BIM技术应用现状综述
2017-12-08
随着信息技术和建筑产业的高速发展及业主对建筑日新月异的外观和功能要求，显然传统的建筑模式已经无法满足需要。信息建筑模型技术BIM应运而生。本文主要介绍BIM技术在建筑工程设计、建造、运维阶段的应用。在设计阶段，设计方通过BIM技术进行方案比选、优化、决策从而实现最优设计；在建造阶段，施工方主要用其进行虚拟施工来预先发现并解决问题，保证工程质量，实现绿色施工；在运维阶段，管理方通过它进行多元化交流，使信息的传递更快速真实，实现对工程的有效控制。
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关键词： BIM技术；应用现状；综述
Key words： BIM technology；application status；summarize
中图分类号：TP391.9；TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0022-03
0 引言
科技信息革新技术的浪潮在全世界蔓延开来，数字化在各个领域都得到很好的应用，改变了传统的工作模式，大大提高了工作效率。在此背景下，建筑信息模型技术（Building Information Modeling，BIM）迅速发展。它有机地结合了计算机仿真技术、计算机辅助设计、计算机科学技术、计算机图学及虚拟现实等技术，彻底改变了传统建筑行业在二维平面图纸下，面对大量繁杂的文字及表格的工作模式，取而代之的是一种更加形象立体的模型方式。它可以真实并全面地将一项建筑工程物理的及功能方面的所有建筑信息进行形象表达。确切地说，它更是其在整个建设生命周期内时刻进行修整、补充、完善的动态信息储备中心。各专业领域参与方均可以通过该信息交互平台较为自由地发布、传达及提取各自所需的准确信息。从某种意义上而言，它改变了建筑行业以往单一的交流模式，使信息传达趋向于多元化，高效率地提升了建筑行业各参与方的工作质量，成为了建筑领域的一大革新，并从根本上促进建筑行业向前发展，具有极高的价值。
BIM的概念早在30年前就已经出现。国外BIM技术发展较早，各国学者都对其有着高度的重视并在进行不间断地研究开发，目前基于BIM技术的代表性软件有Bentley公司的TriForma、匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD软件。而在2002年我国才正式提出BIM技术的概念，随后2004年Autodesk公司实施“长城计划”，首次系统介绍BIM技术，得到各方相关建筑企业的重点关注。相关领域部门先后举办“与可持续设计专家面对面”的BIM主题研讨会、“BIM建筑设计大赛”、“勘察设计行业BIM技术高级培训班”等。Autodesk等随后推出了Revit等一系列应用软件，上海现代建设集团等公司也在一些项目上使用了BIM技术。我国住建部在“十五”科技攻关计划、“十一五”科技支撑计划、“十二五”信息化发展纲要中都在强调BIM技术的推广运用。相关部门也频频举办全国性的BIM大赛，国内许多高校也已经对这一领域进行了开拓研究，最早在国内开展BIM技术试验研究的是挂靠在西北工业大学电子工程系的西安虚拟现实工程技术研究中心，该中心的成立对学校电子信息工程学院等其他院系和研究所在虚拟现实、虚拟仿真、虚拟制造方面具有积极性的影响[1]。近几年来国家也要求大型的复杂建筑项目必须采用BIM技术，这将有利于BIM技术在建筑行业的后续发展，相信随着对BIM技术的日益成熟，它将成为未来建筑市场不可或缺的一种新技术。
在各国学者的共同努力研究下，BIM技术已经日渐成熟。由许多实际工程案例表明BIM技术已经能基本较为完整地应用于工程项目的全生命周期，包括设计决策阶段、施工建造阶段及运营管理阶段。 1 BIM技术在设计阶段的应用
对于设计人员而言，BIM技术的出现是实现从运用AutoCAD进行手工绘图到不用画结构图的一大解放[2]。此外，它可以将较为抽象的二维平面图形立体化，从而预先看到整个建筑工程竣工后的实际效果，并可对不符合自己预先构想之处进行反复调整，准确定位，直到制定最佳设计方案。另外，由于各数据参数与模型进行关联后，即使在工程实施后期施工环境发生改变或其他不确定因素产生，在设计师进行单处操作调整处理后，建筑模型其他地方也将自动调整尺寸并更新所有相关信息。因此通常只需对一种类型的建筑项目建模一次，后期就只需要调用该模型而无需再次进行编辑修改，这是对设计人员工作的便捷之处，节省了人力时间，缓解了制图压力，大幅度地提高了工作效率。目前很多建筑公司的设计单位也会利用BIM技术，尤其是对于大型工程项目，以此来更清晰直观地向业主展示自己所设计产品的理念、功能情况等，在这个过程中，它很好地克服了传统由于业主方专业知识背景匮乏而不能参与的问题，使其真正意义上地参与协同设计，从而达到令各方均满意的效果[3]。如杭州奥体中心主体育馆项目的设计就采用了BIM技术，它改变了传统意义上地运用纸盒、泡沫等手工模型进行展示，建筑师将构思的草图导入BIM技术相应软件环境中，进行参数化设计荷花瓣外观和花瓣数量，并不断进行调整对比直至确定最终方案，整个过程实现精准、高速、形象的高度同步。另外由于体育场馆的设计对防火、疏散、温度、声音等功能的要求较高，通过使用BIM技术模拟预测体育馆在83Hz、125Hz、250Hz各个频带观众坐席区声压极差分布分析，证明体育馆的声环境分布均匀并保证整个工程项目的无声场缺陷[4]。
