cookieOptions = {...}; .BIM 在建築全生命週期的 20 個典型應用 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

智慧生活設計事務所


2018年9月14日 星期五

What is BIM? (Building Information Modelling) -
 NBS National BIM Library


來源:筑龙网

在過去的20多年中,CAD技術的普及和推廣使建築師、工程師們甩掉圖板,從傳統的手工繪圖、設計和計算中解放出來,可以說是工程設計領域的第一次數位革命。


而現在,建築資訊模型(BIM)的出現,將引發整個工程建設領域的第二次數位革命。BIM不僅帶來現有技術的進步和更新換代,它也間接影響了生產組織模式和管理方式,並將更長遠地影響人們思維模式的轉變。

BIM技術的核心,是透過在電腦建立,虛擬的建築工程三維模型,同時利用數位化技術為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建築工程資訊庫。該資訊庫不僅包含描述建築物構件的幾何資訊、專業屬性及狀態資訊,還包含了非構件對象(例如空間、運動行為)的資訊。

借助這個富含建築工程資訊的三維模型,建築工程的資訊整合化程度大大提高,從而為建築工程項目的相關利益方,提供了一個工程資訊交換和共享的平台。

結合更多的相關數位化技術,BIM模型中包含的工程資訊,還可以被用於模擬建築物,在真實世界中的狀態和變化,使得建築物在建成之前,相關利益方就能對整個工程項目的成敗,做出完整的分析和評估。

隨著BIM在市場上逐漸被認可與應用,特別是近年來在國際工程建造行業,高速發展的背景下,BIM已經在國際一些大型工程項目中得到積極應用,湧現出很多成功案例。

美國BSA(Building SMART Alliance)曾經對,目前美國工程建設行業領域的BIM應用情況,做過詳細調查,並總結出目前美國市場上,BIM的25種不同應用並加以分析研究,用於指導工程項目在不同階段選擇合適的BIM應用。

台灣目前還非常缺少,在這一領域的深入研究,不過我們依然可以借鑒美國BSA對BIM應用的分類框架,結合目前BIM技術的發展現狀、市場對BIM應用的接受程度,以及工程建設行業的特點,對建築市場BIM的典型應用,進行歸納和分類。


由於東西方建築市場的差異,以及本土主流BIM軟體的欠缺,國內BIM應用在行業跨度和深度上,都和美國有一定距離,不過大的應用方向是一致的。

以下為筆者整理出來的,目前國內建築市場典型的BIM應用,一共有20個,希望和大家進行交流探討。


1.BIM模型維護
根據項目建設進度建立和維護BIM模型,實質是使用BIM平台,匯總各項目團隊所有的建築工程資訊,消除項目中的資訊孤島,並且將得到的資訊,結合三維模型進行整理和儲存,以備項目全過程中,項目各相關利益方隨時共享。

由於BIM的用途,決定了BIM模型細節的精度,同時僅靠一個BIM工具,並不能完成所有的工作,所以目前業內主要採用「分布式」BIM模型的方法,建立符合工程項目現有條件,和使用用途的BIM模型。這些模型根據需要可能包括:設計模型、施工模型、進度模型、成本模型、製造模型、操作模型等。


2.場地分析
場地分析是研究影響建築物定位的主要因素,是確定建築物的空間方位和外觀、建立建築物與周圍景觀的聯繫的過程。在規劃階段,場地的地貌、植被、氣候條件,都是影響設計決策的重要因素,往往需要透過場地分析,來對景觀規劃、環境現狀、施工配套,及建成後交通流量等,各種影響因素進行評價及分析。

傳統的場地分析,存在諸如定量分析不足、主觀因素過重、無法處理大量數據資訊等弊端,透過BIM結合地理資訊系統(簡稱GIS),對場地及擬建的建築物,空間數據進行建模,透過BIM及GIS軟體的強大功能,迅速得出令人信服的分析結果,幫助項目在規劃階段,評估場地的使用條件和特點,從而做出新建項目最理想的場地規劃、交通流線組織關係、建築佈局等關鍵決策。


