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高度复杂化的建筑施工工程建设项目向以AutoCAD为主体的、以工程图纸为核心的设计和施工管理模式发出了挑战,急需寻找某些新的技术手段或者方式措施来获得新的进展,BIM技术引入解决这一问题提供了新的方向。在国内,BIM技术重要应用于建筑工程项目的设计阶段,施工阶段的应用较少,而在建筑施工工程中的应用研究也比较少,但其优势是不容忽视的。
核心词:BIM;建筑工程
目录
第一章绪论 1
第二章BIM技术 2
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第三章BIM技术应用于建筑工程的必要性 4
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第四章BIM在工程施工及运营阶段的应用分析 7
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结论 12
参照文献 13
致谢 14
绪论
BIM(BuildingInformationModeling)即建筑信息模型,是近几年来建筑行业提出的新理念,也是信息化技术手段的一大变革。住建部于《~建筑业信息化发展纲要》中表白:全面推动BIM技术在建设项目设计、施工阶段的广泛应用,增进BIM技术发展,并将其作为建筑行业信息化推广的重点,将4D管理模式运用于目前大型复杂化建筑项目施工进程当中,实现建筑工程可视化管理。近期,住建部副部长易军在BIM技术增进建筑产业现代化高层论坛刊登发言时,强调建筑产业现代化和BIM技术的推广应用是国内建筑业发展和改革的重要任务和目的,BIM技术应用是推动建筑业信息化的重要手段,为产业链贯穿、工业化建造提供技术保障,谁掌握了BIM,谁就掌握了将来。
随着国内经济的持续迅速发展,都市化、工业化进程的不断加快,国家和地方政府十分注重建筑施工过程的建设,致力于扩建设规模,改善施工工艺,提高施工效率,这也导致建筑施工工程设计、施工管理难度越来越大,老式的以AutoCAD为主体的、以工程图纸为核心的设计施工管理模式不能满足高度复杂化的建筑施工工程的规定,急需寻找某些新的技术措施来获得新的进展。BIM技术的引入为解决这些问题提供了新的方向。
BIM技术
在建筑的规划、设计、施工、运维等各阶段的计算机辅助作业过程中,以信息传递原则来协调各阶段间信息的共享,以BIM实行原则来指引各工种作业及协同的工程措施,可通俗理解为:运用一系列的计算机辅助工具,以构件、部件、组件、族等基本工程对象为单位,对建筑工程的各阶段、各个场景进行综合管理,基于信息的生产、传递、分析,进行多工种实务协同作业的建筑过程。
参数化是BIM从CAD中脱颖而出的最鲜明的特性,基于参数化建模的模型拥有更加完整的信息。应用参数化这一特性构建的三维可视化模型是一种涉及着项目所有构件属性的信息系统,且该模型可以根据变更内容变换属性,维持互相间的空间及逻辑关系。例如,在基于BIM技术的Structures软件中取消一种柱子,模型会自动重新量取梁和柱子的尺寸,自动设计其节点,然后模型内有关联的柱子及其内部构造会相应地自动调节。
随着BIM技术的发展,模型应用的不断完善,生成模型所涉及的参数已不仅
仅是几何参数和拓扑参数,对于拟建对象的材料、性能、行为等属性,也可以添加到模型中,与之相适应的建模软件中的工具也必将由仅能解决几何特性提高到解决知识信息的新高度。
可视化的本意是“所见即所得”,即易于看到并理解。对于建筑行业来说,可视化的运用是广泛的,但此处的可视化并不是经渲染或后解决过的效果图,而具有更多含义。BIM的可视化是一种可以同构件之间形成互动性和反馈性的可视,没有艺术解决的真实的建筑空间呈现。建筑信息模型所展示的成果,是与建筑工程或实物的实际空间尺寸和构件属性严格统一的,在模型的可以达到的精度范畴内,将所有设计缺陷都充足暴露出来,这也是BIM可视化的重要作用之一。运用此模型来发现工程设计及施工组织设计中潜在的问题,如业主的建设需求与建筑师设计成果之间的矛盾、建筑师创作构思中存在的缺陷问题、各专业设计在空间上存在的冲突问题以及对施工设计不当的问题等。在BIM环境里,建筑信息模型可视化的成果不仅仅局限于对成果的展示和报告,更多体目前,在建设项目各个阶段中,为不同专业及不同参与方在项目建造在进行沟通、决策提供一种信息交流的平台。
