BIM：智慧建造的“中樞神經(jīng)”

信息技術已經(jīng)成為建筑工業(yè)化的重要工具手段，以云計算、移動應用、大數(shù)據(jù)、BIM技術等為代表并快速發(fā)展的信息技術，為現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展奠定了技術基礎。2013年8月30日，住房和城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司發(fā)布《關于推進BIM技術在建筑領域應用的指導意見（征求意見稿）》，明確至2016年，政府投資的2萬平方米以上大型公共建筑以及申報綠色建筑項目的設計、施工均要采用BIM技術。

新型城鎮(zhèn)化是以城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、城鄉(xiāng)一體、產(chǎn)城互動、節(jié)約集約、生態(tài)宜居、和諧發(fā)展為基本特征的城鎮(zhèn)化，是大中小城市、小城鎮(zhèn)、新型農(nóng)村社區(qū)協(xié)調發(fā)展、互促共進的城鎮(zhèn)化。作為中國未來戰(zhàn)略發(fā)展支點的新型城鎮(zhèn)化倡導走集約、智能、綠色、低碳的建設之路，這對建筑行業(yè)提出了新的更高的要求，時代正在召喚能夠提供綠色、智能、宜居的建筑產(chǎn)品的現(xiàn)代建筑業(yè)的出現(xiàn)。

建筑業(yè)是一個最大的大數(shù)據(jù)行業(yè)，但當前也是最沒有數(shù)據(jù)的一個行業(yè)，同時，工程項目的管理本質又決定了如果沒有強大的基礎數(shù)據(jù)支撐能力，再好的流程、制度、激勵措施和管理團隊，也無法真正實現(xiàn)建筑業(yè)的轉型升級。目前，信息技術已經(jīng)成為建筑工業(yè)化的重要工具手段，以云計算、移動應用、大數(shù)據(jù)、BIM 技術等為代表并快速發(fā)展的信息技術，為現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展奠定了技術基礎。以BIM 技術為代表的信息技術在建筑智能化的應用，已經(jīng)得到驗證。

高效、協(xié)同、共享的數(shù)據(jù)平臺

2013 年8 月30 日，住房和城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司發(fā)布《關于推進BIM 技術在建筑領域應用的指導意見（征求意見稿）》，明確至2016 年，政府投資的2 萬平方米以上大型公共建筑以及申報綠色建筑項目的設計、施工均要采用BIM 技術。

BIM（建筑信息模型技術），是對建筑的全生命周期進行全方位管理，它是實現(xiàn)建筑信息化變革發(fā)展的必然趨勢。BIM 技術的核心是通過在計算機中建立虛擬的三維模型，并利用數(shù)字化技術為這個模型提供完整的、與實際情況一致的數(shù)據(jù)信息庫。其中不僅包含描述建筑物及設備構件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構件對象信息。借助這些富含工程信息的三維模型，工程的信息集成化程度大大提高，為工程項目的相關利益方提供了一個工程信息交換和共享的數(shù)據(jù)平臺。

過去，傳統(tǒng)的設計方式是依靠二維設計軟件，這些設計軟件盡管在一定程度上提高了設計效率，但還是存在很多不足，對于需要多視圖、多剖面描述的復雜空間設計內容，二維設計缺乏直觀的效果，難免造成遺漏和差錯，有些差錯到施工階段才能發(fā)現(xiàn)，造成了不必要的返工和浪費。更為嚴重的是有些差錯甚至在運營期間才發(fā)現(xiàn)，給運維安全埋下極大的隱患。

傳統(tǒng)的設計方式下，設計人員在設計過程中難于對施工現(xiàn)場的地形地貌、橋隧路基等構筑物有直觀認識和全面的感知，一些復雜和特殊的工點，往往必須通過設計人員反復地現(xiàn)場踏勘實測，才能確定技術方案，從而造成設計周期長，工作效率低。由于只能生成二維設計效果圖，難以展示設計的立體效果，不能給業(yè)主等相關利益方提供評估和決策依據(jù)。同時，設計成果僅反映各專業(yè)單一的設計內容，缺乏共同的設計平臺，難以檢查專業(yè)間的接口關系，不能及時發(fā)現(xiàn)相互間的沖突，造成設計質量總體性差。

