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基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究

2021-08-09 来源:乌哈旅游
第2卷第3期 V01.2 No.3 Sep.2010 2010年9月 基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究 刘 晴 王建平 (中国矿业大学工程管理研究所,江苏徐州 221116) 【摘要】在分析建筑业低效率原因的基础上,提出效率提高的重点是实现建设项目全生命周期信息集成化管理。 论文对BLM思想的形成、发展、内涵进行论述后,指出BLM实施的关键技术在于BIM,并从建设项目全寿命周期 的角度对BIM技术的概念、产品、应用进行了较为深入的研究,并指出BIM在我国推广应用中的存在的问题和解决 路径。期望能引起更多的人关注BIM技术,并为BIM技术在我国的研究和实践提供参考。 【关键词】建筑生命周期管理;建筑信息模型;IFC标准 【中图分类号】F242 【文献标志码】A 【文章编号】1674—7461(2010)03—0040—06 1 引言 21世纪以来,世界上许多发达国家都纷纷开始 2 BLM理念概述 BLM(Building Lifecycle Management),建设项 进行信息系统和技术在建筑领域的开发和应用,以 目生命周期管理,即贯穿于建设全过程(从概念设 迎接信息技术和知识经济带来的挑战,从而提升行 业的竞争力。近几年的建筑业信息化调研显示,虽 然我国近几年与欧美等国家一样越来越注重建筑 业信息化技术的研究,但是由于我国建筑业管理缺 乏基于建筑生命周期的总体规划,致使其信息化仍 只停留建筑生命周期的某一阶段、某一局部管理业 计到拆除或拆除后再利用),通过数字化的方法来 创建、管理和共享所建造的资本资产的信息。该思 想的核心是通过建立集成虚拟的建筑信息模型 (building information model,BIM)以及协同工作来实 现设计一施工一管理过程的集成。据Counsel House Research报告,“结合了建筑信息模型BIM和 在线协同作业(online collaboration)的BLM技术被 认为是未来改进建筑设计、建造、管理过程的重要 推动力量”。 2.1 BLM思想形成与发展 务功能的物理复制上,使现有的管理系统形成一个 个“信息孤岛”,无法实现建筑生命周期内信息共 享,更不用说协同工作了。 现代IT技术的最新发展从信息化的角度为避 免信息流失和减少交流障碍提供了两方面可能:一 方面推行建设工程设计、施工和管理工作中的工程 信息的模型化和数字化,即建筑信息模型BIM的概 念;另一方面提高建设工程信息在参与建设工程各 个单位和人员之间的共享的程度,减少信息在这些 界面之间的交流障碍,即建设工程生命周期管理 BLM的概念。BLM理念和BIM技术的提出,为实 以建筑全生命周期数据、信息共享为目标的建 筑生命周期管理雏形概念形成于1998年,美国建筑 业研究所(CII)提出了FIAPP(Fully Iniegrated and Automated Pr ̄ect Proeesses),即以信息技术为手段, 实现项目从规划到建成运营管理完全集成和自动 化,达到生命周期数据管理目的¨ 。 2002年,Autodesk公司提出了BLM(Building 现创建丰富的数字化信息、管理整个生命周期的数 据、在参与方之间共享信息的目的提供了强大的技 术支持和思想依托。 Lifeeycle Management)的概念,认为一个建筑项目, 从设计到施工到售房再到物业管理,乃至到最后拆 掉,整个建筑项目生命周期,都有建筑项目的数字 【作者简介】刘晴(1984一),女,硕士研究生,研究方向:项目管理; 王建平(1955一),男,教授,博士生导师,研究方向:项目管理。 基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究 41 化数据的应用与管理贯穿始终,即“建筑生命周期 管理” j,进一步强调了数字化数据的管理和利用 是建筑生命周期管理的核心。BLM不仅仅是一个 工程或者服务领域的创新项目,而且还是涵盖从规 划、设计、建造、配维护、服务到最终处理的建筑生 技术理念,专门面向建筑设计的ArchiCAD软件。 VBM技术可以看作是BIM技术的最早的描述,在这 个概念中,首次提出三维模型并非是AutoCAD中用 于渲染或动画制作的计算机实体造型,而是一个附 命周期的所有方面,它用于管理建筑生命周期的所 加很多工程信息的模型数据库,存储了建筑设计方 案的全部几何信息和对应的全部工程技术信息。 有业务系统的集成。 2.2 BLM思想内涵及实现过程 BLM思想的核心目的,就是解决建设工程全寿 命周期中的信息创建、信息管理和信息共享问题。 