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一、BIM+PM

  PM是項目管理的英文縮寫,是在限定的工期、質量、費用目標內對項目進行綜合管理以實現預定目標的管理工作。BIM與PM集成應用,是通過建立BIM應用軟件與項目管理系統之間的數據轉換接口,充分利用BIM的直觀性、可分析性、可共享性及可管理性等特性,為項目管理的各項業務提供準確及時的基礎數據與技術分析手段,配合項目管理的流程、統計分析等管理手段,實現數據產生、數據使用、流程審批、動態統計、決策分析的完整管理閉環,以提升項目綜合管理能力和管理效率。

  BIM與PM集成應用,可以為項目管理提供可視化管理手段。如,二者集成的4D管理應用,可直觀反映出整個建筑的施工過程和形象進度,幫助項目管理人員合理制訂施工計劃、優化使用施工資源。同時,二者集成應用可為項目管理提供更有效的分析手段。如,針對一定的樓層,在BIM集成模型中獲取收入、計劃成本,在項目管理系統中獲取實際成本數據,并進行三算對比分析,輔助動態成本管理。此外,二者集成應用還可以為項目管理提供數據支持。如,利用BIM綜合模型可方便快捷地為成本測算、材料管理以及審核分包工程量等業務提供數據,在大幅提升工作效率的同時,也可有效提高決策水平。

  針對超高層施工難度大、多專業施工立體交叉頻繁等問題,廣州周大福國際金融中心項目與廣聯達軟件股份有限公司合作開發了東塔BIM綜合項目管理系統,實現了BIM模型與項目管理中各種數據的互聯互通,有效降低了成本,縮短了工期,項目管理水平提升,成為了BIM與PM集成應用于超高層建筑施工的典范

據預測,基于BIM的項目管理系統將越來越完善,甚至完全可代替傳統的項目管理系統?;贐IM的項目管理也會促進新的工程項目交付模式IPD得到推廣應用。IPD是項目集成交付的英文縮寫,是在工程項目總承包的基礎上,要求項目參與各方在項目初期介入,密切協作并承擔相應責任,直至項目交付。參與各方著眼于工程項目的整體過程,運用專業技能,依照工程項目的價值利益做出決策。在IPD模式下,BIM與PM集成應用可將項目相關方融入團隊,通過擴展決策圈擁有更為廣泛的知識基礎,共享信息化平臺,做出更優決策,實現持續優化,減少浪費而獲得各方收益。因此,IPD模式將是項目管理創新發展的重要方式,也是BIM與PM集成應用的一種新的應用模式。

  二、BIM+云計算

  云計算是一種基于互聯網的計算方式,以這種方式共享的軟硬件和信息資源可以按需提供給計算機和其他終端使用。BIM與云計算集成應用,是利用云計算的優勢將BIM應用轉化為BIM云服務,目前在我國尚處于探索階段。

  基于云計算強大的計算能力,可將BIM應用中計算量大且復雜的工作轉移到云端,以提升計算效率;基于云計算的大規模數據存儲能力,可將BIM模型及其相關的業務數據同步到云端,方便用戶隨時隨地訪問并與協作者共享;云計算使得BIM技術走出辦公室,用戶在施工現場可通過移動設備隨時連接云服務,及時獲取所需的BIM數據和服務等。

  不久前剛剛封頂的天津高銀金融117大廈項目,在建設之初啟用了廣聯云服務,將其作為BIM團隊數據管理、任務發布和信息共享的數據平臺,并提出基于廣聯云的BIM系統云建設方案,開展BIM技術深度應用。廣聯云為該項目管理了上萬份工程文件,并為來自10個不同單位的項目成員提供模型協作服務。項目部將BIM信息及工程文檔同步保存至云端,并通過精細的權限控制及多種協作功能,滿足了項目各專業、全過程海量數據的存儲、多用戶同時訪問及協同的需求,確保了工程文檔能夠快速、安全、便捷、受控地在團隊中流通和共享,**提升了管理水平和工作效率。

  根據云的形態和規模,BIM與云計算集成應用將經歷初級、中級和高級發展階段。初級階段以項目協同平臺為標志,主要廠商的BIM應用通過接入項目協同平臺,初步形成文檔協作級別的BIM應用;中級階段以模型信息平臺為標志,合作廠商基于共同的模型信息平臺開發BIM應用,并組合形成構件協作級別的BIM應用;高級階段以開放平臺為標志,用戶可根據差異化需要從BIM云平臺上獲取所需的BIM應用,并形成自定義的BIM應用。