與傳統(tǒng)設計方式相比，BIM 具有不可替代的優(yōu)勢。BIM 技術利用完全真實的尺寸和形狀在計算機屏幕上展現(xiàn)項目的形狀、特征、加工狀態(tài)、材質等信息，便于項目相關數(shù)據(jù)的交流和共享。同時，BIM 技術還可以對虛擬設計的三維模型進行二維設計無法實現(xiàn)的各種操作，例如對電氣設備或裝配件進行各種形式運動模擬等等。利用BIM 技術構建的三維模型能夠廣泛地應用到靜/ 動態(tài)干涉檢查、性能仿真和模擬等領域，在設計前期對這些工作進行模擬和設置，可以有效地減少設計變更、錯誤和返工。更為重要的是，BIM 技術通過對項目構建可視化的數(shù)字建筑模型，可以實現(xiàn)施工進度模擬、裝配模擬、物料跟蹤等工作，對材料進場與人員、機械及環(huán)境進行高效配置，使得整個工程項目在設計、施工和運維等各個階段都能夠有效實現(xiàn)科學化、智能化管理，對項目的全生命周期進行數(shù)字化模擬。

基于BIM 的智慧建筑

以某科研樓工程項目為例，該工程項目總建筑面積71105.4 平方米，地上12 層，地下結構2 層，工程投資造價為2.06 億元。項目周圍環(huán)境復雜，西面為已建成的一期A 棟技術孵化樓，南面北側是擬建工程唯一的進出通道；東北側為其他企業(yè)辦公樓，西邊2.5 公里處是直升機場，屬建筑高度控制區(qū)域。

本工程項目擬建工程地下室用于停放車輛，沒有太多人員在內活動，負二層設計層高3.85m、負一層3.8m；正負零上首層設計層高4.2m，標準層設計層高均為3.6m；最大柱網(wǎng)間距8.95m*8.2m； 樓面（ 室內）梁最大截高600mm；標準層水平噴淋最大管徑DN150；通風管道除地下室是設計的外，正負零上標準層房間內的通風空調管道均由二次裝修設計，風管最大截高控制在200mm。

為了更好的驗證設計的正確性，減少因設計錯漏發(fā)生的變更，并對變更和復雜節(jié)點的施工進行模擬，找出最合理的解決方案，將土建和安裝模型相結合，對擬建工程中的構件、管線、設備進行碰撞檢查，將問題杜絕在設計階段，減少因盲目設計和施工造成的工期、人工、材料、設備使用的損失。項目利用模型統(tǒng)計工程量，分階段進行進度款支付，避免延付或超付，并利用模型作為“工程沙盤”，讓決策者全盤掌握工程進展及動態(tài)。

由于該項目主要用于科研研發(fā)及辦公，施工圖于2011 年11 月設計完成，當時業(yè)主沒有將BIM 技術引入項目。當2012 年7 月項目開始動土修建時，發(fā)現(xiàn)施工圖中存在大量問題，為避免將問題帶入施工過程，造成不必要的損失或將損失降低到最低范圍，業(yè)主確定利用BIM 技術對擬建工程進行信息模型建模，并通過信息模型來對整個項目的設計正確性、施工方便性、造價可控性、建設過程的有效管理性等內容進行跟蹤和管理。

工程施工到2012 年10 月，地下室部分基本完工，施工單位準備進行標準層備料時，業(yè)主提出標準樓層是否過低的質疑；利用BIM 通過建立虛擬現(xiàn)實模型，發(fā)現(xiàn)標準層樓層高度設計確實過低，因此決定增加層高。首先使用建筑設計軟件建模，將室內凈高進行表達，為3.6（設計層高）—0.6（梁高）—0.2（梁底風管高）—0.05（吊頂厚）—0.05（地面裝飾厚）=2.7m。之后利用VR 虛擬UC-win/Road 軟件現(xiàn)實場景仿真并得到效果圖。由于該工程項目地處我國南方，在空間大的情況下，2.7 米的凈高會使人覺得空間感壓抑，產(chǎn)生沉悶感，且自然照明采光不好，取不到窗口足夠的自然衍射光源；凈高低吊頂上的光源離桌面近，衍射光源也不能有效擴展，不利于節(jié)能。因此，采用增加樓層高度可解決，但仍然需要考慮幾個因數(shù)對樓層高度給予控制，即不能超過直升機場規(guī)定的周邊環(huán)境建筑物高度，同時需注意增加高度最好是在一個合理范圍，將環(huán)境效果最大化，而增加投資費用最小。增加樓層高度有兩個尺度供選擇，層高由原來的3.6 米變?yōu)?.7 或3.8米。對于層高的具體確定需要先進行采光檢測，看看哪個高度采光效果好，使用采光軟件將建筑模型在軟件中打開，賦予當?shù)刈匀画h(huán)境數(shù)據(jù)后，通過計算增高3.7 或3.8 米的采光效果。通過采光模型測評，3.8 米層高優(yōu)于3.7米層高。

