BIM在建筑工程生命周期的理論研究

第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集上海˙2011EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.BIM在建筑工程生命周期的理論研究任江1,王嘯波2,郭娜3中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司【摘要】：建筑信息模型(BIM)技術(shù)是現(xiàn)在建筑行業(yè)研究的熱點(diǎn)，也是建筑信息化的核心技術(shù)。它作為數(shù)字化信息集成的載體，貫穿于建筑全壽命周期的各個(gè)階段，指導(dǎo)建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理本文對(duì)BIM技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了研究，闡述了該技術(shù)對(duì)建筑全生命周期建設(shè)和管理的重要意義和給建筑行業(yè)帶來的巨大效益。在分析建筑業(yè)低效率原因的基礎(chǔ)上，提出效率提高的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息集成化管理。【關(guān)鍵詞】BIM，建筑工程，BLM，IFC1引言進(jìn)入21世紀(jì)以以來，建筑行行業(yè)面臨來自自多方面挑戰(zhàn)戰(zhàn)，特別是來來自國(guó)外設(shè)計(jì)計(jì)公司的強(qiáng)大大競(jìng)爭(zhēng)壓力?？焖侔l(fā)發(fā)展的城市建建設(shè)帶來了越越來越緊迫的的設(shè)計(jì)任務(wù)，層層出不窮的新新材料、新技技術(shù)，以及新新的設(shè)計(jì)思想想，這些都要要求設(shè)計(jì)人員員不斷更新自自我，進(jìn)行再再學(xué)習(xí)。2006年，美國(guó)建建筑師協(xié)會(huì)曾曾經(jīng)發(fā)出過一一個(gè)警告：不不懂建筑信息息模型(BIM：BuilddingIInformmationnModeeling))的建筑師，不不久的將來將將失去獲得ooffer的的機(jī)會(huì)。在美美國(guó)，隨著BBIM的推廣廣，所有的建建筑業(yè)務(wù)，包包括設(shè)計(jì)、設(shè)設(shè)計(jì)審核、預(yù)預(yù)算、工程管管理等，將會(huì)會(huì)整合到一起起。建筑信息模型((BuilddingIInformmationnModeeling，簡(jiǎn)稱BIM)技術(shù)創(chuàng)建并并利用數(shù)字模模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建建造和運(yùn)營(yíng)管管理[1]，將各各種建筑信息息組織成一個(gè)個(gè)整體，貫穿穿于建筑全生生命周期過程程。BIM在中國(guó)的全全面應(yīng)用將為為建筑業(yè)的發(fā)發(fā)展帶來巨大大的效益，使使設(shè)計(jì)乃至整整個(gè)工程的質(zhì)質(zhì)量和效率顯顯著提高。BIM將直接促使使建筑行業(yè)各各領(lǐng)域的變革革和發(fā)展；它它將使建筑行行業(yè)的思維模模式及習(xí)慣方方法產(chǎn)生深刻刻變化；使設(shè)設(shè)計(jì)、建造和和運(yùn)營(yíng)的過程程產(chǎn)生新的組組織方式和新新的行業(yè)規(guī)則則。目前，BIM在中國(guó)建筑筑業(yè)的應(yīng)用已已經(jīng)起步。2BLM理論論概述建筑信息管理包包括兩個(gè)方面面，其一是項(xiàng)項(xiàng)目創(chuàng)建過程程中建立建筑筑工程信息，其其二是在整個(gè)個(gè)項(xiàng)目生命周周期中管理和和共享這些信信息，從而達(dá)達(dá)到提高決策策準(zhǔn)確度，提提高運(yùn)營(yíng)敬率率，提高項(xiàng)目目質(zhì)量和提高高用戶獲利能能力的目標(biāo)。