BIM技术在工业化项目中的探索与应用

BIM技术在工业化项目中的探索与应用OntheExplorationandApplicationofBIMTechnologyinIndustrializationProjects■骆念亲LuoNianqin恽燕春YunYanchun【摘要】文章介绍BIM技术在装配式住宅设计中的研究应用，指出现阶段存在的问题，展望其发展趋势。实践证明，BIM技术能够实现工程项目的信息化建设，通过可视化的技术促进规划方、设计方、施工方和运维方协同工作，并对项目进行全生命周期管理，特别是从设计方案、施工进度、成本、质量、安全、环保等方面，增强项目的可预知性和可控性。【关键词】数据集成；建筑信息模型；BIM；工业化住宅；PC；BIM服务器【Abstract】ThepaperintroducestheapplicationofBIMtechnologyontheassembledhousingdesign,pointingouttheproblemsexistedinthecurrentperiodandconceivingitsdevelopmenttrend.PracticeshowsthatBIMtechnologycanrealizetheinformatizationofprojects’constructionsoastopromotecoordinationamongtheplanner,thedesigner,theconstructorandtheoperatorthroughthevisualizationtechnologyandmanagethelifecycleoftheproject,whichcanenhanceitspredictabilityandcontrollability,especiallyfromsuchaspectsasdesignplanning,constructionschedule,cost,quality,safetyandenvironmentalprotection.【Keywords】dataintegration,buildinginformationmodels,BIM,industrializedhousing,PC,BIMserver骆念亲，宝业集团上海公司BIM所所长；恽燕春，博士，宝业集团上海公司结构所所长。0引言住房和城乡建设部科技与产业化发展中心建筑技术处处长叶明指出：“目前我国推行的建筑工业化有别于上世纪50年代的建筑工业化，最大的区别在于‘新型’二字。新型建筑工业化是指采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理为主要特征的生产方式，‘新型’着重强调信息化与建筑工业化的深度融合。”他表示，以信息化带动的工业化在技术上是一种革命性的跨越式发展，从建设行业的未来发展看，信息技术将成为建筑工业化的重要工具和手段[1]。在信息化和建筑工业化发展的互相推进中，信息化的发展现阶段主要表现在建筑信息模型(BIM)技术在建筑工业化中的应用。BIM技术作为信息化技术的一种，已随着建筑工业化的推进逐渐在我国建筑业应用推广。建筑信息化发展阶段依次是“手工、自动化、信息化、网络化”，而BIM技术正在开启我国建筑施工从自动化到信息化的转变。1基于BIM平台的数据集成与数据交换技术研究目前，建设工程参与方多以实体维BIM应用为主，将建设工程进行静态分析，真正管理的是其属性，如建筑实体的几何尺寸、质量、工程进度和造价等。但不同参与方在各阶段所产生的信息彼此孤立，无法使信息进行关联，进而无法体现信息的延续性和复用性，因而在信息传递的过程中，频繁造成数据的缺失或不一致，影响建设工程整体利益。因此，除了建立集成项目实体信息的各阶段BIM模型之外，还需建立一个支持协作性的创作、共享、管理和使用项目信息的综合管理平台系统，用于数据储存、数据集成、数据交换。