BIM技術(shù)在項目各階段的交互和應(yīng)用

葛 琳，鄧雅心

（1.四川文理學(xué)院 建筑工程學(xué)院，四川 達州635000；2.成都實驗外國語學(xué)校，四川 成都611731）

1 引言

三維集成模型，是建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術(shù)給我們的最典型的印象，從2016年開始，BIM技術(shù)的發(fā)展就已經(jīng)進入到了發(fā)展最快的時代，而BIM技術(shù)也已經(jīng)不單單是停留在了軟件建模的階段了.大數(shù)據(jù)、云技術(shù)，還有AI技術(shù)在建筑行業(yè)的一些成功應(yīng)用.［1］讓BIM技術(shù)不僅是以三維數(shù)字化模型技術(shù)為基礎(chǔ)，而是可以集成項目所有相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對建筑工程信息科學(xué)且精確的數(shù)字化表達.［2］而隨著云技術(shù)的發(fā)展，NoSql取代關(guān)系型數(shù)據(jù)庫也成為了基于云技術(shù)的BIM數(shù)據(jù)庫能夠快速發(fā)展的主要技術(shù).［3］而Cloud－BIM 數(shù)據(jù)庫也為BIM技術(shù)的信息化，向共享型專業(yè)技術(shù)跨出了更大的一步.這些BIM技術(shù)的創(chuàng)新和升級都實現(xiàn)了建設(shè)項目能在全壽命周期更加成熟的運用BIM技術(shù).

2 BIM技術(shù)在項目前期策劃階段的應(yīng)用

在項目的實際建設(shè)周期中，往往是從項目的前期策劃階段便可以開始運用BIM技術(shù)，在這個階段，BIM技術(shù)所涉及到的工作內(nèi)容有很多，例如前期建模和模型修改、場地規(guī)劃和分析、成本的估算，階段性的規(guī)劃等，都會涉及BIM技術(shù)的應(yīng)用.例如某專用宿舍樓總建筑面積是1732.48平方米，基地的面積是836.24平方米，建筑高度為7.65米（從自然地坪到結(jié)構(gòu)屋面的頂板計算），一樓到二樓均為宿舍功能的房間，建筑設(shè)計使用的年限為50年，結(jié)構(gòu)類型是框架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)外地坪高差為0.45米，地理位置在寒冷的地區(qū).［4］

2.1 BIM技術(shù)在項目前期方案設(shè)計的應(yīng)用

專用宿舍樓全壽命周期均采用BIM技術(shù)，同時也是BIM技術(shù)用于建設(shè)項目比較成功的案例.BIM技術(shù)實際是很強大的信息集成技術(shù)，在專用宿舍樓項目的前期階段，可以將投資估算法涉及的經(jīng)濟指標(biāo)等跟之前BIM集成數(shù)據(jù)平臺的同類型項目進行比對和分析，也就是在專用宿舍樓建設(shè)前期，就通過將專用宿舍樓的相關(guān)信息和建設(shè)目標(biāo)等相關(guān)資料錄入并上傳到BIM應(yīng)用平臺與其他已經(jīng)存在在BIM平臺的同類型的宿舍樓進行對比和分析，再通過人為將法律法規(guī)、城市建設(shè)條例等引入初步的比對數(shù)據(jù)，進行優(yōu)化.從而將此專用宿舍樓建設(shè)項目所能采用的各種方案，迅速做出對比，選出符合各種規(guī)范，又能同時達到成本，質(zhì)量，和工期最優(yōu)的方案.在這一階段，專用宿舍樓類比分析了其他的同類型案例后，篩選出了四種建設(shè)方案，分別從成本最優(yōu)，工期最優(yōu)，建設(shè)項目質(zhì)量最優(yōu)以及最能達到綠色建筑等四個方面進行方案設(shè)計.這種前期決策方式無疑是科學(xué)且精確的，比人工分析類比的時間周期更短，在BIM云平臺里面，分析比對了大量的同類型項目，所得出的結(jié)論，也比造價估算來的更加可靠，于此同時，也減輕了相關(guān)人員的工程量.從而使前期階段的人員能夠從各個實際的角度再次優(yōu)化項目，多將人員的精力和時間用在風(fēng)險測評和成本的控制方面.

