水利水電工程BIM框架研究與技術(shù)探索

隨著BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的日益普及，如何將其更好地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工管理，實(shí)現(xiàn)高科技與傳統(tǒng)管理的有機(jī)結(jié)合，使BIM技術(shù)真正服務(wù)于項(xiàng)目生產(chǎn)，已經(jīng)成為擺在建筑施工單位面前的一道新課題。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，將BIM技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用到工程建造上，建立工程智能建造云平臺(tái)是建筑業(yè)信息化的戰(zhàn)略選擇。

BIM技術(shù)的應(yīng)用與信息化發(fā)展策略

在傳統(tǒng)的管理模式中，工程項(xiàng)目專業(yè)主管對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)交底與檢查時(shí)，需帶齊各專業(yè)圖紙，有時(shí)候甚至要帶上項(xiàng)目綜合圖，既累贅、影響工作效率，也易造成溝通的不順暢。而BIM技術(shù)的應(yīng)用需要電腦，往往也是在辦公室進(jìn)行，即便是手提電腦，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)也極為不便。技術(shù)人員在進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)，常規(guī)作法是在辦公室根據(jù)擬交底的內(nèi)容在BIM模型上選擇視角并打印好圖紙，在交底過程中，如果交底內(nèi)容發(fā)生變化，則需回到辦公室重新進(jìn)行打印，既浪費(fèi)人力與時(shí)間，也造成了辦公耗材的浪費(fèi)。

在管理信息化方面，從最初單個(gè)軟件的應(yīng)用到多系統(tǒng)的集成，目前已經(jīng)完成移動(dòng)平臺(tái)的部署，實(shí)現(xiàn)了PC端向移動(dòng)端的轉(zhuǎn)變。此外，一些施工單位在推進(jìn)工程建造信息化過程中，運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多種信息技術(shù)，同時(shí)結(jié)合不同技術(shù)的特性進(jìn)行集成研究，應(yīng)用于工程項(xiàng)目實(shí)際建造過程，打造“智慧工地”。

物聯(lián)網(wǎng)及BIM技術(shù)項(xiàng)目級(jí)應(yīng)用實(shí)踐

BIM技術(shù)在項(xiàng)目級(jí)的應(yīng)用，可以解決施工管理過程中的諸多難題。在過程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用BIM技術(shù)綜合排布，可以指導(dǎo)預(yù)設(shè)加工和布置。針對(duì)異形結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，可以對(duì)幕墻進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，用以指導(dǎo)幕墻的生產(chǎn)與安裝。在測(cè)量放樣中，傳統(tǒng)的建筑工程施工過程的測(cè)量放線工作由勞務(wù)隊(duì)完成，通常采用三角測(cè)量和拉鋼尺的方式進(jìn)行作業(yè)，工作方法粗糙，操作麻煩，工作效率低，空間局限性較大，關(guān)鍵的缺陷是其施工精度不夠，導(dǎo)致施工質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求。利用BIM云平臺(tái)，將BIM模型帶到施工現(xiàn)場(chǎng)，與智能全站儀進(jìn)行集成應(yīng)用，使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與定位更加精確。將BIM技術(shù)與VR（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）相結(jié)合，建立虛擬現(xiàn)實(shí)模型，可用來指導(dǎo)施工、校核三維空間、檢測(cè)凈高和校對(duì)圖紙等，即使坐在辦公室也可以體驗(yàn)“身臨其境”之感。

同時(shí)，嘗試?yán)?span>BIM模型的信息化功能進(jìn)行物業(yè)管理。通常的方式是在所有設(shè)備上張貼二維碼，通過掃描獲取構(gòu)件的ID號(hào)后，再通過BIM模型的ID號(hào)獲取構(gòu)件信息。而二維碼數(shù)量龐大，制作張貼難度大，容易損壞，超高和隱蔽構(gòu)件的二維碼的獲取難度尤其大。一些施工單位通過云平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了模型的構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的一一對(duì)應(yīng)，建立了多個(gè)物業(yè)管理的分區(qū)巡更視角管理系統(tǒng)。云平臺(tái)成員打開相應(yīng)空間的視角，利用Ipad的陀螺儀和操縱桿能快捷地找到相應(yīng)的構(gòu)件并獲取構(gòu)件信息，工作效率大幅度提高，并從根本上解決了超高、隱蔽構(gòu)件的可視信息管理。

