BIM：智慧建造的“中樞神經(jīng)”

信息技術(shù)已經(jīng)成為建筑工業(yè)化的重要工具手段，以云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、BIM技術(shù)等為代表并快速發(fā)展的信息技術(shù)，為現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2013年8月30日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》，明確至2016年，政府投資的2萬(wàn)平方米以上大型公共建筑以及申報(bào)綠色建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工均要采用BIM技術(shù)。

新型城鎮(zhèn)化是以城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、城鄉(xiāng)一體、產(chǎn)城互動(dòng)、節(jié)約集約、生態(tài)宜居、和諧發(fā)展為基本特征的城鎮(zhèn)化，是大中小城市、小城鎮(zhèn)、新型農(nóng)村社區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展、互促共進(jìn)的城鎮(zhèn)化。作為中國(guó)未來(lái)戰(zhàn)略發(fā)展支點(diǎn)的新型城鎮(zhèn)化倡導(dǎo)走集約、智能、綠色、低碳的建設(shè)之路，這對(duì)建筑行業(yè)提出了新的更高的要求，時(shí)代正在召喚能夠提供綠色、智能、宜居的建筑產(chǎn)品的現(xiàn)代建筑業(yè)的出現(xiàn)。

建筑業(yè)是一個(gè)最大的大數(shù)據(jù)行業(yè)，但當(dāng)前也是最沒(méi)有數(shù)據(jù)的一個(gè)行業(yè)，同時(shí)，工程項(xiàng)目的管理本質(zhì)又決定了如果沒(méi)有強(qiáng)大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐能力，再好的流程、制度、激勵(lì)措施和管理團(tuán)隊(duì)，也無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。目前，信息技術(shù)已經(jīng)成為建筑工業(yè)化的重要工具手段，以云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、BIM 技術(shù)等為代表并快速發(fā)展的信息技術(shù)，為現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。以BIM 技術(shù)為代表的信息技術(shù)在建筑智能化的應(yīng)用，已經(jīng)得到驗(yàn)證。

高效、協(xié)同、共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)

2013 年8 月30 日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》，明確至2016 年，政府投資的2 萬(wàn)平方米以上大型公共建筑以及申報(bào)綠色建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工均要采用BIM 技術(shù)。

BIM（建筑信息模型技術(shù)），是對(duì)建筑的全生命周期進(jìn)行全方位管理，它是實(shí)現(xiàn)建筑信息化變革發(fā)展的必然趨勢(shì)。BIM 技術(shù)的核心是通過(guò)在計(jì)算機(jī)中建立虛擬的三維模型，并利用數(shù)字化技術(shù)為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的數(shù)據(jù)信息庫(kù)。其中不僅包含描述建筑物及設(shè)備構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象信息。借助這些富含工程信息的三維模型，工程的信息集成化程度大大提高，為工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

過(guò)去，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是依靠二維設(shè)計(jì)軟件，這些設(shè)計(jì)軟件盡管在一定程度上提高了設(shè)計(jì)效率，但還是存在很多不足，對(duì)于需要多視圖、多剖面描述的復(fù)雜空間設(shè)計(jì)內(nèi)容，二維設(shè)計(jì)缺乏直觀的效果，難免造成遺漏和差錯(cuò)，有些差錯(cuò)到施工階段才能發(fā)現(xiàn)，造成了不必要的返工和浪費(fèi)。更為嚴(yán)重的是有些差錯(cuò)甚至在運(yùn)營(yíng)期間才發(fā)現(xiàn)，給運(yùn)維安全埋下極大的隱患。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式下，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中難于對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、橋隧路基等構(gòu)筑物有直觀認(rèn)識(shí)和全面的感知，一些復(fù)雜和特殊的工點(diǎn)，往往必須通過(guò)設(shè)計(jì)人員反復(fù)地現(xiàn)場(chǎng)踏勘實(shí)測(cè)，才能確定技術(shù)方案，從而造成設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，工作效率低。由于只能生成二維設(shè)計(jì)效果圖，難以展示設(shè)計(jì)的立體效果，不能給業(yè)主等相關(guān)利益方提供評(píng)估和決策依據(jù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)成果僅反映各專業(yè)單一的設(shè)計(jì)內(nèi)容，缺乏共同的設(shè)計(jì)平臺(tái)，難以檢查專業(yè)間的接口關(guān)系，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)相互間的沖突，造成設(shè)計(jì)質(zhì)量總體性差。

