在建筑市场竞争日益激烈的环境下BIM

在建筑市场竞争日益激烈的环境下，建筑施工企业要想更好地可持续发展和发挥竞争优势，就必须提升企业的管理水平和核心竞争能力，就必须不断地进行技术创新与管理创新。而信息化技术是支撑企业发展和管理落地的有效手段之一。随着近几年信息技术日新月异的发展，涌现出许多新的信息技术，特别是BIM技术的出现，为企业集约经营、项目精益管理的管理理念的落地提供了手段。

BIM这一方法和理念自2002年提出后，现已在全球范围内得到业界的广泛认可。那么BIM是什么呢？它会给建筑施工行业带来什么影响？

一、 BIM的定义 对于BIM，最通用的解释是：BIM（Building Information Modeling），翻译成中文就是建筑信息模型，它是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。BIM的关键是信息，结果是模型，重点是协作，工具是软件。

二、 BIM中的关键技术 1. 基于IFC 数据交换标准 建设工程项目是一个复杂的、综合的经营活动，它具有参与方多、生命周期长、软件产品杂等特点。而BIM要支持能够支持上百上千项目参与者和纷杂众多的软件产品一起协同工作，首先面对的就是建筑信息的交换和共享。而解决信息交换和共享问题的出炉在于标准，有了统一的标准，也就有了系统之间交流的共同语言，基于这样的需求，才有了Industry Foundation Class（IFC）标准。 IFC数据模型是一个不受某一个或某一组供应商控制的中兴和公开的标准，是一个由buildingSMART开发用来帮助工程建设行业数据互用的基于数据模型的面向对象文件格式，是一个BIM普遍使用的格式。IFC的提出为建筑行业提供了一个不依赖于任何具体软件系统的，适用于描述贯穿整个建筑项目生命周期内产品数据的中间数据标准，应用于建筑物生命周期中各个阶段内以及个阶段之间的信息交换和共享。 IFC标准对信息模型的描述可以划分为四个功能层次：即资源层、核心层、交互层和领域层。每个层次都包含一些信息描述模块，并且模块间遵守 “重力原则”，即每个层次只能引用同层次和下层的信息资源，而不能引用上层资源。这样上层资源变动时，下层资源不受影响，保证信息描述的稳定。 2. 三维图形平台 三维图形支撑平台是支撑BIM建模，以及基于BIM的相关产品的底层支撑平台。在数据容量、显示速度、模型建造和编辑效率、渲染速度和质量等方面满足BIM应用的各种支撑。核心关键技术有： 图形数据库技术（几何数据与空间索引支持、模型数据协同编辑支持、数据缓存与动态加载支持）、实体布尔运算技术、参数化模型描述技术（基于约束的参数化模型模板实例化建模技术）、大模型数据显示技术、大场景数据高效组织与渲染技术。 由于BIM建模软件也有多家产品，需要基于IFC数据标准，实现不同专业和业务模型之间的数据交换。以及不同建模软件产品间的数据交换。

三、 BIM的关键价值 BIM技术对产业链中投资方、设计方、建设方，运维方等参建各方具有非常多的价值，这里主要针对建筑施工企业在工程施工全过程的和关键价值做一描述。 1. 虚拟施工、方案优化 首先，运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型，结合结合虚拟现实技术，实现虚拟建造。模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过 BIM 技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 其次，模型结合优化技术，身临其境般进行方案体验、论证和优化。基于BIM模型，对施工组织设计方案进行论证，就施工中的重要环节进行可视化模拟分析。按时间进度进行施工安装方案的模拟和优化。对于一些重要的施工环节或采用新施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分析，不断优化方案，以提高计划的可行性。直观地了解整个施工或安装环节的时间节点和工序，并清晰把握在施工过程中的难点和要点，从而优化方案，以提高施工效率和施工方案的安全性。

图1 虚拟施工 2. 碰撞检查、减少返工 在传统施工中建筑工程建筑专业、结构专业、设备及水暖电专业等各个专业分开设计，导致图纸中平立剖之间、建筑图和结构图之间、安装与土建之间及安装与安装之间的冲突问题数不胜数，随着建筑越来越复杂这些问题会带来很多严重的后果。通过三维模型，在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突，在施工前快速、全面、准确的检查出设计图纸中的错误、遗漏及各专业间的碰撞等问题，减少由此产生的设计变更和工程洽商，更大大提高了施工现场的生产效率，从而减少施工中的返工，提高建筑质量，节约成本，缩短工期，降低风险。

图2 碰撞检查 3. 形象进度、4D虚拟 建筑施工是一个高度动态和复杂的过程，当前建筑工程项目管理中经常用于表示进度计划的网络计划，由于专业性强，可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以形象表达工程施工的动态变化过程。通过将BIM与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D（3D+Time）模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程和虚拟形象进度。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。此外借助4D模型，承包工程企业在工程项目投标中将获得竞标优势，BIM可以让业主直观的了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等，从而对投标单位的施工经验和实力作出有效评估。 4. 精确算量、成本控制 工程量统计结合4D的进度控制，即所谓BIM在施工中的5D应用。施工中的预算超支现象十分普遍，缺乏可靠的基础数据支撑是造成超支的重要原因。BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，进行砼算量和钢筋算量。大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过BIM获得的准确的工程量统计可以用于成本测算、在预算范围内不同设计方案的经济指标分析，不同设计方案工程造价的比较，以及施工开始前的工程预算和施工过程中的结算。 图3 基于BIM的“5D”施工管理 5. 现场整合、协同工作 BIM 技术的应用更类似一个管理过程，同时，它与以往的工程项目管理过程不同，它的应用范围涉及到了业主方、设计院、咨询单位、施工单位、监理单位、供应商等多方的协同。而且，各个参建方对于 BIM模型存在不同的需求、管理、使用、控制、协同的方式和方法。在项目运行过程中需要以BIM模型为中心，使各参建方能够在模型、资料、管理、运营上能够协同工作。