  三、BIM+物聯網

  物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議將物品與互聯網相連進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

  BIM與物聯網集成應用,實質上是建筑全過程信息的集成與融合。BIM技術發揮上層信息集成、交互、展示和管理的作用,而物聯網技術則承擔底層信息感知、采集、傳遞、監控的功能。二者集成應用可以實現建筑全過程“信息流閉環”,實現虛擬信息化管理與實體環境硬件之間的有機融合。目前BIM在設計階段應用較多,并開始向建造和運維階段應用延伸。物聯網應用目前主要集中在建造和運維階段,二者集成應用將會產生極大的價值。

  在工程建設階段,二者集成應用可提高施工現場安全管理能力,確定合理的施工進度,支持有效的成本控制,提高質量管理水平。如,臨邊洞口防護不到位、部分作業人員高處作業不系安全帶等安全隱患在施工現場無處不在,基于BIM的物聯網應用可實時發現這些隱患并報警提示。高空作業人員的安全帽、安全帶、身份識別牌上安裝的無線射頻識別,可在BIM系統中實現精確定位,如果作業行為不符合相關規定,身份識別牌與BIM系統中相關定位會同時報警,管理人員可精準定位隱患位置,并采取有效措施避免安全事故發生。

  在建筑運維階段,二者集成應用可提高設備的日常維護維修工作效率,提升重要資產的監控水平,增強安全防護能力,并支持智能家居。

  上海浦江大型PC保障房項目將BIM與物聯網集成應用,基于BIM技術構建起預制建筑建造信息管理平臺,研究制訂了構件編碼規則,結合射頻識別技術對預制構件進行動態管理,嘗試了BIM技術在預制混凝土裝配式建筑的設計、生產及施工全過程管理中的應用,實現了預制構件生產、安裝的信息智能、動態管理,提高了施工管理效率。

  BIM與物聯網集成應用目前處于起步階段,尚缺乏數據交換、存儲、交付、分類和編碼、應用等系統化、可實施操作的集成和實施標準,且面臨著法律法規、建筑業現行商業模式、BIM應用軟件等諸多問題,但這些問題將會隨著技術的發展及管理水平的不斷提高得到解決。

  BIM與物聯網的深度融合與應用,勢必將智能建造提升到智慧建造的新高度,開創智慧建筑新時代,是未來建設行業信息化發展的重要方向之一。未來建筑智能化系統,將會出現以物聯網為核心,以功能分類、相互通信兼容為主要特點的建筑“智慧化”大控制系統。

  四、BIM+數字化加工

  數字化是將不同類型的信息轉變為可以度量的數字,將這些數字保存在適當的模型中,再將模型引入計算機進行處理的過程。數字化加工則是在應用已經建立的數字模型基礎上,利用生產設備完成對產品的加工。

  BIM與數字化加工集成,意味著將BIM模型中的數據轉換成數字化加工所需的數字模型,制造設備可根據該模型進行數字化加工。目前,主要應用在預制混凝土板生產、管線預制加工和鋼結構加工3個方面。一方面,工廠精密機械自動完成建筑物構件的預制加工,不僅制造出的構件誤差小,生產效率也可大幅提高;另一方面,建筑中的門窗、整體衛浴、預制混凝土結構和鋼結構等許多構件,均可異地加工,再被運到施工現場進行裝配,既可縮短建造工期,也容易掌控質量。

  深圳平安金融中心為超高層項目,有十幾萬平方米風管加工制作安裝量,如果采用傳統的現場加工制作安裝,不僅大量占用現場場地,而且受垂直運輸影響,效率低下。為此,該項目探索基于BIM的風管工廠化預制加工技術,將制作工序移至場外,由專門加工流水線高效切割完成風管制作,再運至現場指定樓層完成組合拼裝。在此過程中依靠BIM技術進行預制分段和現場施工誤差測控,提高了施工效率和工程質量。

  未來,將以建筑產品三維模型為基礎,進一步加入資料、構件制造、構件物流、構件裝置以及工期、成本等信息,以可視化的方法完成BIM與數字化加工的融合。同時,更加廣泛地發展和應用BIM技術與數字化技術的集成,進一步拓展信息網絡技術、智能卡技術、家庭智能化技術、無線局域網技術、數據衛星通信技術、雙向電視傳輸技術等與BIM技術的融合。

