论建筑信息模型(BIM)的工程管理

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  摘要:我国建筑领域信息化发展的过程中,由于缺乏统一的信息交换标准和信息集成机制,造成建筑生命期的不同阶段和不同应用系统之间信息交换和共享困难,形成信息孤岛和信息断层,阻碍了信息技术在建筑领域的应用,从而影响建筑业的生产效率。因此,建立面向建筑生命期的管理体系,开发集成化的信息管理系统,己成为提高建筑行业信息化水平的重要研究方向和发展趋势。
  关键词:BIM 工程管理
  中图分类号:TL372文献标识码: A
  一、建筑信息模型
  为了实现建设项目生命期管理,最重要的是建立建筑物的信息模型(Building Information Model, BIM,建筑信息模型是一个智能化的建筑物3D模型,它能够连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源,是对工程对象的完整描述,可被建设项目各参与方普遍使用,帮助项目团队提升决策的效率与正确性。基于信息模型的设计,不仅使本专业设计中各种设计图纸之间以及图纸与文档报表之间达到协调一致,同时也实现了不同专业设计之间的信息共享,各专业CID系统可从信息模型中获取所需的设计参数和相关信息,不需要重复录入数据,减少数据冗余、歧义和错误,从而提高了设计质量和设计效率。
  二、建筑工程信息管理
  人类有组织的活动可分为两种类型:连续不断和周而复始的活动称为“作业”(Operation;非常规性、非重复性和一次性的活动,称为“项目”)。建设工程项目作为项目的一种,具有项目的基本特点,包括:目标性、约束性、惟一性、临时性、不确定性、整体性。
  建设工程项目除了具有项目的基本特点外,还具有如下特点:
  1)工程项目的设计与施工任务由不同单位承担
  除采用项目总承包模式外,一般工程的设计与施工任务由业主分别委托。设计与施工长期分离,往往造成设计不合理,设计的可施工性差,经常发生设计变更。
  2)工程项目实施过程参与单位多,组织关系和合同关系复杂
  一般高层建筑业主方往往要签订300多个合同,即有数百个单位参与一个项目的工作,对于大型复杂工程这个数量更多。建设工程项目实施过程参与单位多就会产生大量的信息交流和组织协调的问题和任务,会直接影响项目实施的成败。
  3)建设工程项目实施过程中界面管理的矛盾突出
  界面(Interface)又称接口、交互,一般是指在相关区域、实体、物质或阶段之间所形成共同界限的面,最初出现在工程技术领域,因为界面的概念较好地反映了两种物体之间的结合状态,能够用于说明要素与要素之间的连接关系,因此人们将其引入了管理活动当中。一个建设工程项目往往有多个设计单位、施工单位、咨询单位以及众多供货单位参与,在各参与单位之间都存在界面管理问题有效和及时的信息处理是界面管理的核心。
  三、 B I M的概念及含义
  建筑信息模型(BIM)能够有效的辅助建筑工程领域的信息集成、交互及协同工作,是实现建筑生命期管理(BLM)的关键。术语BIM的出现是为了区分下一代的信息技术(IT,information technology)和计算机辅助设计(CAD, computer-aided design)与侧重于绘图的传统的计算机辅助绘图(CADD,computer-aided drafting and design)技术。目前业内对BIM没有一个统一的定义。在综合多篇文献的基础上,本文认为BIM概念具有廣义和狭义两个层面。在广义层面上Bilal Succar指出BIM是相互交互的政策、过程和技术的集合,从而形成一种面向建设项目生命期的建筑设计和项目数据的管理方法。Bilal Succar强调了BIM是政策、过程和技术三方面共同作用的结果,BIM的最终实现离不开这三个方面。
  
  四、 B I M的特性
  一个完善的信息模型,能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源,是对工程对象的完整描述,可被建设项目各参与方普遍使用。BIM具有单一工程数据源,可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题,支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。
  BIM一般具有以下特征 .
  1)模型信息的完备性:除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述,还包括完整的工程信息描述,如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息;施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息;工程安全性能、材料耐久性能等维护信息;对象之间的工程逻辑关系等。
  2)模型信息的关联性:信息模型中的对象是可识别且相互关联的,系统能够对模型的信息进行统计和分析,并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化,与之关联的所有对象都会随之更新,以保持模型的完整性和健壮性。
  3)模型信息的一致性:在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的,同一信息无需重复输入。而且信息模型能够自动演化,模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展,而无需重新创建,从而减少了信息不一致的错误。下面两个图表分别表示了传统项目生命周期内项目信息在不同阶段信息输入输出的效率特征。第一张图表显示的是传统项目生命周期内项目信息在不同阶段传递到下一阶段时都有不同程度信息损失,下一阶段的工作人员需要再次重新输入损失的信息资源,这会造成至少两个弊端:一是人力资源的浪费,二是重新输入信息时会造成信息的失真,不能实现甲方真正的需求。
  