图4 基于BIM模型服务器的协同管理 为了满足协同建设的需求，提高工作效率，需要建立统一的集成信息平台。通过统一的平台，使各参建方或业主各个建设部门间的数据交互直接通过系统进行，减少沟通时间和环节，解决各个参建方之间的信息传递与数据共享问题。实现系统集中部署、数据集中管理。能够进行海量数据的获取、归纳与分析，协助项目管理决策。形成沟通项目成员协同作业的平台，使各参建方能够进行沟通、决策、审批、渠道、项目跟踪、通讯等。 基于BIM模型，在统一的平台下强化项目运营管控。围绕BIM模型进行分析、算量、造价，形成预算文件。并将模型导入系统平台，形成招标、进度、结算、变更的依据。BIM模型集成进度计划，将进度管理的甘特图绑定BIM模型，按照进度计划，形成下期资金、招标、采购等的计划。按照实际进度填报，自动形成实际工程量的申报。在分包和采购招标阶段，围绕BIM模型，进行造价预算分析，基于辅助评标系统，形成标书文件。同时可以对投标文件进行分析、对比、指标抽取、造价知识存储等。按照招标签订合同，基于进度BIM模型申报资金计划，进行设计变更、工程变更、工程结算和项目成本管理。

图5 基于BIM的集成信息平台 6. 数字化加工、工厂化生产 建筑工业化是工厂预制和现场施工相结合的建造方式，这将是未来建筑产业发展的方向。BIM结合数字化制造能够提高承包工程行业的生产效率。实现建筑施工流程的自动化。建筑中的许多构件可以异地加工，然后运到建筑施工现场，装配到建筑中（例如门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件）。通过数字化加工，可以准确完成建筑物构件的预制，这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件不仅降低了建造误差，并且大幅度提高构件制造的生产率，这样一种综合项目交付方式可以大幅度地降低建造成本，提高施工质量，缩短项目周期，同时减少资源浪费，并体现先进的施工管理。对于没有建模条件的建筑部位还可以借助先进的三维激光扫描技术，快速获取原始建筑物或构件模型信息。

图6 钢筋下料、预制加工 7. 可视化建造、集成化交付（IPD） 传统的项目管理模式中，建设项目参与者的集成化程度差，设计和施工处于独立进行的运作状态，设计商和承包商之间、总承包商和分包商之间、总承包商和供应商之间、分包商和供应商之间、业主和总承包商之间缺乏长期的合作关系。无休止的设计变更、错误误差、工期拖沓冗长、生成效率低下、协调沟通缓慢、费用超支等问题困扰着建设行业的所有参与者（设计师、工程师、施工方和业主）。造成这一不良机制的原因主要是在一个建设项目中的各个参与单位间，存在着各种各样的利益冲突、文化差异和信息保护等问题。项目的各成员往往只关注企业自身的利益的最大化，协同决策的水平低，往往是建设项目中的局部最优化而不是整体最优化。 随着建筑信息模型BIM技术的逐渐成熟，以BIM技术为基础的新的建设项目综合交付方法IPD（Integrated Product Development）是在工程建设行业为提升行业生产效率和科技水平在理论研究和工程实践基础上总结出来的一种项目信息化技术手段和一套项目管理实施模式。它带来新的项目管理模式变更，最大程度的建筑专业人员整合，实现信息共享及跨职能、跨专业、跨企业团队的高效协作。 美国建筑师学会（AIA）将IPD集成项目交付定义为“一种项目交付方法，即将建设工程项目中的人员、系统、业务结构和事件全部集成到一个流程中。在该流程中，所有参与者将充分发挥自己的智慧和才华，在设计、制造和施工等所有阶段优化项目成效、为业主增加价值、减少浪费并最大限度提高效率”。 IPD是以信息机知识整合为基础，是信息技术、协同技术与业务流程创新相互融合所产生的新的项目组织及管理模式，也是一种使BIM价值最大化的项目管理实施模式。反过来， BIM 是IPD模式得以能够实现高度协同的重要基础支撑，是支持IPD成功高效实施的技术手段。IPD的核心是一个从项目一开始就建立的由项目主要利益相关方参与的一体化项目团队，这个团队对项目的整体成功负责。这样的一个团队至少包括业主、设计总包和施工总包三方，跟传统的接力棒形式的项目管理模式比较起来，团队变大变复杂了，因此，在任何时候都更需要一个合适的技术手段支持项目的表达、沟通、讨论、决策，这个手段就是BIM。 BIM能够作为工程项目信息的共享知识资源，从项目生命周期开始就为其奠定可靠的决策基础，是不同参与者在项目生命周期的不同阶段进行协作，输入、提取、更新或者修改BIM信息。IPD基于BIM构建了从设计、施工到运营的高度协作流程，通过采用该流程，建筑师、工程师、承包商和业主能够创建协调一致的数字设计信息与文档。IPD作为一种新的项目交付方法论，通过改变项目参与者之间的合作关系，从协同的角度，加大参与者之间的合作与创新，对协同的过程不断进化优化及持续性改进。