在现阶段IT技术中，对实现该体系能起到支撑作用的核心技术手段是将项目信息门户、建筑信息模型技术对信息进行融合，形成系统性集成的解决方案。信息管理系统中两种信息技术各自发挥不同的作用。（1）项目信息门户（PIP）主要是各参与方信息获2016.09/住宅科技09住宅产业化取、信息操作、信息沟通的入口。在门户平台上除了信息发布和事务处理，主要是工程造价、质量、进度、安全、环保等要素信息，这些信息内容来源于建筑信息模型和物联网系统的信息反馈（图1）。（2）建筑信息模型(BIM)主要是工程信息编码和存储手段，是综合信息管理系统的中心数据库。其信息内容能够通过PIP平台进行共享和发布，并同时接收各参与方的信息指令。通过将BIM模型与物联网的物品标示和感应相关联，建立与实际建筑的对应关系来指导工程建设，并从中取得实际数据[2]。2基于BIM技术的装配式住宅施工前预拼装技术研究区别于传统的现浇住宅，装配式住宅的项目流程是从立项、策划、方案设计、扩初设计、施工图设计、构件深化设计，再到PC构件生产加工，最后施工现场安装完成（图2）。与传统现浇项目不同，装配式建筑在施工前期要做大量的前期工作。现浇项目可以一边施工一边调整，而装配式项目预制件是在工厂提前生产好必须确保预留预埋、尺寸正确，否则预制构件现场切割或者重新生产对项目工期和成本都是重大损失。BIM技术的存在使得项目施工安装前可对复杂构件和复杂节点如大难度吊装、隐蔽工程等进行图形影像化的模拟（图3、4），供设计交底和施工指导使用，以达到增加复杂建筑系统可施工性，提高施工生产效率，以及增加复杂建筑系统安全性的目的[3]。3BIM技术在装配式住宅设计中的应用设计阶段是装配式住宅设计中非常重要的环节。由于预制件是在工厂生产然后运输到施工现场进行安装，预制构件设计和生产的精度决定了现场安装精度及房屋质量，所以进行预制构件深化工作是为了保证构件质量。BIM软件可以将设计、评估、生产及流程视图信息化，将相关数据一对一自动化分析并运用到生产、物流和结算上，而工业化住宅在构件设计前就需要充分考虑水电管线、钢筋碰撞、预留、预埋等信息，因此，前期利用BIM技术对装配式住宅进行深化设计可以很好地解决上述信息。图1项目信息门户主要参与方信息获取方式3.1预制件深化设计通过三维BIM软件建立信息化模型，其中涵盖了预制件的尺寸、重量、预埋件种类和数量、钢筋型号及重量信息，且所有相关信息可随着实际的改变而实时改变，再通过三维BIM软件生成准确的物料清单、2D/3D图纸及其他数据，能有效帮助预制件在生产的技术交底、图2PC预制装配式项目设计流程10住宅科技/2016.09住宅产业化物料采购准备、生产计划的安排、堆放场地的管理与成品物流的计划（图5）。3.2场地优化运用BIM技术对项目进行方案设计，包括项目总体分析、性能分析、方案优化。在施工过程的多个阶段使用BIM图形化表现永久或临时现场设施，将模型与施工活动进度表相关联以表达空间和排序的要求，并入模型的附加信息包括劳动资源，关联的配送材料，设备位置。由于3D模型构件能够直接连接到进度计划表，其场地管理功能（可视化的规划、短期再规划和资源分析）能够根据不同的空间和临时数据进行分析（图6）。3.3关键技术BIM模型中包含着建设项目全生命周期的所有信息，模型数据量庞大，系统处理负担沉重；而BIM模型数据格式不同于传统CAD及文本文件，跨平台间资料交换标准尚未全统一，所以存在着数据分类命名及档案管理的问题。传统的工程编码体系主要有两大类：一类是MasterFormat体系，它是依据项目执行结果而不是设备产品分类，无法处理项目早期对象编码问题，这种分图3预制件吊装模拟图图4支撑和钢筋绑扎模拟图图5预制件深化设计图2016.09/住宅科技11住宅产业化类方法更适合项目WBS分解，而不适合用于BIM编码；还有一类是Uniformat体系，这种分类体系是依据项目要素分类，可解决项目早期的BIM编码[4]。4现阶段存在问题4.1数据接口问题BIM从本质上而言只是改变了传统的信息交换与协同工作方式。