如如圖2-1所示圖2-1BLMM實(shí)現(xiàn)過程示示意圖建筑業(yè)對(duì)建設(shè)工工程信息的管管理和共享己己有多年的研研究，但由于于缺乏實(shí)現(xiàn)的的基礎(chǔ)和可行行技術(shù)的支持持，研究多數(shù)數(shù)停留在理論論和概念層面面上，在實(shí)踐踐上沒有突BBIM(BuuildinngInfoormatiioHMoodelliing)技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)，為真止實(shí)實(shí)現(xiàn)BLM的理念和BLM的實(shí)踐應(yīng)用用提供了技術(shù)術(shù)支撐。BIM技術(shù)將建筑筑工程項(xiàng)目中中的單構(gòu)件或或物體作為基基本元素，將將描述基本元元素的幾何數(shù)數(shù)據(jù)、物理特特性、施工要要求、價(jià)格資資料等相關(guān)信信息有機(jī)地組組織起來，形形成一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)化的建筑模模型，作為整整個(gè)建筑工程程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)據(jù)資料庫(kù)。這這些圍繞建筑筑物構(gòu)件或物物體組織起來來的數(shù)據(jù)不僅僅只是簡(jiǎn)單地地反映了建筑筑元素的幾何何特征、物理屬性性等特性，相相互之間還保保持著作為建建筑整體一部部分的空間關(guān)關(guān)系和邏輯關(guān)關(guān)系，作為虛虛擬空間的數(shù)數(shù)字化建筑物物，形成了完完整的、有層層次的信息系系統(tǒng)[2][[3]。由于BIM具有有承載各種信信息的能力，整整個(gè)建筑相關(guān)關(guān)的信息和一一整套設(shè)計(jì)文文檔存儲(chǔ)在集集成數(shù)據(jù)庫(kù)中中，所有信息息都已數(shù)字化化，完全相互互關(guān)聯(lián)。這樣樣就可阻在BIM上構(gòu)建各個(gè)個(gè)專業(yè)協(xié)同工工作的平臺(tái)。這這不但梢除了了以前各個(gè)專專業(yè)設(shè)計(jì)軟件件互不兼容、溝溝通渠道不暢暢的現(xiàn)象，還還實(shí)現(xiàn)了各專專業(yè)的信息共共享及有效管管理。在工程項(xiàng)目全生生命周期中(決策、設(shè)計(jì)計(jì)、施工、運(yùn)運(yùn)營(yíng)、管理、拆拆除后再利用用等階段)，各個(gè)專業(yè)業(yè)可以根據(jù)自自己的需要在在RIM中提取自己己所需要的數(shù)數(shù)據(jù)，來完成成各自的決策策、分析設(shè)計(jì)計(jì)、管理等目目的。同時(shí)從從BIM中獲取信息息時(shí)，也不斷斷的把本專業(yè)業(yè)創(chuàng)建的信息息加入到BIM中去，以提提供給其它專專業(yè)使用。如如此使工程中中各參與人員員通過BIM緊密的聯(lián)系系在一起，實(shí)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同工工作的目的。如如圖2-2所示。圖2-2在BIIM技術(shù)中各各專業(yè)協(xié)同示示意圖比如，在設(shè)計(jì)人人員構(gòu)建了BIM后，那么施施工人員就可可以從BIM中提取相關(guān)關(guān)的信息進(jìn)行行施工受力分分析，并把分分析結(jié)果錄入入NBIM中，項(xiàng)目管管理人員則可可以從BIM中提取相關(guān)關(guān)的施工信息息，進(jìn)行施工工組織安排等等等。由此看看來，BIM技術(shù)不僅解解決了建筑信信息的創(chuàng)建，更更重要的是構(gòu)構(gòu)筑起各專業(yè)業(yè)協(xié)同工作的的平臺(tái)，為BLM的實(shí)施提供供了一種協(xié)調(diào)調(diào)一致的信息息管理和共享享的方法。3建筑信息模模型(BIM)概述述3.1BIMMBlM是“建筑筑信息模型”(BuilddingIInformmationnModeeling))的簡(jiǎn)稱，這這項(xiàng)被眾多國(guó)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)師師稱之為“革命性”的技術(shù)。最最早是由美國(guó)國(guó)喬治亞技術(shù)術(shù)學(xué)院(GeorggiaTeechCoollegee)建筑與計(jì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的的查克·伊斯曼(ChuckkEasttman)博博士于30年前提出出的一個(gè)概念念：“建筑信息模模型綜合了所所有的幾何模模型信息、功功能要求和構(gòu)構(gòu)件性能。