增加樓層高度后在結構方面首先出現(xiàn)了變化，需驗證樓層高度的改變對原結構設計影響多大，如柱截面、原設計的配筋是否應調整增加等。將原結構模型在結構設計及分析軟件內打開，樓層水平荷載均不變，分別按3.7 米或3.8 兩個樓層高度調整后進行比對。通過結構模型測評，結果是3.7米高度時柱子截面不需調整鋼筋不需增加，3.8 米時截面不需調整鋼筋需要增加。

驗證增加費用方面，用土建工程計量軟件將原設計算量模型打開，按3.7 米和3.8 米兩個樓層高度分別進行工程量統(tǒng)計，將工程量導入造價計算軟件，得出結果為標準層共計11 個樓層，層高為3.7 米時總增高1.1 米。按深圳市2003 土建定額，單樓層混凝土結構柱、梁、板、墻均沒有超高，但總高度有變化，其外墻綜合腳手架由原40.5 米步距子目，變?yōu)?0.5米步距子目。結果是改為3.7 米層高，總計增加費用67.87 萬元；改樓層為3.8 米高，按深圳市2003 土建定額，其混凝土結構柱、梁、板、墻均不超高，外墻綜合腳手架子目不變，增加費用128.7 萬元+4.5 萬元（柱增加鋼筋），共計133.2 萬元。安裝工程部分只是增加了豎向給排水管道的1.1 米的量，不左右局勢故略去不計。決策時間快捷方面，在確定增加層高3.7 還是3.8米的選擇時，如果用手工計算需耗時2-3 天，這樣的時間延誤是施工單位不能接受的。過程中用已建好的算量模型，2 個小時就確定了不同層高所需費用。

BIM 技術的應用，有很多方面是常規(guī)技術不能比擬的，BIM 技術除了可以有效的控制成本之外，還可以在節(jié)約施工原材料的情況下最大可能的保證工程項目的質量。以該科研樓項目為例，施工現(xiàn)場模板（竹夾板）規(guī)格為1220mm（寬）*2440mm（ 長）， 在樓層層高3.7 時柱模板按一寬一長配置1220mm+2440mm 等于3660mm， 按層高3700mm 計算減去樓板厚120 等于3580mm，配一寬一長模板時需裁去80mm。按層高3800mm 計算減去樓板厚120 等于3680mm，配一寬一長模板時需增加20mm，得另外補貼一小條模板。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，模板裁料比拼接料用工少，且平整度好，能夠充分保證質量。

通過建模計算，樓層為3.7 米高時，增加技術人工1186 工日，平均到每樓層108 工日；裝飾人工1142工日，平均到每樓層104 工日；為3.8米高時，增加技術人工和裝飾人工均為3.7 米的一倍。主體施工時施工現(xiàn)場各工種人員有230 人，按3.7 米增加層高，每樓層需延期0.45 天，考慮綜合因素，11 層樓的層高變更需增加工期3 天；按3.8 米增加層高，每樓層需延期0.9 天，考慮綜合因素，11層樓的層高變更需增加工期6 天。

將BIM 技術用于環(huán)境模擬方面，可以在工程未完成之前，就生成環(huán)境，使業(yè)主有先見之感，將問題處理在施工前期，避免工程完工使用過程中無可挽回的缺陷。通過建模，發(fā)現(xiàn)3.8米層高比3.7 米層高采光好，但有直升機場總高度的控制，不能一味的追求層高，而綜合其他因素，則取3.7米層高也比原設計好。由于有了費用確定時的模型工程量，直接利用已有數(shù)據(jù)調整施工進度和配料，對工程質量控制和進度管理方面，解決優(yōu)選方案問題。

BIM 技術為項目全過程精細化管理提供了強大的數(shù)據(jù)支持和技術支撐，不僅能對項目的各個節(jié)點進行精細化管理，同時利用協(xié)同平臺可以大大提高工作效率，減少不必要的返工和浪費。對一個工程項目建設全過程而言，采用BIM技術進行決策和管理，會給行業(yè)帶來極大的效益和價值。

BIM 技術可以自始至終貫穿建設的全過程，支撐建設過程的各個階段，實現(xiàn)全程信息化、智能化。以BIM 模型為核心理念的數(shù)字化三維技術的出現(xiàn)，給工程建設企業(yè)生產(chǎn)及管理效率提升帶來新的驅動力，先進的三維設計技術和全生命周期的項目信息管理，可以幫助企業(yè)更準確、更有效的控制工程建設過程，極大優(yōu)化設計流程、控制施工質量和簡化運營管理，從而提高工程質量，降低建設成本，無疑是建筑行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。