我国BIM技术落地问题与对策探讨
2020-05-06 15:46
来源: 新营造
【摘 要】
BIM技术在国内发展已有10余年,已被国内建筑行业所接受,并且在各工程建设中广泛应用。然而,BIM技术作为建筑行业的新技术,从国外引入,在我国的本地化应用和推广中仍存在很多问题尚未解决,使得国内BIM应用还没有发挥出真正的价值。本文在充分调研BIM应用现状的基础上,从标准、软件、应用和人才四个方面的问题为切入点,剖析国内BIM应用所面临的困境,并探讨了上述问题的对策思路。最后,本文采用笔者所在单位深圳市政院的BIM实践为例,给建筑同行提供解决BIM问题的参考方案,以期共同推动国内BIM技术发展,促进建筑业的数字化转型。
【关键词】
BIM技术 BIM落地 BIM标准 自主研发 人才培养
1、前言
BIM(Building Information Modeling)技术的理念最早可追溯至“BIM之父”Eastman教授在1974年提出的“Building Description System”(建筑描述系统)。随着计算机技术的不断发展,到2010年左右,知名软件厂商Autodesk、Bentley、Dassault等公司开始在全球范围内推广其BIM软件,使得BIM技术在建筑领域开始普及和应用。近些年,国内建筑业协会、企业(设计、施工、软件等)以及科研院校都在大力研究并应用BIM技术。BIM技术是建筑领域CAD(Computer-Aided Design)技术后的又一次信息化革命,已经成为建筑领域的共识。然而,BIM技术的推广应用并未像当初CAD技术的变革那样快速、广泛。分析其原因,CAD技术更多的是绘图工具的替换,从手绘到甩图板的计算机绘图,但BIM技术改变的不仅仅是工具,更是一种新的理念和方法,建筑领域全产业链各环节都会发生变革。但现阶段建筑行业BIM应用还有很多核心问题没有得到解决,制约了BIM技术的发展。
2020年3月,我国提出并要求加快5G基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等七大领域的基础设施建设,即“新基建”。而BIM技术能够为基础设施建设提供统一的模型数据,促进各方之间的协同。因此,必须加快BIM技术在我国建筑工程领域的落地实施,推动BIM技术为“新基建”赋能。
笔者将从BIM技术的现状出发,剖析BIM技术应用过程中的核心问题,并提出相应解决思路和对策,最后介绍笔者所在单位深圳市市政设计研究院有限公司(以下简称“深圳市政院”)的BIM应用实践与探索,为业内BIM应用提供参考,以期共同推进国内BIM技术发展,促进行业数字化转型。
>>>>2.1 BIM定义
BIM技术一词最早由美国记者Laiserin在2002年报道,其定义与理念也是在不断发展。Eastman教授等在BIM Handbook中将BIM定义为:通过建模技术和流程控制来产生、交流和分析的建筑模型。在2007年发布的第1版美国国家BIM标准(NBIMS)中,其英文表达是Building Information Modeling,BIM的含义包含四个层面:设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达、共享的知识资源、分享的设施信息、项目不同阶段各方的协同作业。而在2015年发布的第三版NBIMS中,“M”的英文表达扩充为Modeling、Model、Management,形成了BIM。其中,Modeling表示创建并促进建筑项目全生命周期数据的业务流程;Model表示建设项目物理和功能特性的数字化表达;Management表示组织和控制业务流程过程中,建筑项目全生命周期的信息共享管理。该定义更强调了BIM技术是静态模型表达和动态信息管理的结合。我国发布的国家BIM标准《建筑信息模型应用统一标准GB/T51212-2016》将BIM定义为:在建设工程及设施全生命期内,对其物理和功能特性进行数字化表达,并依此进行设计、施工、运营的过程和结果的总称。该定义综合了Modeling、Model和Management独立且紧密关联的三个方面。