此外，通過物聯(lián)網(wǎng)和BIM技術(shù)，一些施工單位在臨時(shí)照明分析、安全疏散模擬、VR應(yīng)急演練和公路工程施工安全監(jiān)管一體化系統(tǒng)、數(shù)字地鐵智慧工地平臺(tái)、智能化綠色施工自評(píng)價(jià)系統(tǒng)、智能化模架體系監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用等各方面都取得了較好的成績(jī)。

工程建造信息化企業(yè)級(jí)實(shí)踐與探索

工程建造信息化企業(yè)級(jí)應(yīng)用是當(dāng)前我國(guó)正在做的事情。按照“服務(wù)生產(chǎn)、集成應(yīng)用、智能管控、務(wù)求實(shí)效”的原則，一些企業(yè)提出建立工程建造信息集成云平臺(tái)，并提出了具體目標(biāo)：一是實(shí)現(xiàn)建造過程模擬，進(jìn)度質(zhì)量可預(yù)判；二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，安全風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)預(yù)警；三是實(shí)現(xiàn)實(shí)施過程可視化，管理遠(yuǎn)程控制；四是實(shí)現(xiàn)降本增效，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

相關(guān)人員認(rèn)為，建設(shè)這個(gè)平臺(tái)，就是要解決實(shí)際問題，滿足企業(yè)、項(xiàng)目管理需求。對(duì)于項(xiàng)目層面而言，就是要實(shí)現(xiàn)建造過程自動(dòng)化，提高項(xiàng)目生產(chǎn)力。一是替代手工，提升工作效率。通過“云、大、物、移、智+BIM”等先進(jìn)技術(shù)及其綜合應(yīng)用，將施工過程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)采集。二是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目協(xié)同管理。實(shí)現(xiàn)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工多方工作協(xié)作，實(shí)現(xiàn)模型管理，利用工程模型集成技術(shù)、質(zhì)量、安全等業(yè)務(wù)管理。三是單項(xiàng)目自動(dòng)化門戶。集成項(xiàng)目生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映項(xiàng)目生產(chǎn)情況。

在企業(yè)層，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、智能數(shù)據(jù)分析與預(yù)警。利用工程信息集成云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目過程數(shù)據(jù)采集、智能的數(shù)據(jù)挖掘和分析與預(yù)警管控，積累企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)。分（子）公司或指揮部，要實(shí)現(xiàn)所屬項(xiàng)目實(shí)時(shí)在線監(jiān)管，動(dòng)態(tài)管理項(xiàng)目施工過程。

工程建造信息化社會(huì)級(jí)應(yīng)用探索

BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)歷了2008年～2012年的可視化應(yīng)用初級(jí)階段，2013年至今的信息化應(yīng)用中級(jí)階段，未來將進(jìn)入智能化應(yīng)用高級(jí)階段。在高級(jí)階段，企業(yè)級(jí)、社會(huì)級(jí)應(yīng)用將成為主流，我們將重點(diǎn)關(guān)注BIM數(shù)據(jù)在工程全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈、全管理主體的集成應(yīng)用。

通過企業(yè)級(jí)應(yīng)用，將BIM技術(shù)應(yīng)用拓展開來，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。例如，在湖南省，將智慧工地相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成省級(jí)或者行業(yè)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以更好地指導(dǎo)實(shí)踐。

另外，我們把多元異構(gòu)項(xiàng)目的BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過結(jié)構(gòu)化的方式，對(duì)模型進(jìn)行輕量化，通過移動(dòng)端設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)在線瀏覽。利用BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與計(jì)算的混合云技術(shù)，通過公有云和私有云混合應(yīng)用的方式，完成了數(shù)據(jù)管理的難題。

而在擁有海量數(shù)據(jù)后，可以為政府和行業(yè)有關(guān)企業(yè)提供工程大數(shù)據(jù)分析與決策支持。現(xiàn)場(chǎng)參建單位眾多，如何快速、便捷地將最新的設(shè)計(jì)要求傳達(dá)到每一位技術(shù)人員，以便及時(shí)調(diào)整施工方案并進(jìn)行交底，確保施工不出現(xiàn)偏差？

為解決這一問題，可以引入分布式云平臺(tái)技術(shù)，建立云平臺(tái)工作組，由管理員根據(jù)設(shè)計(jì)變更情況進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，工作組成員在wifi環(huán)境下打開Ipad，即可收到模型更新信息，實(shí)現(xiàn)信息無障礙溝通，既可提高工作效率，又能確保施工質(zhì)量。

