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BIM技術(shù)在建筑工程全生命周期的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

2016-04-12 00:00:00隋偉寧

【摘要】迅速發(fā)展的建筑信息模型(BIM),已經(jīng)滲入到建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域,以BIM技術(shù)為主題的研究數(shù)不勝數(shù)。本文以中國知網(wǎng)(CNKI)為依托,隨機(jī)考察了近6年100篇有關(guān)BIM在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用的期刊文獻(xiàn),其中有36篇重點(diǎn)論述了建筑項(xiàng)目全生命周期各個階段(設(shè)計階段、施工階段、運(yùn)營維護(hù)階段)的應(yīng)用,將36篇文獻(xiàn)按照各個階段進(jìn)行分類,并針對BIM技術(shù)在每個階段的研究現(xiàn)狀,得出了BIM在應(yīng)用過程中主要存在的問題以及相應(yīng)的解決方法,同時對尚存亟需解決的問題做出了進(jìn)一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);建筑工程項(xiàng)目;全生命周期

【中圖分類號】TU17

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

1 引言

現(xiàn)階段,BIM技術(shù)對建筑工程的影響越來越大,業(yè)主、設(shè)計單位、施工單位、供應(yīng)商等多個利益相關(guān)方都開始思考如何應(yīng)用BIM技術(shù)來滿足行業(yè)的發(fā)展需求,這些需求主要集中在方案設(shè)計、施工管理及項(xiàng)目精細(xì)化管理上[ ]。建筑項(xiàng)目全生命周期包括設(shè)計階段、施工階段和運(yùn)營維護(hù)階段。國外已有BIM在建筑全生命周期各個階段中的應(yīng)用研究,國內(nèi)BIM技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展已有16年的歷史,但相對于BIM技術(shù)巨大的應(yīng)用前景來說,其研究與應(yīng)用還處于初級階段。

另外,國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用集中在設(shè)計和施工階段,運(yùn)維階段相對較少。目前,雖然針對不同階段取得了一些研究成果,但是還有相當(dāng)多的難題亟待解決,其中也包括BIM軟件在本土化的過程中存在的一些問題。本文以中國知網(wǎng)(CNKI)為依托,隨機(jī)考察了2011年-2016年100篇有關(guān)BIM在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用的期刊文獻(xiàn),共有42篇文獻(xiàn)與BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用相關(guān),其中36篇重點(diǎn)論述建筑項(xiàng)目全生命周期各個階段的應(yīng)用,其余64篇則是涉及建筑工程的其他方面。將36篇文獻(xiàn)按照各個階段進(jìn)行分類,各個階段文獻(xiàn)數(shù)量如圖1所示,可見現(xiàn)階段關(guān)于BIM技術(shù)的應(yīng)用研究成果主要集中在設(shè)計階段和施工階段。接著針對BIM技術(shù)在每個階段的應(yīng)用情況,得出了BIM在應(yīng)用過程中主要存在的問題以及相應(yīng)的解決方法,同時對尚存亟需解決的問題做出了進(jìn)一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

2 設(shè)計階段

建筑工程設(shè)計包括建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)電設(shè)備設(shè)計等,并分別由建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師完成。施工現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計圖紙匯總時,不同專業(yè)之間的設(shè)計沖突問題頻繁發(fā)生,從而導(dǎo)致成本超支、進(jìn)度拖延及質(zhì)量缺陷等[ ]。 BIM系統(tǒng)具有強(qiáng)大的信息綜合協(xié)同能力,在設(shè)計階段應(yīng)用BIM技術(shù),可以有效地減少“設(shè)計問題,施工補(bǔ)救”現(xiàn)象的發(fā)生。

表1中設(shè)計階段的18篇期刊文獻(xiàn),主要涉及BIM3D協(xié)同設(shè)計研究,BIM與國內(nèi)設(shè)計軟件鏈接,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Tekla BIM應(yīng)用等內(nèi)容,具體分類如表1所示:

2.1 BIM3D協(xié)同設(shè)計

協(xié)同設(shè)計(Computer Support Cooperative De-sign)是指在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境下,由多成員共同完成一項(xiàng)設(shè)計任務(wù)的協(xié)同工作系統(tǒng)[ ]。協(xié)同設(shè)計以BIM技術(shù)系統(tǒng)為支撐,有效地加強(qiáng)設(shè)計者之間的交流合作,是建筑設(shè)計業(yè)的發(fā)展趨勢。王勇等通過分析BIM協(xié)同設(shè)計中的用戶管理、模型管理、用戶通訊等關(guān)鍵技術(shù)問題,構(gòu)建起基于網(wǎng)絡(luò)的工程協(xié)同設(shè)計環(huán)境[ ]。陳杰等將云計算技術(shù)與BIM集成應(yīng)用于建筑工程協(xié)同設(shè)計,構(gòu)建了一個基于Could-BIM的協(xié)同設(shè)計平臺[2]。許蓁通過分析處理協(xié)同設(shè)計過程中產(chǎn)生的反饋信息,將“反饋-優(yōu)化”機(jī)制固定到設(shè)計流程中,有效地提高了設(shè)計的質(zhì)量[ ]。