將將一個(gè)建筑項(xiàng)項(xiàng)目整個(gè)生命命周期內(nèi)的所所有信息整合合到一個(gè)單獨(dú)獨(dú)的建筑模型型中，而且還還包括施工進(jìn)進(jìn)度、建造過過程、維護(hù)管管理等的過程程信息?！弊?002年BIM被提出出以來。BIIM的涉及面面已十分廣。目目前來說主要要被應(yīng)用于設(shè)設(shè)計(jì)階段。除除此之外還被被人們應(yīng)用到到建筑業(yè)的多多個(gè)方面，包包括：建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、文文檔管理、成成本估算、施施工管理、項(xiàng)項(xiàng)目管理、可可視化等(如圖3-1所示)。圖3-1BIIM多維管理3.2IFCC由于BIM集集成了建筑工工程項(xiàng)目全壽壽命周期的所所有信息，因因此引發(fā)了新新的問題，也也就是建筑工工程項(xiàng)目各階階段各部門使使用各種不同同的軟件，而而這些軟件定定義的數(shù)據(jù)格格式各異，因因此需要一種種中立的數(shù)據(jù)據(jù)格式來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各種異構(gòu)數(shù)數(shù)據(jù)的集成，實(shí)實(shí)現(xiàn)各種不同同應(yīng)用軟件之之間的兼容性性。而國(guó)際協(xié)協(xié)同工作聯(lián)盟盟IAI組織，一直直致力于的IFC標(biāo)準(zhǔn)的研究究，就是為了了解決這個(gè)問問題。IAI所制定定的IFC標(biāo)準(zhǔn)，是IndusstryFFoundaationClasss工業(yè)基礎(chǔ)類類的縮寫。IFC標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于于建筑、工程程、施工與設(shè)設(shè)備管理等各各種應(yīng)用軟件件通過中立的的數(shù)據(jù)格式進(jìn)進(jìn)行信息交換換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)[2]，目的是為為了改變建筑筑業(yè)信息交換換雜亂無章的的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)信息的有序序共享，如圖圖3-2所示。只要要遵循IFC標(biāo)準(zhǔn)，不同同來源的數(shù)據(jù)據(jù)就能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)集成[3]。圖3-2IFFC標(biāo)準(zhǔn)IFC支持各各種建筑業(yè)軟軟件的交互，而而且作為一種種公共資源，允允許軟件開發(fā)發(fā)商以其為基基礎(chǔ)，開發(fā)面面向全球的應(yīng)應(yīng)用軟件。建建筑軟件開發(fā)發(fā)巨頭，如Autoddesk公司就力頂IFC標(biāo)準(zhǔn)。由于于得到了這些些軟件開發(fā)巨巨頭的支持，IFC所獲得的認(rèn)認(rèn)可度也越來來越高。建筑筑工程軟件開開發(fā)商可以利利用兩種方法法來開發(fā)支持持IFC標(biāo)準(zhǔn)的軟件件。一種是以以IFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的的范式來描述述各種建筑工工程數(shù)據(jù)；另另外一種是編編寫標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)數(shù)據(jù)輸入輸出出接口來支持持IFC標(biāo)準(zhǔn)。4BIM在建建筑工程生命命周期中得應(yīng)應(yīng)用4.1BIMM在建筑生命命周期的應(yīng)用用現(xiàn)狀BIM作為種先先進(jìn)的工具和和工作方式．．符合建筑行業(yè)的的發(fā)展趨勢(shì)。BIM不僅改變了了建筑設(shè)計(jì)的的手段和方法法，而且通過過在建筑全生生命周期中的的應(yīng)用．為建建筑行業(yè)提供供了一個(gè)革命命性的平臺(tái)，并并將徹底改變變建筑行業(yè)的的協(xié)作方式。BIM到底有哪些些價(jià)值？它在在建筑的全生生命周期中有有哪些應(yīng)用？？