基于BIM技术的设计与施工

信息化浪潮正在让整个工程勘察设计行业发生革命性的变化，从数字建模到建筑全生命周期的应用， BIM技术正在走向成熟。BIM的源头是设计，设计与施工集成的前置条件也是设计。作为建筑产业链的龙头，设计企业担负着BIM技术实施的领头羊作用。随着整个社会对节能环保、可持续发展投入了更多的关注，建筑设计企业应该顶住压力，拓展视野，积极使用BIM、云等信息化技术，在提高建筑品质，建筑工业化、绿色建筑、全过程服务上寻求突破口。

1. BIM简介

 1.1 BIM概念和意义

建筑信息模型（Building  Information  Modeling之译文，下文简称BIM）已成为全球范围内建筑与工程建设行业内最为热门的名词之一。通过google等搜索引擎在网上搜索“BIM”或者 “建筑信息模型”，返回结果可达数百万条之多，涉及政府机构、建筑行业、科研机构等等，社会对其关注度可见一斑。BIM一词，最早是由某国际领先的计算机软件技术供应商提出的商业用语。其实，事实意义上的建筑信息模型技术理论在BIM出现之前，在欧美已发展超过30年以上。制造业巨头丰田汽车公司和波音公司便是通过信息模型设计技术提高生产高效率，为商业上的成功奠定了扎实基础，创造了企业神话。早期的建筑信息模型的技术应用主要集中在制造业和航空航天工业领域，诸如工业设计、汽车设计、飞机和航天器设计等，但受当时环境限制没能普及。近年来，随着3D工程辅助绘图软件突破性的进步，再配合BIM术语适时地出现，唤起了业界进行产业改革的希望。

关于BIM的定义，很多组织都对BIM的概念进行过诠释，其中不乏软件公司、建筑企业、行业协会以及权威百科等。美国建筑科学研究院联合设施信息委员牵头编制的NBIMS（国家建筑信息模型标准）中对BIM进行了如下定义：“A Building Information Model  is  a  digital  representation  of  physical  and functional characteristics of a facility. As such it serves as a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle from inception onward.”。这一定义是目前对BIM较为权威的阐释，在行业内得到了广泛认可，大意为：建筑信息模型是对设施的物理特征和功能特性的数字化表示，它可以作为信息的共享源从项目的初期阶段为项目提供全寿命周期的信息服务，这种信息的共享可以为项目决策提供可靠的保证。

BIM的出现意义在于完善了整个建筑行业从上游到下游的各个管理系统和工作流程间的纵、横沟通和多维性的协同和交流，实现了项目全生命周期的信息化管理，它打通了设计与施工的界限。BIM作为新型技术工具，其强大的信息共享能力、协同工作能力、专业任务能力的作用正在日益显现。与传统CAD设计方式相比，BIM技术具有以下几点优势：

一是设计的协调性，可有效地处理各个专业设计师之间的碰撞问题，在建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，实现可视化协同设计变更；

二是施工流程的模拟性，可将原本需要在真实场景中实现的建造过程，在虚拟世界中模拟实现，从而确定合理的施工方案来指导施工；

三是建筑性能的优化性，除了可进行节能模拟、日照模拟、紧急疏散模拟进行设计优化外，还可进行4D、5D模拟实现成本控制，通过项目优化将设计方案和投资回报分析结合起来，计算出设计变更对投资的实时影响，从而最大限度地减少高成本的风险。

2. BIM行业概况

2.1 国外概况

澳洲、日本、美国、韩国、挪威、香港、新加坡、英国、芬兰各国陆续发布了本国的国家、行业和企业级标准。

美国联邦事务管理局(GSA)规定，自2007年起在联邦政府大型工程中必须应用BIM技术，并编制了一系列指南，有力地推动了BIM技术的普及应用;美国建筑科学研究院牵头开展了国家BIM标准的编制工作，目前，标准已经更新至第二版。

英国政府组织了200多名相关专家，分专题进行研究，编制了BIM技术应用框架，并规定自2016年起，所有的政府工程都必须按照上述框架应用BIM技术。此框架包含：（1）BIM协议，用于规定应建立的模型以及各参与方对模型的义务、责任和限制；（2）雇主信息需求，即业主对BIM信息管理的需求，包括软件、硬件、数据标准、安全标准等；（3）信息管理服务范围，相当于BIM合同标准文本；（4）责任保险指南，用于明确界定BIM技术应用涉及的责任；（5）基于BIM技术的建设项目交付阶段信息管理规范，提出了各阶段的数据交付标准等。