目前,只對基于Could-BIM的協(xié)同設(shè)計平臺部分功能進(jìn)行了測試,未來的研究重點(diǎn)還需進(jìn)一步探索本協(xié)同設(shè)計平臺的有效性。另外,我們應(yīng)該看到,三維數(shù)字模型作為協(xié)同設(shè)計平臺的基礎(chǔ),其在各功能軟件間的互操作性還需要更深入的研究[2]。

2.2 BIM與國內(nèi)設(shè)計軟件鏈接

BIM軟件格式不能跟國內(nèi)軟件通用,與PKPM、盈建科等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件間沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口,建筑信息不能有效傳遞。王曉彤等將 CAD作為 Revit Structure 和 PKPM 的橋梁,把Revit Structure 中的物理模型導(dǎo)入 PKPM 中進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算[ ]。孫紅三等針對DeST軟件的發(fā)展,開發(fā)了該軟件的gbXML接口、完成了軟件BIM能力的提升[ ]。

但是,以上兩種方法,在導(dǎo)入信息過程中會有部分缺失,轉(zhuǎn)換效率不高,接口工作仍需要進(jìn)一步的完善,同時軟件智能功能仍有待改進(jìn)和開發(fā)。

2.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Tekla BIM應(yīng)用

國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋼構(gòu)生產(chǎn)廠家深化圖紙的需求,多數(shù)中小企業(yè)需要進(jìn)一步設(shè)計才能直接用于車間生產(chǎn)。于海艷等指出國內(nèi)一些標(biāo)準(zhǔn)低機(jī)械式的軟件不能滿足設(shè)計,Tekla Structure在我國大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的應(yīng)用將會愈加明顯[ ]。陳曉蓉等將TeklaBIM和傳統(tǒng)BIM進(jìn)行具體分析對比,指出TekIaBIM對于業(yè)主來說具有強(qiáng)勁的發(fā)展?jié)摿Γ彩墙窈蠼ㄖI(yè)發(fā)展方向[ ]。夏海兵簡要介紹了上海城建集團(tuán)在PC深化設(shè)計中使用Tekla Structure軟件的情況,指出Tekla BIM建筑行業(yè)的應(yīng)用前期非常廣闊[ ]。

但是,Tekla BIM的4D(3D+時間)和5D(3D+時間+成本)模型功能有一定的缺陷,異形構(gòu)件配筋功能不夠完善、圖紙中尺寸標(biāo)注的不夠智能化[10]。這需要Tekla公司能夠不斷改進(jìn)軟件功能,帶給我們更加美好的用戶體驗(yàn)。

另外,曾雯琳等基于Revit二次開發(fā)技術(shù),提出了一種將DfS規(guī)則轉(zhuǎn)化為Revit能識別的計算機(jī)語言,高效識別施工安全風(fēng)險[ ]。胡振中等利用BlM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了支架半自動設(shè)計、管道輔助劃分和管組智能拼裝[ ]。孫曉峰等分別論述CAAD各發(fā)展階段技術(shù)特征,客觀地認(rèn)識了當(dāng)前BIM和參數(shù)化設(shè)計發(fā)展存在的問題[ ]。

3 施工階段

建筑工程項(xiàng)目過程復(fù)雜,設(shè)計變更和施工返工現(xiàn)象普遍存在,導(dǎo)致成本增加。在這種情況下,利用BIM技術(shù)能夠詳細(xì)展現(xiàn)工程三維信息,在施工前對設(shè)計和施工方案進(jìn)行檢驗(yàn),降低了返工率。

3.1 虛擬施工

虛擬施工技術(shù)能夠更好地對施工過程進(jìn)行動態(tài)模擬與渲染,預(yù)先檢測施工過程中可能存在的問題,進(jìn)而提高施工效率。任琦鵬等對虛擬施工場地進(jìn)行合理地劃分與組織,完成了不同規(guī)模場景中施工過程的高效動態(tài)模擬與分析[14]。胡蕓根據(jù)工作實(shí)踐提出了BIM虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢以及實(shí)際的應(yīng)用程序和技術(shù)要點(diǎn)[15]。

