淺析建筑與電子信息技術的現代融合與應用

秦 冰

一、背景說明

電子信息技術與建筑業，過去在很多人眼里是風馬牛不相及的兩個行業。但是隨著時代的發展和科技的進步，以及政府大力地推廣兩化融合，這兩個行業奇妙地結合在了一起。

在人類的歷史上，有很多匯聚著人類智慧的建筑，例如中國的長城、埃及的金字塔、古羅馬的競技場、意大利的比薩斜塔、德國的科隆大教堂、土耳其的伊斯坦布爾圣索非亞大教堂等等，隨著人類社會的發展、科學的進步，建筑業從紙質的設計圖逐漸發展為無紙化的電子設計圖；而且隨著人工智能、大數據的盛行，BIM技術也逐漸走上建筑業的舞臺。BIM，就是一種基于三維模型的智能化流程，BIM是Building Information Modeling建筑信息模型，其一詞由耶魯大學建筑系教授、美國歐特克公司的Phil Bernstein先生提出，后由另一位學者Jerry Laiserin將其一詞推廣成為建筑項目以數字化方式展示其建造時期各階段的代名詞。目前已經在全球范圍內得到建筑行業的廣泛認可。人們開始運用這種技術進行建筑的全生命周期的演示，用三維的立體模型展示，形象更加真實、立體，可以模擬在真實世界中不能進行操作的項目。將所有的資料信息化，可視化為項目的前期規劃、設計、協調，模擬提供有效的決策依據，為項目的良性發展保駕護航。

二、BIM的特性

BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數字化技術為這個模型建立完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息，還包含了非構件對象（如空間、運動行為）的狀態信息。借助這個包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑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平臺。與傳統碎片化的設計不同，BIM把所有建筑設計者、工程師、營造廠商、業主及所有參與本工程項目的所有人員的信息統一匯總，并進行整合，從而在最快的時間內給出最優方案。BIM也可以把設計方案具體化、可視化，更加直觀地體現設計方案的有效性和合理性，有效地識別和避免施工過程中的風險；也能夠具體地掌握施工的成本及造價，更好地進行成本控制工作(圖1)。

圖1 BIM的特性

BIM是一個概念，將建筑物從設計至交付使用的全生命周期的信息整合在一個軟件平臺上。有別于傳統的2D平面繪圖的概念及工作流程，BIM改變了傳統建筑業的通常行為模式，增進團隊之間的協同作業，更納入各領域的信息并進行整合。在很多歐美及發達國家，BIM的發展日益迅猛。住宅建筑缺口大，土地資源日益緊缺，建筑業的專業人員流失嚴重，勞動力緊缺已成為全球態勢，從而造成建筑業成本日漸提高。在人力資源不夠的情況下，依靠工具和機器就成為唯一的一種出路。

三、BIM在建筑業的優勢

建筑的整個生命周期分為規劃、設計、施工、管理、交付五個方面。一棟建筑物的建成除了以上五個方面，還有消防、安全、水電、布線等等，因此，需要籌劃和布局的事項非常多；而且工程人員數量非常龐大，還要考慮人與人之間傳遞消息以及交接的問題。況且在傳統的建筑行業，所有的設計都是以圖紙形式進行傳達，每個施工人員接觸的環節、知識層面的深淺，都對圖紙的識別和理解有一定程度的差異；并且因為平面圖的數據和信息，造成很多施工人員都是依靠經驗來施工。不是專業的人員非常難理解設計師的用意和真實想法。不同的人、不同的團隊具有不同的理解方式。經常不同的建筑部分是由不同的團隊來完成，互相之間缺乏溝通和信息的互通，這中間存在很大的隱患，經常會造成返工和額外的工作量。

在這樣的前提下，使用BIM軟件進行協調服務以及各個項目的優先排序，可以在很大程度上減少因為人為原因造成的錯漏和疏忽，實現有效的信息互通。項目可視化的三維模型，可以很輕松的計算材料的數量和安排工程的進度，不同于以往用人力來估算材料數量。不僅工作進度可以準確安排，某一方修改項目模型或是變更其他相關的圖面也可以實時的自動更新，進而達到減少工程成本提升工程質量的目的。BIM技術的本質就是對于數據的深層挖掘和使用，可以更好得整合資源。在建筑的施工管理中，為了嚴格管控各個環節，將工期和進度加入到3D建模中準確的分析和量化，從而可以更加有效地進行施工管理工作和風險的預測；同時可以對于分管、分包的各個環節的施工人員進行管理和調配，制定更加科學的計劃，有效地調節內部以及外部的矛盾和沖突，使整個施工過程更加得科學有效。另外，BIM技術還能發現潛在的危險，通過可視化技術可以避免施工中可能存在的危險，更好的保護工人的安全，保障生產安全。由于BIM技術可以最大限度地提高建筑質量，縮短工期，從而減低生產成本，這種新技術開始逐漸在各行業內普及。

