理论教育 全球市政交通工程BIM应用成果

全球市政交通工程BIM应用成果

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前BIM在国内外的发展主要集中体现在四个方面:BIM标准、BIM软件、BIM应用及BIM相关技术。本节介绍BIM应用在国内外的总体发展情况。1.2.1 美国美国是BIM概念的诞生地,是最早启动建筑行业信息化研究的国家,也是推动全球BIM技术发展与应用的主要国家之一。图1-4 美国BIM技术的主要推动组织GSA负责美国所有的联邦设施的建造和运营。

全球市政交通工程BIM应用成果

目前BIM在国内外的发展主要集中体现在四个方面:BIM标准、BIM软件、BIM应用及BIM相关技术。“没有规矩,不成方圆”,BIM标准是BIM工作的基础,也是BIM数据共享、协同工作的前提。BIM软件是进行BIM工作必要的工具,也是提高BIM工作效率的必要手段。BIM应用是我们追求的目标,BIM的应用可以提高工作质量和工作效率,降低生产成本,为我们带来巨大的价值,推动社会的进步。BIM相关技术包括云计算、大数据、AR和VR技术、GIS技术、3D打印技术、激光扫描技术、无人机航拍技术等,BIM技术与BIM相关技术的发展,是相互促进、共同发展的,把BIM应用引向深入。

本节介绍BIM应用在国内外的总体发展情况。BIM标准、BIM软件及BIM相关技术的发展将在后续章节中论述。

1.2.1 美国

美国是BIM概念的诞生地,是最早启动建筑行业信息化研究的国家,也是推动全球BIM技术发展与应用的主要国家之一。早在1974年,美国人Charles M.Eastman(被认为是全球BIM领域权威之一)基于卡内基梅隆大学的一项研究成果,首次提出了建筑描述系统这个概念,也就是后来人们所称之为的BIM技术。

然而,到了2005年,BIM应用在美国较大型的设计企业中使用率依然较低,有的企业甚至从未接触过BIM应用。真正应用与普及BIM是在2007年之后的事情,美国的设计行业在最近的十多年里对BIM的应用增长很快,其间多年来培养的人才在企业之间流动,成为各企业的BIM专门人才。还有很多人去专门从事BIM培训与咨询,为大量新出现的BIM应用企业培训人才和提供支持。目前,美国大多数建筑项目开始广泛应用BIM,而且存在各种BIM协会,也出台了各种BIM标准,BIM的应用点也种类繁多。发展至今,美国依旧推动着BIM的顶层设计。

1.主要BIM组织

目前主要推动美国BIM发展的公共部门机构有美国联邦政府总务管理局(GSA)、陆军工兵部队(the U.S.Army Corps of Engineers,简称USACE)等;另外还有美国建筑科学研究院(National Institute of Building Sciences,简称NIBS)旗下的buildingSMART以及美国建筑师协会(AIA)(图1-4)。

图1-4 美国BIM技术的主要推动组织

GSA负责美国所有的联邦设施的建造和运营。早在2003年,为了提高建筑领域的生产效率、提升建筑业信息化水平,GSA下属的公共建筑服务部门(Public Building Service)的首席设计师办公室(Office of the Chief Architect,简称OCA)推出了“3D-4DBIM计划”。“3D-4D-BIM计划”的目标是为所有对3D-4D-BIM技术感兴趣的项目团队提供“一站式”服务,虽然每个项目功能、特点各异,OCA将帮助每个项目团队提供独特的战略建议与技术支持。GSA认识到3D的几何表达只是BIM的一部分,而且不是所有的3D模型都能称之为BIM模型。但3D模型在设计概念的沟通方面已经比2D绘图要先进很多。因此,即使项目中不能实施BIM,至少可以采用3D建模技术。4D在3D的基础上增加了时间维度,这对于施工工序与进度十分有用。GSA对于下属的建设项目有着更务实的流程,它承认并不是委托的所有公司都是BIM专家,但至少使用比2D绘图技术更先进的3D、4D技术,已经是很大的进步了。从2007年起,GSA要求所有大型项目(招标级别)都需要应用BIM,最低要求是空间规划验证和最终概念展示都需要提交BIM模型。所有GSA的项目都被鼓励采用3D-4D-BIM技术,并且根据采用这些技术的项目承包商的应用程序不同,给予不同程度的资金支持。GSA在项目生命周期中应用BIM技术,包括:空间规划验证、4D模拟、激光扫描、能耗和可持续发展模拟、安全验证等。GSA陆续发布各领域的系列BIM指南,包括《总览》《空间验证》《三维激光扫描》《4D应用》《能源效能》《流转与安全验证》《建筑要素》和《设施管理》,共8本,其中《流转与安全验证》仅适用于美国法院的设计项目。这些指南具体描述BIM在不同应用中的做法与政策,并且以在“3D-4D-BIM计划”过程中产生的实际案例作为介绍对象,将所吸取的经验转换为BIM指引,供用户参考。另外,GSA在工程建设行业技术会议如AIA-TAP等都十分活跃,GSA项目也常被提名为年度AIA BIM大奖获奖项目。因此,GSA对BIM的强大宣贯直接影响并提升了美国整个工程建设行业对BIM的应用。

