取BIM模型就完成了布圖，使用提取工具就完成了文案的編制，呈交一套完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。BIM的數(shù)據(jù)

15、傳承到旅工階段，承建公司用來做工程化、進(jìn)度編排、工程造價等動工前的準(zhǔn)備，用以安排采購、下包、后勤等工作任務(wù)。施工階段中的BIM數(shù)據(jù)庫也隨著丁作安排的展開而得以補(bǔ)充，最終完成的工程項(xiàng)目實(shí)體與BIM數(shù)據(jù)是完全對應(yīng)的，每項(xiàng)物質(zhì)零件都有其準(zhǔn)確的電子數(shù)據(jù)信息存檔備案。BIM信息傳遞的最終階段是建筑物投入運(yùn)營使用的階段。5 BIM未來目標(biāo)在前面的論述之后，可以看到BIM未來的目標(biāo)非常清晰。進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)分工和設(shè)計(jì)角色分工。在三維環(huán)境下實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、通信聯(lián)系三個系統(tǒng)嵌入式地結(jié)合。將信息資源信息與空間模型完全結(jié)合，形成完整的建筑信息模型。完整的建筑信息模型向前延伸，進(jìn)一步提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平

16、；完整的建筑信息模型向后延伸，推動施工水平及物業(yè)管理水平提高，以統(tǒng)一的模型貫穿于建筑使用年限，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。6結(jié)論BIM的應(yīng)用對于實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期管理，提高建筑行業(yè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的科學(xué)技術(shù)水平，促進(jìn)建筑業(yè)全面信息化和現(xiàn)代化，具有巨大的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。本文僅作拋磚引玉，希望能和業(yè)內(nèi)專家學(xué)者一起共同探討，推動BIM在國內(nèi)的應(yīng)用向著更廣闊、更深入的方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)1丁士昭建設(shè)工程信息化導(dǎo)論M中國建筑工業(yè)出版社，20052李永奎，建設(shè)工程生命周期信息管理(BLM)的理論與實(shí)現(xiàn)方法研究：博士學(xué)位論文】，上海；同濟(jì)大學(xué)，20073陳訓(xùn)，建設(shè)工程全壽命信息管理(BLM)思想和應(yīng)用的研究：碩士學(xué)位論文，上海；同濟(jì)大學(xué)