2.2 BIM技術(shù)在可行性研究報告階段的應(yīng)用

項目前期的可行性報告是為了項目可行性和經(jīng)濟性等方面來進行科學(xué)的分析以后，所出的報告，它以甲方，政府為立足點，面對承建方.需要包括的基本內(nèi)容有項目的背景及概況；產(chǎn)品需求，價格及風(fēng)險評估；技術(shù)方案和項目實施進度等十七項內(nèi)容，［5］根據(jù)實際的項目可行性研究報告，大多數(shù)中型建筑企業(yè)都是停留在一個模板一種用法的階段，沒有真正將項目的獨特性，科學(xué)性和可檢驗性在這里面體現(xiàn)出來.而專用宿舍樓在引入BIM技術(shù)以后，仍然可以立足于BIM有關(guān)的大數(shù)據(jù)等集成技術(shù)，將類似項目歸類以后，根據(jù)每個項目的特異性，后期將數(shù)據(jù)下載和調(diào)整，從而上傳再次進行優(yōu)化，得出更加科學(xué)和精確的可行性研究報告.

3 BIM技術(shù)工程設(shè)計階段的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)建筑設(shè)計階段的協(xié)同和創(chuàng)新

在項目的設(shè)計階段，大部分設(shè)計院運用BIM技術(shù)，是用Revit、GMT、Takle和廣廈結(jié)構(gòu)CAD等軟件來進行建模的，專用宿舍樓項目在設(shè)計階段，主要采用的是Revit建模軟件，而BIM系列軟件其實會引入各自不同的插件來優(yōu)化和提升軟件的功能以及軟件之間的交互性，Revit軟件也是一樣，例如Revit軟件中裝有GFC插件，也才能導(dǎo)出GFC文件，與之后的算量軟件進行交互，達到一個模型很好的傳遞功能.當(dāng)然，假如Revit模型與后期的BIM5D軟件進行模型的傳遞和信息的交互，也需要在同樣的電腦系統(tǒng)安裝BIM5D軟件，才可以在Revit里面識別到，例如圖1，在同一臺電腦上安裝了BIM5D軟件，才在Revit軟件的附加模塊中識別到了BIM5D的鏈接.同時不斷修正創(chuàng)建中的模型，也就是專用宿舍樓在模型的創(chuàng)建和設(shè)計過程中，就通過在不同時間，不同空間位置的設(shè)計師來達到協(xié)同工作，若在一個設(shè)計師的創(chuàng)作過程中，有一些設(shè)計問題，其他協(xié)同工作的設(shè)計師可以將此模型進行優(yōu)化，在修正和優(yōu)化的過程中，還可以與項目設(shè)計模型的其他人員進行線上線下的討論.除了建筑建模軟件，還有結(jié)構(gòu)建模軟件和機電建模軟件等，可以同步進行模型的創(chuàng)建，然后進行整合，這樣創(chuàng)建出來的模型是更加優(yōu)良的，然而在協(xié)同工作之前，是需要事先創(chuàng)建不同的工作集，每個參與其中的技術(shù)人員將各自的信息錄入工作集中，然后各自開放對應(yīng)的權(quán)限，就可以實現(xiàn)不同空間的人員對同一模型進行操作了.這樣的設(shè)計也能讓更多人同步參與，并提出各自的看法來優(yōu)化模型.Revit建模其實還有一個強大且實用的功能，就是族庫，Revit族庫簡單來說就是基于建筑模型中大部分構(gòu)件，都可以直接在對應(yīng)的族庫中查找到，并且通過插入菜單命令下的載入族等命令將所需要的族構(gòu)件載入到模型中，例如圖2，在專用宿舍樓項目中，在機電模型水管管件的灰鑄鐵25磅級法蘭中，用到的族就多達八類，有變徑三通－法蘭式－灰鑄鐵－25磅級、變徑四通－法蘭式－灰鑄鐵－25磅級、變徑彎頭－法蘭式－灰鑄鐵－25磅級、長半徑變徑彎頭 －法蘭式－灰鑄鐵－25磅級、帶側(cè)向口的變徑三通 － 法蘭式 － 灰鑄鐵 －25磅級等.常見的線上免費族庫網(wǎng)站更是數(shù)不勝數(shù).這些技術(shù)的更新和方便其實都在推動著BIM技術(shù)的快速發(fā)展.

