BIM時代的到來給施工企業(yè)帶來了什么？

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  在建筑市場競爭日益激烈的環(huán)境下，建筑施工企業(yè)要想更好地可持續(xù)發(fā)展和發(fā)揮競爭優(yōu)勢，就必須提升企業(yè)的管理水平和核心競爭能力，就必須不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新。而信息化技術(shù)是支撐企業(yè)發(fā)展和管理落地的有效手段之一。隨著近幾年信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多新的信息技術(shù)，特別是BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為企業(yè)集約經(jīng)營、項目精益管理的管理理念的落地提供了手段。

BIM這一方法和理念自2002年提出后，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。那么BIM是什么呢？它會給建筑施工行業(yè)帶來什么影響？   一、           BIM的定義 對于BIM，最通用的解釋是：BIM（Building Information Modeling），翻譯成中文就是建筑信息模型，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM 是對工程項目設(shè)施實體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項目生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設(shè)項目各參與方普遍使用。BIM的關(guān)鍵是信息，結(jié)果是模型，重點是協(xié)作，工具是軟件。   二、           BIM中的關(guān)鍵技術(shù) 1.         基于IFC 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) 建設(shè)工程項目是一個復(fù)雜的、綜合的經(jīng)營活動，它具有參與方多、生命周期長、軟件產(chǎn)品雜等特點。而BIM要支持能夠支持上百上千項目參與者和紛雜眾多的軟件產(chǎn)品一起協(xié)同工作，首先面對的就是建筑信息的交換和共享。而解決信息交換和共享問題的出爐在于標(biāo)準(zhǔn)，有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也就有了系統(tǒng)之間交流的共同語言，基于這樣的需求，才有了Industry Foundation Class（IFC）標(biāo)準(zhǔn)。 IFC數(shù)據(jù)模型是一個不受某一個或某一組供應(yīng)商控制的中興和公開的標(biāo)準(zhǔn)，是一個由buildingSMART開發(fā)用來幫助工程建設(shè)行業(yè)數(shù)據(jù)互用的基于數(shù)據(jù)模型的面向?qū)ο笪募袷?，是一個BIM普遍使用的格式。IFC的提出為建筑行業(yè)提供了一個不依賴于任何具體軟件系統(tǒng)的，適用于描述貫穿整個建筑項目生命周期內(nèi)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的中間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于建筑物生命周期中各個階段內(nèi)以及個階段之間的信息交換和共享。 IFC標(biāo)準(zhǔn)對信息模型的描述可以劃分為四個功能層次：即資源層、核心層、交互層和領(lǐng)域?qū)?。每個層次都包含一些信息描述模塊，并且模塊間遵守 “重力原則”，即每個層次只能引用同層次和下層的信息資源，而不能引用上層資源。這樣上層資源變動時，下層資源不受影響，保證信息描述的穩(wěn)定。 2.         三維圖形平臺        三維圖形支撐平臺是支撐BIM建模，以及基于BIM的相關(guān)產(chǎn)品的底層支撐平臺。在數(shù)據(jù)容量、顯示速度、模型建造和編輯效率、渲染速度和質(zhì)量等方面滿足BIM應(yīng)用的各種支撐。核心關(guān)鍵技術(shù)有：        圖形數(shù)據(jù)庫技術(shù)（幾何數(shù)據(jù)與空間索引支持、模型數(shù)據(jù)協(xié)同編輯支持、數(shù)據(jù)緩存與動態(tài)加載支持）、實體布爾運(yùn)算技術(shù)、參數(shù)化模型描述技術(shù)（基于約束的參數(shù)化模型模板實例化建模技術(shù)）、大模型數(shù)據(jù)顯示技術(shù)、大場景數(shù)據(jù)高效組織與渲染技術(shù)。        