USACE隶属于美国联邦政府和美国军队,为美国军队提供项目管理和施工管理服务,是世界最大的公共工程、设计和建筑管理机构。USACE的第一个BIM项目是由西雅图分区设计和管理的一个无家眷军人宿舍(enlist unaccompanied personnel housing)项目,利用Bentley的BIM软件进行碰撞检查以及工程算量。随后,2004年11月,USACE路易维尔分区在北卡罗来纳州的一个陆军预备役训练中心项目也实施了BIM。2005年3月,USACE成立了项目交付小组(Project Delivery Team,简称PDT),研究BIM的价值并为BIM应用策略提供建议。2006年10月,USACE发布了为期15年的BIM发展路线规划(Building Information Modeling:A Road Map for Implementation to Support MILCON Transformation and Civil Works Projects within the U.S.Army Corps of Engineers),为USACE采用和实施BIM技术制定战略规划,以提升规划、设计和施工质量和效率。该规划中,USACE承诺未来所有军事建筑项目都将使用BIM技术。在发展路线规划的附录中,USACE还发布了BIM实施计划,从BIM团队建设、BIM关键成员的角色与培训、标准与数据等方面为BIM的实施提供指导。2010年,USACE又发布了适用于军事建筑项目分别基于Autodesk平台和Bentley平台的BIM实施计划,并在2011年进行了更新,目前完成了适用于民事建筑项目的BIM实施计划。

NIBS是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、资料都跟这个机构有关。buildingSMART联盟是NIBS在信息资源和技术领域的一个专业委员会,成立于2007年,同时也是buildingSMART国际(buildingSMART International,简称bSI)的北美分会。bSI的前身是国际数据互用联盟(International Alliance of Interoperability,简称IAI),开发和维护了IFC(Industry Foundation Classes)标准以及openBIM标准。NIBS已针对不同专业发布了对应的BIM手册,而buildingSMART联盟下属的美国国家BIM标准项目委员会(NBIMS-US)于2007年发布了第一版NBIMS,主要包括关于信息交换和开发过程等方面的内容,明确了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,使不同部门可以开发充分协商一致的BIM标准,更好地实现协同。2012年的第二版标准的编写过程采用开放投稿(各专业BIM标准)、民主投票决定标准的内容(Open Consensus Process),因此,也被称为是第一部基于共识的BIM标准。2015年的第三版标准中包含核心标准(Core Standards)、技术文献(Technical Publications)与部署资源(Deployment Resources)三个部分,涵盖了BIM项目生命周期中的不同阶段(规划、设计、施工与营运)所需的标准与技术开发、部署/实施方案、项目管理等。该标准中提出了一套衡量应用BIM程度的模型和工具,即能力成熟度模型(Capability Maturity Model,简称CMM)。

2.BIM技术应用

美国主要在设计领域对BIM技术有长足的发展和广泛深入的使用,并已经成为工程设计领域的行业标准流程。Dodge Data &Analysis的调查数据显示,93%的HVAC承包商已经开始采用BIM技术进行建筑建模,91%的水电暖通设备承包商以及88%的结构制造商已经运用BIM技术进行建筑建模和协作。数据显示,88%的建筑师和设计师认为,BIM使设计有更好的洞察力;82%的BIM用户表示他们获得了一个积极的投资回报,且25%的BIM用户表示BIM可以提升劳动生产率,84%的BIM深度从业者认为BIM应用减少了不必要的返工,超过60%的从业者表示BIM使其更早参与材料供应链,降低了总体成本和物料浪费,并降低了风险。由于BIM技术在美国大范围的应用,2015—2017年期间,5%的总建筑成本被节约,完工速度总体提升了5%,与此同时,工人的劳动生产率提高了25%。

遗憾的是,BIM技术在美国建设领域无法得到更进一步的应用,其根本原因在于,美国并没有一个统一的BIM标准,各个州和大学颁布了不同的交付标准,错综复杂的BIM交付格式,让BIM技术在建设领域难以得到大范围的推广以及应用。JBKnowledge等机构的数据显示,仅41%的建设单位在使用BIM技术且仅27%的建设单位具有独立的BIM或虚拟设计建造部门,而这些在施工中使用BIM技术的单位绝大多数无能力提供BIM竣工模型。在运维方面,尽管在设备/设施管理中使用BIM模型每年约可以节省5%的运营费用,但是仅有14%的美国业主认为他们目前有能力在运维中使用BIM。

