摘  要  在借鑒美國bSa（building SMART alliance）對美國建筑工程行業(yè)BIM應用分類的基礎上，整理和歸納了目前中國建筑工程行業(yè)BIM在建筑全生命周期中的20種典型應用。

關鍵詞  BIM 建筑全生命周期 典型應用

0 引言

    在過去的20多年中，CAD技術的普及和推廣使建筑師、工程師們甩掉圖板，從傳統(tǒng)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(shù)字革命。而現(xiàn)在，建筑信息模型（BIM）的出現(xiàn)將引發(fā)整個工程建設領域的第二次數(shù)字革命。BIM不僅帶來現(xiàn)有技術的進步和更新?lián)Q代，它也間接影響了生產(chǎn)組織模式和管理方式，并將更長遠地影響人們思維模式的轉(zhuǎn)變。
    BIM技術的核心是通過在計算機中建立虛擬的建筑工程三維模型，同時利用數(shù)字化技術為這個模型提供完整的、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(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象（例如空間、運動行為）的信息。借助這個富含建筑工程信息的三維模型，建筑工程的信息集成化程度大大提高，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。結(jié)合更多的相關數(shù)字化技術，BIM模型中包含的工程信息還可以被用于模擬建筑物在真實世界中的狀態(tài)和變化，使得建筑物在建成之前，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B IM在國內(nèi)逐漸被認可與應用，特別是近年來在國內(nèi)工程建造行業(yè)高速發(fā)展的背景下，BIM已經(jīng)在國內(nèi)一些大型工程項目中得到積極應用，涌現(xiàn)出很多成功案例。美國b S a（building SMART alliance）曾經(jīng)對目前美國工程建設行業(yè)領域的BIM應用情況做過詳細調(diào)查，并總結(jié)出目前美國市場上BIM的25種不同應用并加以分析研究，用于指導工程項目在不同階段選擇合適的BIM應用。國內(nèi)目前還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(jié)合目前國內(nèi)BIM技術的發(fā)展現(xiàn)狀、市場對BIM應用的接受程度以及國內(nèi)工程建設行業(yè)的特點，對中國建筑市場BIM的典型應用進行歸納和分類（圖1）。
由于中美建筑市場的差異以及本土主流BIM軟件的欠缺，國內(nèi)BIM應用在行業(yè)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(nèi)建筑市場典型的BIM應用，一共有20個，希望和大家進行交流探討。

1 BIM的20種典型應用

1.1 BIM模型維護
    根據(jù)項目建設進度建立和維護BIM模型，實質(zhì)是使用BIM平臺匯總各項目團隊所有的建筑工程信息，消除項目中的信息孤島，并且將得到的信息結(jié)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。
由于BIM的用途決定了BIM模型細節(jié)的精度，同時僅靠一個BIM工具并不能完成所有的工作，所以目前業(yè)內(nèi)主要采用“分布式”BIM模型的方法，建立符合工程項目現(xiàn)有條件和使用用途的BIM模型。這些模型根據(jù)需要可能包括：設計模型、施工模型、進度模型、成本模型、制造模型、操作模型等。BIM“分布式”模型還體現(xiàn)在BIM模型往往由相關的設計單位、施工單位或者運營單位根據(jù)各自工作范圍單獨建立，最后通過統(tǒng)一的標準合成。這將增加對BIM建模標準、版本管理、數(shù)據(jù)安全的管理難度，所以有時候業(yè)主也會委托獨立的BIM服務商統(tǒng)一規(guī)劃、維護和管理整個工程項目的BIM應用，以確保BIM模型信息的準確、時效和安全。

1.2 場地分析
場地分析是研究影響建筑物定位的主要因素，是確定建筑物的空間方位和外觀、建立建筑物與周圍景觀的聯(lián)系的過程。在規(guī)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，往往需要通過場地分析來對景觀規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀、施工配套及建成后交通流量等各種影響因素進行評價及分析。傳統(tǒng)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(shù)據(jù)信息等弊端，通過BIM結(jié)合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS），對場地及擬建的建筑物空間數(shù)據(jù)進行建模，通過BIM及GIS軟件的強大功能，迅速得出令人信服的分析結(jié)果，幫助項目在規(guī)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(guī)劃、交通流線組織關系、建筑布局等關鍵決策。

