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工程项目管理前沿理论与发展《一级建造师继续教育》何亮第四部分建筑工程信息模型四.建筑工程信息模型建筑工程信息模型是创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程。它正在引发工程建设行业一次史无前例的彻底变革，并给采用该模型的建筑企业带来极大的新增价值。“你按快门，剩下的交给我们！”这则闻名世界的广告语，是柯达公司创始人乔治·伊士曼在一个多世纪前提出的著名口号。事实上，在上世纪70年代中叶，仅在美国，柯达已经垄断了90%的胶卷市场，以及85%的相机市场份额。4.1.如何面对（1）1975年又一个具有里程碑意义的事件降临柯达。柯达的工程师斯蒂夫·萨森在实验室中制造出第一台数码相机。不过，公司管理层对于这个新鲜玩意儿似乎并不感兴趣。一方面，当时冲印照片依然是人们保存影像的首选方式；另一方面，柯达担心数码影像会冲击自己的胶片市场，进而影响公司的巨额利润。但是后来的技术发展史却证明，柯达公司最终就是栽在了自己的这一发明上。传统影像没落和数码影像崛起的转换期，柯达未能及时把握转型的机会。4.1.如何面对（2）传统影像没落和数码影像崛起的转换期，柯达未能及时把握转型的机会。这说明，任何一个行业，任何一个企业都不应该漠视新技术带了的挑战和发展机遇。4.1.如何面对（3）信息模型在汽车业、航空业已非常普遍，至少在20年前就开始使用3D计算机辅助设计了。比如飞机制造，不用实体制造，在计算机完成3D模型后，便可知道产品的很多特性，发现设计中大量的问题。随着技术越来越成熟，成本越来越低，3D计算机辅助设计的应用已经扩展到其他业界以及规模不大的小型公司。4.1.如何面对（4）建筑信息模型可以运用到建筑工程项目各个生命周期，并引起建筑业在设计、建造和管理上的变革4.2.引发建筑设计的变革1建筑表现的形式是数字化的模型，而不是传统的图纸2设计者、业主、管理者通过“真实的建筑”了解建筑3设计者实现可视化设计、可视化设计分析和优化、协同设计4.2.引发建筑业的变革—设计施工前就可以反复模拟施工，颠覆了建筑工程项目的一次性特性。在设计时，就可以模拟施工，确保了建筑的易建性。“真实的冲突”检查，建筑、结构和水暖电的几何冲突，通过虚拟方法加以解决，而不必到施工是才发现1234.2.引发建筑业的变革—建造1.工厂化的成本控制在建筑工地上实现，每一个构件的价格及发生的时间将准确的被预测2.动画、立体而非平面的安排施工进度。3.工作流控制，实时模拟不同地方的人流、交通流、物资流4.2.引发建筑业的变革—管理4.向客户实时展示工程的进程，及今后使用的情景总体而言，建筑信息模型带给企业的新增价值是：增加竞争力：使用建筑信息模型技术的企业，改变了与其他企业的竞争基础，它能用全新的服务、生产方式来为客户服务，而且效果更好、成本更低。革新的来源：建筑信息模型带来了新的机遇，促进建造师用新的思维，去改进企业服务、生产方法。高效率：以模拟的方式表示现实的物体和情景，能最便捷的进行沟通、发现问题。4.3.新增价值几个世纪以来，设计人员一直在使用绘图和实物模型的方法，向项目决策和最终使用者传递他们的构思。绘图变成了标准格式文件（平面图、立面图、剖面图以及详图）。透过其它文件的补充（规定施工质量要求、签订施工合同），说明、表达设计意图。4.3.新增价值—设计（1）几个世纪以来，设计人员一直在使用绘图和实物模型的方法，向项目决策和最终使用者传递他们的构思。绘图变成了标准格式文件（平面图、立面图、剖面图以及详图）。透过其它文件的补充（规定施工质量要求、签订施工合同），说明、表达设计意图。4.3.新增价值—设计（2）然而，设计文件的绘制与编写一直都是提高项目整合度和协作度的最大障碍，因为，每个工程都有成百上千份设计文件，这些文件是由不同的专业人员独立完成的。由于没有一个能有效整合所有专业信息以保证数据完整性的中央储存库，所以设计文件必须依靠人力解读才能相互联系成为一个可理解的整体。