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BIM技术在全过程项目管理中的研究
《华东科技》     发布时间:2018-04-18 15:30    

上海是国内最早应用BIM技术的城市之一,BIM 技术的应用研究水平处于全国领先地位,在部分重大工程如世博园区、迪士尼乐园等项目中进行了 BIM 技术的应用,初步形成了利用 BIM 提高设计品质,提高建设管理效率的实践体系。正在建设的工程中,多条轨道交通线路、北横通道等工程,目前也正在进行 BIM 技术的广泛应用。在工程项目工程范围内,如果把CAD 的应用比作工程设计的首次革命,那么BIM技术的出现必将引发该领域的二次革命。BIM以3D技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM的核心是虚拟设计、虚拟建造。以设计单位数据为基础、施工单位数据为复核,实现3D模型设计和施工。建设数据与3D图形结合BIM,从而实现全过程工程信息、全生命周期管理。

目前发达国家已经利用BIM进行3D可视化设计。在我国BIM技术是新生事物,没有得到实际相关应用,但是BIM技术对建设单位的管理而言将是一个划时代的重大变革,它将彻底改变施工单位和设计单位的管理理念和方式。《上海市建筑信息模型技术应用指南(2017版)》明确指出:施工阶段的BIM技术研究与应用,使得BIM技术从设计阶段、施工阶段发展至提高建设单位建设运维方向的应用延伸,减少并降低项目建设各环节信息传递效率的衰减,从而建立基于BIM技术的建设项目管理信息系统在研究大型复杂工程施工过程中的管理方法,最终实现工程建设的有效可视化管理。可以说该“指南”的颁布指明了BIM技术在上海建设工程项目管理的新方向,BIM已然成为当前工程建设项目管理领域的研究热点。

BIM技术作为工程建设建筑全生命期的管理手段,属于业主方管理范畴。因而导致个别施工单位认为BIM是政府、业主方、设计方、软件公司的事情,与施工单位关系不大。事实上施工单位作为施工建设建筑全生命期的重要组成部分,是整个BIM体系中不可或缺的重要环节和参与者。如果施工单位不纳入BIM体系,整个建设体系将因此出现断层而无法运行。因此,项目的参建各方都必须尽快掌握BIM技术,从而适应行业的最新要求。

在整个项目工程建设过程中,BIM技术的应用涵盖了安全、质量、成本、进度等方面的管理要素。狭义观点认为BIM技术在项目建设过程中只是少数人需要掌握的技术技能,例如项目经理和技术负责人等,认为只要是这些人掌握了BIM技术的使用,就等于做到了BIM在项目上的应用。事实上从广义上讲,BIM的应用应该是融入并分解到项目建设中的所有人的。从人员分工角度出发,施工单位传统的八大员、监理、业主等;从项目时间周期出发,前期、施工阶段、调试运营、后期验收等,应该说所有环节的所有人员都能够从BIM技术上获得帮助并受益。然而所有人受益的良好愿景并非没有前提的,如何将BIM建立成活的、有生命的3D可视实时数字化模型信息管理系统,责任又回到了参建各方和阶段参与方身上。一句话总结就是,共同参与共同受益,盘活BIM才能带活信息时代的工程建设领域。


BIM技术概论

建筑信息模型,简称 BIM,因其可视化、虚拟化、协同管理、成本和进度控制等优势,能够极大提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平,减少返工和浪费,有效缩短工期,提高工程质量和投资效益,成为一种在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术,是传统的二维设计建造方式向三维数字化设计建造方式转变的革命性技术,是促进绿色建筑发展、提高建筑产业信息化水平、推进智慧城市建设和实现建筑业转型升级的基础性技术。

BIM是建筑构建的物理和功能特性的数字化表达,包含了构建的所有信息。BIM模型创建的过程,把构建的前期策划、设计、施工、运维各个阶段都连接了起来,并且把各个阶段的信息都存储进BIM模型中。该特性是BIM模型能够支持可视化操作,实现优化分析、模拟仿真等操作的最基本要素。

在数据之间创建实时的、一致性的关联,对数据库中数据的任何更改,都立刻可以与其他关联的地方反映出来,在各构件实体之间实现关联显示和智能互动以及设计协调、冲突检测、合理安排施工计划等等建设活动。信息中包含了参建各方的数据,而且这些数据是可识别且相互关联的,系统能够对各相关数据进行统计和分析,并生成相应的图形和文档。如果某个数据发生变化,各相关数据随之更新。