圖1 Revit－附加模塊

圖2 機電模型

3.2 BIM技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的應(yīng)用

在BIM模型的設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是離不開，在專用宿舍項目中，采用的是廣廈結(jié)構(gòu)CAD進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，先采用GSRevit建模，GSSAP計算，然后在Revit中繪制梁柱板的鋼筋施工圖，最后進行鋼筋下料等，如圖3，是廣廈結(jié)構(gòu)CAD的創(chuàng)建界面，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計以后，可以通過查看GSSAP結(jié)果，得到送審報告，對比審圖，圖形方式等文本資料.在報表預(yù)覽的樓層構(gòu)件類型經(jīng)濟指標(biāo)表中，得出各樓層總鋼筋用量在52.72噸左右.同時與廣廈結(jié)構(gòu)CAD一樣，用的比較廣泛的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件還有Takle軟件.

圖3 廣廈結(jié)構(gòu)CAD的創(chuàng)建界面

3.3 BIM建筑模型同步更新建筑材料

BIM系列建模軟件，包括Revit在內(nèi)，大部分軟件已經(jīng)能夠以較高精度來完成建筑材料屬性賦予，也就是說，在設(shè)計階段的模型創(chuàng)建過程中，可以同步協(xié)作其他造價或建筑材料研究人員完成模型的材料貼圖，這種貼圖不僅僅是在表面的，而是通過在Revit模型中構(gòu)件的類型屬性的構(gòu)造及材質(zhì)和裝飾來進行信息的輸入和材質(zhì)的選擇來完成的，例如專用宿舍樓建筑工程部分的基本墻的構(gòu)建，墻厚200毫米，如圖4，在類型屬性的結(jié)構(gòu)命令中設(shè)置樣本高度，外部邊的結(jié)構(gòu)材質(zhì)選擇可以在材質(zhì)瀏覽器，也就是材質(zhì)庫中進行選擇，在200毫米的基本墻這里，選擇的材質(zhì)是混凝土，在資源瀏覽器中選擇的資源名稱是“不均勻－暖灰色”，為了后期分類統(tǒng)計的方便，在這里將“不均勻－暖灰色”改成了“暖灰色”，編輯結(jié)構(gòu)層為200毫米厚.然后在編輯部件外部邊中繼續(xù)賦予了基本墻面層和保溫層的的材質(zhì)和厚度.完成了類型參數(shù)中結(jié)構(gòu)的編輯以后，再將基本墻的分析屬性進行賦值，吸收率和粗糙率分別輸入的0.7和3的默認值.同時，Revit軟件也可以轉(zhuǎn)化成可以進行高精度貼圖的模型，進行建筑材料屬性、名稱、類型的賦予，在這個階段，甚至可以直接協(xié)同項目相關(guān)材料采購人員，將相關(guān)建設(shè)材料的生產(chǎn)廠商，出場年份，檢驗合格標(biāo)志，負責(zé)人等相關(guān)屬性全部輸入.從而達到模型完成，即建筑材料基本賦予完畢.BIM技術(shù)的這一強大功能無疑是創(chuàng)新的，也是之前傳統(tǒng)的設(shè)計建模階段，所無法真正完成的工作.也無疑節(jié)省了后期大量的造價工作和相關(guān)采購工作.

