日本郵政大廈機電BIM應用對我國BIM技術應用的啟示

康廈

摘要：現如今，建筑物功能朝著多樣化趨勢不斷演變，其復雜功能的實現離不開機電設備的輔助。BIM技術的應用大幅度減少了設計階段與施工階段的割裂。現階段針對BIM技術在機電領域的研究多為應用理論方面的討論，缺少相應的具體實施層面的研究。日本郵政大廈通過在機電部分使用BIM技術獲得了較好的效果。針對該成功案例，從具體實施層面進行系統研究，基于軟件應用、制度流程、規范標準、市場競爭四個方面對其成功的背后進行探索，從而得出對于我國建筑業未來BIM應用的啟示。

Abstract： Nowadays， building functions are evolving towards diversification. The realization of complex functions cannot be achieved without the assistance of mechanical and electrical equipment. The application of BIM technology has greatly reduced the separation between design stage and construction stage. At the present stage， researches on BIM technology in the field of mechanical and electrical engineering are mostly discussed in the aspect of application theory， and there is a lack of corresponding researches on the specific implementation level. Japan post building achieved good results by using BIM technology in the mechanical and electrical parts. In view of this successful case， a systematic study is conducted from the specific implementation level， and the behind of its success is explored based on the four aspects of software application， system process， norms and standards， and market competition， so as to draw inspiration for the future BIM application in China's construction industry.

關鍵詞：日本郵政大廈;BIM 機電工程;啟示

Key words： Japan post tower;BIM electromechanical engineering;enlightenment

中圖分類號：TP319;TU17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0272-04

0 ?引言

隨著技術的進步與社會的發展，人們對建筑物的功能要求也隨之提高。在復雜功能的建筑物中，機電設備的采購成本占項目總造價的比例越來越大，機電部分在整個項目中的重要地位也越發提高。在傳統模式下，機電部分的設計與建筑、結構部分往往是割裂不連續的，這種人為的割裂現象會對之后的施工階段造成負面影響，進而使工程的成本上升，工期增加，影響項目目標的實現。通過使用BIM技術，能夠有效的減少傳統模式下的這種割裂現象。BIM（Building Information Modeling）是一種以建筑信息數據模型為基礎，應用于工程設計、施工和管理的信息化管理工具。BIM技術能夠在項目全生命周期中進行信息數據的共享和交流，在充分利用有關信息的基礎上為項目參與各方作出正確決策提供依據。同時信息化的施工管理平臺也能夠高效的協同各參與方，為其合作提供了基礎，對保證項目質量、節約成本、縮短工期起到了重要作用。因此在機電部分中使用BIM技術就顯得額外重要。國內外學者都意識到了這個問題，但其相關研究大多是從其應用價值、應用理論方面的討論，缺乏從具體實施層面的研究。

本文從BIM技術具體實施角度出發，從軟件應用、制度流程、規范標準、市場競爭四個方面對日本郵政大廈BIM機電應用進行探索，進而得出其成功經驗對于我國BIM應用的啟示。

1 ?國內外研究現狀

我國學術界首次在機電領域對BIM技術進行研究是在2011年，錢惠等人在《BIM在機電安裝工程中的應用》一文中首次對BIM技術在機電部分應用進行了討論，文章主要討論了BIM技術在機電安裝工程中的作用[1]。此后對于BIM技術在機電部分的研究大多集中在應用理論層面的研究，例如設計優化、施工應用、成本優化、現狀分析、推廣障礙研究等方面，對于BIM技術在具體實施層面，例如專業標準研究、制度流程研究、軟件對比等方面存在較大的研究空白。此外對于機電領域的BIM技術應用也缺少系統性的研究，而國外對此的研究成果也僅僅停留于設計階段。

目前我國的BIM發展應用正處于初期的普及與推廣階段。在政府和行業的大力支持與推廣下，以國企、央企為首的眾多企業積極響應有關政策，將BIM技術應用于項目的全生命周期管理。在國內，隨著政府相關政策的出臺，運用了BIM技術的項目也愈發多起來，國內項目如上海深坑酒店、上海中心、北京中國尊項目以及在建的成都綠地中心等，國際項目如摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋、尼日利亞萊基深水港項目等中都運用了BIM技術和BIM管理手段，取得了顯著效果。

