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BIM技術在我國的研發及應用

 

劉占省 趙明 徐瑞龍 王澤強


  建筑信息模型BIM(Building Information Model)將數字技術直接應用于建筑工程中,正在引發建筑行業一次史無前例的變革。
  BIM是近年來在計算機輔助建筑設計領域出現的新技術,它是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎建立完整的、高度集成的建筑工程項目信息化模型,從而在建筑工程設計、施工及管理等整個生命周期內,提高建筑工程的信息化、集成化程度。BIM技術在2002年由Autodesk公司率先提出,并逐漸得到世界建筑行業的普遍接受。如今,BIM的發展潮流已勢不可擋,美國已經制定了國家BIM標準——NBIMS。歐洲一些國家已經開始普及BIM技術,特別是芬蘭、挪威、德國等國,基于BIM技術應用軟件的普及率已達60%70%。
  在國內,隨著建筑業對信息化要求的不斷提高、國家科研投入不斷增多及大力推動和基于BIM技術的軟件開發商宣傳下,相關機構和各個部門已經開始著手研究和應用BIM技術。但是目前對BIM技術的研究和應用也僅僅處于起步階段,各研究機構對BIM技術的研究相對分散,并沒有形成一套完整的技術體系;各企業單位也只是將BIM技術應用到某一個或某幾個建設項目的部分建設過程中,還不能在建筑設計、施工管理及運營等整個生命周期連續應用BIM技術。
  針對目前情況,有必要總結我國科研機構對BIM技術的研究和建筑行業對BIM技術的應用現狀,在此基礎上提出我國推廣使用BIM技術過程中應注意的問題及建議,為BIM技術在我國繼續推進和更深入的應用提供參考。
  BIM技術在我國的推廣應用
  國家政府部門推動BIM技術的發展應用——“十五期間科技攻關計劃的研究課題基于IFC國際標準的建筑工程應用軟件研究重點在對BIM數據標準IFC和應用軟件的研究上,并開發了基于IFC的結構設計和施工管理軟件。十一五期間,科技部制定國家科技支撐計劃重點項目《建筑業信息化關鍵技術研究與應用》;基于項目的總體目標,重點開展以下5個方面的研究與開發工作:建筑業信息化標準體系及關鍵標準研究;基于BIM技術的下一代建筑工程應用軟件研究;勘察設計企業信息化關鍵技術研究與應用;建筑工程設計與施工過程信息化關鍵技術研究與應用;建筑施工企業管理信息化關鍵技術研究與應用。
  2012年,住房和城鄉建設部印發《20112015年建筑業信息發展綱要》提出,十二五期間,普及建筑企業信息系統的應用,加快建設信息化標準,加快推進BIM、基于網絡的協同工作等新技術的研發,促進具有自主知識產權軟件的研究并將其產業化,使我國建筑企業對信息技術的應用達到國際先進水平。
  2012328,中國BIM發展聯盟成立會議在北京召開。中國BIM發展聯盟旨在推進我國BIM技術、標準和軟件協調配套發展,實現技術成果的標準化和產業化,提高企業核心競爭力,并努力為中國BIM的應用提供支撐平臺。
  2012629,由中國BIM(建筑信息模型)發展聯盟、國家標準《建筑工程信息模型應用統一標準》編制組共同組織、中國建筑科學研究院主辦的中國BIM標準研究項目發布暨簽約會議在北京隆重召開。中國BIM標準標準研究項目實施計劃將為由住房城鄉建設部批準立項的國家標準《建筑工程信息模型應用統一標準》(NBIMS-CHN)的最后制定和施行打下堅實的基礎。
  科研機構、行業協會等推動BIM技術的發展應用——2004年,中國首個建筑生命周期管理(BLM)實驗室在哈爾濱工業大學成立,并召開BLM國際論壇會議。清華大學、同濟大學、華南理工大學在20042005年間先后成立BLM實驗室及BIM課題組,BLM正是BIM技術的一個應用領域。國內先進的建筑設計團隊和房地產公司也紛紛成立BIM技術研究機構,如清華大學建筑設計研究院、中國建筑設計研究院、中國建筑科學研究院、中建國際建設有限公司、上?,F代建筑設計集團等。2008年,中國BIM門戶(www.chinabim.com)成立,該網站以推動發展以BIM為核心的中國土木建筑工程信息化事業為宗旨,是一個為BIM技術的研發者、應用者提供信息資訊、發展動態、專業資料、技術軟件以及交流溝通的平臺。20101月,歐特克有限公司(“歐特克“Autodesk”)與中國勘察設計協會共同舉辦了首屆創新杯”BIM設計大賽,推動建筑行業更廣泛、深入地參與應用BIM技術。2011年,華中科技大學成立BIM工程中心,成為首個由高校牽頭成立的專門從事BIM研究和專業服務咨詢的機構。20125月,全國BIM技能等級考評工作指導委員會成立大會在北京友誼賓館舉辦,會議頒發了全國BIM技能等級考評工作指導委員會委員聘書。201210月,由REVIT中國用戶小組(Revit China User Group)主辦,全球二維和三維設計、工程及娛樂軟件的領導者歐特克有限公司支持,建筑業權威媒體筑龍網承辦的首屆雕龍杯”Revit中國用戶BIM應用大賽圓滿落幕。該賽事以Revit用戶為基礎,針對廣大BIM愛好者、研究者以及工程專家在項目實施、軟件應用心得和經驗等方面內容而舉辦。