建筑业对建设工程信息的管理和共享,已有多年的 研究,但由于缺乏实现的基础和可行的技术支持, 研究多数停留在理论和概念层面上。BIM技术的出 现,为真正实现BLM理念提供了技术支撑。BIM技 术从根本上改变了建筑信息的创建行为和创建过 程,从建设工程设计开始,就采用数字化的设计信 息,而正是基于这种数字化信息的创建,可以改变 建设工程信息的管理过程和共享过程,从而实 现BLM 图1 BLM实现过程 2.3 BLM技术核心——建筑信息模型BIM BIM是“建筑信息模型”(Building Information Mode1)的简称,这个概念是由美国乔治亚技术学院 (Georgia Tech College)的查克・伊斯曼 (Chuck Eastman)教授于30年前提出的。 Graphisoft公司早在1982年就推出了基于BIM 概念开发的ArehiCAD软件,但当时Graphisofi称之 为“虚拟建筑”而不是“BIM”。并于1984年推出了 基于虚拟建筑模型(Virtual Building Model,VBM)的 但是由于当时技术条件的限制,没有被推广、发展 缓慢。 BIM技术真正开始引起人们关注,是在2002年 由Autodesk公司发布了BLM/BIM白皮书,正式提 出建筑业信息化解决方案的两个轮子,即BLM和 BIM。随后Autodesk公司又陆续推出基于BLM/ BIM的解决方案,如Buzzsaw、Revit、DWF Composer 和Civil 3D等。由此,BIM技术逐渐得到世界建筑 行业的普遍接受。同时基于BIM技术的BLM理念 也被开始被业界和学术界所关注。 在使用BIM技术的过程中,为达到共享数字化 的信息、提高生产效率的目的,需要遵循一些标准, 实现设计、建造、管理的信息共享,来达到协调合 作,真正实现建筑事业的信息化。知名的设计公 司、行业协会、咨询机构、软件巨头、政府组织等多 部门参与了NBIMS的制定。而正是在这种行业全 面参与下,美国建筑科学研究院(National Institute of Building Science,NIBS)制定了国家BIM标准(Na. tional BIM Standard 1.0,NBIMSI.0)。 如今,在建筑设计方面,运用BIM技术的“虚拟 建筑”设计将取代2D CAAD,成为未来计算机辅助 建筑设计的主流,这一论断已得到了世界各国专家 学者的广泛认可,欧洲一些国家已经开始普及BIM 技术,特别是芬兰、挪威、德国等国,基于BIM技术 的应用软件的普及率已经达到60~70%。随着建 筑设计和建造、管理开始不断的运用建筑信息模型 (BIM)技术,BIM技术的发展潮流已经势不可挡。 而应用BIM技术进行建筑生命周期信息管理 (Building Lifecycle Management,简称BLM)的课题, 也逐渐受到了世界各国的广泛关注。 目前,国内对BIM技术和BLM理念的研究和 应用处于刚刚起步阶段。但是在国家的大力推动 下和基于BIM技术的软件开发商的宣传下,各个部 门和科研院所已经开始在着手研究和应用BIM技 术。国内部分高校开展了相关的学术研究工作,哈 尔滨工业大学、清华大学、同济大学、华南理工大学 先后成立了BLM实验室;2009年4月,由欧特克公 42 司和中国建筑学会共同举办的中国首届“BIM建筑 构建的“可视化”的数字建筑模型,为设计师、建筑 设计大赛”在京隆重举办。“斯维尔”杯全国高校 BIM建模大赛也于2009年终拉开帷幕;在国家的重 大工程项目上,国家牵头并引导企业使用BIM技 术。如北京奥运会国家游泳中心的建筑设计方案, 师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各 环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台,帮助 他们利用三维数字模型对项目进行设计、建造及运 营管理。 北京奥运会“奥运村空间规划及物资治理信息系 建设工程信息化一BLM理论与实践丛书中 。 统”的实施,上海世博会“项目群数字可视化管理” 系统的实施;为了提高全行业科技水平和核心竞争 对BIM的定义是:BIM以三维数字技术为基础,集 成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,对 力,使行业发展更加有序,提高生产效率,中国房地 产业协会商业地产专业委员会计划从2010年开始 每年组织研究和发布《中国商业地产BIM应用研究 报告》,用于指导和跟踪商业地产领域BIM技术的 应用和发展。 3 BIM技术概述 3.1 BIM概念和内涵 对于建筑信息模型,可以从建模和应用两方面 进行描述:从建模的角度来说,建筑信息模型是 Building Information Model(BIM),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 图形模型,同时还包含了工程的物理特性和功能特 性及其相关的项目周期信息等数字模型;而从应用 的角度来讲,建筑信息模型则是Building Information Modeling(BIM),建筑信息模型完全数字化,支持建 设工程中各种运算的形式,并且它是动态的,可以 在项目的生命周期中随时给模型增添各种工程信 息,满足项目的各种需求。