  五、BIM+智能型全站儀

  施工測量是工程測量的重要內容,包括施工控制網的建立、建筑物的放樣、施工期間的變形觀測和竣工測量等內容。

  近年來,外觀造型復雜的超大、超高建筑日益增多,測量放樣主要使用全站型電子速測儀(簡稱全站儀)。隨著新技術的應用,全站儀逐步向自動化、智能化方向發展。智能型全站儀由馬達驅動,在相關應用程序控制下,在無人干預的情況下可自動完成多個目標的識別、照準與測量,且在無反射棱鏡的情況下可對一般目標直接測距。

  BIM與智能型全站儀集成應用,是通過對軟件、硬件進行整合,將BIM模型帶入施工現場,利用模型中的三維空間坐標數據驅動智能型全站儀進行測量。二者集成應用,將現場測繪所得的實際建造結構信息與模型中的數據進行對比,核對現場施工環境與BIM模型之間的偏差,為機電、精裝、幕墻等專業的深化設計提供依據。同時,基于智能型全站儀高效精確的放樣定位功能,結合施工現場軸線網、控制點及標高控制線,可高效快速地將設計成果在施工現場進行標定,實現精確的施工放樣,并為施工人員提供更加準確直觀的施工指導。此外,基于智能型全站儀精確的現場數據采集功能,在施工完成后對現場實物進行實測實量,通過對實測數據與設計數據進行對比,檢查施工質量是否符合要求。

  與傳統放樣方法相比,BIM與智能型全站儀集成放樣,精度可控制在3毫米以內,而一般建筑施工要求的精度在1~2厘米,遠超傳統施工精度。傳統放樣最少要兩人操作,BIM與智能型全站儀集成放樣,一人一天可完成幾百個點的精確定位,效率是傳統方法的6~7倍。

  目前,國外已有很多企業在施工中將BIM與智能型全站儀集成應用進行測量放樣,而我國尚處于探索階段,只有深圳市城市軌道交通9號線、深圳平安金融中心和北京望京SOHO等少數項目應用。未來,二者集成應用將與云技術進一步結合,使移動終端與云端的數據實現雙向同步;還將與項目質量管控進一步融合,使質量控制和模型修正無縫融入原有工作流程,進一步提升BIM應用價值。

  六、BIM+GIS

  地理信息系統是用于管理地理空間分布數據的計算機信息系統,以直觀的地理圖形方式獲取、存儲、管理、計算、分析和顯示與地球表面位置相關的各種數據,英文縮寫為GIS。BIM與GIS集成應用,是通過數據集成、系統集成或應用集成來實現的,可在BIM應用中集成GIS,也可以在GIS應用中集成BIM,或是BIM與GIS深度集成,以發揮各自優勢,拓展應用領域。目前,二者集成在城市規劃、城市交通分析、城市微環境分析、市政管網管理、住宅小區規劃、數字防災、既有建筑改造等諸多領域有所應用,與各自單獨應用相比,在建模質量、分析精度、決策效率、成本控制水平等方面都有明顯提高。

  BIM與GIS集成應用,可提高長線工程和大規模區域性工程的管理能力。BIM的應用對象往往是單個建筑物,利用GIS宏觀尺度上的功能,可將BIM的應用范圍擴展到道路、鐵路、隧道、水電、港口等工程領域。如,邢汾高速公路項目開展BIM與GIS集成應用,實現了基于GIS的全線宏觀管理、基于BIM的標段管理以及橋隧精細管理相結合的多層次施工管理。

  BIM與GIS集成應用,可增強大規模公共設施的管理能力?,F階段,BIM應用主要集中在設計、施工階段,而二者集成應用可解決大型公共建筑、市政及基礎設施的BIM運維管理,將BIM應用延伸到運維階段。如,昆明新機場項目將二者集成應用,成功開發了機場航站樓運維管理系統,實現了航站樓物業、機電、流程、庫存、報修與巡檢等日常運維管理和信息動態查詢。

  BIM與GIS集成應用,還可以拓寬和優化各自的應用功能。導航是GIS應用的一個重要功能,但僅限于室外。二者集成應用,不僅可以將GIS的導航功能拓展到室內,還可以優化GIS已有的功能。如利用BIM模型對室內信息的精細描述,可以保證在發生火災時室內逃生路徑是最合理的,而不再只是路徑最短。

  隨著互聯網的高速發展,基于互聯網和移動通信技術的BIM與GIS集成應用,將改變二者的應用模式,向著網絡服務的方向發展。當前,BIM和GIS不約而同地開始融合云計算這項新技術,分別出現了“云BIM”和“云GIS”的概念,云計算的引入將使BIM和GIS的數據存儲方式發生改變,數據量級也將得到提升,其應用也會得到跨越式發展。

