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BIM設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用價值及未來趨勢

導(dǎo)讀：

隨著城市的建設(shè)和發(fā)展，城市對節(jié)能和智能化要求越來越高，綠色建筑和智慧城市是建筑業(yè)未來的發(fā)展方向，建筑工業(yè)化是大勢所趨，而BIM技術(shù)則是實現(xiàn)建筑業(yè)由傳統(tǒng)向工業(yè)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。BIM技術(shù)是建筑業(yè)難得的信息技術(shù)，近幾年被廣泛研究和使用，其重要性正在日益增強。同時，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和區(qū)塊鏈等技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)的發(fā)展即將進入革命性的新階段，必將成為未來建筑業(yè)發(fā)展的新趨勢。

作者簡介?

葉其軍

本科，工程師。現(xiàn)任上海環(huán)境院工程所項目工程師。

一、BIM概念的重新解讀

BIM的概念：BIM即“建筑信息模型”，是指在建設(shè)工程及設(shè)施全生命周期內(nèi)，對其物理和功能特性進行數(shù)字化表達，并依此設(shè)計、施工、運營的過程和結(jié)果的總稱，簡稱模型。——《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》

BIM不是一個單一的軟件，而是一個集成各專業(yè)、各平臺、各軟件功能的高層次平臺，負(fù)責(zé)各專業(yè)、各平臺的人員在同一個平臺上操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的流轉(zhuǎn)和交換，各專業(yè)、各部門之間的協(xié)同作業(yè)是該系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的核心。

BIM打通了項目設(shè)計、項目招標(biāo)、項目施工及項目運維四個環(huán)節(jié)的信息壁壘，使建筑在其生命周期內(nèi)持續(xù)積累數(shù)據(jù)信息，通過共享信息提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效率。

二、BIM在設(shè)計階段的應(yīng)用價值體現(xiàn)

設(shè)計院在以往設(shè)計階段中存在的諸如圖紙冗繁、錯誤率高、變更頻繁、協(xié)作溝通困難等缺點，都將被BIM技術(shù)所解決。BIM所帶來的價值優(yōu)勢遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的CAD模式。在項目建設(shè)的設(shè)計階段，通過BIM技術(shù)，建筑師們可以在三維可視化的空間角度及邏輯思維下進行思考，并能讓業(yè)主隨時了解到自己的投資可以收獲什么樣的成果。

BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用主要可總結(jié)為以下幾點：方案比選、協(xié)同設(shè)計、碰撞檢查、性能分析、管線綜合、出施工圖。

（一）設(shè)計方案比選

1、痛點場景：

傳統(tǒng)設(shè)計階段中，設(shè)計院為客戶提供的設(shè)計方案可比選范圍小，且無法直觀的全方位審查設(shè)計成果，針對客戶提出的要求修改難度高且工程量大。

2、BIM價值：

通過BIM三維可視化技術(shù)，可以快速通過立體模型，依據(jù)業(yè)主需求設(shè)計多套方案以供比較選擇。后期修改時，協(xié)調(diào)修改便捷，可將設(shè)計思路與業(yè)主隨時進行溝通交流，最終實現(xiàn)設(shè)計方案最優(yōu)效果。

（二）各專業(yè)協(xié)同設(shè)計

1、痛點場景：

各專業(yè)設(shè)計人員分別參與不同設(shè)計工作，不考慮其他專業(yè)設(shè)計因素，最終施工圖未有效結(jié)合，導(dǎo)致后續(xù)施工過程缺乏協(xié)調(diào)性而二次拆改，造成大量時間及成本的浪費。

2、BIM價值：

BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計是指建立統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，在此基礎(chǔ)上，所有設(shè)計專業(yè)人員在一個統(tǒng)一的平臺上進行設(shè)計，建立各自專業(yè)的三維設(shè)計模型，實時在平臺上進行匯總整合分析，從而減少傳統(tǒng)設(shè)計流程中各專業(yè)之間（以及專業(yè)內(nèi)部）由于溝通不暢或溝通不及時導(dǎo)致的錯、漏、碰、缺，真正實現(xiàn)所有圖紙信息的單一性，實現(xiàn)一處修改其他自動修改，提升設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

（三）碰撞檢查

1、痛點場景：

傳統(tǒng)機電管線系統(tǒng)的設(shè)計以平面圖為主，且在設(shè)計完成時，設(shè)計圖紙還留有很多以示意為主的表達，必須等到施工階段才由施工者自行判斷決定解決沖突問題。另外，土建設(shè)計師在設(shè)計墻體時，經(jīng)常沒有為機電、工藝設(shè)備等專業(yè)預(yù)留孔洞，導(dǎo)致安裝管道時要現(xiàn)場重新打孔穿管，甚至將墻體推倒重砌。