1.3 建筑策劃
    建筑策劃是在總體規(guī)劃目標確定后，根據(jù)定量分析得出設計依據(jù)的過程。相對于根據(jù)經(jīng)驗確定設計內(nèi)容及依據(jù)（設計任務書）的傳統(tǒng)方法，建筑策劃利用對建設目標所處社會環(huán)境
及相關因素的邏輯數(shù)理分析，研究項目任務書對設計的合理導向，制定和論證建筑設計依據(jù)，科學地確定設計的內(nèi)容，并尋找達到這一目標的科學方法。在這一過程中，除了需要運用建筑學的原理，借鑒過去的經(jīng)驗和遵守規(guī)范，更重要的是要以實態(tài)調(diào)查為基礎，用計算機等現(xiàn)代化手段對目標進行研究。
    BIM能夠幫助項目團隊在建筑規(guī)劃階段，通過對空間進行分析來理解復雜空間的標準和法規(guī)，從而節(jié)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(shù)據(jù)，做出關鍵性的決定。BIM在建筑策劃階段的應用成果還會幫助建筑師在建筑設計階段隨時查看初步設計是否符合業(yè)主的要求，是否滿足建筑策劃階段得到的設計依據(jù)，通過BIM連貫的信息傳遞或追溯，大大減少以后詳圖設計階段發(fā)現(xiàn)不合格需要修改設計的巨大浪費（圖2）。

1.7 性能化分析
利用計算機進行建筑物理性能化分析始于20世紀60年代甚至更早，早已形成成熟的理論支持，開發(fā)出豐富的工具軟件。但是在CAD時代，無論什么樣的分析軟件都必須通過手工的方式輸入相關數(shù)據(jù)才能開展分析計算，而操作和使用這些軟件不僅需要專業(yè)技術人員經(jīng)過培訓才能完成，同時由于設計方案的調(diào)整，造成原本就耗時耗力的數(shù)據(jù)錄入工作需要經(jīng)常性的重復錄入或者校核，導致包括建筑能量分析在內(nèi)的建筑物理性能化分析通常被安排在設計的最終階段，成為一種象征性的工作，使建筑設計與性能化分析計算之間嚴重脫節(jié)。
利用BIM技術，建筑師在設計過程中創(chuàng)建的虛擬建筑模型已經(jīng)包含了大量的設計信息（幾何信息、材料性能、構(gòu)件屬性等），只要將模型導入相關的性能化分析軟件，就可以得到相應的分析結(jié)果（圖6），原本需要專業(yè)人士花費大量時間輸入大量專業(yè)數(shù)據(jù)的過程，如今可以自動完成，這大大降低了性能化分析的周期，提高了設計質(zhì)量，同時也使設計公司能夠為業(yè)主提供更專業(yè)的技能和服務。

1.8 工程量統(tǒng)計
在CAD時代，由于CAD無法存儲可以讓計算機自動計算工程項目構(gòu)件的必要信息，所以需要依靠人工根據(jù)圖紙或者CAD文件進行測量和統(tǒng)計，或者使用專門的造價計算軟件根據(jù)圖紙或者CAD文件重新進行建模后由計算機自動進行統(tǒng)計。前者不僅需要消耗大量的人工，而且比較容易出現(xiàn)手工計算帶來的差錯，而后者同樣需要不斷地根據(jù)調(diào)整后的設計方案及時更新模型，如果滯后，得到的工程量統(tǒng)計數(shù)據(jù)也往往失效了。
而BIM是一個富含工程信息的數(shù)據(jù)庫，可以真實地提供造價管理需要的工程量信息，借助這些信息，計算機可以快速對各種構(gòu)件進行統(tǒng)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(xiàn)工程量信息與設計方案的完全一致。通過BIM獲得的準確的工程量統(tǒng)計可以用于前期設計過程中的成本估算、在業(yè)主預算范圍內(nèi)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后的工程量決算（圖7，8）。

