多专业协同设计――从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期
协同设计是一种新兴的建筑设计方式,它可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络协同展开设计工作。协同设计是在建筑业环境发生深刻变化、建筑的传统设计方式必须得到改变的背景下出现的,也是数字化建筑设计技术与快速发展的网络技术相结合的产物。
现有的协同设计主要是基于CAD平台。这种基于二维的协同设计并不能充分实现专业间的设计信息交流,这是因为CAD的通用文件格式仅仅是对图形的描述,无法加载附加信息,并且由于平台局限,专业间的数据不具有关联性,导致计算机图形技术和专业设计内容未能很好融合。
BIM的出现,使协同已经不再是简单的文件参照。BIM技术为协同设计提供底层支撑,大幅提升协同设计的技术含量。协同设计不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段,它与BIM融合,成为设计手段本身的一部分。借助于BIM的技术优势,协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要规划、设计、施工、运营等各方的集体参与,因此具备了更广泛的意义,从而带来综合效益的大幅提升。
建筑性能化分析――可自动完成
利用计算机进行建筑物理性能化分析,国外的研究开始于20世纪60年代,甚至更早,早已形成较为成熟的理论,并已开发出丰富的工具软件。但是在CAD时代,无论什么样的分析软件,都必须通过手工的方式输入相关数据才能开展分析计算。而操作和使用这些软件不仅需要由专业技术人员经过培训才能完成,同时由于设计方案的调整,造成原本就耗时耗力的数据录入工作需要经常性的重复录入或者校核,导致包括建筑能量分析在内的建筑物理性能化分析通常被安排在设计的最终阶段,使得建筑性能化分析趋于象征性。最终导致了建筑师在进行方案设计时,无法非常方便地对设计方案进行定性与定量的性能化计算分析,或者建筑设计与性能化分析计算之间发生严重脱节的现象。 利用BIM技术,建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量的设计信息(包括几何信息、材料性能、构件属性等),只要将模型导入相关的性能化分析软件,就可以得到相应的分析结果,原本需要专业人士花费大量时间输入大量专业数据的过程,如今可以自动完成,这大大降低了性能化分析的周期,提高了设计质量,同时也使设计公司能够向业主提供更专业的技能和服务。
BIM在医院工程建设中的运用
工程量快速统计――可用于成本估算
BIM是一个富含工程信息的数据库,可以真实地提供造价管理需要的工程量信息,借助这些信息,计算机可以快速对各种构件进行统计分析,从而大大减少根据图纸或者CAD文件统计工程量带来的繁琐人工操作和潜在错误,同时能够非常容易地实现工程量信息与设计方案保持完全一致。
BIM在这一领域的成功应用,给工程项目的造价管理带来质的飞跃。通过BIM获得的准确的工程量统计,可以用于前期设计过程中的成本估算;在业主预算范围内,探索不同的设计方案,或者对不同设计方案的建造成本进行比较;进行施工开始前的工程量预算以及施工完成后的工程量决算。
3D管线综合――及时排除施工中的碰撞冲突
在CAD时代,设计院主要由建筑或者机电专业牵头,将所有图纸打印成硫酸图,然后各专业将图纸叠在一起进行管线综合,由于二维图纸的信息缺失以及缺失直观的交流平台,导致管线综合成为建筑施工前最让业主不放心的“最后一公里”。
利用BIM技术,通过搭建建筑、结构、机电等专业的BIM模型,设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突,从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能够及时排除项目施工环节中可能遇到的碰撞冲突,显著减少由此产生的变更申请单,而且大大提高了施工现场的生产效率,降低由于施工协调造成的成本增长和工期延误。
4D施工模拟――直观、精确地反映整个施工过程
通过BIM与施工进度计划相链接,将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D(3D+Time)模型中,可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进度,优化使用施工资源以及科学地进行场地布置,对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制,以缩短工期、降低成本、提高质量。