1.2.2 英国

英国是最早推广和应用BIM的国家之一,并在全球数字化建设中处于领先地位。英国不仅颁布了各项规定并制定了相关标准,并且出台了BIM强制政策,从而减少工作重复,节省设计、工期和总体项目管理的成本。英国政府对于推广BIM应用有强烈的意愿。

英国标准协会(British Standard Institute,简称BSI)早在2007年起,通过与BIM Task Group和英国建筑师委员会(Construction Industry Council,简称CIC)合作,陆续发布了《BS1192》系列BIM标准,对建筑和土木工程信息的组织和数字化(包括利用BIM模型进行信息管理)进行规范,并从2018年起逐步更新为《BS EN ISO19650》系列(已于2018年发布第一册、第二册及文档《PD9650—0:2019》替代《BS1192》中对应的分册)。但是,尽管系列标准和相关说明的总数达21册以上,仍有70%的调查对象认为“BIM不够充分标准化”,如标准中对数量、细节和范围的解释还不够清晰等。由NBS(National Building Specification)发布的《国家BIM报告2019》中的调查数据反映:开展BIM应用的项目中,有超过3/4的项目三维协同设计并进行二维出图,而存在多软件平台的模型协同和模型向下阶段参与方传递的比例仅占36%和29%,体现了不同平台间信息数据标准化仍有待进一步规范和提升。

图1-5 英国政府建设战略

2011年5月,英国政府在《政府建设战略》要求向政府项目投标的供应商必须满足BIM Level 2的要求(图1-5),该要求旨在推动整个公共和私营部门采用BIM流程,通过减少交付和运营成本、降低风险、完善计划和改善碳足迹等手段完成上述战略目标。作为BIM Level 2的最低要求,供应商需要完全协作的三维BIM手段,并实现所有项目和资产信息、文件与数据等的数字化管理。

2016年3月,新一轮的建设战略提出,英国内阁将对BIM标准进行二次制定,为了促使建筑建设中的所有成员都能通过建筑信息模型进行协作,新的标准以及相对应的培训将在接下来的几年中被提出,为BIM行业的蓬勃发展打好坚实基础。

回顾英国政府颁布的法令和相关政策,英国的BIM战略计划是目前世界上最为先进的,它有着极强的政府驱动力以及超越其他国家的“野心”。在过去几十年的发展中,在BIM平台的开发、服务提供和标准制定中,英国都在扮演着全球引领者的角色。因此,英国的建筑设计师、产品制造商以及承包商在全球化建筑施工设计中,得到了更多的机遇以及工作机会。然而,行业内对于这些措施的成功程度存在分歧。在询问了很多业内人士对英国政府战略最高目标的看法后,他们的观点也各不相同。目前业内对BIM能够降低建造和运维成本、缩短项目周期的说法,普遍持有信心;而对于BIM能显著减少对环境的影响和英国建筑业的贸易逆差,则信心不足。根据2018年英国国家统计局对英国自2015年以来在BIM技术应用调查数据中看到的增长推断,在未来3~5年内,英国BIM技术在建筑项目中的应用将达到90%。而《NBS报告》显示,70%的机构已在项目中开展BIM应用,且96%的被访机构表示会在5年内应用BIM技术。虽然业内人士对在项目中融入并实施BIM的能力有一些负面的看法,但对于BIM Level 2的前进方向仍然表示认可。英国相关政府部门现正致力于制定BIM Level 3的量化标准,以进一步降低AEC项目的风险和成本,并维持英国在全球数字化建设中的领先地位。

在设计软件的使用方面,虽然不同工程项目的实践流程会因实际情况而不同,英国七成项目使用了Autodesk平台进行建模或绘图,四成项目的数据环境使用了Viewpoint/4projects,部分建筑设计来自GRAPHISOFT的ArchiCAD。对于形体复杂的异形建筑,会使用具有强大三维建模能力的CATIA(行业常用的Digital Project也是以CATIA为基础开发)。工业和基础设施也会使用Bentley系列软件。各类分析软件包括使用Tekla的Xsteel等软件进行钢结构分析和加工制造、使用Ecotect进行建筑可持续指标分析、使用Solibri进行数据提取和造价管理、使用Navisworks进行干涉检查等。常见的可视化软件则包括3ds Max、Lightscape、AccuRender等。

1.2.3 新加坡

在BIM这一术语被广泛传播开来之前,新加坡政府就注意到建筑信息技术对建筑业的重要性。早于1997年,新加坡政府就制定了BIM实施计划,该计划指出,新加坡于2016年前建立一个可用于建筑信息一体化的平台。

