数字技术再掀建筑产业革命—BIM在建筑行业的应用前景与挑战

数字技术再掀建筑产业革命—BIM在建筑行业的应用、前景与挑战从手工到工业化再到信息化，建筑科学技术正以空前的规模极速发展。CAD的出现让建筑师和工程师扔掉图板，“蓝图”永远成为历史；BIM横空出世，数据库代替绘图，信息数字化技术“解决盖房子整件事情”。在建筑这项集体“运动”的事业中，数字化技术的杰出代表BIM超凡脱俗，仿真模拟工程设计、建造的进度和成本控制，整合业主、设计、施工、贸易、制造、供应商，使工程项目的一体化交付成为可能。BIM的兴起真的会对项目管理协作方式、节能分析和可持续建造等，引起颠覆性革命并一统天下吗？鼠标指挥施工，“BIM员”是否会加盟并统领工程项目“八大员”？可视化工业建造将使BIM成为照图施工验收的新裁判？BIM来了，中国准备好了吗?新奇：BIM是何方神圣作为房地产开发商、工程业主方—您想造出来的房子得到市场认可不断升值吗？您想大大减少追加预算吗？您想保证项目按时建成吗？您想把设计图纸的错误在招标以前都找出来修改好吗？作为设计或建造承包商—你想把项目的设计或施工方案照实际情况（不是戏说）都模拟出来吗？您想把不可行或不合理的施工方案都预先侦查出来并且在施工开始前调整修改好吗？您想快速甚至实时得到任何一个变更对成本的影响吗？作为物业管理方—您想动态记录所有变更，得到一个和实际建筑物一致的建筑信息模型用于今后数十年的运营维护吗？您想对采购、运输、安装过程和和每天的施工计划进行动态集成管理和跟踪吗？您想在不同阶段随时对投资方和客户进行项目的可视化介绍和分析吗？您想您看到的效果图、动画、虚拟现实不再是忽悠而是真实情况的真实反映吗？世界在全面数字化，这是又一个新的创世纪。拜信息化技术所赐，BIM的面世成功解决了以上工程建设技术和管理方面的难题。人的生命依赖现实世界以存在。建筑构成现实世界的一部分。建筑也在数字化。建筑其实也一直同时存在于虚拟的或者信息的世界中，尤其是当人类发明了图纸和模型以后，在此之前是存在于人类意识的记忆中和原始的话语中。所以从这个意义上说，建筑的图纸与建筑的信息模型，原是一回事，建筑信息模型现在从工具维数上超越了建筑的图纸，尤其在与现实建筑存在物的逻辑对应上。BIM是一种创新的建筑设计、施工和管理方法记者：什么是BIM？李邵建：建筑信息模型（BIM，BuildingInformationModeling）是一种创新的建筑设计、施工和管理方法，由欧特克(Autodesk,Inc.)在2002年提出。它以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目等各种相关信息的工程数据模型，是数字技术在建筑工程中的直接应用。作为协同工作坚实的基础，建筑信息模型（BIM）可以帮助工程建筑项目提高效率、降低风险，并且可以减少工程对环境的影响，实现绿色设计与可持续设计。记者：欧特克开发BIM是基于何种理念？李邵建：欧特克是全球最大的二维和三维设计、工程与娱乐软件公司，产品涵盖制造业、工程建设业、地理信息业及传媒娱乐业等多个行业。自1982年AutoCAD正式推向市场，欧特克已针对最广泛的行业领域研发出全面的数字化设计软件产品及解决方案，帮助用户在设计转化为成品前体验自己的创意，推动行业的设计创新和可持续发展。凭借在二维、三维领域积累的无与伦比的设计经验、领先技术和行业洞察，欧特克提出了划时代的设计创新理念：通过建立数字化的模型和工作流程，使设计进程变得可视化、可模拟和可分析。根据这一理念，在设计变为现实之前，设计者就能全面深入的体验其想法和创意，并对设计进行频繁的改进，从而得以在早期就能对产品或者项目的外观、性能以及易用性进行改善，实现经济效益的最大优化，并帮助成就企业产品和业务的持久创新。BIM代表着一种新的理念和实践记者：对BIM不同的人有不同的理解，您认为应该怎样全面认识BIM？邱闯：一般认为BIM的英文全称为BuildingInformationModeling。