3.建築策劃
相對於根據經驗,確定設計內容及依據(設計任務書)的傳統方法,建築策劃利用對建設目標所處社會環境,及相關因素的邏輯數理分析,研究項目任務書對設計的合理導向,制定和論證建築設計依據,科學地確定設計的內容,並尋找達到這一目標的科學方法。

BIM能夠幫助項目團隊,在建築規劃階段,透過對空間進行分析,來理解複雜空間的標準和法規,從而節省時間,提供對團隊更多增值活動的可能。

特別是在客戶討論需求、選擇以及分析最佳方案時,能借助BIM及相關分析數據,做出關鍵性的決定。

BIM在建築策劃階段的應用成果,還會幫助建築師在建築設計階段,隨時查看初步設計是否符合業主的要求,是否滿足建築策劃階段得到的設計依據,透過BIM連貫的資訊傳遞或追溯,大大減少以後詳圖設計階段,發現不合格需要修改設計的巨大浪費。


4.方案論證
在方案論證階段,項目投資方可以使用BIM,來評估設計方案的佈局、視野、照明、安全、人體工程學、聲學、紋理、色彩及規範的遵守情況。

BIM甚至可以做到建築局部的細節推敲,迅速分析設計和施工中可能需要應對的問題。方案論證階段,還可以借助BIM提供方便的、低成本的不同解決方案,供項目投資方進行選擇,透過數據對比和模擬分析,找出不同解決方案的優缺點,幫助項目投資方迅速評估建築投資方案的成本和時間。

對設計師來說,透過BIM來評估所設計的空間,可以獲得較高的互動效應,以便從使用者和業主處獲得積極的回饋。設計的即時修改,往往基於最終用戶的回饋,在BIM平台下,項目各方關注的焦點問題,比較容易得到直觀的展現,並迅速達成共識,相應的需要決策的時間,也會比以往減少。

Application of BIM to Campus Management – ISTAR

5.可視化設計
3Dmax、Sketchup這些三維可視化,設計軟體的出現,有力地彌補了業主及最終用戶,因缺乏對傳統建築圖紙的理解能力,而造成的和設計師之間的交流鴻溝,但由於這些軟體設計理念和功能上的局限,使得這樣的三維可視化展現,不論用於前期方案推敲;還是用於階段性的效果圖展現,與真正的設計方案之間,都存在相當大的差距。

BIM的出現,使得設計師不僅擁有了三維可視化的設計工具,所見即所得,更重要的是透過工具的提升,使設計師能使用三維的思考方式,來完成建築設計,同時也使業主及最終用戶,真正擺脫了技術壁壘的限制,隨時知道自己的投資能獲得什麼。
6.協同設計
協同設計是一種新興的建築設計方式,它可以使分布在不同地理位置的,不同專業的設計人員,透過網路的協同,展開設計工作。協同設計是在建築業環境發生深刻變化、建築的傳統設計方式,必須得到改變的背景下出現的,也是數位化建築設計技術,與快速發展的網路技術相結合的產物。

現有的協同設計,主要是基於CAD平台,並不能充分實現專業間的資訊交流,這是因為CAD的通用文件格式,僅僅是對圖形的描述,無法加載附加資訊,導致專業間的數據,不具有關聯性。

BIM的出現使協同,已經不再是簡單的文件參照,BIM技術為協同設計提供底層支撐,大幅提升協同設計的技術含量。借助BIM的技術優勢,協同的範疇也從單純的設計階段,擴展到建築全生命週期,需要規劃、設計、施工、營等,各方的集體參與,因此具備了更廣泛的意義,從而帶來綜合效益的大幅提升。


7.性能化分析
在CAD時代,無論什麼樣的分析軟體,都必須透過手工的方式,輸入相關數據,才能開展分析計算,而操作和使用這些軟體,不僅需要專業技術人員,經過教育訓練才能完成,同時由於設計方案的調整,造成原本就耗時耗力的數據錄入工作,需要經常性的重覆錄入或者校核,導致包括建築能量分析在內的,建築物理性能化分析,通常被安排在設計的最終階段,成為一種象徵性的工作,使建築設計與性能化分析計算之間嚴重脫節。