BIM的定义或解释有多个不同版本,很难给出统一界定。目前一般认为BIM是Building Information Modeling。笔者认为,相关的解释说明是相通的,但需要强调的是其核心是“I”(Information,信息),这也是与CAD最大的区别。传统的CAD图纸承载项目信息有限,往往需要额外补充或链接,且不利于结构化。建筑项目(Building)发展的过程是信息(Information)不断积累的过程,有效的信息积累才能够驱动项目的不同应用,包括流程控制(Modeling)、模型表达(Model)以及项目管理(Management)。
>>>>2.2 发展环境
据统计分析,2016~2030年全球建筑业累计产值可达到212万亿美元。其中,中国的累计产值预计在45%左右,中国的工程建设已经达到世界第一的规模。但在建设过程中,我国建筑行业仍存在技术水平低、建造效率低、生产能耗大、环境污染严重等问题。变革建筑领域生产方式,促进行业的数字化转型,从而保障工程建设优质、安全、环保、节能,已经成为行业发展的迫切需求。BIM技术是建筑业信息化的重要组成部分,可应用在规划、勘察、设计、运维的全生命周期各阶段中,能够为上述问题的解决提供技术支撑,进而提高项目工程质量和综合效益。
近几年来,我国政府在不同层面陆续发布了大力推进BIM技术的政策文件,以期普及和深化BIM应用。例如住建部《2011~2015 年建筑业信息化发展纲要》(建质函〔2011〕67号)、《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》(建质函〔2015〕159号〕)、《住房城乡建设科技创新“十三五”专项规划》(建科〔2017〕166号)等。
除住建部等部委发布的政策文件,地方省市也根据自身区域发展发布相应的专项指导文件,如《北京市住房和城乡建设委员会关于加强建筑信息模型应用示范工程管理的通知》(京建发〔2018〕222号)、《上海市推进建筑信息模型技术应用三年行动计划(2015~2017)的通知》(沪建应联办﹝2015﹞1号)、广东省《关于开展建筑信息模型BIM技术推广应用工作的通知》(粤建科函〔2014〕1652号)等。具体条文内容可见官方文件,此处不作赘述。
除了政策文件的引导和鼓励,国内也发布了多项BIM标准,以指导建筑行业不同领域、不同阶段的BIM技术应用,在表1中展示了部分发布的BIM标准。由于不同行业、不同企业应用BIM技术的水平参差不齐,BIM标准的发布可有效规范工程项目不同阶段不同应用的BIM实施,有利于保障BIM成果的规范性。
通过上述的政策和标准等文件,可见各级政府部门对BIM技术应用的重视,有利于引导和规范BIM行为,进而提高工程项目效益。
>>>>2.3 应用现状
在政府政策的支持和鼓励下,建筑业企业在项目各阶段开始研究和广泛使用BIM技术,BIM技术也成为了我国建筑行业的最热门话题之一。近几年来,国内工程项目不同程度地采用BIM技术进行设计、施工、运维等,例如,上海中心、国家游泳中心“水立方”、上海世博会中国国家馆、港珠澳大桥、中国尊、武汉雷神山医院等重要工程,积累了丰富的实践经验,并取得一定的创新成果。图1展示了笔者所在团队参与完成的BIM应用项目。
但对于国内整个建筑行业来说,BIM技术应用程度和范围还远远不够。由于BIM技术从国外发展并引入我国,在我国工程项目BIM应用过程中,还存在一些问题没有得到解决,导致BIM技术在国内建筑业的进一步推广和应用困难重重。现阶段而言,已经不是讨论“是否需要用BIM技术”的问题,而是聚焦“如何更好地使用BIM技术”。只有充分研究BIM应用过程中所面临的关键问题,并提出相应的对策,才能更好地推动实现BIM技术在我国的落地实施,进而促进我国建筑业的转型升级。
笔者所在单位从2012年开始探索和应用BIM技术,在众多不同类型的工程项目中开展了BIM应用实践,并参与了多项研究课题。根据工程项目全生命周期BIM应用的情况,本文选取了BIM应用过程中的四个核心问题(标准问题、软件问题、应用问题和人才问题),剖析国内BIM技术的落地问题和原因。