圖4 類型屬性的結(jié)構(gòu)命令

圖5 資源瀏覽器

3.4 BIM建筑模型三維可視化

在完成了模型的創(chuàng)建和建筑材料屬性賦予及貼圖工作以后，展現(xiàn)出來的是一個完備的三維可視化模型，對于設(shè)計階段的相關(guān)參與者而言，會更加直觀.專用宿舍樓模型采用Navisworks軟件完成了各個模型的融合和碰撞，專業(yè)建筑模型在完成建筑，安裝和結(jié)構(gòu)部分的建模以后，通過Navisworks軟件的碰撞功能，將各組模型分別導(dǎo)入進行碰撞檢查，而這一階段是通過NWC和IFC格式來完成與上一階段的Revit模型的對接，對接的路徑還是Revit的附加模塊的Navisworks switchback 2016鏈接.在 Navisworks中，通過建立碰撞任務(wù)，選擇碰撞構(gòu)件，進行重疊構(gòu)件等的檢查，然后導(dǎo)出碰撞報告，高亮標(biāo)注所有碰撞問題，重點分析機電專業(yè)的碰撞報告，通過分析修改出錯的部分，然后再進行碰撞檢查，重復(fù)這一步驟，可以極大減少BIM模型中的誤差.如圖6中的漫游場景，專用宿舍樓模型此時也采用了三維漫游和VR技術(shù)相結(jié)合的方式，通過漫游和定義施工的方式，設(shè)計出了基于專用宿舍樓為場地的漫游動畫和項目施工模型，將這些漫游動畫導(dǎo)出，通過VR技術(shù)，完成了體驗者對專用宿舍樓的VR實景體驗，感受項目模型的外部環(huán)境和內(nèi)部構(gòu)造，當(dāng)然這一系列的構(gòu)造，包括建筑工程和安裝等所有項目在內(nèi)，此時的三維模型，也更加容易讓業(yè)主方理解和評斷，尤其對于房地產(chǎn)開發(fā)項目來說，投資方也更加能預(yù)測到可能會出現(xiàn)的問題.

圖6 漫游場景

3.5 BIM模型創(chuàng)建即完成同步算量

基于一個完備的可視化模型，可以通過合同預(yù)算或成本預(yù)算，將清單關(guān)聯(lián)，從而完成清單計價，也就是說，在建筑設(shè)計階段，就可以完成建設(shè)項目的算量，完成項目的計價過程.專用宿舍樓在完成了一系列的模型設(shè)計和碰撞檢查以后，通過將Revit文件導(dǎo)入到廣聯(lián)達算量軟件中，完成了模型的算量，再通過將算量模型的量導(dǎo)入到計價軟件中，將清單關(guān)聯(lián)完成模型，再進行計價，在這個過程當(dāng)中，也可以直接將Revit模型的工程量導(dǎo)入到計價軟件中，進行工程計價.這樣更加方便，但是對于建筑模型的精確度和完備性要求較高.這種建筑行業(yè)的革新技術(shù)，幾乎可以完全影響傳統(tǒng)的工程造價行業(yè).經(jīng)歷過高精度設(shè)計和多次碰撞檢查的模型，直接進行算量計價，這樣的工程量計算也會更加科學(xué)和精確，然而這樣的流程操作，如果能在設(shè)計階段順利的進行，仍然需要GFC和IGMS等的格式文件的轉(zhuǎn)化，方能將模型完整的進行轉(zhuǎn)換，達到交付使用的目的.最新的BIM技術(shù)，甚至可以通過IFC等格式，將BIM模型精確的進行綠色建筑方面的分析，而這些數(shù)據(jù)都將通過集成數(shù)據(jù)達到共享，協(xié)同和優(yōu)化的目的.