为了达成这个目标,新加坡政府在2000—2004年期间,发展CORENET(Construction and Real Estate NETwork)项目,该项目被用于新加坡政府的电子规划的自动审批和在线提交,开创了首个自动审批系统,为之后的BIM技术的应用做好了准备。同时,新加坡政府集合了7个部门,于2008年提出了关于采用3DBIM技术提交构建的方案,该方案于2009年被正式采纳。

新加坡负责建筑业管理的国家机构是建筑管理署(Building and Construction Authority,简称BCA),致力于为新加坡开发绿色环保的建筑环境。该政府机构于2010年颁布了BIM路线规划图,其目的在于,在2015年前,80%的新加坡建筑行业将会使用BIM技术,这也成为新加坡政府推出的未来十年规划——提高本国25%生产率战略目标的一部分。为此,BCA与Government Procurement Entities(GPE)合作,力求从2012年开始,BIM技术就能够在建筑工程项目中得到运用。在2012年,BCA出版了《BIM指南》和《BIM特定条例》。《BIM指南》明确描述了在工程项目不同阶段BIM技术的使用要求,并且指出BIM技术可以作为主要协议的一部分被纳入服务范围内。随着BIM技术在新加坡的推进,《BIM指南V2.0》于2013年8月被提出,2.0版本基于1.0版本对细节部分进行了补充修正,从初步设计阶段到最终工程竣工阶段,对BIM的应用进行了更加细致的规定。与此同时,为推进BIM技术在全国范围内得到广泛的应用,BCA与政府合作,确立了政府示范项目,并从2013年起,要求其他企业提交建筑BIM模型、结构与机电模型,并最终在2015年前,实现所有建筑面积大于5 000m2的项目都必须提交BIM模型的目标。

图1-6 BIM技术在新加坡不同应用技术方向的使用率

根据伯明翰大学2018年研究报告显示,在前期设计阶段,94%的新加坡建筑工程采用BIM技术进行设计,相比较而言,施工阶段的BIM技术使用率有所降低,仅有74%(图1-6)。同时,报告显示,在新加坡,BIM技术被广泛地应用于3D可视化、冲突检测以及虚拟现实技术,80%以上的建筑绘图以及3D协作应用。相比较而言,4D/5D/6D技术在新加坡尚未开展起来,70%的工程采用了BIM技术进行时间规划,仅有54%的项目采用了BIM技术进行项目造价估算。然而,现阶段,BIM技术在新加坡的建设施工阶段的推广并不是很乐观,主要原因在于缺乏技术熟练的施工人员以及施工材料供给问题,由于新加坡的“蓝领”多为外来技术人员,他们所熟悉的多为本国采用的BIM技术软件,所以,在施工过程中存在很多问题。

1.2.4 北欧各国

挪威、丹麦、芬兰以及瑞典等北欧各国,也是最早一批采用BIM技术的国家。早在21世纪早期,ArchiCAD软件就在这几个国家被广泛应用,并且也是最早一批把模型设计运用到建筑设计的国家。每个国家都针对自己的情况,提供了适合本国的一些BIM标准规范的支持和资金支持,大力推动了建筑信息技术的互动性和开放标准。由于北欧国家地理位置的特殊性,导致冬季漫长多雪,现场施工的难度被大大地增加,建筑的预制化也因此显得尤为重要,这也在很大程度上促使了包含丰富数据的BIM技术的发展。

早在20世纪90年代,芬兰政府就BIM方向研究提供了大量的资金支持,最近几年,芬兰更是提出了国际性BIM指南,得到了各个国家大力的推行。芬兰政府的支持使BIM技术在北欧国家得以飞速发展,芬兰最大的国有物业资产管理公司Senate Properties也在2007年发布了《建筑设计BIM要求》。该要求指出,从2007年起,Senate Properties旗下的所有项目,建筑设计软件包都需要通过行业基础类(IFC)认证。这里,IFC是一种供应商中立的文件格式,它能够让模型独立于任何特定的软件进行共享和处理。为了让BIM技术能够在全国范围内达到广泛的运用,设计招标也将对BIM有强制性要求,BIM要求将成为项目合同的一部分,具有法律约束力。

丹麦政府也是BIM技术在丹麦发展的强有力后盾,政府在BIM技术研究和发展方面投入了大量的资金。丹麦政府的相关部门,例如房屋财产局、物业局以及国防建设服务中心,都要求建设单位采用BIM技术。通过一系列的企业措施推进,BIM技术在丹麦得到了广泛的应用。与此同时,Cuneco团队提出“Cuneco计划”,该计划被测试开发并应用于丹麦通用BIM标准。这个标准在很大程度上影响了欧盟BIM标准的制定。

挪威房屋建筑商协会与挪威公共建筑和财产局是挪威主要的BIM技术推进机关,主要负责管理和规划挪威的公共建筑项目。自2010年起,在挪威房屋建筑商协会的要求下,所有建筑工程的整个生命周期中都需要使用IFC文件格式或者BIM文件格式。作为挪威国家研究与开发计划的一部分,一个名为SINTEF的组织也在政府鼓励下,积极地对BIM进行研究,该组织的重点研究方向是关于通过采用BIM技术改善建筑施工和管理。