以上定义均强调了“生 命周期”,所以都包含了模型的应用,本论文提到的 BIM技术覆盖从建模到应用,包括整个建筑物的生 命周期。 美国国家建筑科学协会_4 (NIBS)的设备信息 委员会(FIC)对建筑信息模型的工作定义:一个 BIM,应用前沿的数字技术创建一个对设施所有的 物理和功能特性及相关项目生命周期的可运算的 表达,并在设施的拥有人和管理运行人员对设施在 整个生命周期的使用和维护中,作为一个信息的存 储库。 麦格劳一希尔建筑咨询公司在其调研编撰的 研究报告:《建筑信息模型——设计与施工的革新, 生产与效率的提升》中 J,将BIM定义为“创建并利 用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过 程”。BIM基于最先进的三维数字设计解决方案所 工程项目相关信息详尽的数字化表达。其结构是 一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。它 除了包含与几何图形及数据有关的数据模型外,还 包括与管理有关的行为模型,两者结合通过关联为 数据赋予意义,因而可以模拟真实世界的行为。 不同的组织和研究机构对BIM有不同的理解 和定义,但BIM定义中不外乎包含以下两个特点: (1)对建设工程信息的界定,它包含了设施的 物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息,涉 及到了建设工程全过程各个方面的项目信息,不仅 仅局限于狭义上的建筑物三维模型几何信息; (2)对建设工程一种可计算/可运算的形式表 现,强调了对信息完全数字化的要求,这也是它从 根本上不同于以往的信息技术应用,可以使信息化 在建筑行业得以深入发展的一个关键。 3.2 BIM标准化 3.2.1 BIM数据标准化——IFC标准 目前,建设工程领域普遍接受和应用的BIM数 据标准化的标准是由国际协同联盟(International Alliance for Interoperability.IAI)所制定并管理的IFC 标准(Industry Foundation Class—IFC)。国际协同联 盟早在1995年就提出了直接面向建筑对象的工业 基础类(Industyr Foundation Class.IFC)数据模型标 准。IFC标准是面向对象的三维建筑产品数据标 准,目的是促成建筑业中不同专业以及同一专业中 的不同软件可以共享同一个数据源,从而达到数据 的共享和交互。能否支持IFC标准、以及支持程度, 是判断一种BIM模型想进行的方法之一。 Autodesk公司、Graphisofi公司等国际企业大力 支持并在其软件产品中应用BIM概念。与此同时, IFC标准获得了重大进展,推出了IFC2x正式版本。 2004年,美国编制基于IFC的《国家BIM标准》,将 基于IFC的全面应用标准及法规的编制提上日程。 国际协同联盟与国际标准组织ISO下属的第184技 基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究 术委员会第四分会一工业自动化系统及集成/工业 数据(TCI84/SC4-Industry Automation Systems and Integration/Industrial Data)有密切的联系并进行深 43 能,这样就绕过了读写三维数据出现的冲突。 但是无论从软件公司的角度,计算机硬件的能 力,还是从软件购买者的角度来看,这是不可 入的合作。因而,IFC标准也相应成为了ISO认可 的标准。2005年,进入ISO体系的IFC2x Platform 被批准发布。 作为应用于AEC/FM各个领域的数据模型标 准,IFC模型不仅仅包括那些看得见、摸得着的建筑 元素(比如梁板柱等),也包括了抽象概念(计划、空 间、组织、造价等)。最新的IFC标准包含了以下九 个建筑领域:建筑、结构分析、结构构件、电气、施工 管理、物业管理、暖通、建筑控制、管道以及消防。 除此之外,IFC下一代标准正扩充到施工图审批系 统、GIS系统等等 。 IFC标准作为BIM共享及交换标准,是国际公 认的并广泛应用的。在国外政府审查方面,新加坡 采用的电子化审图系统,挪威政府采用的包含GIS 信息的建筑设计提交系统,美国总务管理局做出的 项目设计方案提交规定,都已经利用基于IFC模型 的建筑模型。美国政府投资项目也在网站上利用 基于IFC模型的建筑模型进行输入 。 在我国,基于IFC的建筑信息模型在国内的开 发应用才刚刚起步。