因此，如何保证各专业设计的协作，如何使设计意图上下沟通畅达，始终是设计面对的艰巨挑战。同时也可以看出，设计过程中面面对的最主要的问题之一是管理问题而非技术问题。4.3.新增价值—设计（3）新增价值一：整合设计，使各专业的协作在设计开始就“自然”地通过中心数据库实现，无须具体人员的参与、组织、管理，设计中的交流、沟通显而易见，但基本上不需要任何成本。4.3.新增价值—设计（4）新增价值二：改变人们认识建筑的方式，通过数字模型更直接、更快速、更有效、更准确、更便宜。4.3.新增价值—设计（5）新增价值三：增强了方案、设计优化的手段。基于数字化模型可以对设计进行：设计—检查—协调修改—再设计的循环过程，直至在施工之前解决所有设计问题，尽而消除设计错误和设计忽略，减少施工中的返工成本。4.3.新增价值—设计（6）先试后建。基于数字模型施工方案优化是一个重复的过程，即“初步施工方案-模拟-发现问题-更新方案”，直到在真实施工之前找到一个最佳的施工方法。其带来生产方式的转变包括：4.3.新增价值—虚拟施工根据该建筑的设计图纸，首先将整个建筑分解为柱、梁、楼板和墙等主要构件，并通过三维构件模型将它们的长度、体积、重量直接测量下来。其次，针对主要构件选择施工设备，确定主要的施工方法。这样，通过建筑构件建模，可以帮助施工者事先研究如何在现场进行构件的安装和控制。4.3.新增价值—建筑构件建模设计人员通过计算机建立了一个虚拟三维全真模型。在该模型中，设计人员能比较直观的绘制嵌入伸臂桁架中钢筋和钢构件的施工详图，并精确的标示出它们的位置。4.3.新增价值—建筑构件建模施工现场虚拟三维全真模型可以非常直观、便利的协助计划者分析现场的限制，便于计划人员重点研究解决施工现场整体规划、现场进场位置、卸货区的位置、塔吊的位置及其危险区域等问题，找出潜在的问题，制定可行的施工方法。它极大地提高了效率，有效地减少传统施工现场布置审查会议的次数，及早发现施工图设计和施工方案的问题，提高现场生产率和施工安全性。4.3.新增价值—施工现场建模通过虚拟三维模型再现施工过程，建立了伸臂桁架钢构件的吊装路径和危险区域，确保了施工安全。反复模拟车辆进出现场状况，确定了最佳的行车路径，避免频繁进出的运输伸臂桁架构建车辆与混凝土搅拌车之间的冲突。4.3.新增价值—施工现场建模施工方法通常由建筑产品和建筑设备的使用决定，而施工现场整体规划、现场空间、设备能力、设备安装和拆除的方法又决定了施工设备的选型。通过建模可以预先了解设备生产情况，便于准确选型。4.3.新增价值—施工设备建模利用虚拟三维全真模型将预留孔洞和横梁的位置关系显示出来，并模拟出爬升挂靴的插入状况，这样就可以精确的确定预留孔洞的位置，并在爬架爬升前，事先发现可能存在的问题，及时予以调整。4.3.新增价值—施工设备建模临时设施是为工程施工服务的，它在现场的布置将影响到工程施工的安全、质量和生产效率。构建临时设施虚拟三维全真模型对承包商很有用，它可以帮助承包商事先准确的估算所需要的施工资源，评估临时设施的安全性，是否便于施工，以及发现可能涉及到设计错误。4.3.新增价值—零时设施建模虚拟三维全真模型可以将非标准层的梁、墙体的尺寸、位置非常直观的显示出来，这样就可以很容易的计算出非标准层需要模板的数量和规格。4.3.新增价值—临时设施建模虚拟原型技术能在模拟系统里全真运行整个施工过程，项目管理和计划人员可以了解每一步施工活动。如果发现问题，施工计划人员可以提出新的方法，并对新的方法进行模拟来验证其是否可行，这在虚拟施工中叫做施工试误过程，它能够做到在建筑工程施工前绝大多数施工风险和问题能被识别，并有效的解决。。4.3.新增价值—施工方法验证过程模拟发现的许多问题，例如，台模板没有为柱的施工预留工作面；塔式起重机和爬模之间有冲突。发现这些问题后，承包商在施工之前及时地做出了调整，这样在施工前承包商对自己的施工方法已经胸有成竹。4.3.新增价值—施工方法验证过程虚拟施工还提供了可视化的施工空间。