>>>>3.1 标准问题
BIM标准规范是工程项目各种BIM行为的准则。只有基于统一的准则,才能够保证各方有效地、统一地创建、生产、共享、交换、管理建筑数据。在BIM技术引入我国之初,由于缺乏统一的BIM标准,导致各方的BIM成果存在格式不统一、内容不齐全、深度不一致等问题,难以共享BIM数据在各方中应用。现阶段,政府部门、行业、团体根据BIM应用情况分别制定了不同类型的BIM标准,如数据表达、分类编码、建模、应用、交付等。
建筑行业的设计、施工、运维、软件等企业结合企业管理等情况编制企业级BIM标准。笔者所在团队曾统计分析国内BIM标准情况,据不完全统计,现阶段有100多项与BIM相关的标准规范(不包括企业标准)。可见,现阶段的问题不是缺标准,而是标准太多,且部分标准存在内容冲突等问题,容易导致建筑人员应用BIM技术时无所适从。
清华大学BIM课题组在2011年出版了《中国建筑信息模型标准框架研究》。尽管研究时间较早,但现在对于建筑项目BIM标准体系的建立也具有指导意义。该书提出了中国BIM标准框架(CBIMS),划分了技术标准和实施标准两大类。前者主要是面向IT层面的技术规则,后者主要是建筑业的使用规则,针对资源、行为、交付等行为,其组成如图2所示。
将CBIMS各组成内容与我国现阶段的BIM标准进行对比,发现我国绝大部分BIM标准属于实施标准,仅有少部分标准属于技术标准。分析所统计的100多项国内BIM标准规范,现阶段BIM标准主要聚集在设计、施工阶段,还缺乏运维阶段BIM应用标准,而且正向设计、BIM模型校验、装配式施工等重难点工作还缺乏规范指导。而在技术标准范畴内,其核心是数据格式和分类编码方面的标准。
数据格式主要用于不同参与方之间共享与交换BIM数据,主要分为两类:软件专属格式和中立格式。在BIM领域,国际上公认的中立数据格式标准是IFC(Industry Foundation Classes),旨在促进各方之间的数据交互。IFC标准的部分内容已成为ISO标准,用于规范各国之间的建筑工程数据存储、交互。IFC标准主要由国外专家研究和维护,在本地化方面还存在一定障碍。由于国内没有自身研发的BIM数据格式,只能直接采用BIM软件的专属格式或国际标准,导致基于BIM技术的建筑项目信息化应用必须依赖国外。在信息安全问题日益重要的今天,研发符合国情的数据格式具有非常重要的意义。
建筑项目对象的分类编码类似于身份证,是对象的惟一识别符号,是贯穿项目全生命周期应用的最基本信息。由于每个地区的建筑工程项目特点不同,各个地区的分类编码体系各有差异。建筑领域较知名的分类编码标准主要有北美的OmniClass和英国的UniClass。这两个标准都遵守ISO 12006-2(信息分类框架),且都是在既有分类编码体系基础上研究形成,符合各自国家的工程项目特点。研究形成一套符合国情的、具有可操作性的分类编码体系,值得进一步讨论研究。
>>>>3.2 软件问题
软件是数据产生、使用和管理的重要载体。建筑业人员通过专业的软件完成相关工作任务。由于建筑工程项目具有多阶段、多参与方、多专业等特点,不同的应用往往需要采用不同的软件工具。在BIM应用中,最知名的就是国外ABD三大平台,即Autodesk、Bentley和Dassault。三大平台旗下拥有众多软件,自成体系。例如,据笔者不完全的统计,Autodesk下面有140多款软件产品,涉及工程项目各阶段应用。国内也有PKPM、YJK、广联达、鲁班、斯维尔、超图、鸿业、博超等软件,主要侧重于某些应用方面。但BIM应用的核心建模软件还是被国外软件商垄断。现阶段,我国大量的工程项目通过国外软件平台创建,尤其是市政基础项目。换言之,工程项目的基础数据都掌握在国外软件商手上,极大地影响了我国建筑项目数据的安全性,以及后期城市发展过程中的数据应用。
