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文献综述


文献综述
1、1975 年,“BIM 之父”——乔治亚理工大学的 Charles Eastman 教授创建了 BIM 理念至今,BIM 技术的研究经历了三大阶段:萌芽阶段、产生阶段和发展阶段。 BIM 理念的启蒙,受到了 1973 年全球石油危机的影响,美国全行业需要考虑提高 行业效益的问题,1975 年“BIM 之父”Eastman 教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-abuilding”,以便于实 现建筑工程的可视化和量化分析,提高工程建设效率。

2、住房和城乡建设部工程质量安全监管司处长对 BIM 作出了解释。她表示: BIM 技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项 目的相关信息,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使 工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑 运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和 缩短工期方面发挥重要作用。BIM 的英文全称是 Building Information Modeling,国 内较为一致的中文翻译为:建筑信息模型。由于国内《建筑信息模型应用统一标准》 还在编制阶段,这里暂时引用美国国家 BIM 标准(NBIMS)对 BIM 的定义,定义由三 部分组成: (1)BIM 是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达; (2)BIM 是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息, (3)在项目的不同阶段,不同利益相关方通过在 BIM 中插入、提取、更新和 修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。

3、建筑信息的数据在 BIM 中的存储,主要以各种数字技术为依托,从而以这 个数字信息模型作为各个建筑项目的基础,去进行各个相关工作。建筑信息模型不 是简单的将数字信息进行集成,还是一种数字信息的应用,并可以用于设计、建造、 管理的数字化方法,这种方法支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其 整个进程中显著提高效率、大量减少风险。在建筑工程整个生命周期中,建筑信息 模型可以实现集成管理,因此这一模型既包括建筑物的信息模型,同时又包括建筑 工程管理行为的模型。将建筑物的信息模型同建筑工程的管理行为模型进行完美的 组合。因此在一定范围内,建筑信息模型可以模拟实际的建筑工程建设行为,例如: 建筑物的日照、外部维护结构的传热状态等。

4、可视化 可视化即“所见所得”的形式,对于建筑行业来说,可视化的真正运 用在建筑业的作用是非常大的,例如经常拿到的施工图纸,只是各个构件的信息在 图纸上的采用线条绘制表达,但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行 想象了。对于一般简单的东西来说,这种想象也未尝不可,但是近几年建筑业的建 筑形式各异,复杂造型在不断的推出,那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点 不太现实了。所以 BIM 提供了可视化的思路,让人们将以往的线条式的构件形成一 种三维的立体实物图形展示在人们的面前;建筑业也有设计方面出效果图的事情, 但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式信息 制作出来的,并不是通过构件的信息自动生成的,缺少了同构件之间的互动性和反 馈性,然而 BIM 提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视, 在 BIM 建筑信息模型中,由于整个过程都是可视化的,所以,可视化的结果不仅可 以用来效果图的展示及报表的生成,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的 沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。 协调性 这个方面是建筑业中的重点内容,不管是施工单位还是业主及设计单 位,无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题,就要将

各有关人士组织起来开协调会,找各施工问题发生的原因,及解决办法,然后出变 更,做相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题 后再进行协调吗?在设计时,往往由于各专业设计师之间的沟通不到位,而出现各 种专业之间的碰撞问题,例如暖通等专业中的管道在进行布置时,由于施工图纸是 各自绘制在各自的施工图纸上的,真正施工过程中,可能在布置管线时正好在此处 有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置, 这种就是施工中常遇到的碰撞问题, 像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗?BIM 的协调性 服务就可以帮助处理这种问题, 也就是说 BIM 建筑信息模型可在建筑物建造前期对 各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,提供出来。当然 BIM 的协调作用也并 不是只能解决各专业间的碰撞问题,它还可以解决例如:电梯井布置与其他设计布 置及净空要求之协调,防火分区与其他设计布置之协调,地下排水布置与其他设计 布置之协调等。 模拟性 模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型, 还可以模拟不能够在真实 世界中进行操作的事物。在设计阶段,BIM 可以对设计上需要进行模拟的一些东西 进行模拟实验,例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等;在 招投标和施工阶段可以进行 4D 模拟(三维模型加项目的发展时间),也就是根据 施工的组织设计模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可 以进行 5D 模拟(基于 3D 模型的造价控制),从而来实现成本控制;后期运营阶 段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟,例如地震人员逃生模拟及消防人员疏 散模拟等。 优化性 事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程,当然优 化和 BIM 也不存在实质性的必然联系,但在 BIM 的基础上可以做更好的优化、更 好地做优化。优化受三样东西的制约:信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做 不出合理的优化结果,BIM 模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、 物理信息、规则信息,还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程