美國(guó)bSa（builddingSMMARTaalliannce）對(duì)BIM在建筑全生生命周期中的的應(yīng)用現(xiàn)狀做做了比較詳盡盡的歸納[44]。如圖4-11所示：圖4-1BIIM在建筑全生生命周期應(yīng)用用這些BIM應(yīng)用用按照建設(shè)項(xiàng)項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)設(shè)計(jì)、施工到到運(yùn)營(yíng)的發(fā)展展階段按時(shí)間間組織，有些些應(yīng)用跨越一一個(gè)到多個(gè)階階。有些應(yīng)用用則局限在某某一個(gè)階段內(nèi)內(nèi)。大量的項(xiàng)項(xiàng)目實(shí)踐表明明，BIM大大促促進(jìn)了建筑工工程全生命周周期的信息共共享．建筑企企業(yè)之問多年年存在的信息息隔閡被逐漸漸打破。這大大大提高了業(yè)業(yè)主對(duì)整個(gè)建建筑工程項(xiàng)目目全生命周期期的管理能力力，提高了所所有利益相關(guān)關(guān)者的工作效效率。4.2BIMM+互用+協(xié)同=BLM[55]建筑幕墻設(shè)計(jì)需需要涉及許多多不同的專業(yè)業(yè)，如建筑、結(jié)結(jié)構(gòu)、材料等等。由于BIIM“具有承載各各種信息的能能力，整個(gè)建建筑相關(guān)的信信息和一整套套設(shè)計(jì)文檔存存儲(chǔ)在集成數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，所所有信息都已已數(shù)字化，完完全相互關(guān)聯(lián)聯(lián)。這樣就可可以在BIMM垤上構(gòu)建各各個(gè)專業(yè)協(xié)同同工作的平臺(tái)臺(tái)。這不但消消除了以前各各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)軟件互不兼兼容的現(xiàn)象，還還實(shí)現(xiàn)了各專專業(yè)的信息共共享。例如設(shè)設(shè)計(jì)的修改或或變更、施工工這個(gè)協(xié)同工工作平臺(tái)上實(shí)實(shí)現(xiàn)。正是BIM的應(yīng)用，一一種新的建筑筑幕墻管理思思想應(yīng)運(yùn)而生生，這就是建建筑幕墻生命命全周期管理理(BuilldingLifeccycleManaggementt，BLM)。BLM是一種以BIM為基礎(chǔ)的創(chuàng)創(chuàng)建、管理、共共享信息的數(shù)數(shù)字化方法，能能夠大大減少少資產(chǎn)在建筑筑物整個(gè)生命命周期(從構(gòu)思到拆拆除)中的無效行行為和各種風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)。BLM是建筑工程程管理的最佳佳模式。BIM技術(shù)在發(fā)展展過程中，吸吸納了學(xué)術(shù)界界近年研究的的一些成果，融融匯入自身之之中。BLM是“BuuildinngLiffecyclleMaanagemment”的縮寫，中中文名稱“建設(shè)工程生生命周期管理理”。建筑幕墻墻工程建設(shè)項(xiàng)項(xiàng)目的生命周周期主要由兩兩個(gè)過程組成成：第一是信信息過程，第第二是物質(zhì)過過程。施工開開始以前的項(xiàng)項(xiàng)目策劃、設(shè)設(shè)計(jì)、招投標(biāo)標(biāo)的主要工作作就是信息的的生產(chǎn)、處理理、傳遞和應(yīng)應(yīng)用；施工階階段的工作重重點(diǎn)雖然是物物質(zhì)生產(chǎn)(把幕墻建造造起來)，但是其物物質(zhì)生產(chǎn)的指指導(dǎo)思想?yún)s是是信息(施工階段以以前產(chǎn)生的施施工圖及相關(guān)關(guān)資料)，同時(shí)伴隨隨施工過程還還在不斷生產(chǎn)產(chǎn)新的信息(材料、設(shè)備備的明細(xì)資料料等)；使用階段段實(shí)際上也是是一個(gè)信息指指導(dǎo)物質(zhì)使用用(清洗維修保保養(yǎng)等)過程。BIM就是一個(gè)包包含了建筑全全生命周期(BuilldingLifeccycleManaggementt，簡(jiǎn)稱BLM)，包括建筑筑物規(guī)劃、設(shè)設(shè)計(jì)、旅工、運(yùn)運(yùn)營(yíng)、改造、拆拆除等全部過過程中所有信信息的大型數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為真真正實(shí)現(xiàn)建筑筑下程全生命命周期的建設(shè)設(shè)和管理提供供了技術(shù)支撐撐[6][77]。