中国建筑科学研究院在十五 期间完成了建筑业信息化关键技术研究与示范项 目——《基于IFC标准的集成化建筑设计支撑平台 研究》,上海现代设计集团开发了基于IFC标准开 发建筑软件结构设计转换系统以及建筑CAD数据 资源共享应用系统 。 3.2.2 BIM模型标准化 对于BIM标准化的另一个方面,建筑模型的标 准化问题有着比较复杂的背景。由于建筑行业的 地域性和建设标准的的历史原因,标准化涉及到了 建设工程领域的方方面面,并不仅仅是信息技术问 题。BIM的开发者可以通过一定的途径在一定程度 上解决不同国家、不同地区之间标准的差异,如增 加标准构建数据库、提供标准构建替换参考等,但 问题的彻底解决最终应该依靠整个建筑行业的全 球化合作。 4基于Bin技术的软件产品解决方案 4.1 实现Bin软件实现策略 ・ 一是生产一个“超级软件”,它包括了所有的功 行的。 ・ 二是对于拥有种类比较全的BIM建筑软件产 品线的软件公司,以BIM建筑设计类软件为核 心,其它类的软件能通过各种数据格式和核心 设计软件的数据建立联系。就Autodesk而言, 可以用Revit系列建立核心数据,通过各种方 式使其它外围软件能够正确的读人写出Revit 产生的核心数据。 ・ 三是建立一种统一的建筑数据格式。该数 据格式要能支持建筑全生命周期的信息,相 当于建筑设计软件问交流的“国际语言”,然 后所有的建筑软件都要能够支持这种格式, 那么建筑软件问的数据交流就可以通过这 种方式实现。目前,IFC格式做的就是这个 工作。但IFC本身还不成熟,同时,IFC并不 能很好被各主流建筑软件支持,这两个问题 导致了大部分软件还无法利用“国际语言” 无损交流。 就当前发展的态势来说,方法二和方法三都有 推动和发展,具体哪种方式会取得行业认可,成为 行业规范,现在还难说。也许像AutoCAD的DWG 是事实上的工程行业标准一样,方法二和方法三会 逐渐融合,形成有BIM特色的建筑行业新的数据 “标准”。 4.2基于Bin技术的开发的软件产品比较 开发可以实现BIM的软件产品,大体分为两 类,如图2所示: Bentley Architecture Autodesk Architectural Desktop 图2 BIM解决方案分类 目前国际上有许多软件公司已经认识到BIM 技术是未来建筑行业发展的趋势,并以现有的软 件产品为基础,开发出基于BIM技术的软件系统。 国际上基其中比较著名的有3个软件:Autodesk公 ・ 业主是推动BIM技术应用的最大动力,其积极 性还需要进一步调动; 表2 BIM应用价值 司的Revit系列软件,Bentley工程软件公司的 Bentley Architecture软件,Graphisoft公司的Archi— CAD软件。 表1 Bin软件对比表 作为其CAD软件Microstation的 Architecture Bentley 一个插件,而不是一个独立的 支持 软件 5 Bin技术应用与实施 5.1 BIM应用的价值和意义 BIM的应用为BLM提供了巨大的技术支持, 使BLM理念的实现成为可能,从而达到使建设工 程增值的目的。笔者认为,与传统技术比较的 优势: ・ 提供更好的视觉化表达方式,有利沟通协调与 事前规划 ・ 更好的进行工程管理,可以减少施工冲突、设 计变更等。 ・ 有利于建设项目生命周期的信息管理,尤其是 运营与维护管理。 ・ 有利于提升工程质量和节约工程成本。 BIM在建设项目全生命周期过程中的应用价值 体现见下表2所示: 5.2 BIM技术实施的困难及推广建议 5.2.1 BIM实施应用中的困难 ・ 人本能抗拒改变,观念上的变化才能带来应用 上的顺利实施; ・ 建筑业的过程碎片化、组织碎片是BIM应用的 最大障碍,需要新的工作方式与流程与之相适 应,甚至会引起组织结构的变化; ・ 标准与技术已有相当的成熟度,但还有很大的 进步空间,也需要时间去发展应用; 生命周期过程 BIM应用价值 1、三维可视化,表达更形象 2、自动生成工程图纸和报告、计划等数据文 件,节省时间和使用者精力 设计阶段 3、所有信息(图纸、报表)协调、一致、联动, 使修改和变更更容易 4、实现各个专业的协同、可持续设计,避免 冲突,降低成本 1、同步提供施工所需要的信息,进度成本, 舡 行虹过程 提高施工的质量 1、提供有关建筑使用情况或性能、入住人员 与容量、建筑已用时间以及建筑财务方面 运营、维护阶段 的信息 2、提供数字更新记录,并改善搬迁规划与 管理 ・ 要明确设计方采用BIM软件进行设计需要考 虑软件应用带来的业务转换上的风险,同时要 界定设计方提交给业主方BIM的设计深度 标准; ・ 要明确BIM应用施工过程中,设计方和承包商 的法律责任界限。 5.2.2 BIM技术应用推广建议 ・ 人才培育:提供产业所需BIM知识技术的教育 训练教材与课程,以培养国内所需的BIM技术 的研发、教育与应用的人才。 ・ 应用推广:提供研讨交流平台,凝聚产关学研 共识,共同推动BIM应用,提升工程效率与 质量。 ・ 技术提升:通过产学合作,结合学术研究力量 与产业实践经验,协助产业提升BIM的技术。 ・ 产业服务:提供产业BIM相关的顾问咨询、信 息资料整理、专题讨论、专案研究等服务,协助 产业升级。 ・ 国际接轨:通过国际交流活动,掌握国际的 BIM技术与应用发展动向,提供国内发展参 考资料。 基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究 45 [3]H Edward Goldberg,The Building Ifornmation Model,CAD 6结论 建设项目全寿命周期管理和BIM技术是一个 alyst.Eugene,Nov2004.Vo1.21,56-58 [4]http//www.nibs.org/nesstory1.html [5]McGraw—Hill Construction,Building Information Modeling— Transforming Design and Construction to Achieve Greater Industry Productivity,2009 极富挑战性的课题,它代表着一种发展趋势,是今 后整个建筑业的发展方向。论文从建设项目全寿 命周期的角度对BIM技术的应用进行了较为深入 的研究,并提出BIM在我国推广应用中的存在的问 题和解决路径,期望能引起更多的人关注BIM技 术,并为BIM技术在我国的研究和实践提供参考。 参考文献 [1]FIAPP Implementation Breakout[R].CII Annual Confer— ence,August,2000 [6]丁士昭.建设工程信息化导论[M].中国建筑工业出版 社,2005 [7]方立新,周琦,董卫.基于IFC标准的建筑全息模型 [J].建筑技术开发,2005(2) [8]季征宇.建筑工程设计中的知识管理[M].北京:中国 建筑工业出版社,2008 [9]曾旭东等.基于参数化智能技术的建筑信息模型[J]. 重庆大学学报(自然科学版),第29卷第6期, 2006(10) [2]王要武.工程项目信息化管理一Autodesk Buzzsaw[M]. 北京:中国建筑工业出版社.2005年l0月 The Research on Building Lifecycle Management Based on the Technology of Bin Liu Qing,Wang Jianping (Project Management Institute of China University ofMining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China) Abstract:Based on analysis of the reasons of low efficiency in construction industry,the paper suggests that the key point of improving efficiency is the implementation of lifecycle building information integrated management. The main contents of research in this paper includes the concept and philosophy of BLM,the formation of BLM and the concept of BIM,product analysis and implementation.After the analysis of the BLM,it indicated that BIM was the key technology in the implementation of BLM.Subsequently,it revealed the concept,product and application of BIM from the perspective of the construction project lifecyele.Finally,it pointed out the existhy problems and ways to solve in BIM application.It is hopeful that this paper could in in spire more people to focus on BIM and provide reference for BIM research and practice in china. Key Words:Building Lifecycle Management;Building Information Model;Industry Foundation Classes 

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