  七、BIM+3D掃描

  3D掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術,主要用于對物體空間外形、結構及色彩進行掃描,以獲得物體表面的空間坐標,具有測量速度快、精度高、使用方便等優點,且其測量結果可直接與多種軟件接口。3D激光掃描技術又被稱為實景復制技術,采用高速激光掃描測量的方法,可大面積高分辨率地快速獲取被測量對象表面的3D坐標數據,為快速建立物體的3D影像模型提供了一種全新的技術手段。

  3D激光掃描技術可有效完整地記錄工程現場復雜的情況,通過與設計模型進行對比,直觀地反映出現場真實的施工情況,為工程檢驗等工作帶來巨大幫助。同時,針對一些古建類建筑,3D激光掃描技術可快速準確地形成電子化記錄,形成數字化存檔信息,方便后續的修繕改造等工作。此外,對于現場難以修改的施工現狀,可通過3D激光掃描技術得到現場真實信息,為其量身定做裝飾構件等材料。BIM與3D掃描集成,是將BIM模型與所對應的3D掃描模型進行對比、轉化和協調,達到輔助工程質量檢查、快速建模、減少返工的目的,可解決很多傳統方法無法解決的問題。

  BIM與3D激光掃描技術的集成,越來越多地被應用在建筑施工領域,在施工質量檢測、輔助實際工程量統計、鋼結構預拼裝等方面體現出較大價值。如,將施工現場的3D激光掃描結果與BIM模型進行對比,可檢查現場施工情況與模型、圖紙的差別,協助發現現場施工中的問題,這在傳統方式下需要工作人員拿著圖紙、皮尺在現場檢查,費時又費力。

  再如,針對土方開挖工程中較難統計測算土方工程量的問題,可在開挖完成后對現場基坑進行3D激光掃描,基于點云數據進行3D建模,再利用BIM軟件快速測算實際模型體積,并計算現場基坑的實際挖掘土方量。此外,通過與設計模型進行對比,還可以直觀了解基坑挖掘質量等其他信息。

  上海中心大廈項目引入大空間3D激光掃描技術,通過獲取復雜的現場環境及空間目標的3D立體信息,快速重構目標的3D模型及線、面、體、空間等各種帶有3D坐標的數據,再現客觀事物真實的形態特性。同時,將依據點云建立的3D模型與原設計模型進行對比,檢查現場施工情況,并通過采集現場真實的管線及龍骨數據建立模型,作為后期裝飾等專業深化設計的基礎。BIM與3D掃描技術的集成應用,不僅提高了該項目的施工質量檢查效率和準確性,也為裝飾等專業深化設計提供了依據。

  八、BIM+虛擬現實

  虛擬現實,也稱作虛擬環境或虛擬真實環境,是一種三維環境技術,集先進的計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術等為一體,借此產生逼真的視、聽、觸、力等三維感覺環境,形成一種虛擬世界。虛擬現實技術是人們運用計算機對復雜數據進行的可視化操作,與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比,虛擬現實在技術思想上有了質的飛躍。

  BIM技術的理念是建立涵蓋建筑工程全生命周期的模型信息庫,并實現各個階段、不同專業之間基于模型的信息集成和共享。BIM與虛擬現實技術集成應用,主要內容包括虛擬場景構建、施工進度模擬、復雜局部施工方案模擬、施工成本模擬、多維模型信息聯合模擬以及交互式場景漫游,目的是應用BIM信息庫,輔助虛擬現實技術更好地在建筑工程項目全生命周期中應用。

  BIM與虛擬現實技術集成應用,可提高模擬的真實性。傳統的二維、三維表達方式,只能傳遞建筑物單一尺度的部分信息,使用虛擬現實技術可展示一棟活生生的虛擬建筑物,使人產生身臨其境之感。并且,可以將任意相關信息整合到已建立的虛擬場景中,進行多維模型信息聯合模擬??梢詫崟r、任意視角查看各種信息與模型的關系,指導設計、施工,輔助監理、監測人員開展相關工作。