BIM可实现信息的互用,充分保证信息经过传输与交换后,信息前后的一致性。实现互用信息就是BIM模型中的所有数据只需要一次性采集并输入,就可以在整个工程的全生命周期中的不同专业、不同品牌的软件应用中实现信息的共享、交换与流动,避免了各阶段信息不一致所导致的误差,并能够简单地进行修改和扩展而无需重新创建实现该特性。该特性的关键点在于BIM技术从其出现开始就采用了IFC(Industry Foundation Classes)标准作为其技术支柱,从而保证了信息的共享、交换与流动,在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的。

应用BIM技术的一切操作都是在可视化的环境下完成的。这有利于解决设施规模越来越大、空间划分越来越复杂、功能越来越多等问题。一些比较抽象的信息例如应力、温度、热舒适性也可以用可视化的方式表达出来。还可以将设施建设过程及各种相互关系动态地表现出来。


BIM技术的价值

直观的视觉效果,充分展示企业实力。三维渲染动画,给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础,大大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,提升中标几率。将BIM主要应用于施工组织设计及施工方案的展示,在招投标过程中能够充分展示施工企业的能力,也能够将施工组织设计的精髓体现得淋漓尽致。

提升算量效率,提高工程量计算精度。BIM可以准确快速计算工程量,提升施工预算的精度与效率。BIM技术能自动计算工程实物量,这个属于算量软件的功能。此项功能也是在笔者接触的施工企业中,最早利用计算机进行统筹管理的工作。20世纪90年代中后期,预算软件进入施工企业中,就迅速扎根发芽,并广为传播,成为项目参与各方对于成本控制的统一标准。随着图形化算量功能加入预算软件中,也使这一工作具备BIM技术的雏形。

精确计划,实时控制。在BIM技术出现以前,由于大量的数据无法快速统计,极低的计算效率不能满足施工时限的要求,致使大量的工作凭借经验来完成。而BIM的出现可以让管理者快速准确地获得工程基础数据,为施工企业制定精确人、财、物计划提供有效支撑,为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。

实时对比,动态管控。项目管理的基础就是工程基础数据的管理,及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM技术可以实现任一时点上工程基础信息的快速获取,可以用模型形象地反映出工程实体的实况,精确统计出各步工作的实际数据。通过计划与实际的对比,可以有效了解项目的盈亏,是否偏离目标等问题,实现对项目成本风险的有效管控。

实现虚拟施工,便于多方协同。虚拟模型可将时间与三维可视化功能相关联,可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,施工方、监理方、业主方都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测,大大减少建筑质量问题、安全问题,减少返工和整改。虚拟施工还可以实现可视化的设计交底。设计人员可以通过模型实现向施工方的可视化设计交底,能够让施工方清楚了解设计意图,了解设计中的每一个细节。交底过程中施工方也可以从施工的角度提出意见和建议,并实时更改、优化设计方案。还可实现可视化的技术交底,我国工人文化水平不高,大型复杂的工程向工人技术交底时,往往难以让工人理解技术要求,但通过模型就可以直观地让工人知道自己将要完成的部分是什么样,有哪些技术要求,直观而形象。

解决传统碰撞检查难题,减少返工。施工过程中相关各方有时需要付出巨大的代价来弥补由设备管线碰撞等引起的拆装、返工和浪费。传统的二维图纸设计中,由于采用二维设计图来进行会审,人为失误在所难免,使施工出现返工现象,造成建设投资的极大浪费,并且还会影响施工进度。施工单位在拿到图纸的第一时间也要组织相关专业人员对图纸再次进行会审,是人力、物力的重复投入,且仍然存在人为失误的可能性。利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性,而且优化净空,优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时也提高了与业主沟通的能力。

实体建筑过程中的技术应用。实现钢结构的预拼装。传统的施工方法要在工厂进行预拼装后再拆开到现场进行拼装。而采用BIM技术后就可以把现场的已安装的钢结构进行精确测量后在计算机中建立与实际情况相符的模型,实现虚拟预拼装。  

实现构件工厂化生产可以基于BIM设计模型对构件进行分解,在工厂加工好后运到现场进行组装,精准度高,失误率低。

整合各方数据,自动分析,为技术人员提供参考。BIM数据库中的数据具有可计量的特点,大量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM中的项目基础数据可以在各管理部门进行协同和共享,工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行汇总、拆分、对比分析等,保证工程基础数据及时、准确地提供。