  行業需求推動BIM技術的發展應用——目前,我國正在進行著世界上最大規模的基礎設施建設,工程結構形式愈加復雜、超大型工程項目層出不窮,使項目各參與方都面臨著巨大的投資風險、技術風險和管理風險。為從根本上解決建筑生命期各階段和各專業系統間信息斷層問題,應用BIM技術,從設計、施工到建筑全生命期管理全面提高信息化水平和應用效果,國家體育場、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項目成功實現4D施工動態集成管理,并獲2009年、2010年華夏建設科學技術一等獎。上海中心項目工程總承包招標,明確要求應用BIM技術。這些大型工程項目對BIM的應用與推廣,引起了業主、設計、施工等企業的高度關注,因此必將推動BIM技術在我國建筑業的發展和應用。
  關于IFC(建筑業國際工業標準)的研究
  建筑對象的工業基礎類(Industry Foundation Class——IFC)數據模型標準是由國際協同聯盟(International Alliance for Ineteroperability——IAI)1995年提出的該標準,該標準是為了促成建筑業中不同專業,以及同一專業中的不同軟件可共享同一數據源,從而達到數據共享及交互。目前不同軟件的信息共享與調用主要由人工完成,解決信息共享與調用問題的關鍵在于標準。有了統一的標準,也就有了系統之間交流的橋梁和紐帶,數據自然在不同系統之間流轉起來。作為BIM數據標準,IFC在國際上已日趨成熟。在此基礎上,美國提出了NBIMS標準。我國建筑標準設計研究院提出了適于建筑生命周期各個階段內的信息交換及共享的JG/T198-2007標準,該標準參照國際IFC標準,規定了建筑對象數字化定義的一般要求,資源層、核心層及交互層。2008年由中國建筑科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了工業基礎類平臺規范(國家指導性技術文件)。此標準相對于IFC在技術和內容上保持一致,并根據我國國家標準制定相關要求,旨在將其轉換成國家標準。
  清華大學軟件學院在歐特克中國研究院(ACRD)的支持下開展中國BIM標準的研究,BIM標準研究課題組于20093月正式啟動,旨在完成中國建筑信息模型標準(CBIMS,China Building Information Modeling Standard)的研究。同時,為進一步開展中國建筑信息模型標準的實證研究,清華大學軟件學院與CCDI集團簽署BIM研究戰略合作協議,CCDI集團成為清華大學軟件學院BIM課題研究實證基地。馬智亮教授等對比了IFC標準和現行的成本預算方法及標準,為IFC標準在我國成本預算中的應用提出了相應的解決方案。鄧雪原等研究了設計各專業之間信息的互用問題,并以IFC標準為基礎,提出了可以將建筑模型與結構模型很好的結合的基本方法。張曉菲等在闡述IFC標準的基礎上,重點強調了IFC標準在基于BIM的不同軟件系統之間信息傳統中發揮了重要作用,指出IFC標準有效地實現了建筑業不同應用系統之間的數據交換和建筑物生命周期管理。2012年,住房城鄉建設部批準立項的國家標準《建筑工程信息模型應用統一標準》(NBIMS-CHN),旨在推進我國建筑工程領域重大技術進步,為實現中國自主知識產權的BIM系統工程奠定堅實基礎。
  綜上所述,目前我國引進了IFC標準的平臺部分,并結合我國規范進行了一定程度的本土化,對于IFC標準探討和研究已經取得初步成果,但結合我國建筑工程實際對標準進行拓展的工作相對缺乏。因此下一步研究工作要重點針對我國建設領域的具體實際情況,開展有關BIM數據標準更深入的研究。
  關于BIM軟件的研究
  與目前普及應用的CAD技術比較,BIM中一個非常突出的特點就是:BIM不是一個軟件能完成的工作。目前,國外主流BIM設計軟件有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列,以及GraphsoftArchiCAD等,以這些軟件為核心的BIM平臺均為開放的,有很強大的二次開發端口,讓很多專業人員能夠根據實際需求進行二次開發。雖然國外的這些軟件已進入我國市場,但是目前還不能很好地滿足我國規范要求,而這些軟件是BIM技術推廣的基礎,另外,我國要自主研發BIM應用軟件。其實在目前來講,我國建設工程各階段具有很好的應用軟件基礎,一批專業應用軟件已具有較高的市場覆蓋率,可以基于這些軟件的系統架構、專業功能、標準和規范集成功能、操作習慣及市場格局等,提升它們的BIM能力和專業功能,并解決各軟件間信息交互性問題,即可成為我國自主知識產權的專業BIM軟件。