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式相比，BIM 具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。BIM 技術(shù)利用完全真實(shí)的尺寸和形狀在計(jì)算機(jī)屏幕上展現(xiàn)項(xiàng)目的形狀、特征、加工狀態(tài)、材質(zhì)等信息，便于項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)的交流和共享。同時(shí)，BIM 技術(shù)還可以對(duì)虛擬設(shè)計(jì)的三維模型進(jìn)行二維設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種操作，例如對(duì)電氣設(shè)備或裝配件進(jìn)行各種形式運(yùn)動(dòng)模擬等等。利用BIM 技術(shù)構(gòu)建的三維模型能夠廣泛地應(yīng)用到靜/ 動(dòng)態(tài)干涉檢查、性能仿真和模擬等領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)前期對(duì)這些工作進(jìn)行模擬和設(shè)置，可以有效地減少設(shè)計(jì)變更、錯(cuò)誤和返工。更為重要的是，BIM 技術(shù)通過(guò)對(duì)項(xiàng)目構(gòu)建可視化的數(shù)字建筑模型，可以實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度模擬、裝配模擬、物料跟蹤等工作，對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)與人員、機(jī)械及環(huán)境進(jìn)行高效配置，使得整個(gè)工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各個(gè)階段都能夠有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、智能化管理，對(duì)項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行數(shù)字化模擬。

基于BIM 的智慧建筑

以某科研樓工程項(xiàng)目為例，該工程項(xiàng)目總建筑面積71105.4 平方米，地上12 層，地下結(jié)構(gòu)2 層，工程投資造價(jià)為2.06 億元。項(xiàng)目周圍環(huán)境復(fù)雜，西面為已建成的一期A 棟技術(shù)孵化樓，南面北側(cè)是擬建工程唯一的進(jìn)出通道；東北側(cè)為其他企業(yè)辦公樓，西邊2.5 公里處是直升機(jī)場(chǎng)，屬建筑高度控制區(qū)域。

本工程項(xiàng)目擬建工程地下室用于停放車輛，沒(méi)有太多人員在內(nèi)活動(dòng)，負(fù)二層設(shè)計(jì)層高3.85m、負(fù)一層3.8m；正負(fù)零上首層設(shè)計(jì)層高4.2m，標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)層高均為3.6m；最大柱網(wǎng)間距8.95m*8.2m； 樓面（ 室內(nèi)）梁最大截高600mm；標(biāo)準(zhǔn)層水平噴淋最大管徑DN150；通風(fēng)管道除地下室是設(shè)計(jì)的外，正負(fù)零上標(biāo)準(zhǔn)層房間內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)管道均由二次裝修設(shè)計(jì)，風(fēng)管最大截高控制在200mm。

為了更好的驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，減少因設(shè)計(jì)錯(cuò)漏發(fā)生的變更，并對(duì)變更和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)行模擬，找出最合理的解決方案，將土建和安裝模型相結(jié)合，對(duì)擬建工程中的構(gòu)件、管線、設(shè)備進(jìn)行碰撞檢查，將問(wèn)題杜絕在設(shè)計(jì)階段，減少因盲目設(shè)計(jì)和施工造成的工期、人工、材料、設(shè)備使用的損失。項(xiàng)目利用模型統(tǒng)計(jì)工程量，分階段進(jìn)行進(jìn)度款支付，避免延付或超付，并利用模型作為“工程沙盤”，讓決策者全盤掌握工程進(jìn)展及動(dòng)態(tài)。

由于該項(xiàng)目主要用于科研研發(fā)及辦公，施工圖于2011 年11 月設(shè)計(jì)完成，當(dāng)時(shí)業(yè)主沒(méi)有將BIM 技術(shù)引入項(xiàng)目。當(dāng)2012 年7 月項(xiàng)目開(kāi)始動(dòng)土修建時(shí)，發(fā)現(xiàn)施工圖中存在大量問(wèn)題，為避免將問(wèn)題帶入施工過(guò)程，造成不必要的損失或?qū)p失降低到最低范圍，業(yè)主確定利用BIM 技術(shù)對(duì)擬建工程進(jìn)行信息模型建模，并通過(guò)信息模型來(lái)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)正確性、施工方便性、造價(jià)可控性、建設(shè)過(guò)程的有效管理性等內(nèi)容進(jìn)行跟蹤和管理。