度,参与人员本身的能力无法掌握所有的信息,必须借助一定的科学技术和设备的 帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限,BIM 及与其配套 的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。 基于 BIM 的优化可以做下面的 工作:(1)项目方案优化:把项目设计和投资回报分析结合起来,设计变化对投 资回报的影响可以实时计算出来;这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对 形状的评价上, 而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。 (2)特殊项目的设计优化:例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设 计,这些内容看起来占整个建筑的比例不大,但是占投资和工作量的比例和前者相 比却往往要大得多,而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方,对这 些内容的设计施工方案进行优化,可以带来显著的工期和造价改进。 可出图性 BIM 并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸, 及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化 以后,可以帮助业主出如下图纸:(l)综合管线图(经过碰撞检查和设计修改,消 除了相应错误以后);(2)综合结构留洞图(预埋套管图);(3)碰撞检查侦错 报告和建议改进方案。由上述内容,我们可以大体了解 BIM 的相关内容。BIM 在世 界很多国家已经有比较成熟的 BIM 标准或者制度。 BIM 在中国建筑市场内要顺利发 展,必须将 BIM 和国内的建筑市场特色相结合,才能够满足国内建筑市场的特色需 求,同时 BIM 将会给国内建筑业带来一次巨大变革。

5、建立以 BIM 应用为载体的项目管理信息化,提升项目生产效率、提高建筑 质量、缩短工期、降低建造成本。具体体现在: 三维渲染,宣传展示 三维渲染动画,给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的 BIM 模型可以作为二次渲染开发的模型基础,大大提高了三维渲染效果的精度与效 率,给业主更为直观的宣传介绍,提升中标几率。

快速算量,精度提升 BIM 数据库的创建,通过建立 5D 关联数据库,可以准确 快速计算工程量,提升施工预算的精度与效率。由于 BIM 数据库的数据粒度达到构 件级, 可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息, 有效提升施工管理效率。 BIM 技术能自动计算工程实物量,这个属于较传统的算量软件的功能,在国内此项 应用案例非常多。 精确计划, 减少浪费 施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程 数据,无法快速准确获取以支持资源计划,致使经验主义盛行。而 BIM 的出现可以 让相关管理条线快速准确地获得工程基础数据,为施工企业制定精确人材计划提供 有效支撑,大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费,为实现限额领料、消耗控制 提供技术支撑。 多算对比, 有效管控 管理的支撑是数据, 项目管理的基础就是工程基础数据的 管理,及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM 数据库可 以实现任一时点上工程基础信息的快速获取, 通过合同、 计划与实际施工的消耗量、 分项单价、分项合价等数据的多算对比,可以有效了解项目运营是盈是亏,消耗量 有无超标,进货分包单价有无失控等等问题,实现对项目成本风险的有效管控。 虚拟施工,有效协同 三维可视化功能再加上时间维度,可以进行虚拟施工。随 时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,同时进行有效协同,施工方、 监理方、 甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。 这样通过 BIM 技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测,大大减少建筑质量问 题、安全问题,减少返工和整改。 碰撞检查,减少返工 BIM 最直观的特点在于三维可视化,利用 BIM 的三维技 术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误 损失和返工的可能性,而且优化净空,优化管线排布方案。最后施工人员可以利用

碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时也提 高了与业主沟通的能力。 冲突调用,决策支持 BIM 数据库中的数据具有可计量(computable)的特点,大 量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM 中的项目基础数据可 以在各管理部门进行协同和共享,工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行 汇总、拆分、对比分析等,保证工程基础数据及时、准确地提供,为决策者制订工 程造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。