由于BIM建模軟件也有多家產(chǎn)品，需要基于IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)不同專業(yè)和業(yè)務(wù)模型之間的數(shù)據(jù)交換。以及不同建模軟件產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交換。   三、           BIM的關(guān)鍵價值 BIM技術(shù)對產(chǎn)業(yè)鏈中投資方、設(shè)計方、建設(shè)方，運(yùn)維方等參建各方具有非常多的價值，這里主要針對建筑施工企業(yè)在工程施工全過程的和關(guān)鍵價值做一描述。 1.         虛擬施工、方案優(yōu)化 首先，運(yùn)用三維建模和建筑信息模型（BIM）技術(shù)，建立用于進(jìn)行虛擬施工和施工過程控制、成本控制的施工模型，結(jié)合結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)虛擬建造。模型能將工藝參數(shù)與影響施工的屬性聯(lián)系起來，以反應(yīng)施工模型與設(shè)計模型之間的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必須建立施工產(chǎn)品主模型描述框架，隨著產(chǎn)品開發(fā)和施工過程的推進(jìn)，模型描述日益詳細(xì)。通過 BIM 技術(shù)，保持模型的一致性及模型信息的可繼承性，實現(xiàn)虛擬施工過程各階段和各方面的有效集成。 其次，模型結(jié)合優(yōu)化技術(shù)，身臨其境般進(jìn)行方案體驗、論證和優(yōu)化。基于BIM模型，對施工組織設(shè)計方案進(jìn)行論證，就施工中的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行可視化模擬分析。按時間進(jìn)度進(jìn)行施工安裝方案的模擬和優(yōu)化。對于一些重要的施工環(huán)節(jié)或采用新施工工藝的關(guān)鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等施工指導(dǎo)措施進(jìn)行模擬和分析，不斷優(yōu)化方案，以提高計劃的可行性。直觀地了解整個施工或安裝環(huán)節(jié)的時間節(jié)點和工序，并清晰把握在施工過程中的難點和要點，從而優(yōu)化方案，以提高施工效率和施工方案的安全性。 圖1  虛擬施工 2.         碰撞檢查、減少返工 在傳統(tǒng)施工中建筑工程建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、設(shè)備及水暖電專業(yè)等各個專業(yè)分開設(shè)計，導(dǎo)致圖紙中平立剖之間、建筑圖和結(jié)構(gòu)圖之間、安裝與土建之間及安裝與安裝之間的沖突問題數(shù)不勝數(shù)，隨著建筑越來越復(fù)雜這些問題會帶來很多嚴(yán)重的后果。通過三維模型，在虛擬的三維環(huán)境下方便地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的碰撞沖突，在施工前快速、全面、準(zhǔn)確的檢查出設(shè)計圖紙中的錯誤、遺漏及各專業(yè)間的碰撞等問題，減少由此產(chǎn)生的設(shè)計變更和工程洽商，更大大提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，從而減少施工中的返工，提高建筑質(zhì)量，節(jié)約成本，縮短工期，降低風(fēng)險。 圖2  碰撞檢查 3.         形象進(jìn)度、4D虛擬 建筑施工是一個高度動態(tài)和復(fù)雜的過程，當(dāng)前建筑工程項目管理中經(jīng)常用于表示進(jìn)度計劃的網(wǎng)絡(luò)計劃，由于專業(yè)性強(qiáng)，可視化程度低，無法清晰描述施工進(jìn)度以及各種復(fù)雜關(guān)系，難以形象表達(dá)工程施工的動態(tài)變化過程。通過將BIM與施工進(jìn)度計劃相鏈接，將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D（3D+Time）模型中，可以直觀、精確地反映整個建筑的施工過程和虛擬形象進(jìn)度。4D施工模擬技術(shù)可以在項目建造過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進(jìn)度，優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)地進(jìn)行場地布置，對整個工程的施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。