随着BIM技术的出现发展，“绿色建筑”的概念也逐渐被人们所熟悉。绿色建筑即在一项实际工程的整个生命建筑周期内因地制宜、就地取材，最大化地节约能源，并减少污染，给人们提供一个健康舒适实用的环境。绿色建筑主要通过建筑设计的方法来改变建筑的声光热环境。它避免了传统二维图纸可视化差、信息量不全的特点，设计师可以很便捷地获得有关工程的成本、进度、几何图形的信息，从而更快速地进行决策设计。如南宁市规划展示馆的设计即结合了BIM技术。本项目外形为异性曲面，若采用传统的二维图纸则难以表达出设计师的思想意图，但运用BIM技术则有效地解决了这个问题。项目使用数字建模软件，把展示馆的信息参数化、数字化后形成一个模型，设计师以此为平台将设计中发现的问题反馈到平台中并加以解决。它分别对太阳辐射、室内采光、声环境、室内外风环境进行分析优化设计，贯彻节能减排的可持续发展绿色理念，最大化地使用有限的资源，是一种全新的高水平的设计模式[5]。同样中铁二院在宝兰客专石鼓山隧道的铁路路线规划以及世博会中的德国馆、奥地利馆，北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程以及香港地铁等项目都运用了BIM技术，其他还有很多类似工程项目都是通过与BIM技术的相互结合才能顺利快速地完成。
虽然BIM技术对设计阶段的影响很大，但是目前并未全面普及。主要是目前国内大多计算机硬盘配置都还有待提高，其次不论是对设计系统研制及专业软件的开发都还不够完善；国内尚未形成专门的BIM技术的规范使其存在责任归属不明确的问题。由于涉及的各领域各方都可以接触模型，如果出现模型信息的泄漏等情况将无从追究责任。而国外相关软件对我国的建筑标准规范又存在一定的差异；此外，由于思维方式的不同，我国设计人员对该三维模型的接受能力还有待提高，有些甚至存在抵触心理；在另一方面由于软件价格相对昂贵，且培训专门的人员需要花费一定的财力物力及时间，对于一些小型公司企业会造成一定的经济压力；而对于小型项目，则更多公司偏向采用传统的设计方法[6]。这些都导致BIM技术在我国建筑工程中的实践运用例子还处于少数，获得的经验也较为匮乏，处于起步摸索阶段[7]。
2 BIM技术在建造阶段的应用
对于建设单位来说，建筑施工现场不确定因素及突发情况繁多，特别对于一些大型项目，建设方利用BIM技术主要是进行虚拟施工，即在计算机上虚拟仿真实际的施工过程。虚拟现实技术属于一种二次开发技术，它可以运用仿真系统在多维空间构建出建筑物所在地周围的场景如真实般存在的环境，利用计算机图学、传感器等三维数字技术实现一种更为真实的交互体验，使人有着身临其境的感觉。同时运用计算机仿真技术模拟建筑物受到加载、撞击时的情况，来模拟工程在全真环境下的效果，分析其所受到的影响及破坏程度。对于整个施工过程而言，内力及外力的仿真分析及模拟加载是保证后期工程质量安全不可或缺的步骤。在这个过程中，施工方也可以提前发现并排除在实际操作中存在的缺陷或潜在的隐患，如管线碰撞，在直观地看到整个建造过程后，施工方可以对其施工工艺进行调整改进，通过对不同施工方案的比较，实现最优的施工方案。通过BIM技术，一方面为实际工程项目的建造提供经验，有利于施工技术和施工方案的选定，避免了施工过程中的返工现象，提高了施工水平，使后期实际工程的质量受到保证，减少了工程事故的发生。另一方面它可以有效指导施工方进行施工进程的合理规划布置，减少工期，节约成本，具有很好的经济性，实现绿色建筑。
就上海虹桥枢纽工程而言，该工程运用BIM技术仅一项管线碰撞就减少5000多万的损失，而北京世界金融中心项目由于采用BIM技术使工期缩短了一半，并且及时准确地发现各种碰撞问题6000多处[8]，避免了不必要的损失，从而提高了企业的核心竞争力。
又如长春万豪东方广场城市综合体工程则是BIM技术与施工建造的结合体。该工程涉及专业领域广泛、图纸问题多、管理部门众多，在建造方面还存在施工节点多且节点构造复杂、施工工序繁多复杂的问题，在不到一年半时间，工期极度紧张的情况下，依靠传统的施工技术显然不能满足工程的建造要求，各参与方通过利用BIM技术模拟性、可视化、协调性等特点进行三维建模、碰撞检查、施工模拟来提高工作效率、减少变更和返工，最终得以完成任务。建造方首先在长春万豪东方广场城市综合体A区D楼酒店项目建立精准可靠的三维模型进行质量控制，再将施工模拟与实际施工相互结合进行节点构造模拟、施工工艺模拟及预留孔洞模拟。将每一个节点钢筋进行表达，保证节点构造清晰准确；施工工艺采用动画展示，并对管理人员进行培训，使建筑人员掌握施工方法、了解可能出现的施工工艺，以此来保证施工质量；该项目利用BIM技术先在Luban soft 的建模软件中对管线进行布置，后将管线模型上传至Luban BIM works多专业协同系统中，自动准确定位混凝土墙上的预留洞口，输出预留洞口报告进而指导施工，减少返工现象。总的 来说，BIM技术在长春万豪东方广场城市综合体A区D楼酒店项目的建造过程中效果显著，优化了设计，提高了施工水平和质量并丰富了信息汲取的方法[9]，具有很好的应用前景。最近几年，全国各地标志性重要建筑也都是将BIM技术运用于虚拟施工中来开展进行的，均取得较好的成效。
