BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用及對策研究

余 春 宜

(重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072)

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BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用及對策研究

余 春 宜

(重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400072)

介紹了BIM技術(shù)和建筑工業(yè)化的發(fā)展過程，闡述了BIM技術(shù)在工業(yè)化建筑中的應(yīng)用途徑，并針對BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化應(yīng)用中存在的問題，提出了相應(yīng)的解決方法，從而促進“建筑工業(yè)化+ BIM”的發(fā)展與實務(wù)應(yīng)用。

BIM技術(shù),建筑工業(yè)化,預(yù)制構(gòu)件，項目管理

1 研究意義

建筑工業(yè)化可以理解為采用工業(yè)化的方式進行生產(chǎn)，實現(xiàn)構(gòu)件標準化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、機械化和裝配化施工和全過程的信息化管理。目前我國對建筑工業(yè)化的研究大多集中在技術(shù)層面，如預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝、現(xiàn)場安裝施工技術(shù)、成套技術(shù)體系以及具體工法的研究，然而在建筑工業(yè)化的推廣進程中，亟待解決的問題是管理體系的不完善，如預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計過程中往往不能充分考慮構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和安裝，而構(gòu)件的生產(chǎn)、安裝過程又常常不滿足設(shè)計的要求，由此導(dǎo)致構(gòu)件重新加工、變更設(shè)計等現(xiàn)象，不僅僅影響項目的工期與質(zhì)量，而且造成巨大的資源浪費，不能發(fā)揮建筑工業(yè)化的諸多優(yōu)勢。在經(jīng)營維護階段，由于施工期間各參與單位的離場導(dǎo)致項目資料的缺失，給運營維護帶來很多問題。

建筑信息模型(Building Information Model,BIM)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，透過參數(shù)化模型平臺建筑產(chǎn)品的各種信息(三維圖形、幾何尺寸、成本、進度、質(zhì)量、安全、資料等)，在項目的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使項目利益相關(guān)者能及時、高效地獲取各類信息并做出反饋，為參與項目的各方主體(業(yè)主、最終用戶、設(shè)計單位、施工單位、分包單位、監(jiān)理單位等)提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提升項目全生命周期管理績效方面發(fā)揮重要的作用。將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑工業(yè)化中，即“建筑工業(yè)化+BIM”無疑更能將建筑工業(yè)化優(yōu)勢更加發(fā)揮。本文分別對BIM技術(shù)發(fā)展、建筑工業(yè)化及BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的實踐的相關(guān)文獻進行研究，分析BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中應(yīng)用存在的典型問題并提出相應(yīng)的對策，希望為“建筑工業(yè)化+BIM”的發(fā)展與實務(wù)應(yīng)用提供一些借鑒和參考。

2 BIM技術(shù)發(fā)展與建筑工業(yè)化

在1975年，“BIM之父”Eastman教授借鑒制造業(yè)的產(chǎn)品信息模型(Product Information Modeling)提出建筑描述體系(Building Description System)的概念，旨在運用計算機系統(tǒng)對建筑物進行模擬，這構(gòu)成了BIM思想的最初來源。20世紀80年代，芬蘭的一些學(xué)者對智能模型系統(tǒng)進行了更深入的研究，并提出了“Product Information Model”系統(tǒng)。1986年，美國學(xué)者Robert. Aish提出了和BIM概念非常接近的建筑模型(Building Modeling)的概念。不久之后，BIM完整概念被學(xué)者提出來。2002年Autodesk公司推出了自己的BIM軟件產(chǎn)品，從此BIM技術(shù)從一種理論思想變成了用來解決實際問題的數(shù)據(jù)化的工具和方法[1]。目前業(yè)內(nèi)普遍認為BIM不僅僅是一種單純的信息技術(shù)，而是基于以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)涵蓋設(shè)計、建造、運營維護等項目全生命周期的信息收集與利用的新管理思維、方法與工具。