  BIM與虛擬現實技術集成應用,可有效支持項目成本管控。據不完全統計,一個工程項目大約有30%的施工過程需要返工、60%的勞動力資源被浪費、10%的材料被損失浪費。不難推算,在龐大的建筑施工行業中每年約有萬億元的資金流失。BIM與虛擬現實技術集成應用,通過模擬工程項目的建造過程,在實際施工前即可確定施工方案的可行性及合理性,減少或避免設計中存在的大多數錯誤;可以方便地分析出施工工序的合理性,生成對應的采購計劃和財務分析費用列表,高效地優化施工方案;還可以提前發現設計和施工中的問題,對設計、預算、進度等屬性及時更新,并保證獲得數據信息的一致性和準確性。二者集成應用,在很大程度上可減少建筑施工行業中普遍存在的低效、浪費和返工現象,縮短項目計劃和預算編制的時間,提高計劃和預算的準確性。

  BIM與虛擬現實技術集成應用,可有效提升工程質量。在施工之前,將施工過程在計算機上進行三維仿真演示,可以提前發現并避免在實際施工中可能遇到的各種問題,如管線碰撞、構件安裝等,以便指導施工和制訂最佳施工方案,從整體上提高建筑施工效率,確保工程質量,消除安全隱患,并有助于降低施工成本與時間耗費。

  BIM與虛擬現實技術集成應用,可提高模擬工作中的可交互性。在虛擬的三維場景中,可以實時地切換不同的施工方案,在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同的施工過程,有助于比較不同施工方案的優勢與不足,以確定最佳施工方案。同時,還可以對某個特定的局部進行修改,并實時地與修改前的方案進行分析比較。此外,還可以直接觀察整個施工過程的三維虛擬環境,快速查看到不合理或者錯誤之處,避免施工過程中的返工。

  虛擬施工技術在建筑施工領域的應用將是一個必然趨勢,在未來的設計、施工中的應用前景廣闊,必將推動我國建筑施工行業邁入一個嶄新的時代。

  九、BIM+3D打印

  3D打印技術是一種快速成型技術,是以三維數字模型文件為基礎,通過逐層打印或粉末熔鑄的方式來構造物體的技術,綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等方面的前沿技術。

  BIM與3D打印的集成應用,主要是在設計階段利用3D打印機將BIM模型微縮打印出來,供方案展示、審查和進行模擬分析;在建造階段采用3D打印機直接將BIM模型打印成實體構件和整體建筑,部分替代傳統施工工藝來建造建筑。BIM與3D打印的集成應用,可謂兩種革命性技術的結合,為建筑從設計方案到實物的過程開辟了一條“高速公路”,也為復雜構件的加工制作提供了更高效的方案。目前,BIM與3D打印技術集成應用有三種模式:基于BIM的整體建筑3D打印、基于BIM和3D打印制作復雜構件、基于BIM和3D打印的施工方案實物模型展示。

  基于BIM的整體建筑3D打印。應用BIM進行建筑設計,將設計模型交付專用3D打印機,打印出整體建筑物。利用3D打印技術建造房屋,可有效降低人力成本,作業過程基本不產生揚塵和建筑垃圾,是一種綠色環保的工藝,在節能降耗和環境保護方面較傳統工藝有非常明顯的優勢。

  基于BIM和3D打印制作復雜構件。傳統工藝制作復雜構件,受人為因素影響較大,精度和美觀度不可避免地會產生偏差。而3D打印機由計算機操控,只要有數據支撐,便可將任何復雜的異型構件快速、精確地制造出來。BIM與3D打印技術集成進行復雜構件制作,不再需要復雜的工藝、措施和模具,只需將構件的BIM模型發送到3D打印機,短時間內即可將復雜構件打印出來,縮短了加工周期,降低了成本,且精度非常高,可以保障復雜異型構件幾何尺寸的準確性和實體質量。

  基于BIM和3D打印的施工方案實物模型展示。用3D打印制作的施工方案微縮模型,可以輔助施工人員更為直觀地理解方案內容,攜帶、展示不需要依賴計算機或其他硬件設備,還可以360度全視角觀察,克服了打印3D圖片和三維視頻角度單一的缺點。

  隨著各項技術的發展,現階段BIM與3D打印技術集成存在的許多技術問題將會得到解決,3D打印機和打印材料價格也會趨于合理,應用成本下降也會擴大3D打印技術的應用范圍,提高施工行業的自動化水平。雖然在普通民用建筑大批量生產的效率和經濟性方面,3D打印建筑較工業化預制生產沒有優勢,但在個性化、小數量的建筑上,3D打印的優勢非常明顯。隨著個性化定制建筑市場的興起,3D打印建筑在這一領域的市場前景非常廣闊。


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