3.2碰撞檢查

根據(jù)設(shè)計施工圖紙,建立BIM3D模型,可以對建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢測,同時生成碰撞檢測報告,提前解決施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題,減少工程返工。楊士玨等以龍信老年賓館工程為例,利用BIM進(jìn)行了各專業(yè)信息間的碰撞檢查[16]。

3.3 4D-BIM施工仿真

4D施工仿真技術(shù)就是將BIM三維核心模型與施工進(jìn)度計劃進(jìn)行匹配,賦予模型的每個構(gòu)件具體的時間進(jìn)度參數(shù),實(shí)現(xiàn)三維建筑模型與施工進(jìn)度的聯(lián)動,有效控制施工進(jìn)度[17]。林佳瑞等在清華大學(xué)4D-BIM系統(tǒng)研究成果基礎(chǔ)上,建立進(jìn)度計劃及資源信息與進(jìn)度-資源仿真優(yōu)化模型的轉(zhuǎn)換機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度與資源配置的均衡與優(yōu)化[18]。王仁超等建立混凝土壩工程施工信息模型,將基本信息模型同大壩進(jìn)度信息、資源信息等相鏈接提出了大壩4D信息模型[19]。

3.4 施工安全管理

建筑施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變,作業(yè)人員流動性大,大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)集中。這些特點(diǎn)決定了建筑施工現(xiàn)場不可預(yù)測因素較多。因此,建立安全事故預(yù)防機(jī)制,提高施工現(xiàn)場安全管理水平,具有重要意義。郭紅領(lǐng)等結(jié)合BIM和RFID技術(shù),建立了施工現(xiàn)場工人實(shí)時定位與安全預(yù)警系統(tǒng)模型,實(shí)時進(jìn)行安全警報[20]。郭紅領(lǐng)等構(gòu)建集成BIM和定位技術(shù)(PT)的工人不安全行為預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場事故的預(yù)防[21]。姚佳夢等構(gòu)建并優(yōu)化了三維安全標(biāo)志信息模型,使施工現(xiàn)場安全標(biāo)志達(dá)到合理的布置[22]。張麗麗從施工現(xiàn)場安全因素的多個方面闡述了BIM技術(shù)在施工階段安全管理體系中的應(yīng)用[23]。

另外,吳厚增等建立建筑業(yè)農(nóng)民工精益管理的新觀念,使農(nóng)民工從傳統(tǒng)的自由施工狀態(tài)進(jìn)入嚴(yán)謹(jǐn)BIM技術(shù)施工狀態(tài)[24]。張家昌等將BIM技術(shù)與FRID技術(shù)相結(jié)合,隨時追蹤和監(jiān)控預(yù)制構(gòu)件的儲存和吊裝[25]。

4 運(yùn)營維護(hù)階段

目前,國內(nèi)外有關(guān)運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用研究,總體還處于初級階段。美國美國一些大學(xué)雖然提出了運(yùn)維階段信息標(biāo)準(zhǔn),但依舊沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[26]。

建筑項(xiàng)目運(yùn)維管理周期長、涉及人員復(fù)雜,傳統(tǒng)的運(yùn)維管理效率比較低下。在建筑項(xiàng)目的運(yùn)維階段應(yīng)用BIM技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計、施工和運(yùn)維的信息共享,提供與完工現(xiàn)場完全吻合的竣工模型,同時建立項(xiàng)目的產(chǎn)品庫和建材庫,增強(qiáng)建筑企業(yè)的競爭優(yōu)勢。胡振中等廣泛調(diào)研文獻(xiàn),從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對當(dāng)前國內(nèi)外BIM運(yùn)維的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述[27]。

5 結(jié)論

BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目全生命周期應(yīng)用過程中,雖然針對不同階段取得了相應(yīng)的研究成果,但是還有相當(dāng)多的難題亟待解決。國內(nèi)建筑企業(yè)對BIM技術(shù)的應(yīng)用大多停留在三維建模,BIM技術(shù)在理念和商業(yè)模式上的發(fā)展還需要進(jìn)一步的完善,要想使BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目上得到合理的應(yīng)用,就需要建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(包括分類編碼標(biāo)準(zhǔn),BIM制圖標(biāo)準(zhǔn),BIM施工標(biāo)準(zhǔn)等),雖然一些地方標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺,但是沒有真正意義上指導(dǎo)建筑施工。但是,比起B(yǎng)IM技術(shù)巨大的發(fā)展?jié)摿?,這些難題在不久的將來會逐一得到解決。

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