BIM采用參數(shù)化建模方法。這種方法不同于傳統(tǒng)二維CAD圖檔的建模方式，即使用可見的、基于坐標的幾何線條或圖形來創(chuàng)建圖元。參數(shù)化建模是通過使用參數(shù)(特性數(shù)值)來確定圖元的行為并定義模型組件之間的關(guān)系。例如，“這個孔的直徑是1 cm”或“這個孔的中心位于這兩個邊的中央”。這意味著設(shè)計標準或意圖可以在建模過程中加以捕捉。應(yīng)用BIM技術(shù)創(chuàng)建模型的基本要素是組件，需要通過創(chuàng)立并保存標準化模塊形成組件庫，例如構(gòu)成墻、柱、板、梁、門窗等組件庫。BIM建模過程也被稱為“拼模”的過程即是將組件單元拼裝成建筑模型。不同專業(yè)的工程師還可以在組件中通過增加其他信息的方式對BIM基本模型進行深化，例如增加某一墻體組件的屬性信息(如材質(zhì)、施工方法、建造時間、建造成本)來豐富模型內(nèi)涵。

建筑工業(yè)化指建筑物構(gòu)件的設(shè)計方式標準化，生產(chǎn)方式工業(yè)化，裝配方式機械化。建筑工業(yè)化的核心是模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計是指在進行系統(tǒng)功能分析基礎(chǔ)上，將整個系統(tǒng)的總功能分解為若干個層次較低的、可互換的、獨立的基礎(chǔ)單元模塊，根據(jù)用戶提出的具體設(shè)計要求，通過對模塊的選擇與綜合，快速設(shè)計出具有不同系列、不同性能、不同用途的各種新系統(tǒng)[2]。

由于建筑工業(yè)化核心是模塊化設(shè)計，這與BIM技術(shù)所采用的參數(shù)化建模方法和“組件拼模”模型創(chuàng)建過程十分契合，因此將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑工業(yè)化中可以實現(xiàn)無縫銜接。

3 BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用途徑

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)件預(yù)制與現(xiàn)場拼裝

與傳統(tǒng)的建筑現(xiàn)場生產(chǎn)方式不同，建筑工業(yè)化生產(chǎn)很大一部分工作是在工廠環(huán)境下進行的。相當(dāng)一部分構(gòu)件是在工廠預(yù)先生產(chǎn)的，運輸?shù)浆F(xiàn)場再進行拼裝。由于預(yù)制構(gòu)件的品種繁多，型號、尺寸、拼裝位置也各不相同，因此在構(gòu)件運輸和現(xiàn)場拼裝過程中常常遇到錯誤生產(chǎn)、尋件困難、構(gòu)件丟失、重復(fù)生產(chǎn)等現(xiàn)象。利用BIM技術(shù)可以幫助明確預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量、型號與位置，避免構(gòu)件在工廠預(yù)制時出現(xiàn)錯誤，提高生產(chǎn)的可預(yù)測性。相關(guān)構(gòu)件在工廠預(yù)制后，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行拼裝，為了保證拼裝的準確性，需要大量的人力來記錄構(gòu)件信息，如搭接位置和搭接順序等，難免出現(xiàn)錯誤。運用BIM技術(shù)可以確保構(gòu)件信息的完整和正確，在BIM模型中每一個構(gòu)件都有詳細的信息，確保安裝施工時能夠順利完成，避免出現(xiàn)尋件困難、構(gòu)件丟失的現(xiàn)象[3]。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于碰撞檢查

采用建筑工業(yè)化的作業(yè)生產(chǎn)方式，預(yù)制構(gòu)件數(shù)量極大，而且節(jié)點施工復(fù)雜。在實際施工過程中，保證構(gòu)件拼裝不發(fā)生沖突則顯得至關(guān)重要，其重點在于開始施工前就進行碰撞檢查和復(fù)雜節(jié)點的可施工性分析。如果僅依靠人工的檢查和控制碰撞沖突及其復(fù)雜節(jié)點的可施工性分析，任務(wù)十分繁瑣，而且人工檢查常常只能發(fā)現(xiàn)單一系統(tǒng)是否發(fā)生碰撞，不能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)(如結(jié)構(gòu)、水電管道、消費管道等)的空間碰撞檢查。基于BIM技術(shù)可視化功能進行構(gòu)件的碰撞檢查，可以自動化地對構(gòu)件間可能存在的沖突進行檢測和復(fù)雜節(jié)點的可施工性進行分析，將各個系統(tǒng)之間可能發(fā)生的碰撞與沖突在 BIM 模型中事先消除，提高設(shè)計的可施工性，從而避免建筑材料和勞動力的浪費。