近年来,从中兴事件到华为风波,中美贸易战给我国各行业的发展都敲响了警钟,必须掌握科技创新的核心竞争力。我国BIM软件发展问题依然严峻,需要加大投入力度,打造建筑项目全产业链各环节的国产化软件,形成我国软件良性发展的生态圈,以期打破国外软件厂商的垄断。
>>>>3.3 应用问题
BIM技术已经广泛应用在我国建筑领域,尤其是大型复杂工程。由于BIM技术的三维可视化等特点,对复杂方案的表现以及可实施性模拟具有重要的参考价值。然而,大部分的BIM应用仍停留在三维建模、可视化展示、碰撞检查等初级应用。现阶段,基于BIM技术的建筑项目点式应用较为常见,但BIM模型的核心“信息”还没有得到深入应用,建筑领域全产业链的一些核心技术问题仍然没有得到根本解决。例如:
三维BIM模型出图问题。由于我国二维图纸的法律地位,工程项目现阶段仍需要以二维图纸交付归档为主。绝大部分BIM建模类软件都具备出图功能,但在实际操作中,对BIM模型直接生成的图纸进行大量修改的现象仍不少见,这也是阻碍设计师直接采用BIM软件建模出图的重要原因之一。主流的BIM建模软件均来自国外,与我国出图规范等要求存在较大差异。如何实现BIM模型直接出图,符合我国规范的有效图纸,需要业界和软件商共同去研究探索。
BIM正向设计问题。“正向设计”一词并非建筑领域创造的,在机械制造领域早就有正向设计、反向(逆向)设计的做法。建筑工程的正向设计是相对于目前“翻模”而言。由于目前大量的设计师还不能非常高效率地使用BIM软件进行设计,为了避免项目的延误,出现了“设计师出图,BIM人员翻模”的现象,造成BIM价值大打折扣。因此,提出了各专业设计师直接采用BIM软件进行方案设计与出图的正向设计方法。但由于目前各专业三维提资、多方协同、数据更新机制等问题还没有得到有效解决,正向设计仍处于初级阶段,设计企业主要处于试点应用阶段。
建筑领域产业链BIM数据打通问题。建筑工程项目阶段一般分为设计、施工、运维等阶段,虽然各阶段的目标和任务各不相同,但均围绕同一个项目开展工作。这也是BIM技术提出的初衷:各参建方基于同一模型协同工作。但由于各方需求的差异,导致模型成果不能直接传递给其他方使用,模型数据的低重用率往往被诟病。例如,设计模型传递给施工方,由于设计模型不能满足施工需求,施工方往往偏向于重新建模。施工竣工模型交付至运维也存在同样问题。如何使模型数据能够满足使用需求,打破各阶段之间壁垒,提高模型数据使用效率,是实现建筑项目全生命周期BIM应用过程中必须要解决的问题之一。
除上述提到的问题,还有BIM模型出量、规范检查、多源数据融合等技术问题也是困扰业界的“硬骨头”,而且这些问题很大程度上依赖于本国规范要求、使用习惯等,所以不能单纯地寄望于国外软件去解决。尽管目前也有一些插件可以提高处理效率,但仍未能从根本上解决问题,并未形成可以广泛推广的技术。
>>>>3.4 人才问题
相比于建筑行业的发展历史而言,BIM是一门新兴发展的技术。“新”意味着能够掌握该技术的人就少。BIM技术在2010年左右国内兴起的时候,掌握的人主要来源于高校研究学者。发展至今,业界的BIM从业人员数量已经呈指数级增长,但是建筑行业的BIM技术人才仍非常稀缺。根据人社部预测,未来五年我国各类企业对BIM技术人才的需求总量将达到130万。
对于企业而言,要想科学地、可持续性地发展BIM技术,必须要建立合理的BIM人才梯队。BIM技术与CAD技术有很大的不同,CAD应用更侧重于设计师或工程师本身专业技能,而BIM是一门多学科融合的技术,除了工程专业本身,还包括信息技术、管理方法等。因此,企业BIM团队必须要建立层次合理的队伍。
高校的土木学科现阶段主要培养传统专业为主,BIM技术相关专业的学生较少,造成很多BIM从业人员都是进入企业后才开始学习BIM,增大了学习成本。同时,由于掌握BIM技术的设计人员寥寥无几,有专门的团队负责BIM模型创建,即“BIM建模师”。目前大部分的BIM培训班也是针对BIM软件的操作培训,BIM建模师在现阶段的BIM从业人员数量里占绝大多数。作为BIM模型数据的创建者,BIM建模师是必需的,但仅有BIM建模师是远远不够的。针对不同的BIM应用需求,还需要有BIM应用工程师、BIM软件工程师等。而BIM技术集专业、信息、管理为一体,因此还需要有BIM技术的综合型技术人才和综合型管理人才。现阶段国内有经验的综合型BIM人才非常稀缺。