在北欧四国,政府并没有强制要求使用BIM技术,但是,由于北欧当地的气候条件以及劳动力缺乏,先进的建筑信息技术软件能在很大程度上解决这类问题,因此BIM技术在北欧发展迅速,并且建筑项目被分为了四个阶段,分别为:Spatial Group BIM,Spatial BIM,Preliminary Building Element BIM,以及Building Element BIM。通过这四个阶段,建筑结构与模型内部的碰撞都可以得到存档。在软件使用方面,芬兰的建筑工程多以ArchiCAD建筑模型为主导,而瑞典、丹麦和挪威多以Autodesk Revit为主导。

1.2.5 日本

BIM技术在日本的发展开始于1996年,当时,日本建设省(日本国土交通省的前身)致力于推动日本建造业的标准化以及电子商务化,为此发布了三期的Construction CALS计划,这些计划都为之后的BIM应用提供了坚实的基础。

2007年,BIM应用技术的概念在日本被广为周知,2008年,日本国土交通省提出了CAL/EC行动计划,该计划目的是在官厅营缮工程的设计部分导入BIM技术,希望建筑的设计内容可以达到可视化,同时建筑信息能够被进一步地整合管理,建筑资产信息也能够达到统一化。2013年,日本国土交通省开始推行在所有公共工程中采用建筑施工信息模型(Construction Information Modeling,简称CIM)试行计划,为了推行计划有效地实施,在计划初期,采用了11个计划针对于建筑施工方向。随后,日本国土交通省官厅营缮部发布了关于BIM方针的拟定和应用计划,其中强调了BIM的使用目的以及各种应用使用方案,以提高BIM导入效率。2014年,《BIM指引》正式发布,此书分为三册,设计人员可参考书中对应的设计业务篇,施工单位可参考对应的工事篇,并且此书建议所有政府工程都可以采用书中对应的准则,并非强制实施。

除了政府部门以外,从2009年起,日本的许多建筑与建筑营造公司都开始使用BIM技术,为此,日本建筑师商会(JIA)也在2012年7月推出了《BIM指引》(JIA BIMガイドライン),为日本建筑施工单位以及设计单位在执行BIM项目时提供了BIM团队规划、信息处理指引、设计流程规划以及估算和仿真指引等。

在日本建筑师协会最近发布的BIM技术应用统计报告表明,ArchiCAD的使用率高达43%,Autodesk Revit的使用率为33.2%,GLOOBE的使用率为17.5%,其他的BIM软件,例如Vectorworks、Tekla Structures也占有一定的比例。2016年的报告显示,BIM技术在日本的普及率高达80%,63.9%的日本建筑企业已经建立了推广组织,能够在整个公司的范围内形成一套BIM体系。

1.2.6 中国

中国的BIM研究及应用首先是在部分相关高校研究机构中开始的,然后是少数建筑设计单位、业主单位在重大工程中进行了BIM应用。针对BIM技术的推广应用,住建部非常重视,2010年后,密集出台了一系列政策和指导文件,随后,全国各地政府也积极跟进,在全国开始大力推进BIM技术的研发和应用。在政策的大力推进下,全国越来越多的设计企业、施工企业及设施管理企业纷纷响应,积极开展BIM技术的应用,取得了丰硕的成果。从BIM技术在我国土木工程领域的推广应用来看,大型公用建筑起步早,推广也快,水电、市政、交通及公用工程紧随其后,铁路、公路等行业的BIM应用目前也在积极推广。

下面分别从BIM应用的产生、BIM应用的政策推进、BIM应用的现状、BIM应用存在的问题等方面进行分析和论述。

1.BIM应用的产生

2004年,中国首个建筑生命周期管理(Building Lifecycle Management,简称BLM)实验室在哈尔滨工业大学成立,并召开BLM国际论坛会议。清华大学、同济大学、华南理工大学在2004—2005年间先后成立BLM实验室及BIM课题组,BLM正是BIM技术的一个应用领域。国内先进的建筑设计团队和房地产公司也纷纷成立BIM技术小组,如清华大学建筑设计研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑科学研究院、中建国际建设有限公司、上海现代建筑设计(集团)有限公司等。(www.daowen.com)

2008年北京奥运会场馆的建设开始使用BIM技术优化项目管理信息化过程,成为国内使用BIM的开端。之后,上海中心大厦、上海世博会的部分场馆在设计、施工、运维阶段都曾使用BIM技术,这也为BIM技术的进一步广泛应用提供了实践的依据。