雖然我國運用BIM技術的項目數量不斷增多，但由于缺少實施層面的相關研究，BIM技術在這些項目中的實施不具有普遍性，這限制了我國BIM技術的進一步推廣與應用。因此，從實施層面對BIM技術的應用進行系統性的研究就顯得尤為必要。

2 ?案例分析

本文將以日本郵政大廈建設過程中BIM技術在其機電設備部分的應用為例，對BIM技術在該項目機電部分的運用的必要性進行論證，并對其應用成果進行論述。進而從實施層面得出該項目成功經驗帶給我國BIM技術的啟示。

2.1 案例簡介

日本郵政大廈位于歷史悠久的東京站旁邊，地下地上共42層。建筑面積21.2萬m2。新大樓將容納近100家商店和餐廳，包括東京中央郵局、博物館、商業設施和零售廣場。它是該國最先進的商業辦事處之一[2]。

這座新的高層建筑建于歷史悠久的1931年中央郵局上，毗鄰東京市中心繁華的丸之內站。它將現有的立面作為建筑的基礎，形成了與相鄰廣場的城市景觀接口。塔樓在其立面內整合了現有建筑的線條，在兩個部分之間創造了連續性。

該塔采用了許多可持續發展戰略。自然光在每個空間都是一致的，使用落地玻璃降低了與人工照明相關的成本并提高了用戶的舒適度。該建筑配備了通風可操作的天窗板，包含冷卻塔的熱回收系統，屋頂花園和太陽能電池板系統。設計團隊避免在中庭天窗玻璃面板上使用陶瓷玻璃涂層，而是使用透光率為10%的光伏面板。這一舉措可以控制中庭的太陽能熱量，同時吸收的輻射轉化為電能。高性能建筑圍護結構集成了三層玻璃通風腔壁，可減少溫暖季節的熱量增加和較涼爽季節的熱量損失。自動遮陽板位于空腔內，以反射太陽輻射并將熱量釋放回空腔，從那里可以排出或維持熱量以減少冬季的熱量損失。

2.2 BIM技術在該項目上應用的必要性和可行性

該項目機電安裝工程部分是由專業的機電分包商來完成。通常，根據機電分包合同，電氣、給排水、暖通設備等設備安裝和材料供應是由專業分包商完成。但在該項目中，對機電分包商的另一項要求，是在優化設計的基礎上進行機電設備的安裝。為了避免不必要的返工現象，這就要求總承包要提前進行機電圖紙優化。

該工程工程項目的體量較大，熱回收系統、屋頂花園和太陽能電池板系統等貫徹可持續發展理論的綠色功能的實現對其機電設計提出了較高的要求，因此，整個項目的機電設備也很復雜，包括強電、弱電、供水、排水、污水、熱水、空調設備和排氣。如此多的設備將不可避免地出現大量的管線排布，尤其是設備和管井之間。同時，商業區與辦公區的精裝修要求實現機電設備的高度和精裝修要求一致，這樣一來后續的施工就會對機電設備的安裝質量提出很高的要求。因此，機電設計和施工在該工程目標實現過程中舉足輕重。為了更好的實現項目目標，管線的綜合排布就要被納入前期策劃和設計階段中進行考量，以確保在施工前，施工人員對管線有確的布置方案，避免因設計缺陷而出現不必要的返工等，進而影響項目目標的實現。

對于這樣復雜的機電安裝工程，前期的機電深化設計就顯得尤為重要，在設計階段利用BIM技術進行前期的管線綜合設計，提前進行碰撞檢查等，優化工程進度具有一定的必要性與可行性。

2.3 該項目中機電部分BIM應用成果

2.3.1 在前期對設計圖紙進行BIM建模，通過運用BIM技術減少隱藏于圖紙內的管線沖突，提高了管線沖突的發現效率，針對相關問題進行優化，使得各專業布局更加合理，對施工方案進行優化，輸出調整完成的最終版施工模型，通過其他軟件生成變動后的工程量清單，準確反應出最終施工模型的工程數據，給施工環節提供了具體的指導，減少資源的浪費。大大的縮短了工期，減少了變更返工，為社會節約了大量資源。

2.3.2 運用BIM模型的可視化對機電作業協同進行輔助，通過便攜式設備如手機、平板電腦等輔助施工管理人員，以動畫形式幫助施工人員進行施工，提高管理效率與施工效率;此外還可以幫助施工方建立機電模型構件的施工標準。