如何解决BIM人才稀缺的问题,不仅仅企业关心,也是政府相关部门所关注的。只有建设层次合理的BIM人才梯队,才能营造良性发展的BIM生态圈,促进BIM技术发展。
>>>>4.1 BIM系列标准
BIM技术可应用在建筑领域全产业链,如果没有完整的BIM系列标准,必然导致各方BIM应用行为、管理流程、交付成果等各不相同。因此,需要相关部门制定完整的、统一的BIM标准体系,保证BIM应用过程的规范性、成果的统一性、数据的有效性。
如前文所述,BIM标准主要分为实施标准和技术标准。对于实施标准,实践证明,国外此类BIM标准或指南手册不适合我国的建筑工程特点,必须建立符合国情的BIM实施标准。工程项目的开展涉及多维度,如设计、分析、算量、模拟、安装等,近年来,国家层面或行业层面已经发布了建筑工程在设计、施工等方面的实施标准,其他类型工程可参考编制符合自身行业特点的BIM实施标准,以保证标准之间的统一性。企业可在国家标准或行业标准的基础上细化,根据项目管理特点,编制现场实施的BIM标准。但编制过程中,应遵守上位标准的相关要求,避免标准冲突。否则,会造成混乱的局面,无法指导BIM应用。
在技术标准的数据格式和分类编码标准方面,我国相关部门也开始了研究,并取得一定成果。为对接国际标准IFC,国内从2007年开始,依据IFC等标准,陆续发布或研究国家或行业的数据存储标准。另一方面,中国铁路BIM联盟充分发挥我国高铁领域的优势,编制铁路工程IFC标准(IFC Rail),弥补了IFC标准在该领域的空白。该标准已提交至buildingSMART国际联盟进行认证,加强了我国在数据标准领域的国际话语权。但应该注意的是,IFC标准的核心架构体系是依据国外的,在国内落地仍存在先天不足的问题。鉴于此,以中国BIM发展联盟理事长黄强为核心的课题团队研究并提出具有国内自主知识产权的BIM数据标准,并已经通过相关BIM软件进行验证。课题团队已经完成装配式结构部分的标准编制,正在开展现浇混凝土结构、机电等部分的标准编制工作。通过研究符合我国工程特点的数据标准,可以加快国内BIM应用,实现弯道超车。
对于分类编码标准,我国在2017年发布国家标准《建筑信息模型分类和编码标准GB/T 51269-2017》,以期保证建筑工程信息在全生命周期应用中保持一致。在该标准的基础上,国内各行业或地方进行了研究和扩展,推动该标准在实际项目中的应用。然而,该标准主要参考北美OmniClass标准的分类方法和编码规则,与国内既有的分类编码体系仍存在许多不相符的地方,落地性有待考证。因此,如何保证该标准与我国既有分类编码标准的兼容性,是下一步需要重点研究解决的。
除了相关的标准,考虑到具体实施的指导性要求,还应该制定相配套的指导手册、指南等,便于实际工程灵活参考。通过标准和指导手册相结合,有利于形成一套符合我国工程特点的、可落地的标准体系。
>>>>4.2 BIM软件方案
研发符合国情,并具有国际核心竞争力的建筑应用软件,是我国建筑领域发展的重要战略方向。早在CAD技术时代,我国就开始筹划培育发展具有自主知识产权的CAD产品。从“八五”期间,国家科委等八个部委联合向国务院上报《关于大力协同开展我国“计算机辅助设计(CAD)应用工程”的报告》,到国家863计划“三维CAD平台与应用构件开发”。但CAD技术的研发相对缓慢,现阶段建筑市场的CAD应用主要由国外Autodesk软件垄断。到了BIM技术时代,尽管也面临着与CAD时代同样的困境——国外拥有ABD三大平台,但我们必须吸取CAD发展的经验,在BIM技术相关软件研发道路上走得更远,争取早日摆脱国外软件的垄断。
