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信息模型与BIM

面对经济全球化、以产业链竞争为特征的新市场业态已经凸现。要整合产业链资源,实现产业链协同作用,就需要实时、完整、准确地掌握产业链各个环节的信息,保证这些信息能够在产业链的协同过程中顺畅流动。为此,就需要构建基于行业特征的信息模型,这也是信息化建设的一个新阶段。

 

建筑信息模型——BIM

BIM是信息模型在工程建设行业的一个应用,BIM技术是创建并利用数字化模型对建设项目进行设计、建造和运营全过程进行管理、优化的方法和工具。因此,在BIM方法体系中,不仅是建模技术,也可以协同建筑项目全生命周期各个阶段、各个专业的协同平台;既要有一套可以实施的IT工具,更要有为决策者提供服务的系统优化方法。

一、BIM的技术维度

从系统观点看,BIM是建筑技术与核心业务的信息化。因此,BIM是一系列先进信息技术的集大成,其中主要技术阐述如下:

1CAD与图形学技术

BIM对于用户最直观的部分就是三维技术,CAD与图形学是建筑的几何信息在信息系统中的映射。BIM也是CAD发展的最新阶段,其表达与表现能力大大强于二维CAD

曲线曲面造型:BIM技术应用了三维曲线曲面造型技术,如BezierB-SplineNURBS曲线曲面,创造传统方式难以完成的异形建筑形态。

实体造型技术:B-RepCSG实体造型技术以及布尔运算,成为面向对象的建筑建模的基础,并支持复杂建筑实体的创建。

参数化技术:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改,支持建筑设计及用户交互的创新。

真实感图形学技术:如光线追踪、辐射度等真实感渲技术,将几何模型和计算结果转换为逼真的三维及两维图像或虚拟动画。

2、语义与知识表示技术

除几何元素信息之外,BIM的模型中也包含了建筑物各类物理和功能信息。如何在几何模型中表示这些语义信息,是另一个重要的BIM技术——语义技术。

语义计算:基于建筑信息模型丰富的语义,在4D(时间)、5D(成本)、力学、安全、绿色等方面进行计算、推理、优化。

语义规范约束:针对建筑模型的语义表达以及约束规范的形式化表达,对BIM模型进行自动化的消防、碰撞等规范检查。

本体论技术:对建筑信息中的所有概念及概念之间关系的描述与表示,通过概念之间的关系来描述概念的语义。建筑信息的分类标准(如ISO12006-2ISO12006-3)均是本体论的重要应用。

语义Web机器可读、可处理的Web数据表示,包括OWLWeb Ontology Language)、XMLExtensible Markup Language)和RDFResource Description Framework)等技术。BIMIFD Library库就是极具潜力的语义Web服务。

共享资源库:将建筑的基本构建、建成项目、经验数据等重要信息和知识进行存储,包括BIM标准件资源库、基准价库等。

集成与协同技术

BIM是通过对信息的插入、提取、更新和修改来支持在建项目不同阶段、不同利益相关方的协同作用,因而BIM的一个关键点就是信息交换过程。通过网络将各自独立的、分布于各处的多台计算机相互连接起来,有效共享资源并协同工作。

CSCW技术:CSCWComputer Supported Cooperative Work,计算机支持协同工作)是基于局域网或互联网开展分布异地,异构平台下的协同设计,在Extranet/Intranet乃至Internet环境,可以形成动态的随“产品”而转移的“虚拟设计组织”,支持同步或异步协同设计。

数据库技术:数据库相对文件具有共享性、并发性、安全性,并允许由分布式的、异构的应用系统访问和修改,从而成为BIM协同操作的重要技术支撑。

中间件技术:实现不同技术平台、不同领域的BIM软件之间的互操作,以及BIM与其他软件如ERPEnterprise Resource PlanningBLMBuilding Lifecycle Management)、电子商务系统间的集成。

软件服务技术:通过SOAService-Oriented Architecture)、SaaSSoftware as a Service)等技术,在Web层面对BIM相关数据以及操作进行服务集成,具有良好的松(?)合性与跨平台性。

二、BIM的过程维度

BIM采用的是服务建设项目“从摇篮到坟墓”的思想,把整个项目从概念到施工、运营、改建拆除的整个过程作为服务对象,并在各个阶段发挥不同的作用。

1、规划阶段

该阶段包括项目研究、策划、规划等环节,帮助业主在项目执行前提出经济、社会、环境效益最大化的方案。一个重要的挑战就是帮助业主把握好产品和市场之间的关系。重点包括以下领域:

快速生产方案:根据项目需求以及用地指标限制,利用已有BIM模型、构件资源库,快速完成BIM模型的概念设计方案。

规划方案分析:通过BIM模型与GIS系统结合,分析优化规划方案的交通、人口、商业、医院、教育服务覆盖情况,以及实现朝向、景观、高价值建筑面积的最大化。

开发动态模拟:通过BIM模型信息模拟项目开发的拿地、营销、规划、设计、招标、采购、施工和运维的过程。随进度生成开发成本估算、投资经济测算、进度计划安排等管控与决策信息。