此外,BIM可以协助评标专家从4D模型中很快地了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等,从而对投标单位的施工经验和实力做出有效评估。
施工组织模拟――按月、日、时进行施工安装方案的分析优化
通过BIM可以对项目的重点或难点部分进行可建性模拟,按月、日、时进行施工安装方案的分析优化。对于一些重要的施工环节或采用新施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分析,以提高计划可行性;也可以利用BIM技术结合施工组织计划进行预演以提高复杂建筑体系的可造性(例如:施工模板、玻璃装配、锚固等)。
借助BIM对施工组织的模拟,项目管理方能够非常直观地了解整个施工安装环节的时间节点和安装工序,并清晰把握在安装过程中的难点和要点,施工方也可以进一步对原有安装方案进行优化和改善,以提高施工效率和施工方案的安全性。
数字化构件加工――自动完成建筑物构件的预制
将BIM模型与数字化建造系结合,可实现建筑施工流程的自动化。尽管建筑不能像汽车一样在“加工”好整体后发送给业主,但建筑中的许多构件的确可以异地加工,然后运到建筑施工现场,装配到建筑中(例如:门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件)。通过数字化建造,可以自动完成建筑物构件的预制,这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件,不仅降低了建造误差,并且大幅度提高构件制造的生产率,使得整个建筑建造的工期得以缩短并且容易掌控。
BIM模型直接用于制造环节还可以在制造商与设计人员之间形成一种自然的反馈循环,即在建筑设计流程中提前考虑尽可能多地实现数字化建造。同样与参与竞标的制造商共享构件模型也有助于缩短招标周期,便于制造商根据设计要求的构件用量编制更为统一的投标书。同时标准化构件之间的协调也有助于减少现场发生的问题,降低不断上升的建造、安装成本。
材料跟踪――与RFID互补
在BIM出现以前,建筑行业往往借助较为成熟的物流行业的管理经验及技术方案(如:RFID无线射频识别电子标签)。通过RFID可以把建筑物内各个设备构件贴上标签,以实现对这些物体的跟踪管理,但RFID本身无法进一步获取物体更详细的信息(如:生产日期、生产厂家、构件尺寸等)。而BIM模型恰好详细记录了建筑物及构件和设备的所有信息。此外BIM模型作为一个建筑物的多维度数据库,并不擅长记录各种构件的状态信息,而基于RFID技术的物流管理信息系统对物体的过程信息都有非常好的数据库记录和管理功能。这样BIM与RFID正好具有了互补性,来解决建筑行业由日益增长的物流跟踪带来的管理压力。
施工现场3D配合――为各方提供交流的沟通平台
BIM可成为施工现场各方交流的沟通平台,这一平台不仅史无前例地集成了建筑物的完整信息,同时还提供了一个三维的交流环境。这大大提高了传统模式下项目各方人员在现场从图纸堆中找到有效信息进行交流的沟通效率。
通过在施工现场搭建基于BIM模型的交流平台,可以让项目各方人员方便地通过BIM模型协调项目方案,增加项目的可造性,及时排除矛盾,显著地减少由此产生的变更。由于BIM模型直观的表现力,也为机构和专业人员之间的交流减少了语言交流障碍。这些都有助于缩短施工时间,降低由于设计协调造成的成本增长(譬如业主需求变化),提高施工现场生产效率。
竣工模型交付――为业主提供完整的建筑物全局信息
建筑作为一个系统,当完成建造过程准备投入使用时,首先需要对建筑进行必要的测试和调整,以确保它可以按照当初的设计来运营。在项目完成后的移交环节,物业管理部门需要得到的不只是常规的设计图纸、竣工图纸,还需要正确反映真实的设备、材料安装使用情况,常用件、易损件等与运营维护相关的文档和资料。可实际上这些有用的信息都被淹没在不同种类的纸质文档中了,而纸质的图纸是具有不可延续性和不可追溯性的,这不仅造成项目移交过程中可能出现的问题隐患,更重要的是需要物业管理部门在日后的运营过程中从头开始摸索建筑设备和设施的特性和工况。
BIM模型能将建筑物空间信息和设备参数信息有机地整合起来,从而为业主获取完整的建筑物全局信息提供平台。通过BIM模型与施工过程的记录信息相关联,甚至能够实现包括隐蔽工程图像资料在内的全生命周期建筑信息集成,不仅为后续的物业管理带来便利,并且可以在未来进行翻新、改造、扩建过程中为业主及项目团队提供有效的历史信息,减少交付时间,降低风险。