它从传统的各个软件之间直接信息交换方式改变为通过共同支持的中间文件进行信息交换，从传统的纸质协同方式改为集成的电子协同方式，其效果是从一对多的直接信息交换方式改变为一对一（BIM）的信息交换方式。由于BIM是一个设施的物理和功能特性的数字化表达和有关信息的知识资源共享，因此，协调性、一致性及完整性是BIM数据库存储的基本要求。现如今做BIM的设计单位、施工单位、业主单位、软件商都有各自的BIM套路，在工作对接和配合上缺乏统一的数据接口，大大阻碍了行业发展。4.2相关标准政策完善机制不全，标准迟迟未定。虽说BIM进入我国的时间不算短，但是政府的激励政策少之又少，而整体行业协会对于BIM的推动也缺乏动力，相应的BIM标准、规则、方针一直是按兵不动。再加上业主或甲方对于BIM的应用未置可否，所以从设计到施工也很难产生积极的效果，更加阻碍了BIM的发展与推广。4.3应用模式问题关于应用模式中的技术模式问题，现实中容易走向两个极端。一个只是小打小闹地在建筑工程的局部环节应用BIM技术，例如只将其应用于进行碰撞检测，这样做不利于充分地利用BIM技术带来的可以共享三维模型数据的好处。另一个是动辄求大求全，恨不得用一个软件或少数几个软件解决建筑工程施工阶段甚至全生命期的所有问题。4.4专业人才缺失简单地说，BIM就是用三维数字化技术，对建筑设计、建造及运维过程中的方案进行可视化展示、分析和优化，提前发现设计中的一些遗漏和错误，并及时解决。特别在施工阶段，可以直观反映施工过程和施工质量。如果应用合理，不仅能降低成本，还可以缩短工期。这些都是传统CAD技术所不能解决的。由于我国各大高校还没有BIM的相关课程，熟悉BIM技术的教师更是缺乏，各建筑设计院和施工单位也很少应用该技术，所以目前我国在该技术的开发、项目实践上大大缺乏人才。5发展趋势BIM技术在我国建筑施工行业已逐渐步入注重应用价值的深度应用阶段，并呈现出BIM技术与项目管理、云计算、大数据等先进信息技术集成应用的“BIM+”特点，正在向多阶段、集成化、多角度、协同化、普及化应用等方向发展。5.1　多角度应用，从单纯技术应用向与项目管理集成应用转化BIM技术可有效解决项目管理中生产协同、数据协图6场地布置图12住宅科技/2016.09住宅产业化同的难题，目前正深入应用于项目管理的各个方面，包括成本管理、进度管理、质量管理等方面，与项目管理集成将成BIM应用的一个趋势。BIM技术可为项目管理过程提供有效集成的手段及更为及时准确的业务数据，可提高管理单元之间的数据协同和共享效率；可为项目管理提供一致的模型，模型集成了不同业务的数据，采用可视化方式动态获取各方所需的数据，确保数据能够及时、准确地在参建各方之间得到共享和协同应用。此外，BIM技术与项目管理集成需要信息化平台系统的支持。需要建立统一的项目管理集成信息平台，与BIM平台通过标准接口和数据标准进行数据传递，及时获取BIM技术提供的业务数据，支持各参建方之间的信息传递与数据共享，支持对海量数据的获取、归纳与分析，协助项目管理决策，支持各参建方沟通、决策、审批、项目跟踪、通信等[5]。5.2传统工程项目向BIM+的应用转变物联网、移动应用等新的客户端技术迅速发展普及，依托于云计算、大数据等服务端技术实现了真正的协同，满足了工程现场数据和信息的实时采集、高效分析、及时发布和随时获取，形成了“云+端”的应用模式。这种基于网络的多方协同应用方式可与BIM技术集成应用，形成优势互补。一方面，BIM技术提供了协同的介质，基于统一的模型工作，降低了各方沟通协同的成本；另一方面，“云+端”的应用模式可更好地支持基于BIM模型的现场数据信息采集、模型高效存储分析、信息及时获取沟通传递等，为工程现场基于BIM技术的协同提供新的技术手段。因此，从单机应用向“云+端”的协同应用转变将是BIM应用的一个趋势。云计算可为BIM技术应用提供高效率、低成本的信息化基础架构，二者的集成应用可支持施工现场不同参与者之间的协同和共享，对施工现场管