2.3.3 運用BIM技術進行現場管理能夠有效管控現場，實時上報工作組每日工作進度，確保工程按計劃進行，增加管理人員對項目的管控力度，保證工程工期目標的實現。

2.3.4 運用5D施工模擬定義機電、結構和建筑作業之間的關系，合理針對勞動力和其他資源進行配置，為各專業提供了信息高效共享的施工管理平臺，對協調各專業管理，實現了工程的和諧共建，提高了各專業間的協同效率。

2.3.5 BIM平臺在保證信息通暢的同時，也對項目參與各方的數據安全的提供保證，BIM平臺針對數據安全采用了數據權限管理的模式，使各參與方上傳與使用工程數據、圖紙、資料等變得便捷安全，為項目提供了良好的信息管理平臺。

3 ?日本郵政大廈機電設備部分BIM應用與我國BIM應用過程對比

本文從BIM技術具體實施的角度出發，以該項目為研究對象，試從軟件、制度流程、規范標準、市場競爭對BIM技術的影響四個方面進行系統的分析，以得出最后的結論。

3.1 從軟件層面

在該項目中：2009年有日本“BIM元年”一說，BIM大量出現在日本的研究報告和文章中，隨后逐漸被應用到日本建筑項目中。但早在上個世紀九十年代日本就開發出一系列“BIM”軟件，與國內廣泛以CAD平臺為基礎進行二次開發的BIM軟件不同，日本的“BIM”軟件以自己獨立開發為主。就機電設計專業，以在該項目中使用的TFAS為例，TFAS是由日本DAITEC公司開發，其優勢在于軟件小，對硬件依賴小，運行速度快，而但其獨立于CAD平臺而開發的特點也造成其與其他軟件演繹障礙，僅有IFC一個接口;此外該軟件操作簡單，與日系軟件對接方便，大大減輕了人員上手難度，提高了工作效率;其以平面繪圖為主、斷立面為輔的制圖方式，碰撞檢測、單復線轉化、排水管自動做坡以及創新性的引入sheet功能等也極大的方便了人員使用，提高了工作效率[3]。

我國：與日本相比，我國機電設備深化設計軟件大多以CAD為基礎進行的二次開發，或是直接輸出模型到navisworks中進行碰撞檢測，深化設計的軟件繁雜或是需要對文件進行多次轉化，易造成模型信息的缺失，對電腦硬件依賴程度高，優化軟件本土化差，軟件操作復雜人機互動性差，企業前期投入大，不利于行業的進一步發展。此外各軟件間演繹性差，阻礙了項目中參與各方亦或是各專業部分間的信息溝通，這與BIM核心理念——協同相違背。

3.2 從制度流程層面

在該項目中：設計方的施工設計和施工方的深化設計在日本結合在一起叫做施工圖設計“BIM設計”。與國內由業主引入BIM作為第三方不同，在日本即使施工方擁有自己的BIM團隊，施工方也要引入第三方BIM團隊。在該項目中，第三方BIM團隊中使用相同的BIM軟件，以此避免模型轉換中信息的缺失（一般以TFAS為主），利用設計圖做初步的BIM設計。第三方BIM團隊先是將建筑和結構的三維模型搭建好，再依次搭建機電模型。在這個過程中，主要是驗證各專業設計的合理性，例如機電和結構是否有沖突等。第三方BIM把優化結果提交給設計做調整，調整后BIM團隊再次驗證。通過這一過程將設計與BIM深化設計相割離，既能夠更好的發現設計中的缺陷并及時處理，也可以滿足施工的需要，更好的為后續施工服務，而BIM設計的最后的方案需由設計方蓋章確認，至此優化設計后的成果，既貫徹了設計的要求，也滿足了施工的需要。將設計和施工完美銜接。BIM方還需要派人持續跟進，為項目上出現的施工問題提供技術支持直到竣工。

我國：BIM團隊由設計單位組成或是由業主方委托第三方負責，相對就施工部分了解較少，易造成設計與施工的脫節;此外國內項目的BIM應用往往始于施工階段而忽略了策劃和前期設計階段，沒有正確的發揮出BIM技術的價值。