工程施工到2012 年10 月，地下室部分基本完工，施工單位準(zhǔn)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層備料時(shí)，業(yè)主提出標(biāo)準(zhǔn)樓層是否過(guò)低的質(zhì)疑；利用BIM 通過(guò)建立虛擬現(xiàn)實(shí)模型，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)層樓層高度設(shè)計(jì)確實(shí)過(guò)低，因此決定增加層高。首先使用建筑設(shè)計(jì)軟件建模，將室內(nèi)凈高進(jìn)行表達(dá)，為3.6（設(shè)計(jì)層高）—0.6（梁高）—0.2（梁底風(fēng)管高）—0.05（吊頂厚）—0.05（地面裝飾厚）=2.7m。之后利用VR 虛擬UC-win/Road 軟件現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景仿真并得到效果圖。由于該工程項(xiàng)目地處我國(guó)南方，在空間大的情況下，2.7 米的凈高會(huì)使人覺(jué)得空間感壓抑，產(chǎn)生沉悶感，且自然照明采光不好，取不到窗口足夠的自然衍射光源；凈高低吊頂上的光源離桌面近，衍射光源也不能有效擴(kuò)展，不利于節(jié)能。因此，采用增加樓層高度可解決，但仍然需要考慮幾個(gè)因數(shù)對(duì)樓層高度給予控制，即不能超過(guò)直升機(jī)場(chǎng)規(guī)定的周邊環(huán)境建筑物高度，同時(shí)需注意增加高度最好是在一個(gè)合理范圍，將環(huán)境效果最大化，而增加投資費(fèi)用最小。增加樓層高度有兩個(gè)尺度供選擇，層高由原來(lái)的3.6 米變?yōu)?.7 或3.8米。對(duì)于層高的具體確定需要先進(jìn)行采光檢測(cè)，看看哪個(gè)高度采光效果好，使用采光軟件將建筑模型在軟件中打開(kāi)，賦予當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境數(shù)據(jù)后，通過(guò)計(jì)算增高3.7 或3.8 米的采光效果。通過(guò)采光模型測(cè)評(píng)，3.8 米層高優(yōu)于3.7米層高。

增加樓層高度后在結(jié)構(gòu)方面首先出現(xiàn)了變化，需驗(yàn)證樓層高度的改變對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響多大，如柱截面、原設(shè)計(jì)的配筋是否應(yīng)調(diào)整增加等。將原結(jié)構(gòu)模型在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析軟件內(nèi)打開(kāi)，樓層水平荷載均不變，分別按3.7 米或3.8 兩個(gè)樓層高度調(diào)整后進(jìn)行比對(duì)。通過(guò)結(jié)構(gòu)模型測(cè)評(píng)，結(jié)果是3.7米高度時(shí)柱子截面不需調(diào)整鋼筋不需增加，3.8 米時(shí)截面不需調(diào)整鋼筋需要增加。

