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什么是BIM,对未来有什么作用及影响

2017-12-23 20:38| 查看: 537| 评论: 0|来自: BIM信息网

       BIM就是在真正动工之前,先在电脑上模拟一遍建造过程,以解决设计中的不足和真实施工中可能存在的问题。这个模拟不是简单的堆积木或俄罗斯方块,而是带有真实数据的,能够真正反映现实问题的模拟。比方模拟一个水坝的建造,不单要模拟水坝的建筑信息,施工信息,地理信息也要一同纳入,要做大量的运算来分析。
       以前这种技术只用于飞机制造和汽车制造等高科技行业,现在的计算机和软件技术让建筑也有了这种可能性。

       BIM的几大模块:
       1. 最基础的,3维建模:常用工具包括revit,bently,犀牛,高端品牌Catia。其他制造业的软件UG,PRO/E,SW实际上也可以用于建筑,只不过没有库,工作量会很大,在输出二维图方面有不完善的地方。制造业三维软件Catia,UG,proe在建模能力方面完秒revit。
       2. 基于三维模型的仿真:工艺仿真,简单来说就是模拟建造,包括施工规划,人机分析仿真等,这方面的软件有delmia。另外一块就是CAE分析,包括力学,热学,流体,多场耦合等,这方面的软件有abaqus,ansys,Adam等。
       3..基于建筑生命周期管理的平台。它提供一个统筹平台,提供协同开发,项目进度管理,分包商管理,物料供应商管理,运维管理等。
       BIM是AEC的说法,只有中国大陆的AEC现在还在用二维图纸做标准,实际上制造业10年前就用三维模型了,香港房屋署现在也提出要求交付三维信息模型。

BIM一词的解释:
       B是building,国内直接的翻译是建筑
       但其实这是不准确的翻译。Building所代表的不是建筑,而是土建类(或者称为建设领域),那什么叫土建类?引用百度百科的话,就是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修,包括城市规划,土木工程,交通工程等学科。包括建筑学,城市规划,土木工程,交通工程 ,涉外工程,环境工程,建筑环境与设备工程,建筑技节能技术与工程,城市地下空间工程,历史建筑保护工程,景观建筑设计,水务工程,农业工程,设施农业科学与工程,建筑设施智能技术,给排水科学与工程,建筑电气与智能化,景观学,风景园林,道路桥梁与渡河工程,工程管理。
       所以B代表的是BIM的广度,也就是整个建设领域,它可以是建筑的某一具体部分(如水暖电、土方工程等),可以是单体建筑,也可以是社区,更可以是一个城市,甚至可以大到人与自然的关系。
       举例来说,土方工程使用civil 3d就是具体部分,使用revit来建立整栋大楼的三维模型等就是单体建筑;CIM(关于CIM现在有两种说法,一种是City Intelligent Model,城市智慧模型,这种说法在大陆比较常见;一种说法是日本提出的Construction Information Modeling/Management,这种代表的是非建筑工程类的BIM,而让BIM专属于建筑工程类 ),就是社区及城市(虽然实际功能达不到城市的范围);帝国理工的Blue-Green Dream(将BIM和环境工程结合起来)就是人与自然的关系。

        I,I是information,也就是信息。
       虽然美国有种观点认为,I代表的是integration,也就是集成,但我更倾向于使用information。因为我觉得information更能代表BIM的本质。
       关于I,要分三部分来回答。
       第一部分是,到底什么才算是information呢?也就是I的含义。我认为这里应该包含两层意思,一是信息(名词),也就是建设领域中所包含的各种信息;二是信息化(动词),也就是建设领域的方方面面都讲会采用信息化的方法和手段。
       信息好理解,比如说梁的参数、项目的进度、项目的说明之类的,都是建设领域的信息;信息化,也就是利用计算机、人工智能、互联网、机器人等信息化技术及手段,来实现建设领域的信息化及智能化。
       第二部分是,I的范围。I的范围是基于建设项目(注意是建设项目,不是单体建筑,而是整个建设领域)全生命周期(从概念产生到项目报废)的信息化过程。(可以参见文章“溦凚IM應用工具(一):序曲/謝尚賢”BIM 工程資訊模擬與管理研究中心)
       具体如大家常见的这个图:

       具体的应用(根据国内的项目阶段对上图的阶段做了些整合)就是:
       项目概念阶段:项目选址模拟分析、可视化展示等等;
       勘察测绘阶段:地形测绘与可视化模拟、地质参数化分析与法案设计等等;
       项目设计阶段:参数化设计、日照能耗分析、交通线规划、管线优化、结构分析、风向分析、环境分析等等;
       招标投标阶段:造价分析、绿色节能、方案展示、漫游模拟等等;
       施工建设阶段:施工模拟、方案优化、施工安全、进度控制、实时反馈、工程自动化、供应链管理、场地布局规划、建筑垃圾处理等等;
       项目运营阶段:智能建筑设施、大数据分析、物流管理、智慧城市、云平台存储等等;
       项目维护阶段:3D点云、维修检测、清理修整、火灾逃生模拟等等;
       项目更新阶段:方案优化、结构分析、成品展示等等;
       项目拆除阶段:爆破模拟、废弃物处理、环境绿化、废弃运输处理等等。
       详情也可以参加BIM Handbook 中Chapter 4-Chapter 7的相关内容。
       当然BIM所能做的事远不止这些,笔者这里只是选取部分来举例而已。
       第三部分,是I的趋势。斯坦福大学CIFE中心的研究表明(BIM Handbook英文原版 第10页),1964-2009年这45年间,同非农业产业相比,建筑业的劳动生产率并没有显著提高,反而有下降。
       Handbook台译版第9页的原文表述是“虽然施工生产力明显减少的原因尚未被完全了解……显然使制造业更有效率的自动化、资讯系统、更好的供应链管理、和改良的协作工具,尚未实践在工地的施工上”
       也就是生产力下降的一个重要原因是因为信息化和智能化的技术方法并没有有效使用在施工领域。这其实严重制约了施工的生产力的发展。为了更有经济效益、更有生产效率,建设领域,更准确的说是人类社会的未来发展趋势,都会朝着信息化与智能化的方向发展。
       斯坦福大学在15年前就在做智能吊车自动建设房屋的研究,就是根据房屋构件之间的逻辑关系,给吊车编程,像搭积木一样自动把房屋搭建起来。像国立台湾大学、苏黎世联邦理工、新加坡国立大学、哈尔滨工业大学等,也在进行建设机器人的研究开发,也就是让更具智能化的机器人来替代人进行建设。又如澳大利亚科廷大学所做的track and sensing方面的研究,就是希望借助谷歌眼镜,让带眼镜的工人知道在什么时候、走哪条路线、精确到有具体坐标的位置、在货物架的第几行第几个、去拿一个什么样的货物、走哪条路线、在什么时候、送到哪里去、交给谁。而日本的一些公司正在进行裸空气3D全息投影设备的研究开发,这项技术一旦普及开发,那么以后就可以借助该类设备直接看到全方位立体的模型,做到哪里不会做了直接看全方位立体模型就好了。
       所以未来的建设领域,必然是一个高度信息化和智能化的过程。这点美国已经远远走在了我们的前面。
       所以I代表的是BIM的深度,也就是基于建设项目全生命周期管理(Building Lifecycle Management,BLM)的信息化过程。当然更重要的是要学会使用信息化的思想和方法去处理对待建设项目,这部分后面有空我会专门写一篇心得。

       M,modeling,这需要分三部分来讲
       一是modeling的含义。M的英文是modeling,现在国内的翻译是模型,我是旗帜鲜明地反对这种翻译的,因为model才是模型,modeling所表现的是一个过程,而不是一个模型。翻译成模型会给人很多误导,尤其是给不了解BIM的人。我个人倾向于翻译成“模拟”。国立台湾大学BIM研究中心主任谢尚贤教授建议将其翻译成“塑模”。但不管哪种翻译,都是为了表述这个过程。
       二是M这个词也代表了一种model,只不过这种model在这里指的不是模型,而是一种工作方式,也就是我之前所说的IPD模式。什么是IPD模式呢?简单来说,就是在开始动工前,业主就召集设计方、施工方、材料供应商、监理方等各方面一起做出一个BIM模型,这个模型其实是“类竣工模型”或者是“拟完成作品的模型”,大家会尽量根据这个模型去做实际建设,如果中间建设过程有变动再来进行模型的修改,到最后项目建好模型也随之修改好。但为什么是IPD而不是其他的?后续我会专门安排一篇文章来讲讲IPD的概念、流程、现状等等。本文重点讲的是BIM的本质,也就是Big BIM,这里不多做叙述。
       三是M也表示my-life。为什么说my-life?因为有了BIM,所以交通设计会更加合理,古建筑会更好的保护,结构会更加的安全,城市规划也会更加完善。
       所以M代表的是BIM的力度。BIM终将改变整个行业,乃至改变我们的生活。