2、设计阶段

BIM方法的实施,将建设项目的预期结果在数字环境下提前实现,是设计信息、意图显式化,从而使设计意图和理念能在实施前被建设项目全生命周期中各个相关方立刻理解和评价,使建筑设计中的创意、建筑规范、设计要求、时间、成本限制等都能在BIM下得到清晰、迅速的表达,其在建筑设计领域主要应用在:

参数化设计:包括参数化图元和参数化修改引擎,支持对建筑形式的创新。作为建筑信息的主要来源,它也是建筑其他生命周期信息技术应用的重要基础,如建筑性能分析、建筑构件加工生产。

基于BIM的协同化设计:指设计企业内不同设计部门、不同专业方向上或者同一项目的不同设计企业之间,基于BIM软件平台,进行协调和配合。协同化设计可以提高设计质量,减少设计冲突与错误,缩短建筑设计周期。

基于BIM建筑模型检查:BIM的模型简讯自动检查,在设计阶段发现问题,提高建筑的质量,减少返工,还可以对一些建筑设计规范的执行情况进行检查。

基于BIM的各种性能分析:BIM技术的发展为准确、高效地分析建筑物性能提供了可行性,包括节能分析、舒适度分析、日照、采光、通风、声音、可视角度等建筑品质分析、安全性分析等。

3、施工阶段

目前,建筑施工与建造技术信息化程度较低,主要体现在工程算量、成本核算等方面,面临着效率低、浪费大等问题。通过实施BIM来提升施工的质量与效率,减少施工人力与材料的浪费具有重要的经济与社会意义。

基于BIM的工程造价技术:在采用BIM设计时,通过材料的选择已经将造价的参数自动记录,可以随时生成造价清单。

基于BIM的施工指导技术:设计者可以通过BIM赋予建筑构件时间属性,可以模拟施工建造工程,使其变得清晰可见。

基于BIM的建筑产品预制技术:BIM模型得到建筑构件的几何、物理、型号等数据,直接在工厂加工生产,是实现建筑工厂化生产的基础。

运维阶段

与建造阶段相比,建筑物进入运营维护阶段后,面临更多新的需求。人们希望建筑的各种设施处于安全和高效的运行状态下,业主希望对他的资源进行有效管理,实现建筑物的增值。

设备管理技术:利用BIM技术将建筑物中各种设备的功能参数与建造过程中的参数,如空间位置、安装时间等,建立关联关系,使得各种设备信息处于准确、完备状态。

建筑运营技术:通过传感网与BIM技术的融合来管理建筑物的物理、安全、能耗等方面的运行数据,监控建筑物的运行状态,优化建筑的运营方案。

资产管理技术:通过BIM软件实现空间优化、资产管理优化,提高利用效率,最大化资产收益,实现建筑物的增值。

三、BIM的价值维度

BIM的技术剖析可知,BIM的价值是通过信息技术的应用体现出来的。

表现能力:前置可视化建筑成果,增强设计、纠错、演示的能力。

计算能力:分析比较优化建筑的品质,施工过程的成本、速度。

沟通能力:整合建筑产业链信息,减少信息流失,提高业务运行效率。

信息技术正是以其计算、沟通、表现等能力,有效地促进了各行各业生产力的发展。为了在我国建筑业快速发展阶段解决其面临的尖锐挑战,进一步实现建筑业又好又快的发展,需要利用信息技术改进设计、施工、运维等建筑环节及其之间的集成,并完成从粗放式管理向精细化管理的过度,从各自为战向产业协调转变。建筑信息化是降低建造成本、提高建筑质量和运行效率,延长建筑物生命周期的最佳路径,也是中国建筑业工业化的必由之路。我们认为,BIM的成功应用将直接促进建筑业行业各个领域的变革和发展,包括:

BIM技术深化所形成的新理念使行业变革悄然而至,如同协调概念的产生使设计、施工、进度控制、成本管理等环节有可能完全置于同一信息技术平台之上,并衍生形成建筑的全生命周期理念。

BIM技术的应用基础是信息资源的重新整合和配置,同时BIM技术的应用也将为行业创造一类新的资产——信息资产。

BIM实施创造的新资产将使建筑业的思维模式及习惯方法产生深刻变化,并使设计、建造和运营的过程产生新的组织程序和行业规则。

从全球的建筑信息化发展趋势来看,BIM正在引发建筑行业一场史无前例的彻底变革。BIM在中国的全面应用将提高整个工程的质量和效率,为建筑业的发展带来巨大效益,并将直接促使建筑行业各个领域的变革和发展。

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