云平臺(tái)工作組成員在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，應(yīng)用ipad實(shí)時(shí)記錄問題并保存視點(diǎn)，在wifi環(huán)境下將檢查信息上傳至云平臺(tái)工作組，或定向發(fā)送給工作組相關(guān)成員，還可就施工難點(diǎn)、技術(shù)疑難問題進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校驗(yàn)和多個(gè)用戶之間的多方監(jiān)控、快捷溝通。

當(dāng)今社會(huì)已進(jìn)入信息化時(shí)代，誰能搶先掌握最新的信息化工具，誰就能搶占發(fā)展的先機(jī)。為此，將BIM技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用到工程建造上，建立工程智能建造云平臺(tái)是建筑業(yè)信息化的戰(zhàn)略選擇，將BIM應(yīng)用與云計(jì)算技術(shù)從臺(tái)式電腦的束縛中解脫出來，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所有人之間的無障礙溝通，創(chuàng)新工作模式，提高工作效率，在BIM技術(shù)應(yīng)用與云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用方面取得齊頭并進(jìn)、相得益彰的效果。

1. 發(fā)達(dá)國(guó)家的BIM標(biāo)準(zhǔn)

首先來了解下國(guó)外的BIM標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際ISO組織做了一些標(biāo)準(zhǔn)，從前期的IFC到IDM再到IFD都是非常重要的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上最高的標(biāo)準(zhǔn)組織也異常重視這幾方面的標(biāo)準(zhǔn)制定。BIM技術(shù)源自美國(guó)，美國(guó)的一些地方政府也制定了很多的應(yīng)用指南，對(duì)正確的應(yīng)用BIM起到了很好的作用。與此同時(shí)，英國(guó)也在美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)上做了具體的應(yīng)用指南，像歐洲的挪威、芬蘭、澳大利亞等國(guó)家都制訂了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用指南。這些發(fā)達(dá)國(guó)家政府非常重視BIM的應(yīng)用，從政府的技術(shù)到學(xué)術(shù)組織的角度出發(fā)來制定BIM標(biāo)準(zhǔn)和指南。

美國(guó)的地方組織也制定了相關(guān)的BIM標(biāo)準(zhǔn)。例如， 2006美國(guó)總承包商協(xié)會(huì)發(fā)布《承包商BIM 使用指南》； 2008年美國(guó)建筑師學(xué)會(huì)頒布了BIM合同條款E202-2008“Building Information Modeling (BIM) Protocol Exhibit”； 2009年美國(guó)洛杉磯大學(xué)制定了面向DBB工程模式的BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)《LACCD Building Information Modeling Standards For Design-Bid Build Projects》。

此外，英國(guó)在2009年發(fā)布了“AEC(UK) BIM Standard”； 2010年進(jìn)一步發(fā)布了基于Revit平臺(tái)的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)—“AEC (UK) BIM Standard for Autodesk Revit”；2011年又發(fā)布了基于Bentley平臺(tái)的BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)—“AEC (UK) BIM Standard for Bentley Building”。挪威也于2009年發(fā)布了BIM Manual 1.1，并于2011年發(fā)布了BIM Manual 1.2。

一些亞洲國(guó)家，例如新加坡在2012年發(fā)布了《Singapore BIM Guide》。韓國(guó)方面，韓國(guó)國(guó)土海洋部在2010年1月頒布了《建筑領(lǐng)域BIM應(yīng)用指南》；2010年3月，韓國(guó)虛擬建造研究院制定了《BIM應(yīng)用設(shè)計(jì)指南—三維建筑設(shè)計(jì)指南》；2010年12月，韓國(guó)調(diào)達(dá)廳頒布了《韓國(guó)設(shè)施產(chǎn)業(yè)BI 應(yīng)用基本指南書—建筑BIM指南》。

2. 發(fā)達(dá)國(guó)家BIM 技術(shù)政策

為了把BIM技術(shù)應(yīng)用的更好，很多國(guó)外政府制訂了具體的技術(shù)政策，美國(guó)早在2003年就開始規(guī)定了具體的政策。為了提高建筑領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，支持建筑行業(yè)信息化水平的 提升，GSA（美國(guó)總務(wù)管理局）推出了國(guó)家3D-4D-BIM計(jì)劃， 鼓勵(lì)所有GSA的項(xiàng)目采用3D-4D-BIM技術(shù)，并給與不同程度的資金資助。2009年7月，美國(guó)威斯康辛州成為第一個(gè)要求州內(nèi)新建大型公共建筑項(xiàng)目使用BIM的州政府，威斯康辛州國(guó)家設(shè)施部門發(fā)布實(shí)施規(guī)則要求從2009年7月開始，州內(nèi)預(yù)算在500萬美元以上的公共建筑項(xiàng)目都必須從設(shè)計(jì)開始就應(yīng)用BIM技術(shù)。

