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1.1 BIM的基本概念

1.1.1 BIM的定义

目前,BIM所对应的最普遍的英文全名为Building Information Modeling,通常译成“建筑信息模型”,其定义是:BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具,它通过对建筑的数据化、信息化模型整合,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了重要作用。

在美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义中,它由如下3个部分组成:

①BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达。

②BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。

③在设施的不同阶段,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。

从前面的定义中可以看出,BIM作为一种协助设施(建设项目)进行全生命周期数据化与信息化的整合技术,首先需要在数字空间(Digital Space)建立一个对应于实体空间中设施的数字模型,也就是现今工业4.0时代所称的数字孪生,在BIM应用中就称为BIM模型(Building Information Model)。此数字BIM模型与传统3D CAD模型只是利用几何点、线、面的集合来描述设施或物件的外观十分不同,它虽然也是在外观上与实体设施有所对应的几何模型,但它是由与实体设施的组成元件(如梁、柱、板、墙、门、窗等)一一对应的数字物件组合而成的,而且还包含各个元件的相关属性资料(如物理与功能特性)及相互的空间对应关系。因此,我们可以把BIM模型当成一个关于设施的知识资源。在设施的不同生命周期阶段,可以利用已建立好的BIM模型来协助完成相关工程项目的信息与知识管理、设计检讨与整合、施工的事前模拟,以及完工后的维护运营管理。

基于上述定义可知,BIM技术不只是一套软件工具(但应用BIM也需要软件工具),还牵涉工程的作业流程与全生命周期信息的管理,而应用的重点是通过一个构建与管理建设项目的数字模型的流程(Process),从而支持建设项目的全生命周期决策。

因为BIM技术是从房屋建筑领域开始发展的,所以其第一个字母B代表的是Building,但其基本观念也可应用于不是房屋建筑的公共工程领域。随着相关BIM工具软件的持续发展, BIM技术的应用也已逐渐扩展到非房屋建筑的土木类公共建设项目(如桥梁、隧道等)中,而不再限于房屋建筑设施。

1.1.2 BIM的价值

从建筑与土木工程长期面临的困境及挑战去探究,再看看BIM技术能协助解决的问题有哪些,应不难理解BIM的价值。

建筑与土木工程涉及复杂的专业分工、流程与信息的沟通与整合,以及协同作业管理。长期以来,工程人员一直限于使用2D的工程图来协助其表达与沟通工程设计与施工整合所需的3D信息。虽然工程师可以将脑中的3D设计以一套系统的2D视图来表达,并且也能将2D视图转换成所欲表达的3D图,但这样的转换沟通容易造成信息的遗漏与不一致,对于属于非专业人士的业主与设施使用者,他们更是难以看懂2D工程图的表达。这不仅影响建筑师及工程师与他们的沟通,也常常因误会而产生后续的工程争议与返工。此外,2D视图的关联性管理通常靠人脑进行,因此不易维持稳定的一致性。因此,能够通过与实体设施相互对应的3D BIM模型来进行信息沟通与管理,不仅通过视觉便可直接地理解,而且若因任何设计变更而修改模型,也能自动反映到从3D BIM模型所对应产出的相关2D视图中,让建筑与土木工程行业脱离受限于2D工程制图工具的困境。

除了前述受限2D制图工具而产生的困境外,土木建筑行业一直缺乏能有效地进行事先演练工程作业的技术与工具,以便能通过事前的工作协调与校核,来消除冲突与错误,增加成功的机率及提升工作效率。建筑与土木工程通常牵涉多方的专业分工合作,工作人员一直通过2D视图与事前的会议来进行沟通协调与情境推演,但大家在各自脑海中的想象常常会有落差。在面对现代规模日益庞大的工程时,专业分工合作与工程信息管理都更为复杂与困难,对于能在数字虚拟空间中通过仿真的工程模拟来确保工程顺利进行的相关技术的需求越来越迫切。而BIM技术能善用数字虚拟空间,有着不受时空限制的优点,能有效地提供视觉化的工程事先模拟技术,且相关工具也日益成熟。而且BIM在数字空间中能够进行现实世界中不容易进行的多方案模拟,也能将这些模拟记录下来作为各方协议的证据,方便事后回顾,若收录于经验知识库中,也能给未来的工程项目提供参考并有利于教育培训。

近年来,随着全球气候变迁所带来的自然灾害挑战日益严峻,人们对可持续发展与节能减碳的议题也更加重视,这些都为建筑与土木工程带来许多新的挑战。例如,除了必须提升建造产业本身的生产力、能源使用效率、材料的回收再利用率外,也必须对建筑物进行建筑物理环境的模拟分析,并重视建筑设施的运作与维护管理,而这些都需要应用3D BIM模型与技术才能有效达成。尤其是建筑与土木工程的运维使用,少则数十年,多则百年以上,与仅需数年的设计及建造时间与资本投入相比,更显重要。因此,BIM应用从一开始便着眼于如何打通建设项目生命周期信息管理的“任督二脉”,让工程项目运营维护所需要的信息在设计与施工阶段便能有效地收集起来,以利于运维阶段能发挥功效,大幅提升设施使用与资产管理的效能与质量。 A6IwElQNLERtsWcrm9VWIqBHe9an32qXvISyU/MInHOPG85fV4yK4B6MrcUsNGRm

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