2、BIM價值：

利用BIM技術(shù)建立各專業(yè)三維設(shè)計模型，同步將這些模型整合到一起，提前找出各專業(yè)在空間上的設(shè)計沖突，形成碰撞數(shù)據(jù)報告，并集中各專業(yè)設(shè)計人員進行會審，提供解決方案。利用BIM模型可提前確認(rèn)好土建專業(yè)需預(yù)留預(yù)埋的情況，安裝各專業(yè)管道時可提前做翻彎處理等。在施工之前解決設(shè)計沖突打架的情況，確保設(shè)計方案的可實施性和圖紙的可建造性，減少返工。

（四）性能模擬分析

1、痛點場景：

過去的工程項目，如果想要進行模擬分析的話，需要花費很多時間、精力與成本。首先需要對建筑二維圖紙進行轉(zhuǎn)換生成簡單模型，隨后賦予整體模型基礎(chǔ)參數(shù)，由于對數(shù)據(jù)收集的匱乏，僅僅只能做一些表面工作的動漫或者漫游，不具有項目指導(dǎo)性意義。

2、BIM價值：

性能模擬分析主要包括結(jié)構(gòu)分析、能耗分析、光照分析、安全疏散分析等。建筑性能模擬在過去一直是建筑師或者設(shè)計師的一個夢想，因為工具及技術(shù)的原因很難達成真實有效的模擬。現(xiàn)在可以通過BIM技術(shù)配合相關(guān)軟件對建筑項目中周邊環(huán)境的地理信息、環(huán)境信息、自然氣象信息等等進行集成與分析，模擬項目的熱能傳遞、日照、風(fēng)向甚至是自然災(zāi)害等狀況。同時，還可以對項目的設(shè)備設(shè)施的能耗、負(fù)荷等進行模擬分析，得出建筑設(shè)備所需的能耗數(shù)值、能效信息，調(diào)整設(shè)計方案，實現(xiàn)綠色建筑設(shè)計。并且，使用BIM技術(shù)可以三維立體地動態(tài)查看，使設(shè)計分析更加準(zhǔn)確、快捷與全面。

（五）導(dǎo)出施工圖

1、痛點場景：

在傳統(tǒng)的二維平面圖紙中，一張圖紙需要修改相應(yīng)信息，必將連帶影響其他多張圖紙信息的變動，費時費力，出錯率高，容易改不到位，這種問題在一定程度上影響了工程項目的設(shè)計質(zhì)量。

2、BIM價值：

BIM技術(shù)的出圖基于唯一的BIM模型數(shù)據(jù)源，任何對工程設(shè)計的實質(zhì)性修改都將反映在BIM模型中,軟件可以依據(jù)BIM模型的修改信息自動更新所有與該修改相關(guān)的二維圖紙，由BIM模型到二維圖紙的自動更新將為設(shè)計人員節(jié)省大量的圖紙修改時間，在很大程度上提高了設(shè)計質(zhì)量。

在工程設(shè)計階段通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計模型、土建設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機電設(shè)計、三維審圖、能耗分析等方面帶來諸多便捷。通過BIM相關(guān)三維設(shè)計軟件進行模型建立、圖紙輸出并進行工程量統(tǒng)計，不僅滿足了設(shè)計階段的應(yīng)用，還為后期施工及運營維護提供了全信息模型。通過BIM技術(shù)在工程設(shè)計階段的應(yīng)用，使得設(shè)計工作效率成倍提高、工程量自動計算、設(shè)計成果直觀形象、實現(xiàn)方案多樣化、解放生產(chǎn)力，可使設(shè)計人員更專注于設(shè)計本身。

三、現(xiàn)階段BIM設(shè)計發(fā)展怎么樣？

BIM的概念自1970年代以來一直在發(fā)展，概念范圍不斷擴大后進入中國，隨市場規(guī)模和科技發(fā)展，中國已成為全球最大BIM服務(wù)市場。

中國政府近年來高度重視并支持BIM產(chǎn)業(yè)，從2013年開始，BIM技術(shù)在中國進入了一個快速發(fā)展的時期。近年來，國務(wù)院、建設(shè)部以及全國各省市政府等相關(guān)單位，頻繁頒發(fā)關(guān)于工程建設(shè)項目要求強制應(yīng)用BIM技術(shù)的文件。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)推進建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見：到2020年末，甲級勘察、設(shè)計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM技術(shù)與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。到2020年末，新立項項目勘察設(shè)計、施工、運營維護中，集成應(yīng)用BIM技術(shù)的項目比例達到90%。

根據(jù)上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會項目報建系統(tǒng)的報建項目數(shù)據(jù)，2020年本市新增報建項目2026個，應(yīng)用BIM技術(shù)的項目數(shù)量達777個，總投資10757.94億元，其中政府投資201個，投資額1591.36億元；社會投資576個，投資額9166.65億元。大型項目應(yīng)用BIM技術(shù)的理念與需求持續(xù)快速在社會層面普及與深入發(fā)展。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用的推進，越來越多社會企業(yè)開始有意識并重視BIM技術(shù)投資以獲得項目層面和企業(yè)層面的應(yīng)用價值，諸如提升企業(yè)形象、打造企業(yè)核心競爭力等。