1.9 管線綜合
    隨著建筑物規(guī)模和使用功能復雜程度的增加，無論設計企業(yè)還是施工企業(yè)甚至是業(yè)主對機電管線綜合的要求愈加強烈。在CAD時代，設計企業(yè)主要由建筑或者機電專業(yè)牽頭，將所
有圖紙打印成硫酸圖，然后各專業(yè)將圖紙疊在一起進行管線綜合，由于二維圖紙的信息缺失以及缺失直觀的交流平臺，導致管線綜合成為建筑施工前讓業(yè)主最不放心的技術環(huán)節(jié)。利用BIM技術，通過搭建各專業(yè)的BIM模型，設計師能夠在虛擬的三維環(huán)境下方便地發(fā)現(xiàn)設計中的碰撞沖突，從而大大提高了管線綜合的設計能力和工作效率（圖9）。這不僅能及時排除項目施工環(huán)節(jié)中可以遇到的碰撞沖突，顯著減少由此產(chǎn)生的變更申請單，更大大提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，降低了由于施工協(xié)調(diào)造成的成本增長和工期延誤。


1.10 施工進度模擬
建筑施工是一個高度動態(tài)的過程，隨著建筑工程規(guī)模不斷擴大，復雜程度不斷提高，使得施工項目管理變得極為復雜。當前建筑工程項目管理中經(jīng)常用于表示進度計劃的甘特圖，由于專業(yè)性強，可視化程度低，無法清晰描述施工進度以及各種復雜關系，難以準確表達工程施工的動態(tài)變化過程。
通過將BIM與施工進度計劃相鏈接，將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D（3D+Time）模型中，可以直觀、精確地反映整個建筑的施工過程（圖10）。4D施工模擬技術可以在項目建造過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進度，優(yōu)化使用施工資源以及科學地進行場地布置，對整個工程的施工進度、資源和質(zhì)量進行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。此外借助4D模型，施工企業(yè)在工程項目投標中將獲得競標優(yōu)勢，BIM可以協(xié)助評標專家從4D模型中很快了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(jīng)驗和實力作出有效評估。

1.11 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(nèi)容，協(xié)調(diào)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系。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(jīng)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(jié)合的產(chǎn)物。
通過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(yōu)化。對于一些重要的施工環(huán)節(jié)或采用新施工工藝的關鍵部位、施工現(xiàn)場平面布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(jié)合施工組織計劃進行預演以提高復雜建筑體系的可造性（例如：施工模板、玻璃裝配、錨固等）。
借助BIM對施工組織的模擬，項目管理方能夠非常直觀地了解整個施工安裝環(huán)節(jié)的時間節(jié)點和安裝工序，并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(yōu)化和改善，以提高施工效率和施工方案的安全性。

1.12 數(shù)字化建造
制造行業(yè)目前的生產(chǎn)效率極高，其中部分原因是利用數(shù)字化數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)了制造方法的自動化。同樣，BIM結(jié)合數(shù)字化制造也能夠提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率。通過BIM模型與數(shù)字化建造系統(tǒng)的結(jié)合，建筑行業(yè)也可以采用類似的方法來實現(xiàn)建筑施工流程的自動化。建筑中的許多構(gòu)件可以異地加工，然后運到建筑施工現(xiàn)場，裝配到建筑中（例如門窗、預制混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等構(gòu)件）。通過數(shù)字化建造，可以自動完成建筑物構(gòu)件的預制，這些通過工廠精密機械技術制造出來的構(gòu)件不僅降低了建造誤差，并且大幅度提高構(gòu)件制造的生產(chǎn)率，使得整個建筑建造的工期縮短并且容易掌控。
BIM模型直接用于制造環(huán)節(jié)還可以在制造商與設計人員之間形成一種自然的反饋循環(huán)，即在建筑設計流程中提前考慮盡可能多地實現(xiàn)數(shù)字化建造。同樣與參與競標的制造商共享構(gòu)件模型也有助于縮短招標周期，便于制造商根據(jù)設計要求的構(gòu)件用量編制更為統(tǒng)一的投標文件。同時標準化構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)也有助于減少現(xiàn)場發(fā)生的問題，降低不斷上升的建造、安裝成本。