3.3 BIM技術(shù)應(yīng)用于全生命周期管理

在傳統(tǒng)建設(shè)項目管理模式下，不同建筑專業(yè)(如結(jié)構(gòu)、水電、暖通和空調(diào)等)之間難以實現(xiàn)信息共享，特別是建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位三大主體之間缺乏有效的信息溝通。在項目的實施推進過程中，先完成作業(yè)的施工單位的離場將導(dǎo)致部分信息丟失。基于BIM技術(shù)的信息共享功能，可以將工業(yè)化建筑項目的各專業(yè)子系統(tǒng)、資源、資金、作業(yè)活動有效集成整合起來，每一個構(gòu)件和設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、維護等信息都可以在BIM模型中體現(xiàn)，最終使之形成一個協(xié)調(diào)運行的綜合體，實現(xiàn)在全生命周期視角下，工程項目組織和責(zé)任體系集成化，消除工程項目組織之間責(zé)任盲區(qū)和各個項目利益相關(guān)方的短期行為，保持組織責(zé)任體系的連續(xù)性和一致性。同時，也有助于項目管理人員統(tǒng)籌運營，能更好地體現(xiàn)建筑工業(yè)化的優(yōu)勢。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工業(yè)化中存在的問題與應(yīng)對策略

4.1 存在的問題

組織態(tài)度和以人為中心的問題是 BIM 技術(shù)應(yīng)用所面臨的最大挑戰(zhàn)[4]。在BIM技術(shù)發(fā)展較早的北美地區(qū)，是否采用BIM技術(shù)主要取決于業(yè)主的態(tài)度。因此在建筑工業(yè)化中是否能引入BIM技術(shù)，也主要取決于業(yè)主的態(tài)度。在早期使用 BIM技術(shù)的業(yè)主類型主要是政府部門，應(yīng)用的項目也是政府投資項目。因此，當(dāng)BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工業(yè)化還不成熟時，需要政府部門在其投資的項目中引入，給予扶持。同時還需考慮當(dāng)市場不具備使用 BIM技術(shù)的基礎(chǔ)條件時而應(yīng)用BIM技術(shù)，會因為限制競爭而增加項目成本，人為地制造了BIM 技術(shù)應(yīng)用的組織障礙[5]。 同時，由于在項目的全生命周期過程中會產(chǎn)生許多不同種類的信息，目前 IFC(數(shù)據(jù)交換標準)的應(yīng)用尚未普及，BIM 的倡導(dǎo)者為了推動 BIM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用還需要建立標準的數(shù)據(jù)交換體系。此外團隊分散、員工抗性、缺乏培訓(xùn)以及業(yè)務(wù)流程調(diào)整等眾多組織障礙，以及 BIM在實施過程中的法律、合同、知識產(chǎn)權(quán)等問題，也是制約BIM技術(shù)應(yīng)用的重要問題[6]。

4.2 BIM技術(shù)推廣的對策

1)消除對組織的抵觸心理。BIM 是一次技術(shù)性的革命性。它對傳統(tǒng)社會體系中已享受權(quán)利的人群或者徹底習(xí)慣于當(dāng)前工作模式的人會造成抵觸心理。為了消除對BIM技術(shù)的抵觸心理，需加大這項新技術(shù)的宣傳，讓項目利益相關(guān)者充分了解BIM技術(shù)所能帶來的效益和優(yōu)勢，明確BIM技術(shù)是建筑業(yè)未來發(fā)展的方向。在建筑工業(yè)化項目中，開始可以在部分項目中適用BIM技術(shù)，一來可以盡早地熟悉如何使用這項技術(shù)，減少轉(zhuǎn)型時所面臨的障礙；二來就算現(xiàn)在BIM技術(shù)發(fā)展不完善，例如專業(yè)之間交互性欠佳，企業(yè)仍有一大部分由傳統(tǒng)技術(shù)支撐的項目，降低企業(yè)的風(fēng)險。此外，如果能夠通過試點項目對BIM技術(shù)進行充分的了解和熟悉，那么將減少從傳統(tǒng)工作模式向BIM工作模式的轉(zhuǎn)變過程中所發(fā)生的抵觸心理。