6、BIM 的意义在于完善了整个建筑行业从上游到下游的各个管理系统和工作 流程间的纵、横项沟通和多维性交流,实现了项目全生命周期的信息化管理。田浩 表示:“BIM 的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库,包含了贯穿于 设计、施工和运营管理等整个项目全生命周期的各个阶段,并且各种信息始终是建 立在一个三维模型数据库中。BIM 能够使建筑师、工程师、施工人员以及业主清楚 全面地了解项目: 建筑设计专业可以直接生成三维实体模型;结构专业则可取其中墙 材料强度及墙上孔洞大小进行计算;设备专业可以据此进行建筑能量分析、声学分 析、 光学分析等;施工单位则可根据混凝土类型、 配筋等信息进行水泥等材料的备料 及下料;开发商则可取其中的造价、门窗类型、工程量等信息进行工程造价总预算、 产品定货等。”

7、中国建筑业协会工程建设质量管理分会有关专家认为,企业成功实施 BIM 可以分为四个阶段。第一阶段制定战略:根据企业总体目标和资源拥有情况确定企 业 BIM 实施的总体战略和计划,包括确定 BIM 实施目标、建立 BIM 实施团队、确定 BIM 技术路线、组织 BIM 应用环境等工作。第二阶段是重点突破:选择确定本企业 从哪些 BIM 重点应用开始切入,对于已经选择确定的 BIM 重点应用逐个在项目中进

行实施,从中总结出每个重点应用在企业的最佳实施方法。第三阶段是推广集成, 首先是对已经实践过的 BIM 重点应用按照总结出来的最佳方法进行推广;其次是尝 试不同 BIM 应用之间的集成应用,以及 BIM 和企业其他系统之间(例如 ERP、采购、 财务等)的集成应用,总结出集成应用的最佳方法。第四阶段是行业标准,推广集成 应用和参与行业标准制定。 中国建筑业协会工程建设质量管理分会秘书长李菲表示, 大力推广应用包括 BIM 在内的先进质量技术和方法,将是今后分会工作的重点。

8、由于查询建筑模型资讯能提供各类适切的信息,协助决策者做出准确的判 断,同时相比于传统绘图方式,在设计初期能大量地减少设计团队成员所产生的各 类错误,以至于后续承造厂商所犯的错误。计算机系统能用碰撞检测的功能,用图 形表达的方式知会查询的人员关于各类的构件在空间中彼此碰撞或干涉情形的详细 信息。由于计算机和软件具有更强大的建筑信息处理能力,相比现有的设计和施工 建造的流程,这样的方法在一些已知的应用中,已经给工程项目带来正面的影响和 帮助。对工程的各个参与方来说,减少错误对降低成本都有很重要的影响。而因此 减少建造所需要的时间,同时也有助于降低工程的成本。应用欧特克建筑资讯模型 著名成功案例有德国慕尼黑的宝马世界(BMW Welt)、梅赛德斯-奔驰博物馆 (Mercedes-Benz Museum),以及位于斯图加特的保时捷博物馆等许多世界知名 案例,均为使用该项技术来完成整个设计项目。

9、BIM 建筑信息模型的建立,是建筑领域的一次革命。将成为项目管理强有 力的工具。BIM 建筑信息模型适用于项目建设的各阶段。它应用于项目全寿命周期 的不同领域。掌握 BIM 技术,才能在建筑行业更好地发展。建造绿色建筑是每一个 从业者的使命。建造绿色建筑是建筑行业的责任。

麦格劳-希尔将 BIM 定义为“创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营 管理的过程”。BIM 基于最先进的三维数字设计解决方案所构建的“可视化”的数字建 筑模型,为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各环节人 员提供“模拟和分析”的科学协作平台,帮助他们利用三维数字模型对项目进行设计、 建造及运营管理。 报告还展示了 BIM 在实现绿色设计、可持续设计方面的优势:BIM 方法可用于 分析包括影响绿色条件的采光、能源效率和可持续性材料等建筑性能的方方面面; 可分析、实现最低的能耗,并借助通风、采光、气流组织以及视觉对人心理感受的 控制等,实现节能环保;采用 BIM 理念,还可在项目方案完成的同时计算日照、模 拟风环境,为建筑设计的“绿色探索”注入高科技力量。