BIM与CAD的另一重大区别体现为:BIM技术在技术层面的能力,如应用系统或软件之间的数据互用,明显高于CAD。BIM是一种涉及建筑项目各类信息的三维模型,但它不仅仅是一种模型,更多的是一种数据交互协调的平台,项目的参与方(涉及政府、建设单位、设计方、施工方、运维机构方等)可以通过这一平台同外界进行信息的互换,具体表目前:政府部门借助该平台完毕对各公司、项目的管理;建设单位借该平台完毕资产管理和项目成果的评价;施工单位则侧重于在3D模型的基本上进行4D施工模拟、虚拟建设;运营单位关注的则是建设过程中对物业和资产的管理。
BIM技术的提出,是CAD等设计软件的研发应用的成果。因此,BIM技术一方面达到应用的领域是建筑设计。目前比较成熟的BIM软件,如Graphisoft公司的ArchiCAD,Bentley公司的TriFoma以及Autodesk公司的Revit,这些软件的应用过程雷同,重要是将建筑物实体和构件通过数字参数化设计,并将其作为设计元素,通过元素间的空间关系、功能联系的自动计算和反映,为设计师提供了发挥想象力的空间。BIM技术在建筑设计中应用,就是运用BIM软件,创立一种虚拟的建筑信息模型,涉及实际建筑物中所有信息,这是设计的核心。在建筑信息模型中不仅仅是美丽的3D渲染,也不仅仅标注具体的施工图,这些只是其中的一部分,它所涉及的信息,可以应用于项目建设的全生命过程。
与设计机构不同,施工单位在BIM技术的应用中较为积极。分析其因素,一方面由于目前的施工建设现状下,施工公司的效率较低,每年超过30%的项目在实际施工过程需要返工。另一方面,由于施工公司的利润率较低,迫使她们急需寻找一种新的技术措施,减少施工成本,实现利润最大化。
施工单位可直接运用设计单位提供的BIM信息模型,修改形成合用于施工阶段的实时模型,将施工筹划与施工方案通过模型进行初步模拟,消除设计中隐藏的问题,优化施工进程,提高施工效率,减少窝工、返工的现象,减少由于工程变更导致人力、物资的挥霍,从而达到提高利润的目的。
目前,已有诸多施工公司拥有自己的BIM团队,但实际应用仅停留在软件自身的应用上,随着BIM技术在施工阶段的应用发展,及其优势的不断展露,会有更多的公司使用BIM技术。
BIM技术应用于建筑工程的必要性
建筑施工工程,作为市政公用工程的有机构成之一,是都市基本设施的重要一环,为都市生产、生活的稳定有序进行,提供基本服务和保障。随着国内现代化都市的发展,建筑施工工程作为解决人口、经济发展等问题的核心,国家和政府十分注重市建筑施工工程建设质量及建筑施工效果。建筑施工工程的规模不断增大、建筑施工工艺更加繁杂,建筑施工工程施工规模、技术、管理难度也就越来越大。
老式建筑施工的设计工作都是以CAD为操作平台,以平、立、剖面图等二维图纸的方式呈现设计成果。设计人员通过绘制二维图形,加上多种尺寸标注,反映建筑物三维状态下的位置关系,可视化差,信息体现不精确,存在错误在所难免。在信息的传递过程中,设计师的三维设计理念通过二维图纸体现,施工方通过对二维图纸的理解进行三维建筑的施工,在这个过程中,经历了两次二、三维信息的转换,很容易浮现设计师在二维设计时体现的偏差以及施工方对二维图纸的理解偏差,信息传递的偏差,若不能及时发现,必将导致施工过程中浮现问题,甚至会导致问题扩大,阻碍施工进度的正常进行。