麦格劳-希尔建筑信息公司给BIM的定义是“创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程。”维基百科称BIM是“在建筑生命周期中产生和管理建筑数据的过程”。上述两个定义强调BIM是动词（Modeling），是一个过程。美国国家建筑科学学院国家建筑信息模型标准则更加宽泛的来理解BIM。首先，BIM可以认为是描述建筑的结构化数据集，此时BIM的英文全称为BuildingInformationModel；其次，BIM可以被理解为一种活动（创建建筑信息模型的行为），此时BIM的英文全称为BuildingInformationModeling；第三种BIM的理解为提高质量和效率的工作与沟通商业结构，此时BIM的英文全称为BuildingInformationManagement。但无论何种定义，我认为BIM代表着一种新的理念和实践，即通过创新的信息技术和商业结构来减少建筑业的各种浪费，极大地提高行业效率。奇兵：BIM有何高强本领CAD为建筑师和工程师解决绘图这一件事，BIM为业主、设计院、承包商解决盖房子整件事。从二维到四维（3D+TIME），犹如翻天覆地。BIM就真的是本领高强，神通广大，无所不能？设计表达更直观，信息共享、互动，协同更有效记者：BIM相对CAD，它的优势体现在哪些地方？叶青：首先是设计表达方法的改变，在过去的20年中，CAD（ComputerAidedDesign）技术的普及推广使建筑师、工程师们从用了几千年的手工绘图走向计算机绘图。甩掉图板，将图纸转变成计算机中图形的创建，可以说是工程设计领域第一次革命。计算机上虚拟的图纸的修改、复制都十分方便，大大提升了工作效率和出图成果品质。但CAD原意期望的“辅助设计”其实只是实现了“辅助制图”的功能。BIM为工程设计领域带来了第二次革命，从二维图纸到三维设计和建造的革命。同时，对于整个建筑行业来说，建筑信息模型（BIM）也是一次真正的信息革命。第二是增强了项目相关方的信息共享，促进更有效的互动。在传统方式上非专业人员想了解更全面的信息是非常困难的，这其实从某种意义上剥夺了项目相关方在不同阶段提供更有效信息交流的机会。三维信息模型BIM的表达形式就更加直观、易读，颠覆了传统CAD设计成果分散在各个专业各个不同分类、分精度表达方式。从建设方、设计方、施工方、监理方、使用方等都能比较直观的掌握项目的全貌。降低了非专业人士对项目的理解难度，提升了不同专业间、不同参与方对项目的协同能力。第三，BIM可实现建筑项目全生命周期的信息构建。目前的二维图纸相对于目前CAD二维制图软件的表达形式，BIM首先创造一个和实际建筑一致的三维模型。传统的设计过程一般是设计师构思一个三维的空间，再在脑海里把他翻译成二维的平、立、剖面，用二维图纸表达出来，再由实施人员根据不同的二维图纸还原成三维的实体空间。多次转换中间就存在很多信息的丢失，常常呈现出的建筑和最初的构思差别很大。工程信息连续化，节能分析虚拟化，建造过程可视化记者：除了绘图设计性能大大优于CAD，BIM是否会起到项目“推进器”的作用？赵小钧：BIM技术与CAD技术有很多的不同，最大的不同是，原有CAD工具是基于二维制图工作，这样导致建筑生命周期的各种信息是割断的，不连续的，而BIM技术基于建筑信息模型的技术，任何信息都会在模型中表现，而这些信息是关联的，一处修改，处处修改，这是可持续性设计的一个重要体现。例如它可以解决设计中各专业配合问题：设计前期要进行空间形体推敲，日照模拟、人员流动分析、节能分析、CFD模拟；设计后期进行辅助设计出图、图纸错误检查、专业间碰撞检查、项目工程量统计；建造过程作施工模拟，配件生产。那么，BIM应用前后有什么的不同？表现在4个方面：效率提高、质量提高、成本降低、流程简化。也就是说通过技术手段，提高了专业间协同能力、提高了我们的服务水平，获得业主的认可。记者：CCDI采用BIM始于水立方工程，是逼出来的还是机缘巧合？赵小钧：应用BIM在CCDI经历了了解、尝试、怀疑、反思、调整、投入、收获这样一系列过程。