此外借助4D模型，承包工程企業(yè)在工程項目投標(biāo)中將獲得競標(biāo)優(yōu)勢，BIM可以讓業(yè)主直觀的了解投標(biāo)單位對投標(biāo)項目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、總體計劃是否基本合理等，從而對投標(biāo)單位的施工經(jīng)驗和實力作出有效評估。 4.         精確算量、成本控制 工程量統(tǒng)計結(jié)合4D的進(jìn)度控制，即所謂BIM在施工中的5D應(yīng)用。施工中的預(yù)算超支現(xiàn)象十分普遍，缺乏可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐是造成超支的重要原因。BIM是一個富含工程信息的數(shù)據(jù)庫，可以真實地提供造價管理需要的工程量信息，借助這些信息，計算機(jī)可以快速對各種構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)行砼算量和鋼筋算量。大大減少了繁瑣的人工操作和潛在錯誤，非常容易實現(xiàn)工程量信息與設(shè)計方案的完全一致。通過BIM獲得的準(zhǔn)確的工程量統(tǒng)計可以用于成本測算、在預(yù)算范圍內(nèi)不同設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，不同設(shè)計方案工程造價的比較，以及施工開始前的工程預(yù)算和施工過程中的結(jié)算。 圖3 基于BIM的“5D”施工管理 5.         現(xiàn)場整合、協(xié)同工作 BIM 技術(shù)的應(yīng)用更類似一個管理過程，同時，它與以往的工程項目管理過程不同，它的應(yīng)用范圍涉及到了業(yè)主方、設(shè)計院、咨詢單位、施工單位、監(jiān)理單位、供應(yīng)商等多方的協(xié)同。而且，各個參建方對于 BIM模型存在不同的需求、管理、使用、控制、協(xié)同的方式和方法。在項目運(yùn)行過程中需要以BIM模型為中心，使各參建方能夠在模型、資料、管理、運(yùn)營上能夠協(xié)同工作。 圖4 基于BIM模型服務(wù)器的協(xié)同管理 為了滿足協(xié)同建設(shè)的需求，提高工作效率，需要建立統(tǒng)一的集成信息平臺。通過統(tǒng)一的平臺，使各參建方或業(yè)主各個建設(shè)部門間的數(shù)據(jù)交互直接通過系統(tǒng)進(jìn)行，減少溝通時間和環(huán)節(jié)，解決各個參建方之間的信息傳遞與數(shù)據(jù)共享問題。實現(xiàn)系統(tǒng)集中部署、數(shù)據(jù)集中管理。能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的獲取、歸納與分析，協(xié)助項目管理決策。形成溝通項目成員協(xié)同作業(yè)的平臺，使各參建方能夠進(jìn)行溝通、決策、審批、渠道、項目跟蹤、通訊等。 基于BIM模型，在統(tǒng)一的平臺下強(qiáng)化項目運(yùn)營管控。圍繞BIM模型進(jìn)行分析、算量、造價，形成預(yù)算文件。并將模型導(dǎo)入系統(tǒng)平臺，形成招標(biāo)、進(jìn)度、結(jié)算、變更的依據(jù)。BIM模型集成進(jìn)度計劃，將進(jìn)度管理的甘特圖綁定BIM模型，按照進(jìn)度計劃，形成下期資金、招標(biāo)、采購等的計劃。按照實際進(jìn)度填報，自動形成實際工程量的申報。在分包和采購招標(biāo)階段，圍繞BIM模型，進(jìn)行造價預(yù)算分析，基于輔助評標(biāo)系統(tǒng)，形成標(biāo)書文件。同時可以對投標(biāo)文件進(jìn)行分析、對比、指標(biāo)抽取、造價知識存儲等。按照招標(biāo)簽訂合同，基于進(jìn)度BIM模型申報資金計劃，進(jìn)行設(shè)計變更、工程變更、工程結(jié)算和項目成本管理。     圖5 基于BIM的集成信息平臺 6.         數(shù)字化加工、工廠化生產(chǎn) 建筑工業(yè)化是工廠預(yù)制和現(xiàn)場施工相結(jié)合的建造方式，這將是未來建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。BIM結(jié)合數(shù)字化制造能夠提高承包工程行業(yè)的生產(chǎn)效率。實現(xiàn)建筑施工流程的自動化。建筑中的許多構(gòu)件可以異地加工，然后運(yùn)到建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中（例如門窗、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)件）。通過數(shù)字化加工，可以準(zhǔn)確完成建筑物構(gòu)件的預(yù)制，這些通過工廠精密機(jī)械技術(shù)制造出來的構(gòu)件不僅降低了建造誤差，并且大幅度提高構(gòu)件制造的生產(chǎn)率，這樣一種綜合項目交付方式可以大幅度地降低建造成本，提高施工質(zhì)量，縮短項目周期，同時減少資源浪費(fèi)，并體現(xiàn)先進(jìn)的施工管理。