 2.2 国内概况

BIM技术最早从2002年引入工程建设行业，进入国内可以追溯到2004年。当时，国内关于BIM技术的丛书才初露头角。之后，随着我国“十五”科技攻现关计划及“十一五”科技支撑计划的开展， BIM技术开始应用于部分示范工程。自2006年奥运场馆项目尝试使用BIM开始，BIM开始引起国内设计行业的重视。特别是2009年以来，BIM在设计企业中的应用得到快速发展。十二五开局之年，住房城乡建设部发布了《2011 ~2015年建筑业信息化发展纲要》，将“加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用”列入总体目标，确立了大力发展BIM技术的基调。

根据2010年建设部工程质量安全监督与行业发展司公布的数据表明，全国共有勘察设计企业12375家（其中甲级企业1928家，乙级企业3410家），在2010年公布的设计企业100强中，应用BIM的占80%，可以看出BIM在我国处于快速的发展当中。很多大型设计单位还专门成立了BIM中心，开展BIM技术应用和推广，甚至开展建筑全生命周期的信息技术服务。例如：上海现代建筑设计集团在上海世博会项目、外滩SOHO、凌空SOHO和后世博园区央企总部等重点项目中开始大量使用BIM技术进行协同设计，在申都、斐讯总部大楼项目中实施了设计、施工和运维全过程的技术服务，并专门成立集团数字化技术研究咨询部；CCDI于2009年成立建筑数字化业务部；上海上安机电设计事务所有限公司于2008年成立BIM部门；中国建筑设计研究院开展全员BIM培训，2010年发布《建筑/结构/设备专业BIM手册》等;大型开发商单位绿地、万科、SOHO、万达等也开始尝试使用BIM技术。

2.3 国内BIM行业现状

虽然BIM技术在国内出现了遍地开花的繁荣表象。其实，国内设计、施工行业BIM技术应用的高水平项目数量、应用深度、广度、水平依然有限。一项新技术在其发展与普及过程中往往会遇到种种阻碍，需要各方放缓脚步，冷静反思与积极应对，BIM技术也不例外。总体而言，国内BIM技术现状有如下特点：

(1) 大型企业已接触或应用BIM，但各企业中的人员普及率仍然较低；

(2) BIM推广具有很大的地域性，发达城市推普及度较高，二、三线城市则很少受到关注；

(3) BIM理念理解上仍有偏差；

(4) 政府项目和大型项目业主开始关注BIM，开始尝试要求在设计和施工中使用BIM；

(5) 在设计和施工方面，已经有不少项目对BIM技术开展了实质性的应用。

3. 基于BIM技术的设计与施工

设计与施工阶段存在不同的工作侧重点、工作内容也大相径庭，设计阶段的BIM关注的是方案比选、方案调整、性能分析、可视化表达。施工阶段的BIM则关注BIM模型在施工、运营阶段的深入应用，基本上不涉及图面表达。同时，施工阶段是设计图纸转向实物的重要阶段，同时也是业主投入最大的一块。两者在使用目的、深度要求、软件工具等方面均有不同，导致设计方的BIM模型并不总是可以直接流转到施工阶段，两个阶段的模型衔接是值得探讨的课题。想要让设计和施工无缝衔接，首先得明晰责任、权利，然后是提高两者之间的信息传递与处理能力，这样才能及时和有效解决问题。BIM在设计和施工领域主要的传统应用主要有：方案论证、可视化设计、性能化分析、协同设计、管线综合、施工现场配合、工程量统计、施工进度模拟、施工组织模拟、物料跟踪、预制件加工和竣工模型交付等。

近年,随着BIM技术的不断发展，国内一些项目不仅在设计阶段有所建树，更是延展到施工阶段，甚至管理中。例如，外滩SOHO项目实践了4D、5D、云技术；宁波城市展览馆项目实践了三维协同设计和出图；上海玉佛禅寺修缮改建项项目中应用了点云、安装模拟等施工技术；申都大厦项目借助BIM技术实现绿色三星和FM；证大喜马拉雅中心，实现了基于BIM的高性能集成分析和模型自动出图；上海第一食品商店通过BIM和点云实施保护修缮；曹妃甸国际生态城水上会馆项目中BIM视线了协助工程管理；崇明商业综合体项目中，通过BIM进行幕墙设计，打通钢结构分析和设计隔阂，突破幕墙结构悬挑极限等。下面，就近年在BIM技术的设计与施工中涌现的一些新的技术做简单介绍：

(1) 4D 施工进度控制

4D，即在施工阶段，通过BIM直观的掌控项目施工进度，基于BIM模型以及工程量清单完成工程进度计划的编制，对工程进度实际值和计划值进行比较，早期预警工程误期，动态控制整个项目的风险。实现了不同施工方案的灵活比较,发现了影响工期的潜在风险。当设计变更时，BIM亦能迅速更新工程工期。