BIM软件方案体系并不是在既有的ABD平台上进行二次开发,而是打造国内完全自主知识产权的BIM软件。国内在结构分析、算量造价等专业功能领域上已经拥有了相应的软件产品,但建模软件、检查软件、加工软件等方面基本处于空白,尤其是建模软件。住建部2017年发布的《建筑业发展“十三五”规划》中明确:“加快推进建筑信息模型(BIM)技术在规划、工程勘察设计、施工和运营维护全过程的集成应用,支持基于具有自主知识产权三维图形平台的国产BIM软件的研发和推广使用。”工信部在2019年发布工业互联网创新发展工程项目,其中,BIM系统解决方案项目、BIM平台建设项目是专门针对自主知识产权BIM软件研发。政府鼓励并支持国产BIM软件发展,努力推动国产BIM软件的自主化、本地化、产业化,以期打破国外软件厂商的长期垄断。而BIM软件方案不是一家或某几家企业能够独立完成的,从数据结构、应用需求、规范要求、功能实现、用户交互,到推广应用,需要整个业界共同参与。
应该注意的是,近几年来,也有学者和专家提倡“数模分离”“数据驱动”等理念。数据是应用的核心,数据不依赖于具体模型或软件,各方根据应用需求提取和使用数据。该方案克服了软件依赖性的问题,聚焦在数据层面,与当前使用特定专业软件的做法有一定差异。软件应用的目的是完成各种业务,但各业务分析、管理的对象在本质上都是数据。因此,以“数据”为核心驱动建筑项目应用,可避免软件研发问题。当然,该方案仍存在数据结构标准、数据需求定义、数据提取处理、人员使用习惯等问题,需进一步研究。
>>>>4.3 BIM应用模式
BIM技术在方案比选、碰撞检查、进度模拟等应用上的作用是显著的,但各阶段、各应用之间的BIM模型是割裂的,必须形成一套打通全生命周期产业链的BIM应用模式,并符合我国建筑行业相关规范要求。该应用模式的打通可分为两层含义,一是关键应用的纵向打通,一是应用之间的横向打通。
1、BIM技术已经在三维可视化相关方面得到广泛应用,但关键技术应用的深度还远远不够,如上文提及的BIM模型出图、正向设计等。而正是这些关键技术尚未得到根本解决,阻碍了BIM技术在建筑行业的进一步推广。为深入开展具体的BIM应用,首先应充分研究该应用需求,根据需求创建模型并进行必要的计算分析或管理,然后交付成果。上述过程也是符合buildingSMART所提出的IDM标准(Information Delivery Manual,信息交付手册)。目前,针对各应用的IDM模板还很缺乏,导致不同参与方开展同一应用时,其BIM行为和交付成果各不相同,难以进行统一管理。而且各国应用需求不同,必须依据国内相关规范要求制定各应用的IDM模板。现阶段可首先针对关键应用研究IDM标准。
2、不同应用之间可能存在上下游的对接关系,如何打通应用之间的数据传递,避免重复建模或应用,是提高BIM价值的重要因素之一。例如,上文提及的设计、施工与运维之间的模型传递。为解决应用之间的横向打通问题,需充分研究下游应用需求,并将需求前置,反映在上游应用过程中,可促进上游成果有效地传递至下游。施工方将自身的施工模型应用需求,如工艺工法、施工组织等需求与设计方衔接,并反映在设计模型中,可大大降低施工方修改模型的工作量。BIM模型或成果不能有效传递至下游,导致各应用形成“孤岛”,降低了工程项目BIM应用的整体效益,必须建立起各应用有效的衔接机制。
>>>>4.4 BIM人才梯队
与CAD技术类似,BIM技术也将发展成为设计师或工程师必须掌握的技能之一,这也是正向设计得以开展的重要基础。这个时候是否不需要BIM技术的从业人员呢?答案是否定的。设计师或工程师一般使用BIM技术完成专业任务,而BIM技术从业人员需要解决专业任务中的技术难题,同时,需要研究如何提高专业任务的完成质量和效率。因此,针对这两类人员,需要培育不同的建筑工程人才。
对于设计师或工程师,应结合相关的专业要求,接受BIM理念,以及相应专业的BIM建模软件和分析软件等相关培训。例如结构工程师,首先应掌握基于BIM的协同设计理念,熟悉各专业提资要求,并学习培训如Tekla Structures、Revit Structure等结构建模软件和PKPM、YJK等结构分析软件。