2)業(yè)主是推動BIM在建筑工業(yè)化中應(yīng)用的主要動力。除了政府鼓勵新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策外，在建筑工業(yè)化項目中特別是政府投資項目(政府業(yè)主)是推動BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中應(yīng)用的重要力量。業(yè)主關(guān)心的是建設(shè)成本控制和工期保證。通過BIM技術(shù)應(yīng)用，可以減少設(shè)計錯誤和工程變更，能有效控制項目成本；通過可視化技術(shù)，可以模擬施工過程，進一步明確節(jié)點目標，更好地進行項目的工期管控，從而縮短項目工期。此外，在運營維護階段，應(yīng)用 BIM技術(shù)可以保存建筑物設(shè)計和施工等各階段的詳細信息，使業(yè)主對建筑物的維護運營變得更加便捷有效。因此，業(yè)主也是應(yīng)用BIM技術(shù)最大的受益方，收益程度明顯高于設(shè)計、施工等單位。業(yè)主作為工程項目的發(fā)起者和受益者，可以提出設(shè)計、施工、監(jiān)理單位共同利用BIM 技術(shù)要求，一方面提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計單位的設(shè)計周期，另一方面業(yè)主和設(shè)計單位可以進行更好的信息傳遞；在施工中通過施工模擬，進行實際進度與計劃進度的比對，隨時調(diào)整物資、人力規(guī)劃，不僅縮短建設(shè)周期，而且節(jié)約了建設(shè)成本[8]。

4.3 注重BIM技術(shù)人才的培養(yǎng)

隨著BIM技術(shù)的普及和不斷取得的使用效果，很多企業(yè)試圖引入這項新技術(shù)，但BIM技術(shù)應(yīng)用需要相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)和儲備，逐步懂得和學(xué)會應(yīng)用該項技術(shù)，才能發(fā)揮最佳效益，而盲目的跟風(fēng)只會導(dǎo)致資源浪費。因此，若要引入BIM技術(shù)，企業(yè)可以投入專項資金，購買專業(yè)的BIM相關(guān)軟件，為相關(guān)技術(shù)人員提供學(xué)習(xí)培訓(xùn)機會，并制定相應(yīng)的獎懲措施，促使員工積極學(xué)習(xí)這項技術(shù)，加大BIM技術(shù)人才培養(yǎng)的力度。

5 結(jié)語

BIM是目前建筑業(yè)最為關(guān)注的信息化技術(shù)。對于建筑業(yè)面臨的諸多問題，BIM技術(shù)被認為是可以提供整體解決方案的。建筑工業(yè)化也是我國建筑業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢之一，通過BIM技術(shù)對其管理方式和既有技術(shù)進行改造，充分利用BIM技術(shù)解決建筑工業(yè)化項目全生命周期過程中的問題，可進一步發(fā)揮建筑工業(yè)化的優(yōu)勢。而國內(nèi)目前對 BIM 技術(shù)還停留在認知階段，難以發(fā)展到實踐層面，仍需大力推廣這項新技術(shù)的應(yīng)用，特別是在政府投資項目中應(yīng)首先強制應(yīng)用BIM技術(shù)。政府主導(dǎo)是推進BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化應(yīng)用的最為重要的動力，國家也應(yīng)出臺相應(yīng)產(chǎn)業(yè)扶持政策和稅收優(yōu)惠政策。相關(guān)政府機構(gòu)或行業(yè)協(xié)會也應(yīng)大力宣傳BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中應(yīng)用案例，推廣應(yīng)用效果，同時也可以制定BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中應(yīng)用標準和相應(yīng)的標準合同文本，發(fā)布工業(yè)化建筑的BIM組件庫，來推動BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化中的應(yīng)用。

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On application of BIM technique in architectural industrialization and strategies

Yu Chunyi

(ChongqingJianzhuCollege,Chongqing400072,China)

The paper introduces the development of BIM technique in architectural industrialization, illustrates the application channel for the BIM technique in the industrialized buildings, and points out the respective solutions according to the problems of the BIM technique in the architectural industrialization, so as to enhance the development and application of “architectural industrialization+ BIM”.

BIM technique, architectural industrialization, forecast member, program management

1009-6825(2017)09-0225-03

2017-01-14

余春宜(1985- )，女，講師

TU741.3

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