利用BIM技術,建築師在設計過程中,創建的虛擬建築模型,已經包含了大量的設計資訊(幾何資訊、材料性能、構件屬性等),只要將模型導入相關的性能化分析軟體,就可以得到相應的分析結果,原本需要專業人士,花費大量時間輸入大量專業數據的過程,如今可以自動完成,這大大降低了性能化分析的週期,提高了設計品質,同時也使設計公司能夠為業主,提供更專業的技能和服務。


8.工程量統計
在CAD時代,由於CAD無法儲存,可以讓電腦自動計算工程項目構件的必要資訊,所以需要依靠人工,根據圖紙或者CAD文件進行測量和統計,或者使用專門的造價計算軟體,根據圖紙或者CAD文件,重新進行建模後,由電腦自動進行統計。

前者不僅需要消耗大量的人工,而且比較容易出現手工計算帶來的差錯,而後者同樣需要不斷地,根據調整後的設計方案,即時更新模型,如果滯後,得到的工程量統計數據,也往往失效了。

而BIM是一個富含工程資訊的數據庫,可以真實地提供造價管理,需要的工程量資訊,借助這些資訊,電腦可以快速對各種構件,進行統計分析,大大減少了繁瑣的人工操作和潛在錯誤,非常容易實現工程量資訊,與設計方案的完全一致。

透過BIM獲得的準確的工程量統計,可以用於前期設計過程中的成本估算、在業主預算範圍內,不同設計方案的探索,或者不同設計方案建造成本的比較,以及施工開始前的工程量預算,和施工完成後的工程量決算。

9.管線綜合
隨著建築物規模,和使用功能複雜程度的增加,無論設計企業還是施工企業,甚至是業主對機電管線,綜合的要求愈加強烈。在CAD時代,設計企業主要由建築或者機電專業牽頭,將所有圖紙列印成硫酸圖,然後各專業:降圖紙疊在一起,進行管線綜合,由於二維圖紙的資訊缺失,以及缺乏直接的交流平台,導致管線綜合成為建築施工前,讓業主最不放心的技術環節。


利用BIM技術,透過搭建各專業的BIM模型,設計師能夠在虛擬的三維環境下,方便地發現設計中的碰撞衝突,從而大大提高了管線綜合的設計能力和工作效率。

這不僅能即時排除項目施工環節中,可以遇到的碰撞;中突,顯著減少由此產生的變更申請單,更大大提高了施工現場的生產效率,降低了由於施工協調造成的成本增加和工期延誤。

10.施工進度模擬
建築施工是一個高度動態的過程,隨著建築工程規模不斷擴大,複雜程度不斷提高,使得施工項目管理變得極為複雜。

透過將BIM與施工進度計劃相鏈接,將空間資訊與時間資訊,整合在一個可視的4D(3D+Time)模型中,可以直觀、精確地反映整個建築的施工過程。

施工模擬技術可以在項目建造過程中合理制定施工計劃、4D精確掌握施工進度,優化使用施工資源,以及科學地進行場地佈置,對整個工程的施工進度、資源和品質,進行統一管理和控制,以縮短工期、降低成本、提高品質。

此外借助4D模型,施工企業在工程項目投標中,將獲得競標優勢,BIM可以協助評標專家,從4D模型中很快瞭解投標單位,對投標項目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、總體計劃是否基本合理等,從而對投標單位的施工經驗和實力作出有效評估。

11.施工組織模擬
施工組織是對施工活動,實行科學管理的重要手段,它決定了各階段的施工準備工作內容,協調了施工過程中,各施工單位、各施工工種、各項資源之間的相互關係。

BIM team organization chart - Google 搜尋 | Building Information ...