  因此,在國家十一五的科技支撐計劃中開展了對于BIM技術的進一步研究,清華大學、中國建筑科學研究院、北京航空航天大學共同承接的基于BIM技術的下一代建筑工程應用軟件研究項目目標是將BIM技術和IFC標準應用于建筑設計、成本預測、建筑節能、施工優化、安全分析、耐久性評估、信息資源利用等7個方面。季俊等在闡述BIM技術優勢的基礎上,研究了鋼結構BIM三維可視化信息、制造業信息及分析信息的集成技術,并在Autodesk平臺上,選用ObjectARX技術開發了基于上述信息的輕鋼廠房鋼構、重鋼廠房結構及多高層鋼框架結構BIM軟件,實現了BIM與輕、重鋼廠房和高層鋼結構工程的各個階段的數據接口。劉照球等構建了一種主要涵蓋建筑和結構設計階段的信息模型集成框架體系,該體系可初步實現建筑、結構模型信息的集成,為研發基于BIM技術的下一代建筑工程軟件系統奠定了技術基礎。馬智亮深入分析了國內外現行建筑工程預算軟件的現狀,并基于BIM技術提出了我國下一代建筑工程預算軟件框架。馬智亮等還建立了基于IFC標準和IDF格式的建筑節能設計信息模型,然后基于該模型,建立并實現了由節能設計IFC數據生成IDF數據的轉換機制。該轉換機制為開發基于BIM的我國建筑節能設計軟件奠定了基礎。馬智亮研究組建立了下一代建筑節能設計軟件的總體框架模型并進行系統開發。陸寧建立了施工企業信息資源利用概念框架,建立了基于IFC標準的信息資源模型并成功將IFC數據映射形成信息資源,最后設計開發了施工企業信息資源利用系統InfoReuse。魏振華、馬智亮在C++語言開發環境下,研制了一種可以靈活運用BIM軟件開發的三維圖形交互模塊3DGI,并進行了實際應用。曾旭東教授研究了BIM技術在建筑節能設計領域的應用,提出將BIM技術與建筑能耗分析軟件結合進行設計的新方法。王琳等通過結合BIM技術和成熟的面向對象建筑設計軟件ABD,研究了構建基于BIM技術為特征的下一代建筑工程應用軟件等技術。張雷等利用三維數據信息可視化技術實現了以《綠色建筑評價標準》為基礎的綠色評價功能。張昆從建筑軟件開發的角度對BIM軟件的集成方案進行初步研究,從接口集成和系統集成兩大方面總結了BIM軟件集成所要面臨的問題。高永剛等研究了基于BIM的可視化技術,并應用于實際工程中。葉英華、刁波將BIM技術應用于混凝土截面時效非線性分析中,開發了基于BIM技術的混凝土截面時效非線性分析軟件系統(Non-Linear Analysis System,NLAS)。
  清華大學土木工程系教授張建平領導的課題組目前正專注于4D研究,該課題組從1991年開始就致力于建筑施工進度與場地布置三維可視化模擬和動態管理方面的研究;1995年,該課題組研發成功了用于多層建筑施工進度與場地利用的體現4D的概念的GCPSU系統;2000年該課題組王倩基于GCPSU系統提出了可以將施工對象、場地三維模型、Project進度管理鏈接起來的4D施工管理模型4DSMM;2002年,該課題組王洪鈞提出了一個擴展的4D施工管理模型4DSMM++(4D Site Management Model++)。2002年之后,經過研究的不斷深入和完善,4D施工管理系統不但應用到了實際中,且達到了國際先進水平。200312月,基于4DSM++開發的建筑施工4D項目管理系統4D-GCPSU應用于北京奧運會國家體育場工程投入使用。2005年開發出了建筑工程4D施工管理系統,實現了統一、有效的施工管理數據的集成化管理。2009年張建平等通過引入4D信息模型以提供統一的信息平臺環境并解決相應的關鍵技術問題,提出了針對當前狀態的靜態預警機制和基于趨勢預測的動態預警機制。張建平等人還對面向建筑全生命周期的集成BIM建模技術進行了研究。開發了BIM數據集成與服務平臺(BIM Date Integration and Server Platform,BIMDISP),提出了集成4D技術和過程模擬的建筑施工計劃管理及優化方法,開發了相應的集成系統。BIM技術在物業管理階段的應用研究也已起步,張建平等人開發出一種基于IFC標準的建筑物業信息模型和IFC數據交換接口,建立智能物業管理系統,實現智能化的物業管理功能。同時,國內一些軟件開發商如天正、廣聯達、魯班軟件、理正、鴻業、博超等也都參與了BIM軟件研究,并對BIM技術在我國的推廣作出了貢獻。
  由此可見,BIM軟件在我國本土的研發和應用也已初見成效,在建筑設計、三維可視化、成本預測、節能設計、施工管理及優化、性能測試與評估、信息資源利用等方面都取得了一定的成果。但是,正如美國buildingSMART聯盟主席Dana K. Smith先生所說:依靠一個軟件解決所有問題的時代已經一去不復返了。”BIM是一種成套的技術體系,BIM相關軟件也要集成建設項目的所有信息,對建設項目各個階段的實施進行建模、分析、預測及指導,從而將應用BIM技術的效益最大化。 (建筑時報)

(來自:中國建筑業協會網站)

 

 

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