随着施工技术的发展,各种新技术、新材料、新工艺层出不穷,导致各类规范、图集频繁更新。作为技术人员要不断学习,即使暂时用不上的新技术也要作为储备知识进行学习,牵扯技术人员大量的精力。整合了相关数据的BIM体系,能够精确指出项目所需的技术资料,便于技术人员有目的地学习,提高学习效率。

实时数据共享平台,提高了工程数据的透明性,既提升了办公效率,也避免了后期人为干预造成的弄虚作假现象。如:钢筋、混凝土试块等物资试验数据,由试验室的试验设备将试验数据直接发送到共享平台,既节省了数据传递的时间,又让相关各方同时接收到数据,避免了在数据传递过程中人为修改。

回弹仪的数据,由现场的网络直接传送到数据平台。在回弹结束后,对数据的处理同时完成,并调用相应的对比数据,完成混凝土评定报告。既节省了大量的计算、比对工作,也避免了人为计算错误和对数据的人为干扰。

对于混凝土的温度检测,各测温点的带传感器的温度计,将数据统一上传到数据中心,由计算机随时记录,并计算分析。一旦出现偏差,立即发出警告,便于技术人员第一时间进行处理。

BIM管理系统集成了对文档的搜索、查阅、定位功能,并且所有操作在基于四维BIM可视化模型的界面中,充分提高数据检索的直观性,提高工程相关资料的利用率。当施工结束后,自动形成完整的信息数据库,为工程运营管理人员提供快速查询定位。


BIM发展障碍

机制不协调。BIM应用不仅带来技术风险,还影响到设计工作流程。因此,设计师应用BIM软件不可避免地会在一段时间内影响到个人及部门利益,并且一般情况下设计师无法获得相关的利益补偿。因此,在没有切实的技术保障和配套管理机制的情况下,强制在单位或部门推广BIM是不太现实的。

任务风险。我国普遍存在着项目设计周期短、工期紧张的情况,BIM软件在初期应用过程中,不可避免地会存在技术障碍,这有可能导致无法按期完成设计任务。

使用要求高,培训难度大。尽管主流BIM软件一再强调其易学易用性,实际上相对2D设计而言,BIM软件培训难度还是比较大的,对于一部分技术人员来说熟练掌握BIM技术有一定难度。

BIM技术支持不到位。BIM软件供应商不可能对客户提供长期而充分的技术支持。通常情况下,最有效的技术支持是在良好的成规模的应用环境中客户之间的相互学习,而环境的培育需要时间和努力。在愈来愈强调分工协作的今天,BIM技术中心将成为必不可少的保障部门。

软件体系不健全。现阶段BIM软件存在一些弱点:本地化不够彻底,工种配合不够完善,细节不到位,特别是缺乏本土第三方软件的支持。软件的本地化工作,除原开发厂商结合地域特点增加自身功能特色之外,本土第三方软件产品也会在实际应用中发挥重要作用。2D设计方面,在我国建筑、结构、设备各专业实际上均在大量使用国内研发的基于AutoCAD平台的第三方工具软件,这些产品大幅提高了设计效率,推广BIM应借鉴这些宝贵经验。


未来展望

从2014年正式接触BIM,在了解BIM概念后,笔者对该技术的应用做过一些设想和愿景,并且在之后的两个项目中分别付之于实践,了解并知晓了建设单位应该掌握BIM的哪方面技术,并应用到何种程度。BIM是一个多维度、多专业的系统工程,项目本身不可能由任何一方独立完成整体BIM应用。例如:目前BIM功能需求由建设单位提出,设计方、施工方协同配合制定明确的目标要求,而最终应用的实现由专业独立研发机构负责实施。随着BIM技术不断完善,各参建方的BIM应用将更加侧重于技术化、模块化,多方协同的壁垒将越来越薄,最终做到无缝衔接的沟通协作,使BIM体系发挥最佳效果。如果将BIM工作视作自身的一项工作技能,那么对于这一从国家到企业都高度重视的新技能,个人不能坐等该技术的到来,必须主动学习,未雨绸缪,迎接BIM发展的势不可挡,以及必然带给工程建设领域的技术革命。


(本文作者就职于上海城投水务工程项目管理有限公司)


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