BIM技術(shù)從根本本上改變了建建筑信息的創(chuàng)創(chuàng)建行為和過過程，從工程程設(shè)計(jì)開始，創(chuàng)創(chuàng)建的就是數(shù)數(shù)字化的設(shè)計(jì)計(jì)信息?；谟跀?shù)字化設(shè)計(jì)計(jì)信息的創(chuàng)建建，與相關(guān)技技術(shù)產(chǎn)品接口口，可以改變變建設(shè)工程信信息的管理過過程和共享過過程。BIM從前期設(shè)計(jì)計(jì)階段便開始始建立一個(gè)貫貫穿始終的數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)檔案。隨隨著項(xiàng)目展開開，BIM的數(shù)據(jù)信息息跟隨方案自自動(dòng)積累與更更新，設(shè)計(jì)的的方案隨著計(jì)計(jì)劃的調(diào)整而而改變。BIM的前期設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)入到到概念設(shè)計(jì)階階段，將開始始逐步地?cái)U(kuò)充充起來。有了了BIM共享基礎(chǔ)，在在作建筑設(shè)計(jì)計(jì)的同時(shí)，建建筑師就可以以便捷地計(jì)算算出方案的綠綠色指標(biāo)、經(jīng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、概概預(yù)算等數(shù)值值，反過來再再影響對(duì)方案案的設(shè)計(jì)進(jìn)行行改良。接下下來，這些數(shù)數(shù)據(jù)將繼續(xù)在在擴(kuò)初設(shè)計(jì)中中得以細(xì)致化化、完善化。最最終基于BIM的擴(kuò)初設(shè)計(jì)計(jì)，通過截取取BIM模型就完成成了布圖，使使用提取工具具就完成了文文案的編制，呈呈交一套完整整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)。BIM的數(shù)據(jù)傳承承到旅工階段段，承建公司司用來做工程程化、進(jìn)度編編排、工程造造價(jià)等動(dòng)工前前的準(zhǔn)備，用用以安排采購(gòu)購(gòu)、下包、后后勤等工作任任務(wù)。施工階階段中的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)也隨隨著丁作安排排的展開而得得以補(bǔ)充，最最終完成的工工程項(xiàng)目實(shí)體體與BIM數(shù)據(jù)是完全全對(duì)應(yīng)的，每每項(xiàng)物質(zhì)零件件都有其準(zhǔn)確確的電子數(shù)據(jù)據(jù)信息存檔備備案。BIM信息傳遞的的最終階段是是建筑物投入入運(yùn)營(yíng)使用的的階段。5BIM未來來目標(biāo)在前面的論述之之后，可以看看到BIM未來的目標(biāo)標(biāo)非常清晰。進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)計(jì)分工和設(shè)計(jì)計(jì)角色分工。在三維環(huán)境下實(shí)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)、項(xiàng)目目管理系統(tǒng)、通通信聯(lián)系三個(gè)個(gè)系統(tǒng)嵌入式式地結(jié)合。將信息資源信息息與空間模型型完全結(jié)合，形形成完整的建建筑信息模型型。完整的建筑信息息模型向前延延伸，進(jìn)一步步提高虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平平；完整的建建筑信息模型型向后延伸，推推動(dòng)施工水平平及物業(yè)管理理水平提高，以以統(tǒng)一的模型型貫穿于建筑筑使用年限，實(shí)實(shí)現(xiàn)全生命周周期管理。6結(jié)論BIM的應(yīng)用對(duì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑筑全生命周期期管理，提高高