結(jié)合“十四五”規(guī)劃和長三角戰(zhàn)略，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和發(fā)展方興未艾，且業(yè)態(tài)有新的方向，而BIM技術(shù)是計算機技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、圖形展示技術(shù)與傳統(tǒng)土木工程相結(jié)合的一種新興技術(shù)，目前正在高速發(fā)展階段，還遠(yuǎn)沒有達到成熟的程度。

雖然BIM技術(shù)在其發(fā)展過程中，各方面的不斷嘗試已經(jīng)顯露了強大的優(yōu)勢和無數(shù)可能，但也存在不少問題，一是BIM技術(shù)應(yīng)用過程容易出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象，BIM技術(shù)仍然是信息孤島，與設(shè)計、質(zhì)量控制等總體上還處于兩張皮狀態(tài)，能夠被施工利用的數(shù)據(jù)也不多，海量的施工數(shù)據(jù)的存儲、利用尚未變成現(xiàn)實，在提升養(yǎng)護管理水平上也還沒有實質(zhì)性的進展,協(xié)同工作能級有待提升；二是BIM技術(shù)的應(yīng)用仍然沒有形成正向收益，需要不斷燒錢來支撐。形成這種困難的根本原因，是高高在上的IT技術(shù)與腳踏實地的土木工程之間，仍然未達到一種協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

四、BIM技術(shù)未來發(fā)展的趨勢

BIM的發(fā)展必將給建筑業(yè)帶來新的革命。隨著BIM研究和應(yīng)用的深入，建筑業(yè)的分工將進一步細(xì)化，并能夠?qū)崿F(xiàn)三維環(huán)境下的協(xié)同設(shè)計、管理、運維。BIM技術(shù)的成熟，將形成內(nèi)容完整、應(yīng)用廣泛、性能更優(yōu)的建筑信息模型。

未來將實現(xiàn)高水平的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)建筑工程全生命周期管理。隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑工程業(yè)的效率勢必不斷提高，未來BIM技術(shù)的發(fā)展預(yù)計將有以下四大發(fā)展趨勢：

（一）移動端的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動智能終端的普及，人們可以隨時隨地獲取信息。在建筑施工領(lǐng)域，施工監(jiān)理人員等在未來將配備這些移動設(shè)備，可以在工作現(xiàn)場進行指導(dǎo)。

BIM作為大數(shù)據(jù)的載體，借助信息管理系統(tǒng)為企業(yè)運營和項目管理提供有價值的決策依據(jù)。相信隨著科技的不斷發(fā)展進步，BIM終將成為土木工程領(lǐng)域高效率增長的引擎，再次煥發(fā)建筑業(yè)的無限活力。

（二）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及

將監(jiān)控、無線傳感器放置在建筑物的各個角落，對建筑物內(nèi)的濕度、空氣質(zhì)量、溫度等進行監(jiān)控，結(jié)合供暖、通風(fēng)、供水等控制信息，工程師可以充分了解建筑物的綜合情況，從而使設(shè)計和施工決策方案更加有效合理。

（三）數(shù)字化云計算應(yīng)用

數(shù)字化、云計算的應(yīng)用通過一種激光掃描橋梁、道路等工程區(qū)域信息，可以獲得早期的一手?jǐn)?shù)據(jù)。設(shè)計師可以在這種浸入交互式的三維空間中進行工作。結(jié)構(gòu)分析、能耗分析都需要用云計算強大的計算能力來處理和分析。甚至渲染和分析過程可以達到實時的計算，幫助設(shè)計師實時在諸多不同的設(shè)計和解決方案之間進行比較，擇優(yōu)而立。

（四）扁平化協(xié)同模式

扁平化協(xié)同模式要建設(shè)完善的BIM實施，必須通過制定協(xié)同工作流程來保障和協(xié)同，可以將原設(shè)計師、工程師、承包商、業(yè)主的協(xié)同變成扁平化的管理風(fēng)格，實現(xiàn)成果共享，各方參與，使得BIM可以在項目生命周期內(nèi)實現(xiàn)總價值的最大化。

五、結(jié)論

BIM的應(yīng)用與發(fā)展壯大，已經(jīng)改變并將繼續(xù)改變土木工程傳統(tǒng)的生產(chǎn)和施工模式，為建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型提供強大的動力。當(dāng)前中國正處于世界范圍內(nèi)的新科技革命、產(chǎn)業(yè)變革和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的歷史交匯點上，對建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)型推動力加強，建筑行業(yè)需要以全新視角審慎分析當(dāng)前的轉(zhuǎn)型經(jīng)營環(huán)境，迭代經(jīng)營思維，在管理實踐中大力創(chuàng)新，因勢利導(dǎo)，重新研究、錨定企業(yè)新的戰(zhàn)略選擇，謀篇布局、先發(fā)制人。

（責(zé)任編輯：何雯麗）