3.3 從相關規范標準層面

日本：2012年日本建筑師協會發布了設計師視角出發的《JIA BIM導則》，在2014年國土交通省發布了《BIM 導則》，成為日本政府唯一承認的BIM應用規范。隨后BIM軟件公司根據BIM導則發布了軟件的用戶操作指南[4]。在日本，BIM被廣泛運用到政府項目和大型建筑項目中。日本的大型建筑企業與BIM軟件公司合作，研究制定出適應自己企業的BIM應用于建筑項目的方法和規范，并在實際運用項目中得到良好反饋。在本項目中，第三方BIM團隊還協助施工方建立了機電部分的相關標準，如模型名稱、移交標準、模型精確度等，進一步為其他項目標準建立提供了幫助。

我國：在我國，BIM的普及情況并不樂觀。我國在2010年提出了中國建筑信息模型標準框架，2012年我國將編制中國的BIM標準作為國家立項，2016年發布了《建筑信息模型應用統一標準》，該標準為建筑信息模型應用提出了框架性的基本要求，2017年發布了《建筑信息模型施工應用標準》，而更為全面詳細完整的標準規范仍在編制中。一些地方城市，如天津發布了《城市軌道交通管線綜合BIM設計標準》，用于指導BIM在城市軌道交通的管線綜合方面的應用。但目前來看標準的發布對行業BIM應用的影響并不大，我國BIM的標準化仍有很長的路要走。

3.4 從市場競爭層面

日本：總所周知，日本建筑市場的市場集中度很高，日本建筑市場被五家建筑企業把持。而這五家百年企業擁有日本建筑行業乃至世界建筑行業的最高水平。日本其他建筑企業遠遠落后于五大巨頭，市場占有規模不足一半。高度集中的日本建筑市場對BIM技術所能帶來的預期收益相對更高，日本建筑業十分重視科技對企業利潤的提升程度。近些年日本建筑業企業的研發投入占其營業額的比重越發提高，一些大型企業在建筑業的信息化與相關軟件的研究開發中投入巨大。在日本，建筑企業對于科技的進步能夠提升其收益是普遍認同的，這無形中也推動了日本建筑業BIM技術的應用與發展，這也是日本建筑企業能夠在國際競爭中取得較大優勢進而能夠脫穎而出的原因。

我國：相對于2009年日本建筑業CR5達到45%，該年度我國前八家建筑企業的產值僅占我國建筑業產值規模的18%（來源：2010 TOP 225 承包商，ENR）。我國建筑市場呈現市場集中度低，市場準入門檻低等特點，而就目前來看，BIM技術在單個項目中的投資回報率不甚明朗，BIM技術前期高昂的人才設備投入相對于開放的中國市場中占了大比重的中小企業而言，預期收益相對較低，這也對我國BIM技術的推廣與應用造成了阻礙。

4 ?啟示

針對目前我國BIM技術機電領域研究多集中在應用理論研究，缺少具體實施層面的研究的現狀，為了填補相應研究的空白，從軟件、制度流程、規范標準、市場競爭對BIM技術的影響四個方面對日本郵政大廈進行了系統的分析，其成功經驗對我國BIM技術未來應用有著如下啟示：首先BIM技術應盡早進入項目方能充分發揮其價值。一旦項目確定要使用BIM技術，需盡早將BIM技術應用到項目中去;其次，應盡早實現BIM軟件的本土化，提高各軟件間的演繹性，減少因演繹性差而造成的模型信息缺失，以及由此而造成的項目各參與方間信息溝通困難;此后，深化設計應在滿足設計要求的技術上盡可能的符合施工需求;再者，應盡快完成產業整合升級，提高建筑業市場集中度，避免社會資源的重復配置，加大科研投入，進一步提高建筑技術水平，提高行業的國際競爭力。最后，盡快完成我國的BIM標準化建設，在充分理解BIM原理和我國工程建設現狀的基礎上制定BIM應用的指導性文件并以實踐驗證的方式指導BIM的應用。

參考文獻：

[1]錢惠，吳善滸，王興坡.BIM在機電安裝工程中的應用[J].安裝，2011（10）：44-47.

[2]日本郵政總部大廈[J].世界建筑導報，2013，28（01）：62-65.

[3]金戈.淺談日本機電BIM軟件及其應用[J].土木建筑工程信息技術，2012，4（03）：33-44.

[4]辛穎. 日本BIM導則及其應用研究[D].華南理工大學，2018.

[5]Takashi KANETA， Shuzo FURUSAKA， Nisi DENG. Overview and problems of BIM implementation in Japan[J]. Frontiers of Engineering Management， 2017， 4（02）： 146-155.

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