2008年,中国BIM门户网站(www.chinabim.com)成立,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技术的研发者、应用者提供信息资讯、发展动态、专业资料、技术软件以及交流沟通的平台。

2010年1月,欧特克有限公司(“欧特克”或“Autodesk”)与中国勘察设计协会共同举办了首届“创新杯”BIM设计大赛;2012年12月,中国图学学会举办了首届“龙图杯”BIM大赛。这些大赛此后每年举办一次,极大地推动了建筑行业更广泛、深入地参与和应用BIM技术。

2.BIM应用的政策推进

2011年5月,住建部发布的《2011—2015建筑业信息化发展纲要》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的应用,实现对建筑工程有效的可视化管理等,这拉开了BIM在中国应用的序幕。

2012年1月,住建部《关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知》宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动,其中包含五项BIM相关标准:《建筑工程信息模型应用统一标准》《建筑工程信息模型存储标准》《建筑工程设计信息模型交付标准》《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》《制造工业工程设计信息模型应用标准》。其中,《建筑工程信息模型应用统一标准》的编制采取“千人千标准”的模式,邀请行业内相关软件厂商、设计院、施工单位、科研院所等近百家单位参与标准研究项目、课题、子课题的研究。至此,工程建设行业应用的BIM热度日益高涨。

2013年8月,住建部发布《关于征求关于推荐BIM技术在建筑领域应用的指导意见(征求意见稿)意见的函》,征求意见稿中明确,2016年以前政府投资的2万平方米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年开始,各地方政府关于BIM的讨论与关注更加活跃,上海、北京、广东、山东、陕西等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。

2015年6月,住建部发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中,明确了发展目标: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。

2016年8月,住建部发布《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》,明确指出:在工程项目勘察中,推进基于BIM进行数值模拟、空间分析和可视化表达,研究构建支持异构数据和多种采集方式的工程勘察信息数据库,实现工程勘察信息的有效传递和共享。在工程项目策划、规划及监测中,集成应用BIM、GIS、物联网等技术,对相关方案及结果进行模拟分析及可视化展示。在工程项目设计中,普及应用BIM进行设计方案的性能和功能模拟分析、优化、绘图、审查,以及成果交付和可视化沟通,提高设计质量。推广基于BIM的协同设计,开展多专业间的数据共享和协同,优化设计流程,提高设计质量和效率。研究开发基于BIM的集成设计系统及协同工作系统,实现建筑、结构、水暖电等专业的信息集成与共享。

2016年12月,中国勘察设计协会发布《“十三五”工程勘察设计行业信息化工作指导意见》,明确指出:有条件的企业应积极探索“互联网+”环境下管理和运营的新模式,推进BIM、虚拟现实、仿真模拟、大数据、云计算、智能化、移动通信和物联网等信息技术的创新应用;实际运用云计算技术,搭建云服务平台,增强企业信息系统功能,提高信息资源使用效率,降低运营成本;开发建立基于BIM的数字化成果交付、审查和存档管理系统,逐步实现白图替代蓝图;提升企业为工程建设项目全生命周期提供信息化服务的能力,促进企业经营和管理创新发展。

2017年2月,国务院办公厅发布《关于促进建筑业持续健康发展的意见》,强调加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用,实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理,为项目方案优化和科学决策提供依据,促进建筑业提质增效。

2017年2月,交通运输部发布《推进智慧交通发展行动计划(2017—2020年)》,计划明确到2020年逐步实现以下目标:在基础设施智能化方面,推进建筑信息模型(BIM)技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用,基础设施建设和管理水平大幅度提升。

2017年4月,住建部发布《“十三五”装配式建筑行动方案》,方案明确到2020年逐步实现以下目标:在基础设施智能化方面,推进建筑信息模型(BIM)技术在重大交通基础设施项目规划、设计、建设、施工、运营、检测维护管理全生命周期的应用,基础设施建设和管理水平大幅度提升。

2017年4月,住建部发布《建筑业发展“十三五”规划》,规划明确加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、工程勘察设计、施工和运营维护全过程的集成应用,支持基于具有自主知识产权三维图形平台的国产BIM软件的研发和推广使用。

2018年3月,交通运输部发布《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》,意见明确指出: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。BIM技术应用基础平台研发有效推进。建设一批公路、水运BIM示范工程,技术复杂项目实现应用BIM技术进行项目管理,大型桥梁、港口码头和航电枢纽等初步实现利用BIM数据进行构件辅助制造,运营管理单位应用BIM技术开展养护决策。

2018年5月,为推动城市轨道交通工程BIM应用,提升城市轨道交通工程质量安全管理水平,住建部发布了《城市轨道交通工程BIM应用指南》,指南适用于城市轨道交通工程新建、改建、扩建等项目的BIM创建、使用和管理。该指南规定:城市轨道交通工程应结合实际制定BIM发展规划,建立全生命期技术标准与管理体系,开展示范应用,逐步普及推广,推动各参建方共享多维BIM信息、实施工程管理。