最早我们是在2003、2004年水立方项目中接触和了解了BIM这个概念的。我们尝试用二维的CAD平台来解决项目中遇到的数据统计需求，但很难，最终放弃了。但在结构专业由于采用了三维的BIM平台，最终很好地解决了水立方复杂的膜结构的空间定位数据问题，这引发了我们对二维平台和三维平台的思考。2004、2005年我们开始尝试接触一些三维的软件，并试图说服设计人员在项目中应用这些新的工具进行尝试。但在工作习惯、软件本身问题、项目进度等多方面压力下进展得很艰难，遇到不少压力。2006、2007年，我们依然没有放弃这方面的努力，通过软件供应商了解国内外同行在这个方向上的经验教训，寻找适合CCDI的推广模式。2008年我们适时调整了思路，在公司的项目中引入BIM服务的理念，并取得公司的支持，获得了大力的投入，终于在BIM应用方面打开了局面。能够克服设计者经验的局限性，适合所有项目记者：天津港码头是中建国际第一个完整采用BIM方案的项目，从这个项目的实施过程和结果来看BIM的作用主要体现哪几个方面？您认为BIM方案是否适合所有工程项目，或者更适合一些大型复杂的项目？匡嘉智（CCDI北京公司技术部经理）：在天津港码头项目应用BIM技术成效还是很显著的。一是施工图设计方面，BIM的应用使设计结果更加准确。天津港项目相对比较特殊，波浪形的屋顶结构，不规则的玻璃幕墙墙体，对于原始二维CAD设计图纸准确性难度非常大；二是利于节能分析；三是利于日照分析。在施工指导方面的作用体现在：施工建造的可视化；信息导入的可持续性和准确性。BIM方案当然适合所有项目，BIM作为一种全新的设计理念和方法，相对于原始CAD设计技术有着本质的提升，不同类型的建筑设计项目都会在BIM平台找到自己亟待解决问题的办法。例如居住类项目的需求是提高效率，减少设计人员投入，BIM通过单元模块族的建立帮助解决。对于大型项目、复杂项目，前期的方案推敲，设计过程中的专业协同设计，设计的可视化，设计质量保障都有着很高的要求，而原始CAD工具在设计表达上和设计协同上存在着问题，而往往是靠设计人的设计经验来缓解这些问题，而这又存在人为的局限性，而BIM的应用恰恰缓解了这些问题。为工程各方提供分布式模型，实现数字化工业化设计建造记者：从项目管理的角度来看，BIM对传统模式是否是一次质的飞跃？邱闯：BIM的对传统模式的革新在于：第一，将设计归总为数字化数据库而不是单独的文件，即以数据库的方式来替代传统的图纸模式。这样，能够使建设工程中的信息快捷、准确地查询、删除、更新和保存。第二，能够为建设生命周期各方的当事人提供相应的分布式模型。例如，设计模型—建筑、结构、水暖电和土木/基础设施，施工模型—将设计模型细分为施工步骤，施工进度(四维)模型—将工程细分结构与模型中的项目要素联系起来成本(五维)模型—将成本与模型中的项目要素联系起来，制造模型—替代传统的图纸，使用制造模型操作模型—为业主模拟运营。基于上述优点，BIM从而帮助建筑业来实现数字化设计，数字化制造的梦想。例如，Foster事务所在伦敦市政厅项目中，从精确的数字化模型中提取五百多不同式样的窗户的x,y,z坐标，承包商则用准确的空间点进行制造，用激光进行空间定点，实验建模走在实地建模之前，既节省时间与花费，又改进精度与质量。记者：万科地产是国内最早施试行发展住宅产业化的企业，在你们负责设计的“万科金色里程”项目应用BIM技术是否成功实现产业化？李昕(中国建筑设计研究院上海分院总建筑师)：早在2003年，万科集团董事长王石就提出“像造汽车一样造房子”，也就是试行发展住宅产业化。“万科金色里程”是万科集团大量运用BIM技术建造的首个楼盘，这也是向住宅产业化、工业化实践性的重要一步。目前已建成并进入市场销售。应该说应用BIM技术一体控制立见成效。在承接这个万科集团首个预制混凝土技术建造的住宅项目的初期方案阶段，设计团队就已将BIM的理念通过软件应用到构建建筑的3D模型中，墙体之间的关系一目了然，与甲方的交流也因此变得直观高效。项目中大量采用预制混凝土技