驗(yàn)證增加費(fèi)用方面，用土建工程計(jì)量軟件將原設(shè)計(jì)算量模型打開(kāi)，按3.7 米和3.8 米兩個(gè)樓層高度分別進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，將工程量導(dǎo)入造價(jià)計(jì)算軟件，得出結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)層共計(jì)11 個(gè)樓層，層高為3.7 米時(shí)總增高1.1 米。按深圳市2003 土建定額，單樓層混凝土結(jié)構(gòu)柱、梁、板、墻均沒(méi)有超高，但總高度有變化，其外墻綜合腳手架由原40.5 米步距子目，變?yōu)?0.5米步距子目。結(jié)果是改為3.7 米層高，總計(jì)增加費(fèi)用67.87 萬(wàn)元；改樓層為3.8 米高，按深圳市2003 土建定額，其混凝土結(jié)構(gòu)柱、梁、板、墻均不超高，外墻綜合腳手架子目不變，增加費(fèi)用128.7 萬(wàn)元+4.5 萬(wàn)元（柱增加鋼筋），共計(jì)133.2 萬(wàn)元。安裝工程部分只是增加了豎向給排水管道的1.1 米的量，不左右局勢(shì)故略去不計(jì)。決策時(shí)間快捷方面，在確定增加層高3.7 還是3.8米的選擇時(shí)，如果用手工計(jì)算需耗時(shí)2-3 天，這樣的時(shí)間延誤是施工單位不能接受的。過(guò)程中用已建好的算量模型，2 個(gè)小時(shí)就確定了不同層高所需費(fèi)用。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用，有很多方面是常規(guī)技術(shù)不能比擬的，BIM 技術(shù)除了可以有效的控制成本之外，還可以在節(jié)約施工原材料的情況下最大可能的保證工程項(xiàng)目的質(zhì)量。以該科研樓項(xiàng)目為例，施工現(xiàn)場(chǎng)模板（竹夾板）規(guī)格為1220mm（寬）*2440mm（ 長(zhǎng)）， 在樓層層高3.7 時(shí)柱模板按一寬一長(zhǎng)配置1220mm+2440mm 等于3660mm， 按層高3700mm 計(jì)算減去樓板厚120 等于3580mm，配一寬一長(zhǎng)模板時(shí)需裁去80mm。按層高3800mm 計(jì)算減去樓板厚120 等于3680mm，配一寬一長(zhǎng)模板時(shí)需增加20mm，得另外補(bǔ)貼一小條模板。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，模板裁料比拼接料用工少，且平整度好，能夠充分保證質(zhì)量。

通過(guò)建模計(jì)算，樓層為3.7 米高時(shí)，增加技術(shù)人工1186 工日，平均到每樓層108 工日；裝飾人工1142工日，平均到每樓層104 工日；為3.8米高時(shí)，增加技術(shù)人工和裝飾人工均為3.7 米的一倍。主體施工時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)各工種人員有230 人，按3.7 米增加層高，每樓層需延期0.45 天，考慮綜合因素，11 層樓的層高變更需增加工期3 天；按3.8 米增加層高，每樓層需延期0.9 天，考慮綜合因素，11層樓的層高變更需增加工期6 天。

將BIM 技術(shù)用于環(huán)境模擬方面，可以在工程未完成之前，就生成環(huán)境，使業(yè)主有先見(jiàn)之感，將問(wèn)題處理在施工前期，避免工程完工使用過(guò)程中無(wú)可挽回的缺陷。通過(guò)建模，發(fā)現(xiàn)3.8米層高比3.7 米層高采光好，但有直升機(jī)場(chǎng)總高度的控制，不能一味的追求層高，而綜合其他因素，則取3.7米層高也比原設(shè)計(jì)好。由于有了費(fèi)用確定時(shí)的模型工程量，直接利用已有數(shù)據(jù)調(diào)整施工進(jìn)度和配料，對(duì)工程質(zhì)量控制和進(jìn)度管理方面，解決優(yōu)選方案問(wèn)題。

BIM 技術(shù)為項(xiàng)目全過(guò)程精細(xì)化管理提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐，不僅能對(duì)項(xiàng)目的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化管理，同時(shí)利用協(xié)同平臺(tái)可以大大提高工作效率，減少不必要的返工和浪費(fèi)。對(duì)一個(gè)工程項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程而言，采用BIM技術(shù)進(jìn)行決策和管理，會(huì)給行業(yè)帶來(lái)極大的效益和價(jià)值。

BIM 技術(shù)可以自始至終貫穿建設(shè)的全過(guò)程，支撐建設(shè)過(guò)程的各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)全程信息化、智能化。以BIM 模型為核心理念的數(shù)字化三維技術(shù)的出現(xiàn)，給工程建設(shè)企業(yè)生產(chǎn)及管理效率提升帶來(lái)新的驅(qū)動(dòng)力，先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)技術(shù)和全生命周期的項(xiàng)目信息管理，可以幫助企業(yè)更準(zhǔn)確、更有效的控制工程建設(shè)過(guò)程，極大優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、控制施工質(zhì)量和簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)管理，從而提高工程質(zhì)量，降低建設(shè)成本，無(wú)疑是建筑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。