此外，韓國(guó)公共采購(gòu)服務(wù)中心下屬的建設(shè)事業(yè)局于2010年制定了BIM實(shí)施指南和路線圖，規(guī)定先在小范圍內(nèi)試點(diǎn)應(yīng)用，然后逐步擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，力求在2012-2015 年500億韓元以上建筑項(xiàng)目全部采用3D+Cost的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，到2016年計(jì)劃實(shí)現(xiàn)全部公共設(shè)施項(xiàng)目使用BIM技術(shù)。

澳大利亞也制定了國(guó)家BIM行動(dòng)方案，2012年6月， 澳大利亞buildingSMART 組織受澳大利亞工業(yè)、教育等部門委托發(fā)布了一份《國(guó)家BIM行動(dòng)方案》。制訂了按優(yōu)先級(jí)排序的“國(guó)家BIM 藍(lán)圖”，首先規(guī)定需要通過支持協(xié)同、基于模型采購(gòu)的新采購(gòu)合同形式。第二規(guī)定了BIM應(yīng)用指南。第三將BIM技術(shù)列為教育之一。第四規(guī)定產(chǎn)品數(shù)據(jù)和BIM庫(kù)。第五規(guī)范流程和數(shù)據(jù)交換。第六執(zhí)行法律法規(guī)審查。第七推行示范工程，鼓勵(lì)示范工程用于論證和檢驗(yàn)上述六項(xiàng)計(jì)劃的成果用于全行業(yè)推廣普及的準(zhǔn)備就緒程度。

3. 中國(guó)BIM技術(shù)研究基礎(chǔ)

我們國(guó)家在BIM研究方面起步比較早，1998年國(guó)內(nèi)專業(yè)人員開始接觸和研究IFC標(biāo)準(zhǔn)，2000年IAI開始與我國(guó)政府有關(guān)部門、科研組織（建研院）進(jìn)行接觸，使我們?nèi)媪私饬薎AI的目標(biāo)、組織規(guī)程、IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用等問題。IFC標(biāo)準(zhǔn)借鑒了國(guó)際產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)STEP 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，具有技術(shù)的先進(jìn)性和開放性。

2001年至2000年， 國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目提出“數(shù)字社區(qū)信息表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)際上就是基于IFC標(biāo)準(zhǔn)制定了一個(gè)計(jì)算機(jī)可識(shí)別的社區(qū)數(shù)據(jù)表達(dá)與交換的標(biāo)準(zhǔn)，提供社區(qū)信息的表達(dá)以及可使社區(qū)信息進(jìn)行交換的必要機(jī)制和定義。探索了IFC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際工程應(yīng)用問題，以及根據(jù)我國(guó)建筑行業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行必要擴(kuò)充的問題。 主要有三件事情：第一是深入研究IFC標(biāo)準(zhǔn)，第二是基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了一個(gè)CAD系統(tǒng)，第三是基于IFC建筑工程4D施工管理系統(tǒng)。

施工要有一個(gè)數(shù)據(jù)化系統(tǒng)框架，通過IFC標(biāo)準(zhǔn)建立一套系統(tǒng)來存儲(chǔ)信息，同時(shí)，綠色建筑設(shè)計(jì)支撐軟件系統(tǒng)。 2009-2010年，清華大學(xué)、Autodesk公司聯(lián)合開展了《中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)框架研究》，同時(shí)也參與了歐盟的合作項(xiàng)目，它在建筑領(lǐng)域有一個(gè)歐洲的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一研究項(xiàng)目，實(shí)際上就是研究IFC標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中的適用性，組成了一個(gè)龐大的課題組。第一計(jì)劃是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建筑工程信息模型統(tǒng)一應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；第二是制定基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，編制信息模型存儲(chǔ)和編碼標(biāo)準(zhǔn)；第三是編制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，制定建筑工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制造工業(yè)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)建筑股份有限公司技術(shù)中心副主任李云貴