       BIM,就是以建设领域为对象,基于建设项目全生命周期的信息化、智能化方法与过程,简单来说就是建设信息化。
       这才是BIM的本质,也就是建设信息化。从这个意义上来说,CIM这些都是对Little BIM的发展与延伸,但本质都是建设信息化。大家更应该关注的是本质。
       实践中什么是BIM这个“理论”问题这样定义还是那样定义,其实并不会影响到我们手头从事的业务,这业务可能是建筑设计,可能是概算预算,或是施工管理,甚至是运营维护。我认为宽泛地讲,满足数字化(未必需要3D、4D),信息中心化并分布式共享,合适的文件权限管理系统这三条的行业内实践,不论是在设计阶段,还是在施工、运维阶段,这种实践都可以称作BIM。
       所以你如果是建筑师,从概念设计阶段就着手建立一个项目模型,一开始这个模型也许是SU白模,除了体量和大概的尺寸几乎不包含其他信息。但是你把它置入Google Earth项目基地的位置上,并通过随便什么方式(邮件串,文档协同)与其他项目各方就这这个模型的链接讨论你的创意,这就已经是BIM了。
       你更进一步,将模型文件放到了你自己的服务器上,给业主开放了一个权限使他可以查看、审阅甚至修改你的草模,这些操作(不管是你自己的操作还是别人的操作)都被系统记录到log里,方便你可以随时查看某一个revision。有了修改操作,系统还会通知各参与方。不同的单位在项目中的角色不同,由此你发给他们的账号权限也各有区别。
       某一天你对草模进行了修改,提交保存操作后,系统向业主发去通知:建筑师修改了方案,请审阅并批复,同时向结构工程师发去通知:建(na)筑(sun)师(zi)修改了方案,请审阅,等待业主批复后修改结构模型。
       由于你架空了首层,改变了空间布置,调整了楼层标高,增加了悬挑阳台,立面开了长窗,引入了free flowing space…总之你是实践了新建筑五点,结构工程师登陆你的系统,打开中心文件,看到100+碰撞提醒。他将远程中心文件同步到自己的电脑上,根据变更后的建筑模型,开始修改结构模型:首层你去掉了墙,柱子截面要重新设计;二层你改变了平面布置,可能需要去掉几个柱子,增加几道梁的高度以跨越一个面积增大了的屋子等等,等等;这个结构工程师可能会把重新布置后的结构模型导出为计算分析软件可读的格式,放到计算软件里计算、调整截面,再导回中心文件和建筑模型复核,如此这般几次,总算是清掉了100+的碰撞,他提交了修改,把本地文件与服务器中心文件同步。(这里他只有修改结构构件的权限,其他专业模型不会被修改)
       结构师刚一完成同步,那边机电设计师收到系统通知:结(na)构(sun)师(zi)修改了结构模型,请审阅并修改MEP模型。然后这个机电设计师登陆系统,下载中心文件,根据结构构件的新位置及新的建筑模型,修改风管、水管、电线布置,重新做管线综合,重新设计预留预埋,他可能还需要计算新系统布置的动力情况,做合规性检查等等,等等。他改完了,与中心文件同步,保存…那边的你收到系统通知:结构和机电专业完成碰撞检查并提交了新的design revision,然后结构收到通知:新的楼板开洞,请复核…
       好了,你再次登陆系统,发现自己的新建筑五点尝试并没有想象中的那么完美,增大的自由空间面积导致梁高增大,你不得不降低天花标高;之前设想的趣味空间被倒霉的FCU侵占了…你于是在模型上comment到:这个梁太高,我不想降低天花,请想办法改成钢结构;这个FCU占了我的地,请放到别处去,等等。然后其他专业的工程师们就会收到系统通知,如此这般,back and forth,back and forth。
       过程虽然令人气馁,但好在任何项目都是这么设计出来的,现在有了BIM这样的工具,你总算不用每次遇到设计协调、变更,都要抓起电话:打开四层平面,看11轴与J轴的那个梁,你要这样这样;你也不用不断地召开设计协调会,把一大堆图纸摊在桌面上,翻得暴土扬长就为了解决一个很小的碰撞问题。你现在可以在一个综合了各专业数据的可视模型上给出自己的意见,通过设置场景让相关人员轻点鼠标就可以被导航到问题的所在;你可以将各专业设计信息汇总到一个中心文件上,追踪历史版本,处理每一个问题,每一个专业的操作都会即时反馈到相关人员那里去。
       新工具的出现,催生了新的工作流程,这一流程以我们的经验和理想来看,是一个沟通成本更低,效率更高,差错率更低的流程。我认为设计阶段BIM最突出的优点是在这里。我的这一描述,侧重于各专业间协调,而某个专业受益于BIM的情况,如尺寸驱动,智能捕捉这些,我觉得…这些应用在建筑领域太晚了….制造业早就有了,现在建筑行业当个新玩意来谈得兴起实际有点落伍,不过我们已经开始追赶了不是么。

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