  
  五、 B I M信息的创建
  建筑工程项目的实施过程具有高度复杂、规模庞大的特点,涉及业主、咨询、设计、施工、运营等众多参与方,所产生的BIM数据结构复杂、格式各异,不同阶段对于数据的应用需求也不尽相同。因此,在建筑生命期如何创建BIM信息,由谁来创建是困扰BIM实现的技术途径问题,而如何解决BIM数据的存储和分布异构数据的共享,是建立BIM的关键技术问题。BIM信息化管理主要体现在对BIM信息的创建、管理、共享
  其中存在的主要困难体现在以下方面:
  1) BIM信息的创建需要由专业软件系统实现,而目前中国基于BIM的专业软件主要集中在设计阶段,例如Revit Building, ArchiCAD等。在施工阶段,美国Trimble公司旗下的Tekla结构软件具有非常好的用户体验,且tekla具有丰富的与众多主流的结构软件和主流硬件(数控设备)的接口,真正实现了从设计、投标报价、施工管理、运营期管理的一体化,也就是我们现在正大力提倡的BIM施工。
  2) BIM信息的存储是实现BIM信息化管理的前提。基于IFC建立的中央数据存储,允许由分布式的、异构的应用系统访问和修改,从而实现数据集成,是目前BIM信息存储的主要方式。而目前尚缺少成熟的BIM集中存储的解决方案。
   为解决上述问题,本文提出了一个以BIM子信息模型为核心的面向阶段和应用的BIM信息的创建方法。其基本思路是随着工程项目的进展和需要分阶段创建BIM信息,即从项目规划到设计、施工、运营不同阶段,针对不同的应用建立相应的子模型数据。各子信息模型能够自动演化,可以通过对上一阶段模型数据的提取、扩展和集成,形成本阶段信息模型,也可针对某一应用集成模型数据,生成应用子模型,随着工程进展最终形成面向建筑生命期的完整信息模型。BIM信息的创建贯穿于建设工程的全生命期,是对建筑生命期工程数据的积累、扩展、集成和应用过程,是为建筑生命期信息管理而服务的,如图1所示。
  
   图1BIM的构建过程
  由规划阶段到设计阶段到施工阶段再到运营阶段,工程信息逐步集成,最终形成完整描述建筑生命期的工程信息集合。每个阶段以及每个阶段中软件系统根据自身的信息交换需求,定义该阶段和面向特定应用的信息交换子模型。应用系统通过提取和集成子模型实现数据的集成与共享。例如规划阶段主要产生各种文档数据,这些数据以文件的形式进行存储。设计阶段则根据规划阶段的信息进行建筑设计、结构设计、给排水设计、暖通设计,产生大量的几何数据,且建筑与结构专业、建筑与给排水专业、建筑与暖通专业之间存在着数据协同访问的需求。这些需求通过不同的子信息模型与整体BIM模型进行交互与共享。施工阶段则可以根据需求提取规划和设计阶段的部分信息,供施工阶段的应用软件使用,例如4D施工管理、成本概算分析等。这些应用软件会产生新的信息并集成到整体BIM模型中。到运营维护阶段,BIM模型集成了规划阶段、设计阶段、施工阶段的工程信息,供运营维护应用系统调用,例如基于BIM的应用系统可以通过子模型方便的提取建筑构件信息、房屋空间信息、建筑设备信息等。由于BIM的应用使得各阶段的工程信息得以集成和保存,从而解决信息流失和信息断层等问题。
  六、基于BIM的工程信息管理
  1、基于BIM项目管理流程设计的基本原则
  基于BIM工程项目管理流程设计的基本原则。如图2所示,现代工程项目管理是一个标准的长流程管理,在BIM的思想体系之下审视这个二维项目管理流程有很多步骤只存在作为一个程序的必要,而作为一项工作是完全没有必要的。基于对现有工程项目管理流程的再审视,结合BIM思想的特点提出本论文基于BIM项目管理框架设计的基本原则—压缩流程。
  