施工組織設計,是用來指導施工項目全過程,各項活動的技術、經濟和組織的綜合性解決方案,是施工技術與施工項目管理,有機結合的產物。

透過BIM可以對項目的重點或難點部分,進行可建性模擬,按月、日、時進行施工安裝方案的分析優化。對於一些重要的施工環節,或採用新施工工藝的關鍵部位、施工現場平面佈置等,施工指導措施,進行模擬和分析,以提高計劃的可行性;也可以利用BIM技術結合施工組織計劃,進行預演以提高複雜建築體系的可造性。

借助BIM對施工組織的模擬,項目管理方能夠非常直觀地瞭解,整個施工安裝環節的時間節點,和安裝工序,並清晰把握在安裝過程中的難點和要點,施工方也可以進一步,對原有安裝方案進行優化和改善,以提高施工效率和施工方案的安全性。


12.數位化建造
製造行業目前的生產效率極高,其中部分原因是利用數位化數據模型,實現了製造方法的自動化。同樣,BIM結合數位化製造,也能夠提高建築行業的生產效率。

透過BIM模型與數位化建造系統的結合,建築行業也可以採用類似的方法,來實現建築施工流程的自動化。建築中的許多構件可以異地加工,然後運到建築施工現場,裝配到建築中(例 如門窗、預製混凝土結構和鋼結構等構件)。

透過數位化建造,可以自動完成建築物構件的預製,這些透過工廠精密機械技術,製造出來的構件不僅降低了建造誤差,並且大幅度提高構件製造的生產率,使得整個建築建造的工期縮短並且容易掌控。

BIM模型直接用於製造環節,還可以在製造商與設計人員之間,形成一種自然的反饋循環,即在建築設計流程中,提前考慮盡可能多地實現數位化建造。

同樣與參與競標的製造商共享構件模型,也有助於縮短招標週期,便於製造商根據設計要求的構件用量,編制更為統一的投標文件。同時標準化構件之間的協調,也有助於減少現場發生的問題,降低不斷上升的建造、安裝成本。

13.物料跟蹤
隨著建築行業標準化、工廠化、數位化水平的提升,以及建築使用設備複雜性的提高,越來越多的建築及設備構件,透過工廠加工,並運送到施工現場,進行高效的組裝。

而這些建築構件及設備,是否能夠即時運到現場,是否滿足設計要求,品質是否合格,將成為整個建築施工建造過程中,影響施工計劃關鍵路徑的重要環節。

在BIM出現以前,建築行業往往借助較為成熟的物流行業的管理經驗,及技術方案(例如RFID無線射頻辨識別電子標籤)。透過RFID,可以把建築物內各個設備構件貼上標籤,以實現對這些物體的跟蹤管理,但RFID本身無法進一步,獲取物體更詳細的資訊(如生產日期、生產廠家、構件尺寸等),而BIM模型恰好詳細記錄了建築物及構件,和設備的所有資訊。

此外BIM模型,作為一個建築物的多維度數據庫,並不擅長記錄各種構件的狀態資訊,而基於RFID技術的物流管理資訊系統,對物體的過程資訊,都有非常好的數據庫記錄和管理功能,這樣BIM與RFID正好互補,從而可以解決建築行業對日益成長的物料跟蹤,帶來的管理壓力。


14.施工現場配合
BIM不僅集成了建築物的完整資訊,同時還提供了一個三維的交流環境。與傳統模式下,項目各方人員在現場,從圖紙堆中找到有效資訊後,再進行交流相比,效率大大提高。

BIM逐漸成為一個,便於施工現場各方交流的溝通平台,可以讓項目各方人員方便地協調項目方案,論證項目的可造性,及時排除風險隱憂,減少由此產生的變更,從而縮短施工時間,降低由於設計協調造成的成本增加,提高施工現場生產效率。