對于沒有建模條件的建筑部位還可以借助先進(jìn)的三維激光掃描技術(shù)，快速獲取原始建筑物或構(gòu)件模型信息。 圖6 鋼筋下料、預(yù)制加工 7.         可視化建造、集成化交付（IPD） 傳統(tǒng)的項目管理模式中，建設(shè)項目參與者的集成化程度差，設(shè)計和施工處于獨(dú)立進(jìn)行的運(yùn)作狀態(tài)，設(shè)計商和承包商之間、總承包商和分包商之間、總承包商和供應(yīng)商之間、分包商和供應(yīng)商之間、業(yè)主和總承包商之間缺乏長期的合作關(guān)系。無休止的設(shè)計變更、錯誤誤差、工期拖沓冗長、生成效率低下、協(xié)調(diào)溝通緩慢、費(fèi)用超支等問題困擾著建設(shè)行業(yè)的所有參與者（設(shè)計師、工程師、施工方和業(yè)主）。造成這一不良機(jī)制的原因主要是在一個建設(shè)項目中的各個參與單位間，存在著各種各樣的利益沖突、文化差異和信息保護(hù)等問題。項目的各成員往往只關(guān)注企業(yè)自身的利益的最大化，協(xié)同決策的水平低，往往是建設(shè)項目中的局部最優(yōu)化而不是整體最優(yōu)化。 隨著建筑信息模型BIM技術(shù)的逐漸成熟，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的新的建設(shè)項目綜合交付方法IPD（Integrated Product Development）是在工程建設(shè)行業(yè)為提升行業(yè)生產(chǎn)效率和科技水平在理論研究和工程實踐基礎(chǔ)上總結(jié)出來的一種項目信息化技術(shù)手段和一套項目管理實施模式。它帶來新的項目管理模式變更，最大程度的建筑專業(yè)人員整合，實現(xiàn)信息共享及跨職能、跨專業(yè)、跨企業(yè)團(tuán)隊的高效協(xié)作。 美國建筑師學(xué)會（AIA）將IPD集成項目交付定義為“一種項目交付方法，即將建設(shè)工程項目中的人員、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)和事件全部集成到一個流程中。在該流程中，所有參與者將充分發(fā)揮自己的智慧和才華，在設(shè)計、制造和施工等所有階段優(yōu)化項目成效、為業(yè)主增加價值、減少浪費(fèi)并最大限度提高效率”。 IPD是以信息機(jī)知識整合為基礎(chǔ)，是信息技術(shù)、協(xié)同技術(shù)與業(yè)務(wù)流程創(chuàng)新相互融合所產(chǎn)生的新的項目組織及管理模式，也是一種使BIM價值最大化的項目管理實施模式。反過來， BIM 是IPD模式得以能夠?qū)崿F(xiàn)高度協(xié)同的重要基礎(chǔ)支撐，是支持IPD成功高效實施的技術(shù)手段。IPD的核心是一個從項目一開始就建立的由項目主要利益相關(guān)方參與的一體化項目團(tuán)隊，這個團(tuán)隊對項目的整體成功負(fù)責(zé)。這樣的一個團(tuán)隊至少包括業(yè)主、設(shè)計總包和施工總包三方，跟傳統(tǒng)的接力棒形式的項目管理模式比較起來，團(tuán)隊變大變復(fù)雜了，因此，在任何時候都更需要一個合適的技術(shù)手段支持項目的表達(dá)、溝通、討論、決策，這個手段就是BIM。 BIM能夠作為工程項目信息的共享知識資源，從項目生命周期開始就為其奠定可靠的決策基礎(chǔ)，是不同參與者在項目生命周期的不同階段進(jìn)行協(xié)作，輸入、提取、更新或者修改BIM信息。IPD基于BIM構(gòu)建了從設(shè)計、施工到運(yùn)營的高度協(xié)作流程，通過采用該流程，建筑師、工程師、承包商和業(yè)主能夠創(chuàng)建協(xié)調(diào)一致的數(shù)字設(shè)計信息與文檔。IPD作為一種新的項目交付方法論，通過改變項目參與者之間的合作關(guān)系，從協(xié)同的角度，加大參與者之間的合作與創(chuàng)新，對協(xié)同的過程不斷進(jìn)化優(yōu)化及持續(xù)性改進(jìn)。   四、           結(jié)語 BIM的出現(xiàn)可謂是工程建設(shè)行業(yè)的第二次革命，在過去兩年看BIM的時候，一些人對BIM還是持觀望態(tài)度。如今，BIM的快速發(fā)展超出了很多人的想象，BIM不只是一種信息化技術(shù)，已經(jīng)開始影響到建筑施工企業(yè)的整個工作流程，并對企業(yè)的管理和生產(chǎn)起到變革作用。我們相信隨著越來越多的行業(yè)從業(yè)者關(guān)注和實踐BIM技術(shù) ，BIM必將發(fā)揮更大的價值帶來更多的效益，為整個建筑行業(yè)的跨越式發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。