BIM在建筑全生命周期的20个典型应用

在过去的20多年中,CAD技术的普及和推广使建筑师、工程师们甩掉图板,从传统的手工绘图、设计和计算中解放出来,可以说是工程设计领域的第一次数字革命。而现在,建筑信息模型(BIM)的出现将引发整个工程建设领域的第二次数字革命。BIM不仅带来现有技术的进步和更新换代,它也间接影响了生产组织模式和管理方式,并将更长远地影响人们思维模式的转变。

随着BIM在国内逐渐被认可与应用,特别是近年来在国内工程建造行业高速发展的背景下,BIM已经在国内一些大型工程项目中得到积极应用,涌现出很多成功案例。美国bSa(buildingSMARTalliance)曾经对目前美国工程建设行业领域的BIM应用情况做过详细调查,并总结出目前美国市场上BIM的25种不同应用并加以分析研究,用于指导工程项目在不同阶段选择合适的BIM应用。国内目前还缺少在这一领域的深入研究,不过我们依然可以借鉴美国bSa对BIM应用的分类框架,结合目前国内BIM技术的发展现状、市场对BIM应用的接受程度以及国内工程建设行业的特点,对中国建筑市场BIM的典型应用进行归纳和分类。

由于中美建筑市场的差异以及本土主流BIM软件的欠缺,国内BIM应用在行业跨度和深度上都和美国有一定距离,不过大的应用方向是一致的。以下为笔者整理出来的目前国内建筑市场典型的BIM应用,一共有20个,希望和

大家进行交流探讨。

1.BIM模型维护

2.场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素,是确定建筑物的空间方位和外观、建立建筑物与周围景观的联系的过程。在规划阶段,场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素,往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分析。传统的场地分析存在诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据信息等弊端,通过BIM结合地理信息系统(简称GIS),对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模,通过BIM及GIS软件的强大功能,迅速得出令人信服的分析结果,帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点,从而做出新建项目最理想的场地规划、交通流线组织关系、建筑布局等关键决策。

3.建筑策划

4.方案论证

5.可视化设计

3Dmax、Sketchup这些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而造成的和设计师之间的交流鸿沟,但由于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不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。BIM的出现使得设计师不仅拥有了三维可视化的设计工具,所见即所得,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,随时知道自己的投资能获得什么。

6.协同设计

协同设计是一种新兴的建筑设计方式,它可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。协同设计是在建筑业环境发生深刻变化、建筑的传统设计方式必须得到改变的背景下出现的,也是数字化建筑设计技术与快速发展的网络技术相结合的产物。现有的协同设计主要是基于CAD平台,并不能充分实现专业间的信息交流,这是因为CAD的通用文件格式仅仅是对图形的描述,无法加载附加信息,导致专业间的数据不具有关联性。BIM的出现使协同已经不再是简单的文件参照,BIM技术为协同设计提供底层支撑,大幅提升协同设计的技术含量。借助BIM的技术优势,协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要规划、设计、施工、运营等各方的集体参与,因此具备了更广泛的意义,从而带来综合效益的大幅提升。

7.性能化分析

8.工程量统计

在CAD时代,由于CAD无法存储可以让计算机自动计算工程项目构件的必要信息,所以需要依靠人工根据图纸或者CAD文件进行测量和统计,或者使用专门的造价计算软件根据图纸或者CAD文件重新进行建模后由计算机自动进行统计。前者不仅需要消耗大量的人工,而且比较容易出现手工计算带来的差错,而后者同样需要不断地根据调整后的设计方案及时更新模型,如果滞后,得到的工程量统计数据也往往失效了。而BIM是一个富含工程信息的数据库,可以真实地提供造价管理需要的工程量信息,借助这些信息,计算机可以快速对各种构件进行统计分析,大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误,非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过BIM获得的准确的工程量统计可以用于前期设计过程中的成本估算、在业主预算范围内不同设计方案的探索或者不同设计方案建造成本的比较,以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。

9.管线综合

随着建筑物规模和使用功能复杂程度的增加,无论设计企业还是施工企业甚至是业主对机电管线综合的要求愈加强烈。在CAD时代,设计企业主要由建筑或者机电专业牵头,将所有图纸打印成硫酸图,然后各专业:降图纸叠在一起进行管线综合,由于二维图纸的信息缺失以及缺失直观的交流平台,导致管线综合成为建筑施工前让业主最不放心的技术环节。利用BIM技术,通过搭建各专业的BIM模型,设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突,从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞;中突,显著减少由此产生的变更申请单,更大大提高了施工现场的生产效率,降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