2019年2月,住建部发布《关于印发〈住房和城乡建设部工程质量安全监管司2019年工作要点〉的通知》,通知指出:推进BIM技术集成应用;支持推动BIM自主知识产权底层平台软件的研发;组织开展BIM工程应用评价指标体系和评价方法研究,进一步推进BIM技术在设计、施工和运营维护全过程的集成应用。

2019年3月,国家发改委与住建部联合发布《关于推进全过程工程咨询服务发展的指导意见》,意见指出:大力开发和利用建筑信息模型(BIM)、大数据、物联网等现代信息技术和资源,努力提高信息化管理与应用水平,为开展全过程工程咨询业务提供保障。

3.BIM应用的现状

近些年来,我国的BIM应用发展速度很快,许多企业有了非常强烈的BIM意识,出现了一批BIM应用的标杆及示范项目,同时,BIM的发展也逐渐得到了政府的大力推动。

应用BIM的相关企业主要分为三类:设计企业、施工企业及设施运营管理企业。总体上讲,目前,BIM应用上还处在初级阶段,BIM应用以项目级应用为主,应用点还较为分散,应用体系也还在摸索当中,企业级BIM应用还很不成熟、顶层设计有较大欠缺,BIM应用以技术应用为主,数据应用和协同管理应用少。目前绝大部分央企、大部分地方国企、一些大型民营企业以及少部分有战略眼光的中型民营企业都在进行BIM应用,其他中小企业的BIM应用基本处于起步阶段。企业间的BIM应用水平差距很大,大多数企业对BIM还了解不多,处于被动应付状态;部分领先企业将BIM技术列为企业发展战略,已做了大量试点项目,有了大量投入,也获得不少成果。

BIM应用在设计企业相对多一些,BIM能够为协同设计、优化设计、性能分析、碰撞检查和工程量统计等提供有效的手段,实现了设计从二维转变为三维、从平面设计到空间设计、从粗放设计到集成设计的转变。设计阶段采用BIM模型,能够使工程项目的各参与方之间的联系更加紧密,提高决策的正确性和效率,为项目提供一致、相互协调以及可运算的工程信息。目前,BIM应用主要集中在实力较强的大型设计单位的大中型项目,基本处于从BIM示范应用到逐步推广阶段,从项目级应用向企业级应用的过渡,以BIM技术应用、数据应用为主,协调管理应用较少。目前设计企业BIM应用主要有以下一些。

(1)方案设计:使用BIM技术能进行造型、结构、空间分析、交通仿真和总体布置分析,还可以同时进行方案可视化展示、能耗分析、建造成本分析等,使得初期方案决策更具有科学性。

(2)初步设计:各专业建立BIM模型,利用模型信息进行能耗、结构、交通、声学、热工、日照等分析,进行各种碰撞检查、规范检查及工程量统计。

(3)施工图设计:各种平面、立面、剖面图纸和统计报表可以从BIM模型中得到,对项目关键施工工序进行动态模拟,各种市政管线迁改模拟。

(4)设计协同:可以对各设计专业技术沟通衔接进行协调,包括设计计划、互提资料、校对审核、版本控制等。

施工企业BIM应用相对少一些,主要集中在少数大型项目的示范应用,以项目级的BIM技术应用为主,数据应用和协同管理应用为辅,极少数企业正尝试开展企业级的BIM应用,推进数据应用和协调管理应用。目前施工企业BIM应用主要有以下一些。

(1)碰撞检查,减少返工。利用BIM的三维技术在实施前进行碰撞检查,直观检查空间关系冲突,避免建筑施工阶段可能存在的错误和返工,而且可以优化净空,优化管线排布方案,提高施工质量,同时也提高了与业主沟通的能力。

(2)三维渲染,宣传展示。三维渲染动画,可通过虚拟现实让客户有代入感,给人以真实感和身临其境的体验,配合投标演示及施工阶段调整实施方案。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础,提高了三维渲染效果的精度与效率,给业主更为直观的宣传介绍。

(3)进度管理,有效协同。三维可视化功能再加上时间维度,进行进度管理,根据工作任务分解,分级定制项目进度计划。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,项目参建方能方便地了解工程项目的各种问题和情况,减少建筑质量问题、安全问题,减少返工和整改。

(4)造价管理,成本控制。以BIM模型为基础,从构成造价基本要素管理开始,对每种构件所需资源规格、数量、单价等与BIM模型关联,为项目材料采购、入库管理提供基础数据,实时进行BIM模型、产值、成本、资源用量对应分析,实现BIM的5D管理。