四、BIM在建筑方面的應用

巴黎圣母院和埃菲爾鐵塔是很多人心目中最能代表巴黎的標志性建筑。巴黎圣母院這座塞納河畔的輝煌建筑，建于1160年，花了整整一百年時間，才在1260年完工，距今七百多年。法國電視主持人在新聞報道中惋惜地說，預計巴黎圣母院重修至少需要8～10年時間，在此期間不會對外開放。也就是說今后的十年，再去巴黎將無緣瞻仰這座人類歷史的瑰寶。幸運的是2015年，藝術史學家Andrew Tallon曾利用激光掃描儀對整個巴黎圣母院進行了掃描。這一次精準的激光掃描耗時數年，掃描點囊括了大教堂內外的50多個地點，對圣母院內的每一個細節都進行了多次掃描、數據反傳，最終收集了超過10億個數據點。盡管現實中的巴黎圣母院部分被燒毀，但是在數字模擬下，人們依舊可以一窺圣母院的原貌。在不久的將來，運用BIM技術去修復巴黎圣母院將不會是難事。也許將來利用BIM技術，我們可以修復更多早已消亡在歷史長河中的人類瑰寶。

在現代的建筑業中，我國政府已經開始著手大力推廣BIM技術，同時出臺了很多政策和利好消息來支撐這一產業。

在上海，屹立于東方威尼斯的128層的摩天大樓——上海中心大廈，造價24億美元，以632米119層的高度傲然屹立在陸家嘴金融中心，是中國目前的第一高樓,是美國建筑設計事務所Gensler以BIM技術設計建造的。整個工程的核心設計團隊只有三個人，耗費了五年三個月的時間完成，比傳統建筑的工期縮短了30%。在北京，北京鳳凰傳媒中心位于北京朝陽公園西南角，占地面積1.8公頃，總建筑面積6.5萬平方米，建筑高度55米。該建筑同樣也是利用BIM技術對外殼和實體功能空間進行量體裁衣，精確地吻合彼此的空間關系。該設計方案多次在國內外獲得建筑大獎。上海迪士尼樂園是中國內地首座迪士尼主題樂園。在建設中，過半的建筑都采用了BIM技術，這大大提高了建造速度，完美地呈現了實景的夢幻樂園。深圳當代藝術館及規劃展覽館（MOCAPE），這個深圳新地標利用BIM技術完成了建筑建造，是深圳市“十二五”（2011～2015）規劃的60個標志性重大建設項目之一。虎門二橋工程是廣東省高速公路網規劃中連接廣州市和東莞市的重要東西向通道，利用BIM技術把現實的虎門二橋用數字化形式展現出來。在虛擬數字建造和模擬使用過程中發現并解決實際建造過程可能遇到的問題和錯誤，按照數字化建造過程進行仿真施工。利用BIM模型，不但可以高效直觀地理解、溝通及管理項目所有信息，而且基于BIM模型中的強大的相互關聯的信息，可以衍生出諸多有效的數據分析方法，增加了項目的可控性、減少錯誤、縮短工期、控制造價、提高質量。

五、基于BIM技術的成功應用，對未來的啟示與愿景

隨著綠色城市、智慧城市、智慧小區、智慧生活的概念的推廣,BIM技術在建筑業中得到了空前的推崇和盛行。BIM技術目前顯現出的價值還只是冰山一角，在未來，這一點還將向更深層次探索和發展。相信BIM技術將在未來的建筑業中成為最佳的輔助工具。但是技術標準的不足、技術骨干人才的短缺、施工方推廣力度不夠都是目前存在的問題。加大軟件投入和人才培養，完善薪酬機制和內部激勵政策，留住技術骨干人才，堅持端正態度，實事求是，讓BIM技術應用在實踐中推廣。

我們也要用冷靜的態度來看待B I M技術。BIM技術既不是萬能的，也不是一無是處的。我們的態度決定其高度和深度，推廣上，要堅持實事求是，不夸大優點，不掩蓋不足。只有這樣才能真實地反映出BIM應用中的真實信息，為后續工程BIM技術的應用提供經驗支持。