4 BIM技術(shù)在項目施工階段的應(yīng)用

建筑項目在到達施工的階段的時候，首先可以通過BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場模擬，來達到項目的模擬，指導(dǎo)施工現(xiàn)場的建設(shè)，而前期可以用施工現(xiàn)場的布置軟件，提前模擬項目從進場到完工的整個施工流程，提前檢查問題，規(guī)避風(fēng)險.專用宿舍樓模型就是將Revit軟件導(dǎo)出的模型直接通過IGMS格式導(dǎo)入到施工組織軟件中，采用斑馬·夢龍網(wǎng)絡(luò)計劃完成施工階段的流水段布置.通過場布模擬，精細化的將專用宿舍樓項目從進場階段到施工階段的場地布置，包括材料擺放，機械設(shè)備的使用，施工臨時辦公場所等的布置.模擬和預(yù)演在施工過程中可能會出現(xiàn)的問題，做到了提前解決問題，規(guī)避風(fēng)險.而貫穿整個項目施工，需要使用BIM5D來完成項目管理階段，在這個階段中，通過IGMS格式完成與設(shè)計階段的模型對接之后，可以實現(xiàn)項目的施工模擬，工期控制，物資管理和質(zhì)量安全等多個環(huán)節(jié)的項目管理.從而達到基于BIM技術(shù)的施工全過程把控.

5 BIM技術(shù)在項目運營階段的應(yīng)用

在完成了建筑項目的建設(shè)以后，后期運營管理階段，仍然可以使用BIM技術(shù)，它對接了大數(shù)據(jù)和云數(shù)據(jù)庫，加上計算機網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合運營，完全可以實現(xiàn)了BIM技術(shù)的云管理平臺.在電腦端，網(wǎng)頁端和手機客戶端，管理人員不僅可以對負責(zé)項目進行實時監(jiān)管和數(shù)據(jù)的提取，項目與項目之間也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析比對，提前為項目后期可能產(chǎn)生的問題進行預(yù)判，從而達到預(yù)測問題的作用，盡可能避免在建設(shè)項目使用過程中，可以防范的風(fēng)險，提高建設(shè)項目的壽命.由于BIM技術(shù)的引進，專用宿舍樓從設(shè)計到施工階段，一直都在完善綠色建筑的相關(guān)指標(biāo)，從設(shè)計階段來講，采光指數(shù)的分析，通風(fēng)指數(shù)的分析以及日照等指數(shù)的專業(yè)分析，加上綠色建筑軟件模擬，在建設(shè)項目的運營后期，完美且有效的規(guī)避了很多可能因為綠色建筑不達標(biāo)而帶來的困境.同時，綠色建筑的引入，讓專用宿舍樓的實際使用壽命增加和后期的實際維護成本降低，真正意義上做到了成本最優(yōu).在工期方面，專用宿舍樓的建設(shè)比傳統(tǒng)方式上的同類型建筑節(jié)約了47天的工期.真正意義上，實現(xiàn)了建筑項目成本，質(zhì)量和工期的最優(yōu).也從專用宿舍樓這個項目中，體會到了BIM技術(shù)的引入，給我們帶來的實實在在的好處.

4 結(jié) 語

對于BIM技術(shù)在建設(shè)項目全周期的應(yīng)用過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)，從項目可行性階段，到項目設(shè)計階段和施工階段，最后到項目維護運營階段，每一個階段其實都不是獨立存在的，而是在各個階段相互作用和協(xié)調(diào)，才能更加完美的達到項目的全壽命周期把控，從而真正控制建筑成本，提高建筑質(zhì)量，縮短建造工期.只有這樣也才能將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑項目的優(yōu)勢最大化.BIM技術(shù)的發(fā)展雖然迅猛，也必然是將來建筑工程行業(yè)的發(fā)展趨勢，但是作為建筑工程從業(yè)者，其實我們更加關(guān)注BIM技術(shù)在現(xiàn)階段給我們帶來的好處，BIM技術(shù)從來就不是單獨存在的，它的最大價值在于不同階段，BIM各類軟件的交互作用，以及人工和BIM技術(shù)的交互作用.對于現(xiàn)階段來說，我們立足于將BIM技術(shù)與工程項目不同專業(yè)相結(jié)合，達到不同的BIM使用目的，其實就是BIM技術(shù)真正普及的開始了，如果奢望一開始BIM技術(shù)就能在所有工程中達到全壽命周期的運用，無疑是太急功近利了，這篇文章在基于BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，用專用宿舍樓的案例分析了BIM技術(shù)是如何運用到工程項目中的，但是如何將基于BIM技術(shù)的各個階段更加高精度的傳遞信息模型是需要BIM技術(shù)人員和建筑行業(yè)人員繼續(xù)探索的問題.