10、BIM 在复杂型建筑的应用 南京青奥会议中心占地 4 万平方米,总建筑面 积达到 19.4 万平方米,地上 6 层,地下 2 层,主要包括一个 2181 座的大会议厅以 及一个 505 座的多功能音乐厅,可作为会议、论坛、大型活动及戏剧、音乐演出等 活动的举办场所。青奥会议中心出自著名设计师扎哈· 哈迪德之手。青奥中心的施工 难度大,“南京青奥中心是没有标准化单元的,没有一个部分是相同的。”承担着青 奥会议中心建设项目 BIM 工作的 isBIM 项目经理刘星佐介绍说,“异形建筑如何施 工, 以及复杂形建筑内部大空间的合理运用是青奥会议中心项目的两大难题”这显然 挑战了建造者们的智慧。一般来说,建筑在施工时按照平面图纸搭建即可,而由于 会议中心造型复杂,施工难度大,在施工前必须要借助 BIM 的三维模型,根据模型 能看出放大后的每个细节,包括构件样子、螺栓的位置、角度、构件尺寸等等。由 于受造型限制,管线的施工也必须在 BIM 模型里面进行排布,之后再现场施工,这 样才能确保施工的质量并避免反复更改。通过 isBIM 提供的 3D 建筑模型,协调了 各个专业,并利用 isBIM 大数据整合将多专业不同格式模型整合在同一个平台,解 决了青奥会议中心的复杂造型; 利用 BIM 手段解决传统的二维设计手段较难解决的

复杂区域管线综合问题。在 isBIM 打造的可视化平台中解决了多专业协调问题,如 复杂外立面,钢结构,内装空间等,并对其进行了合理的分配。如此一来,青奥会 议中心项目的两大难题迎刃而解。

11、 FRP 复合材料 土木结构主要受两大问题困扰, 过早退化和结构功能不足。 近些年来,纤维增强聚合物(FRP)已经成为解决这些结构问题的一种可行途径。工 程实践表明,FRP 复合材料能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质 发展以及承受恶劣条件的需要,符合现代施工技术的工业化要求,因而正被越来越 广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等结构。应用的方式有 两种一是替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中;二是用于旧有结构的维修加固, 以取得良好的建筑效果。

12、 智能材料 大型土木工程结构和基础设施的使用期都长达几十年、 甚至上 百年。在其使用过程中,由于环境载荷作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不 利因素的影响, 结构将不可避免地产生损伤积累、 抗力衰减, 甚至导致突发事故. 为 了有效地避免突发事件故的发生,就必须加强对此类结构和设施的健康监测。 一种称为碳纤维机敏混凝土材料的智能材料,在大型土木工程健康监测中已得到应 用。 它是以短切或连续的碳纤维作为填充相,以水泥浆、砂浆或混凝土为基体复合 而成的纤维增强水泥基复合材料。此类材料的电阻率与其应变和损伤状况具有一定 的对应关系,因此,可以通过测试其电阻率的变化来监测碳纤维混凝土的应变和损 伤状况。碳纤维混凝土还具有施工工艺简单、力学性能优良、与混凝土结构相容性 好等特性,因此,它不仅可以用于道路的交通车辆流和载重监控,而且可较好地满 足大型土木工程结构和基础设施的健康监测技术的要求。此外,碳纤维混凝土的电

热效应和电磁屏蔽特性在混凝土结构的温度自适应以及抗电磁干扰方面也具有重要 的应用价值。 纳米材料由于超微的粒径而具有常规物体所不具有的超高强、超塑性和一些特 殊的电学性能。纳米材料被应用于很多领域并取得了显著的增强、增韧及智能化等 效果。混凝土作为一种传统材料,其性能越来越不能满足社会发展对其提出的更高 要求,智能混凝土已经成为一个新的发展方向。纳米材料还赋予混凝土智能特性, 水泥基纳米复合材料其电阻率随应变而线性变化, 并且具有很高的灵敏度和重复性。 水泥基纳米复合材料作为一种本征智能材料强度高,传感性好,具有广阔的发展前 景。


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