  图2 二维项目管理框架流程图
  2、基于BIM工程项目管理技术流程
  技术框架是工程项目管理的核心内容,是逐渐实现工程项目规划目标具体的细化工作。BIM为工程项目管理的技术流程提供了新的管理工具,如何很好的利用这些工具实现工程项目管理的总目标,如何在现有技术流程的基础上一步压缩,使其更加清晰简洁,工程信息更加可靠是本小节研究的主要内容。
  1)质量管理技术流程。工程质量是否合格是在工程竣工后能否安全使用的最终保证,是工程项目管理的核心内容之一。施工工艺的标准化是建设单位施工能力的重要体现。特别在如今新材料,新技术大量使用的前提之下,施工工艺和技术是确保工程质量的重要前提。在传统施工二维设计图纸之下,建筑构件的表达方式存在巨大的局限性,给施工方和监理单位读图,识图带来了很多麻烦。很多施工方与监理,与业主的矛盾都是由于对图纸的理解不同造成的。在无法真确理解图纸意图的情况之下,施工质量将很难保证。再者,对于同一个项目的设计方案,物料采购时往往存在各个部门标准不统一的情况,如总包与业主,分包商与监理单位,业主与监理单位往往对建筑材料的采购要求不统一。各自提出各自的质量控制标准。施工方在不知所措的情况之下往往会偏离了设计院所希望的设计意图,甚至导致项目失败。由此造成的工程索赔也是非常常见。究其原因都是在设计阶段二维图纸对细节的模糊表达造成的。
  在BIM的设计思想之下,BIM模型中对细节的表达实现了高度的精准清晰。模型中的各个建筑细节都能清晰的反映在电脑屏幕上。同时三维模型的呈现方式有效弥补了二维信息的缺失,使得对图纸的理解能够被多方同时接受。在相同施工条件的基础之下减少了因为人为因素造成的工程质量差异。
  BIM技术还为施工标准化进一步发展提供了很好的技术平台。通过BIM模型搭载的虚拟建筑技术,工程项目各方都可以在统一平台之下分享交流各种信息,各个工种的工程师在统一的BIM模型基础上更容易达成对未建项目认识上的统一。再通过各个工种的高度协作,细节表达由计算机精确计算完成,保证了施工细节的可靠性。有力推进了施工工艺的标准化水平。
  2)进度管理技术流程。施工进度是项目管理个参与方有效展开各项工作的基础和依据。能否实现项目前期对进度的规划目标对于项目的成败至关重要,项目进度的拖延会产生巨大的附加成本。前文己述,工程项目管理是一个流程特别长的管理过程,因此工程项目的投资回收期相对于其他制造业来说是很长的。如果没有很好的进度控制,业主就无法在可控的时间内收回投资,对于施工单位来说也存在巨大的索赔风险。
  3)费用管理技术流程。工程计量在费用管理中处于核心的地位,能否准确的计算工程量是进行费用管理的基础。传统的二维工程项目管理是在二维CAD图纸上进行工程量计算的,不仅费时费力而且容易出错。为了减轻工程量计算的复杂程度,现行的做法通常是通过算量软件来代替手工计算。尽管这样也需要很多抄图导图的工作,其实质是将施工图纸重新绘制一边,然后在用算量软件对建筑工程的构建进行识别才能进行计算机的计量运算。这种做法本质上只是减轻对手工操作的依赖程度,实际上仍然有很大的人為因素影响。如果造价师对图纸的理解有偏差很容易导致偏差人为因素的不断累积,最终影响费用计算的精确程度。
  结语:
  综合以上分析,可以得到如下的结论:①建筑信息模型是一个综合多种不同维度的综合体,单纯的从某一个方面入手不能收到事半功倍的效果;②模型是建筑信息模型的基础、核心和对象,但是,在实际的工作中,模型的应用必须辅以相关的合同、管理手段,才能真正发挥其作用,并有效规避风险;③技术是建筑信息模型的基础,只有在坚实的技术支持下,才能使建筑信息模型发挥其作用。因此,相关的技术研发工作必须要得到加强。
  参考文献:
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