施工空间随着工程的进展会不断的变化，它将影响到工人的工作效率和施工安全。通过可视化的模拟工作人员施工状况，可以形象的看到施工工作面、施工设备位置的情形，并评估施工进展中这些工作空间的可用性、安全性。4.3.新增价值—工作空间可视化可视化的工作空间与真实的施工现场。4.3.新增价值—工作空间可视化新增价值一：实现成本的动态控制，成本控制更加准确、费用更低。4.3.新增价值—管理（1）4.3.新增价值—管理（2）新增价值一：将每一个构件与进度联系在一起，就可以实现建筑成本的动态控制。新增价值二：为客户提供更为个性化的虚拟样板间，降低销售成本。4.3.新增价值—管理（3）4.3.新增价值—管理（4）使客户身临其境感受整个建筑的氛围。4.3.新增价值—管理（5）实时查询居室空间，如不同时间房间内阳光的真实变化。4.3.新增价值—管理（6）亲身感受居室空间，实时家居布局。第五部分建筑业绿色产业链绿色建筑发展高歌猛进，工程师们关注的重点已经不仅仅只是单个的绿色建筑，他们认为“一枝独秀不是春，满园春色才是春”。因此，绿色城市、生态城市开始应运而生。这是一个更大范围内、更系统化的实践可持续发展观。五.建筑业绿色产业链绿色建筑呈点状、分散的发展方式，不利于节能、节水、节材、节地和环境保护在更大空间得以实现，限制了新材料、新产品、新技术、新工艺、新理念等全方位的推广。特别是在我国，发展速度缓慢，难以根本解决我国城市化、城镇化高速发展中对的土地、能源、水等资源与生态环境，不合理消费和破坏的现状。5.1.绿色建筑向生态城市的发展1土地集约利用2生态环境保护3能源高效利用4资源可持续利用5绿色交通5.1.绿色建筑向生态城市的发展—生态城内容土地混合利用，紧凑开发；公共交通导向发展；地下空间开发利用；适应性空间形态。5.1.绿色建筑向生态城市的发展—措施（1）适应性城市设计；城市通风；净化水的湿地廊道；城市噪声防治；开放空间计划；生态安全。5.1.绿色建筑向生态城市的发展—措施（2）资源能源评估；减少常规能源使用；积极使用可再生能源；提高能源效率；智能能源管理系统；制定能耗定额5.1.绿色建筑向生态城市的发展—措施（3）水资源循环利用；水资源管理系统；分质供水；废弃物循环利用；废弃物综合管理系统；可再生利用的材料；废物能源转换。5.1.绿色建筑向生态城市的发展—措施（4）综合性公共交通系统：地铁、内部轻轨环线、快速公交系统；慢行交通：适宜的步行网络、自行车道系统。5.1.绿色建筑向生态城市的发展—措施（5）作为一个完整的系统体系，城市成为资源利用和环境污染的焦点—而建筑则是一门具有全行业性影响的生态学，这是我们刚开始意识到的。过去我们过多的从建筑本身谈建筑、城市的绿色发展，而忽视了其上游、下游的相关产业。5.2.生态城市发展中的问题要建设绿色建筑、生态城市，要高效的利用能源，包括能源集约化利用、可再生能源利用、能源供应体制创新，这不是建筑行业能解决的问题5.2.生态城市发展中的问题—能源高效利用水资源的有效利用，建筑废物及使用废物的有效处理，也不是建筑行业独自能解决的问题5.2.生态城市发展中的问题—资源可持续利用绿色建筑材料开发要基于，基础科学的发展，及相应制造行业和工艺水平的提高，建筑业需要与这些行业共同来开发。5.2.生态城市发展中的问题—绿色材料的开发基于产业生态学思想，即研究物理、化学和生物之间以及组成它们的内部各个要素之间相互作用相互影响的学科。换句话说，就是达到一个工业过程上产生的废弃物可当作原材料用于另一工业过程的目标。5.3.建筑业绿色产业链的提出产业生态学实现的途径一生物新陈代谢。5.3.建筑业绿色产业链的提出—产业生态学（1）新资源的生长消费运输销售生产低生产伐木回收化为肥料分解循环模式产业生态学实现的途径之二技术新陈代谢。5.3.建筑业绿色产业链的提出—产业生态学（2）消费运输回收为再利用和循环进行分类材料生产销售再利用再利用循环模式综上所述，无论是发展绿色建筑，还是生态城市，其生产、使用也存在着一个循环过程