老式的施工进度筹划是通过网络筹划图实现的,这也是工程项目进度管理最常用的工具,但通过以往实际工程的实行可以看到,该措施存在自身的局限性。一方面,网络筹划图运算过程比较复杂,需要耗费大量时间精力完毕,且非专业结识理解起来比较困难,不利于进度筹划与业主及施工方的交流。另一方面,通过网路筹划图所体现的进度筹划相对比较抽象,不能将整个项目的规划进度精确地体现出来,更不利于对实际工程施工状况的跟踪检查,不能对工程的变更及环境变化等突发状况进行及时的应变解决,调节优化复杂。最后,使用老式的施工进度管理工具,依托经验拟定逻辑关系,精确性收到极大的限制,虽然有不合理之处,也难以发现。
建筑施工的建设过程中,项目管理不到位重要体目前如下几点:一方面是施工总体目的不明确,没有精确地分目的,不能系统的对施工过程进行指引和控制,从而导致施工的盲目性。另一方面是没有完善的施工筹划,或者施工筹划不够精确,导致施工过程中浮现实际施工进度与材料进厂时间不相符等脱节问题,导致工期的滞后,或窝工挥霍现象。人力、财力以及资源没有得到合理的分派,必将导致施工过程挥霍大、工期长、效率低等问题的产生,严重影响施工质量。
BIM技术所创立的建筑信息模型并不是一种图形,它是一种涉及着指定项目有关信息的完整的数据库。该数据库中涉及建设项目所有构建的大小尺寸、数量、位置关系等一系列信息,通过这些参数化信息所体现出来的及时项目建成后的真实效果,通过该模型可以看到二维图纸不能体现的视觉角度和效果。在设计阶段创立的建筑信息模型上做施工图的优化设计,可以将数据库及视图进行双向联系,轻松得到平、立、剖面的图形,可根据需求选择不同位置的剖面图,对于模型中的非图形数据也可通过明细表进行记录,提高施工效率。
建筑施工工程设及多种专业,基本工程是多种部门协作完毕的,在BIM技术中也是不同专业各自进行设计的,各专业设计的最后模型可通过有关应用软件,整合成一种整体,实现协同设计,从主线上变化过去通过文字及图纸体现设计意图的工作方式。软件通过对模型中不同专业之间的冲突进行碰撞检查,并进行修改以达到规定规定,避免了因协同问题导致的对工程进度的影响。
可视化是BIM最直观的特点,BIM模型可视化的应用重要体目前两个方面:一是通过对施工进度的可视化模拟,及时发现进度筹划中存在的问题,优化施工方案;二是通过可视化的建筑信息模型指引施工,特别是对异形构造、预埋件等。
三维可视化的建筑信息模型加上时间维度,形成4D模型进行虚拟施工。在4D模型中,在虚拟的环境中,可以精确的发现使用中也许存在的问题,从而优化施工方案筹划,达到有效控制项目进度的目的。施工人员可以通过控制视图,全方位查看建筑内部构件的空间位置,不再局限于二维平立剖面图的二维体现,更加直观、精确,避免了施工错误导致的不必要的挥霍。此外,施工公司通过4D模型在项目的招标投标中获得巨大的优势,她可以迅速并直观的理解施工方对项目的理解和施工措施的一系列措施,并对施工单位作出更精确的评估。
运用二维图纸进行建筑设计,对设计师的空间想象能力规定比较高,设计师需要根据二维图纸想象建筑内部的构造特性。但是虽然设计师能想象出建筑内部的构造也无妨将其以一种持续的方式展目前二维图纸上。但三维设计方式可以实现建筑工程项目三维立体展示的目的,运用BIM技术可以对建筑工程项目进行虚拟模拟,设计师可以对建筑工程项目有一种直观的理解,不需要再进行凭空的想象。同步,BIM技术不仅能展示建筑工程项目的空间构造,还能显示建筑工程项目使用的材料特性等具体内容,设计师可以根据自己的需要进行数据库访问,这样可以让设计人员对建筑工程项目有一种更加全面的理解。
此外,BIM三维设计还能将较为复杂的几何构造以一种比较直观的方式呈现出来,例如比较出名的国家大剧院、鸟巢体育场等都属于外观机构较为复杂的建筑,二维设计无法对其进行全面的展示,但BIM三维技术却能将设计的成果直接模拟出来,使人能直接看到建筑工程项目的效果。虽然,BIM三维设计措施能较为直观的展示建筑工程项目的几何空间构造,但这不是BIM技术唯一的功能特点,BIM技术还涉及诸多其他方面的数据信息,如建筑工程的材料、力学原理、物理性质等,这些非几何信息的存在使得BIM技术的功能变得更加强大,某些在二维设计中需要人工完毕的任务就可以通过输入有关数据而自动生成,例如建筑施工需要使用的多种二维图纸。