(5)质量管理,提高工程品质。以BIM模型为对象,对影响工程质量的人员、材料、机械等基本元素进行管理,对工程施工准备、施工过程、竣工验收进行综合管理。

设施管理企业BIM应用处于起步阶段,部分发达地区的政府不断尝试对公用设施进行基于BIM技术的资产管理及运营维护管理,少数设施管理企业成功地进行了项目级的BIM应用,设施管理企业BIM应用主要还是以数据应用和协调管理为主、BIM技术应用为辅。目前设施管理企业运维阶段BIM应用主要有以下一些。

(1)空间管理。空间管理主要应用在监控、照明、消防等各系统和设备空间定位。获取各系统和设备空间位置信息,把原来编号或者文字表示变成三维图形位置,直观形象且方便查找。

(2)设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会(NIST)于2004年进行了一次研究,业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的2/3。而BIM技术的特点是,能够提供关于建筑项目的协调一致的、可计算的信息,因此该信息非常值得共享和重复使用,且业主和运营商便可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失,此外还可对重要设备进行远程控制。

(3)隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的管线信息是施工单位不关注的,或者说这些资料信息可能在某个角落里,只有少数人知道。特别是随着建筑物使用年限的增加,人员更换频繁,这些安全隐患日益显得突出,有时直接导致悲剧酿成。基于BIM技术的运维可以管理复杂的地下管网,如污水管、排水管、网线、电线以及相关管井,并且可以在模型上直接获得相对位置关系。当改建或二次装修的时候可以避开现有管网位置,便于管网维修、更换设备和定位。内部相关人员可以共享这些电子信息,有变化可随时调整,保证信息的完整性和准确性。

(4)应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域,突发事件的响应能力非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援,而通过BIM技术的运维管理对突发事件管理包括预防、警报和处理。通过BIM系统我们可以迅速定位设施设备的位置,避免了在浩如烟海的图纸中寻找信息,如果处理不及时,可能酿成灾难事故。

(5)节能减排管理。通过BIM结合物联网技术的应用,使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、燃气表后,可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能,并具有较强的扩展性。系统还可以实现室内温湿度的远程监测,分析房间内的实时温、湿度变化,配合节能运行管理。在管理系统中可以及时收集所有能源信息,并且通过开发的能源管理功能模块,对能源消耗情况进行自动统计分析,如各区域、各户主的每日用电量和每周用电量等,并对异常能源使用情况进行警告或者标识。

4.BIM应用存在的问题

BIM在实践过程中也遇到了一些问题和困难,主要体现在以下五个方面。

(1)BIM应用软件方面。目前,市场上的BIM软件很多,涵盖设计、施工及运营管理三个阶段,适用于运营管理阶段的应用软件相对少些,适用于全过程的软件几乎没有。大多数BIM软件以满足单项应用或几项应用为主,集成性高的BIM应用系统不多,与项目管理系统的集成应用更是匮乏。此外,软件商之间存在的市场竞争和技术壁垒,使得软件之间的数据集成和数据交换共享困难,制约了BIM的应用与发展。

(2)BIM数据标准方面。随着BIM技术的推广应用,数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。作为国际标准的IFC数据标准在我国的应用和推广不理想,而我国对国外标准的研究也比较薄弱,结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。在实际应用过程中,不仅需要像IFC一样的技术标准,还需要更细致的专业领域的技术标准和应用标准。

(3)BIM应用模式方面。一方面,BIM的专项应用多,集成应用少,而BIM的集成化、协同化应用,特别是与项目管理系统结合的应用更少;另一方面,一个完善的信息模型应能够连接建设项目生命周期不同阶段的数据、过程和资源,为建设项目参与各方提供了一个集成管理与协同工作的环境,但由于BIM应用的目的不同,BIM模型标准不完善,支撑应用的软件不同,BIM模型的数据共享存在很大的技术障碍,模型直接利用或模型转换实现困难,往往不同阶段的BIM模型需要重新建立,导致BIM的深入应用和推广遇到了障碍。

(4)BIM人才方面。BIM从业人员不仅应掌握BIM工具和理念,还必须具有相应的工程专业或实践背景,不仅要掌握一两款BIM软件,更重要的是能够结合企业的实际需求制定BIM应用规划和方案,但这种复合型BIM人才在企业中还比较缺乏。

(5)BIM应用的市场价值方面。进行BIM应用会给使用者和业主方带来一定的好处,如提高设计、施工及运维的质量,并且还可以降低建设成本。但是进行BIM应用还会产生一些成本,如购置BIM软件及相应设备,增加一些人力成本。目前,国家在BIM应用方面还没有十分明确的刚性收费标准,并且许多业主还没有形成为BIM应用付费的习惯。因此,提供BIM应用服务的企业付出了成本,实现了BIM应用的技术价值,也为业主带来了更好的技术服务并降低了建造成本,但业主单位难以为此付费,因此,BIM的市场价值体现比较困难。

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