15.竣工模型交付
建築作為一個系統,當完成建造過程準備投入使用時,首先需要對建築進行必要的測試和調整,以確保它可以按照當初的設計來運營。

在項目完成後的移交環節,物業管理部門需要得到的,不只是常規的設計圖紙、竣工圖紙,還需要能正確反映真實的設備狀態、材料安裝使用情況等,與營運維護相關的文檔和資料。

BIM能將建築物空間資訊,和設備參數資訊,有機地整合起來,從而為業主獲取,完整的建築物全局資訊提供途徑。

透過BIM與施工過程記錄資訊的關聯,甚至能夠實現包括隱蔽工程資料在內的竣工資訊整合,不僅為後續的物業管理帶來便利,並且可以在未來進行的翻新、改造、擴建過程中為業主及項目團隊提供有效的歷史資訊。

16.維護計劃
在建築物使用壽命期間,建築物結構設施(如牆、樓板、屋頂等)和設備設施(如設備、管道等),都需要不斷得到維護。一個成功的維護方案,將提高建築物性能,降低能耗和修理費用,進而降低總體維護成本。

BIM模型結合營運維護管理系統,可以充分發揮空間定位,和數據記錄的優勢,合理制定維護計劃,分配專人專項維護工作,以降低建築物,在使用過程中出現突發狀況的概率。對一些重要設備,還可以跟蹤維護工作的歷史記錄,以便對設備的適用狀態,提前作出判斷。


17.資產管理
一套有序的資產管理系統,將有效提升建築資產,或設施的管理水準,但由於建築施工和營運的資訊割裂,使得這些資產資訊,需要在營運初期,依賴大量的人工操作來錄入,而且很容易出現數據錄入錯誤。

BIM中包含的大量建築資訊,能夠順利導入資產管理系統,大大減少了系統初始化,在數據準備方面的時間及人力投入。此外由於傳統的資產管理系統,本身無法準確定位資產位置,透過BIM結合RFID的資產標籤晶片,還可以使資產在建築物中的定位,及相關參數資訊一目瞭然,快速查詢。

18.空間管理
空間管理是業主為節省空間成本、有效利用空間、為最終用戶提供良好工作生活環境,而對建築空間所做的管理。BIM不僅可以用於有效管理建築設施,及資產等資源,也可以幫助管理團隊記錄空間的使用情況,處理最終用戶要求空間變更的請求,分析現有空間的使用情況,合理分配建築物空間,確保空間資源的最大利用率。

19.建築系統分析
建築系統分析,是對照業主使用需求,及設計規定,來衡量建築物性能的過程,包括機械系統如何操作,和建築物能耗分析、內外部氣流模擬、照明分析、人流分析等涉及建築物性能的評估。

BIM結合專業的建築物系統分析軟體,避免了重複建立模型和採集系統參數。透過BIM可以驗證建築物,是否按照特定的設計規定,和可持續標準建造,透過這些分析模擬,最終確定、修改系統參數,甚至系統改造計劃,以提高整個建築的性能。

20.災害應急模擬
利用BIM及相應災害分析模擬軟體,可以在災害發生前,模擬災害發生的過程,分析災害發生的原因,制定避免災害發生的措施,以及發生災害後人員疏散、救援支持的應急預案。


當災害發生後,BIM模型可以提供救援人員,緊急狀況點的完整資訊,這將有效提高突發狀況應對措施。此外建築自動化系統,能即時獲取建築物及設備的狀態資訊,透過BIM和建築自動化系統的結合,使得BIM模型能清晰地呈現出,建築物內部緊急狀況的位置,甚至到緊急狀況點最合適的路線,救援人員可以由此做出正確的現場處置,提高應急行動的成效。

從以上20種BIM典型應用中可以看出,BIM的應用對於實現建築全生命期管理,提高建築行業規劃、設計、施工和營運的科學技術水準,促進建築業全面資訊化和現代化,具有巨大的應用價值和廣闊的應用前景。

相信隨著BIM技術的發展和市場的成熟,一定會湧現出更多類型的BIM應用。本文僅作拋磚引玉,希望能和業內專家學者一起共同探討,推動BIM在國內的應用向著更廣闊、更深入的方向發展。




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