10.施工进度模拟

11.施工组织模拟

12.数字化建造

制造行业目前的生产效率极高,其中部分原因是利用数字化数据模型实现了制造方法的自动化。同样,BIM结合数字化制造也能够提高建筑行业的生产效率。通过BIM模型与数字化建造系统的结合,建筑行业也可以采用类似的方法来实现建筑施工流程的自动化。建筑中的许多构件可以异地加工,然后运到建筑施工现场,装配到建筑中(例如门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件)。通过数字化建造,可以自动完成建筑物构件的预制,这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件不仅降低了建造误差,并且大幅度提高构件制造的生产率,使得整个建筑建造的工期缩短并且容易掌控。BIM模型直接用于制造环节还可以在制造商与设计人员之间形成一种自然的反馈循环,即在建筑设计流程中提前考虑尽可能多地实现数字化建造。同样与参与竞标的制造商共享构件模型也有助于缩短招标周期,便于制造商根据设计要求的构件用量编制更为统一的投标文件。同时标准化构件之间的协调也有助于减少现场发生的问题,降低不断上升的建造、安装成本。

13.物料跟踪

随着建筑行业标准化、工厂化、数字化水平的提升,以及建筑使用设备复杂性的提高,越来越多的建筑及设备构件通过工厂加工并运送到施工现场进行高效的组装。而这些建筑构件及设备是否能够及时运到现场,是否满足设计要求,质量是否合格将成为整个建筑施工建造过程中影响施工计划关键路径的重要环节。在BIM出现以前,建筑行业往往借助较为成熟的物流行业的管理经验及技术方案(例如RFID无线射频识别电子标签)。通过RFID可以把建筑物内各个设备构件贴上标签,以实现对这些物体的跟踪管理,但RFID本身无法进一步获取物体更详细的信息(如生产日期、生产厂家、构件尺寸等),而BIM模型恰好详细记录了建筑物及构件和设备的所有信息。此外BIM模型作为一个建筑物的多维度数据库,并不擅长记录各种构件的状态信息,而基于RFID技术的物流管理信息系统对物体的过程信息都有非常好的数据库记录和管理功能,这样BIM与RFID正好互补,从而可以解决建筑行业对日益增长的物料跟踪带来的管理压力。

14.施工现场配合

15.峻工模型交付

16.维护计划

在建筑物使用寿命期间,建筑物结构设施(如墙、楼板、屋顶等)和设备设施(如设备、管道等)都需要不断得到维护。一个成功的维护方案将提高建筑物性能,降低能耗和修理费用,进而降低总体维护成本。BIM模型结合运营维护管理系统可以充分发挥空间定位和数据记录的优势,合理制定维护计划,分配专人专项维护工作,以降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。对一些重要设备还可以跟踪维护工作的历史记录,以便对设备的适用状态提前作出判断。

17.资产管理

18.空间管理

空间管理是业主为节省空间成本、有效利用空间、为最终用户提供良好工作生活环境而对建筑空间所做的管理。BIM不仅可以用于有效管理建筑设施及资产等资源,也可以帮助管理团队记录空间的使用情况,处理最终用户要求空间变更的请求,分析现有空间的使用情况,合理分配建筑物空间,确保空间资源的最大利用率。

19.建筑系统分析

建筑系统分析是对照业主使用需求及设计规定来衡量建筑物性能的过程,包括机械系统如何操作和建筑物能耗分析、内外部气流模拟、照明分析、人流分析等涉及建筑物性能的评估。BIM结合专业的建筑物系统分析软件避免了重复建立模型和采集系统参数。通过BIM可以验证建筑物是否按照特定的设计规定和可持续标准建造,通过这些分析模拟,最终确定、修改系统参数甚至系统改造计划,以提高整个建筑的性能。

20.灾害应急模拟

利用BIM及相应灾害分析模拟软件,可以在灾害发生前,模拟灾害发生的过程,分析灾害发生的原因,制定避免灾害发生的措施,以及发生灾害后人员疏散、救援支持的应急预案。当灾害发生后,BIM模型可以提供救援人员紧急状况点的完整信息,这将有效提高突发状况应对措施。此外楼字自动化系统能及时获取建筑物及设备的;状态信息,通过BIM和楼宇自动化系统的结合,使得BIM模型能清晰地呈现出建筑物内部紧急状况的位置,甚至到紧急状况点最合适的路线,救援人员可以由此做出正确的现场处置,提高应急行动的成效。

从以上20种BIM典型应用中可以看出,BIM的应用对于实现建筑全生命期管理,提高建筑行业规划、设计、施工和运营的科学技术水平,促进建筑业全面信息化和现代化,具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。相信随着BIM技术的发展和市场的成熟,一定会涌现出更多类型的BIM应用。本文仅作抛砖引玉,希望能和业内专家学者一起共同探讨,推动BIM在国内的应用向着更广阔、更深入的方向发展。

THE END
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