对于BIM技术人才,需要培养层次合理的BIM人才梯队。随着建筑业数字化转型的趋势发展,企业的BIM人才团队将在科技创新方面发挥越来越重要的作用,可形成企业的核心竞争力。尤其是目前建筑行业仍存在很多技术问题和软件问题需要解决,非常需要培养一批技术研究型和软件研发型的综合人才。国内还没有针对BIM技术的学科专业,但很多高校或研究团队已经成立专门的BIM实验室或研究中心,如清华大学、上海交通大学、华中科技大学、重庆大学等,为建筑业培养了一批研究型BIM人才。但仅有这些还远远不够,还需要企业通过实际工程课题攻关培养具有实际经验的人才力量。针对当前BIM软件应用需求,需要培养既懂工程又懂IT的复合型人才,才能快速、高效地研发符合用户要求的软件系统。而对于目前大量存在的BIM建模师,随着设计师掌握相关BIM软件,其需求量将逐渐降低,可逐步向研究型、研发型或管理型方向转型,以充分发挥自身BIM技能的优势。
对于企业而言,已经不是思考是否使用BIM技术的问题,而是如何更深入、更高效地应用BIM技术,推动企业信息化发展。笔者所在的深圳深圳市政院从2012年开始应用BIM技术,于2014年正式成立BIM设计研究院,作为企业的一级生产部门,在多年的发展中,深圳市政院已组建了一支拥有设计、施工、管理、软件开发、无人机、动画等专业背景的团队,积累了丰富的BIM实践经验,致力于推动工程领域中BIM、GIS、云计算、大数据、人工智能等先进技术的深度融合,促进工程项目全过程的数字化、信息化和智慧化。
>>>>5.1 BIM标准体系
经过多年工程项目BIM应用的不断探索与实践,深圳市政院总结并编制了不同工程类型的BIM技术应用标准或指导手册,包括建筑工程、轨道交通、桥梁工程、综合管廊、道路工程、装配式建筑等。进一步,在充分研究不同工程特点的基础上,深圳市政院完成或正在研究特定工程的BIM标准体系,如轨道交通工程BIM技术标准体系(如图3所示)、市政交通BIM交付标准体系、市政工程BIM信息交换标准体系等,助推工程项目全方位BIM应用落地。BIM标准作为公司的重点工作,深圳市政院积极参与住建部、中国勘察设计协会、中国BIM发展联盟、中国科技产业化促进会、深圳市住建局、深圳市交委、深圳市勘察设计协会等标准或指南编制,贡献深圳市政院BIM智慧,为行业BIM应用提供参考。
针对上文所述的数据格式标准缺失问题,深圳市政院也开展了积极探索。在中国BIM发展联盟的指导下,公司投入大量人力物力积极参与黄强理事长及其课题团队的BIM数据标准研究和应用工作。该标准是我国自主创新研发的数据标准,是国内工程领域的首次尝试。深圳市政院践行先行先试的精神,以解决工程信息化核心的数据问题,促进数据互联互通。
>>>>5.2 软件自主研发
打造具有自主知识产权的BIM产品和平台是深圳市政院BIM技术的重要发展战略。围绕BIM技术的核心“信息”,公司积极推动工程成果数据化,深度挖掘数据资产价值。在通过前期与设计人员充分调研基础上,公司结合设计人员的应用需求,先后打造了一批基于BIM技术的信息化系统或平台,如地铁限界设计系统、构件库管理平台、工程勘察与测量管理系统等。同时,积极开展“BIM+新技术”的系统研发,深化BIM技术价值,提升项目应用品质,如无人机智慧交通平台(如图4所示)、市政大数据中心、资源云资源管理系统等。上述程序和平台均已在实际工程项目中得到应用,提高了项目质量和管理效率。
市政基础设施是城市发展的重要基础数据。深圳市政院积极响应深圳建设中国特色社会主义先行示范区的号召,大力推动城市建设与发展的BIM管理系统自主研发,以支撑智慧工程发展和智慧城市建设。研发的平台包括城市基础设施信息管理平台(如图5所示)、深圳地铁安保区地下管线与地质资料三维管理系统、深圳地铁保护区工程管控信息系统等。
>>>>5.3 关键技术探索
在多年的工程项目BIM应用实践中,深圳市政院积极推进BIM及信息化技术在工程行业全生命周期的研究与应用,重点探索BIM应用过程中关键问题的解决方案。除工程项目应用过程中的技术难题攻关,深圳市政院BIM院根据行业发展需求,自立多项创新课题研究解决关键技术问题。
例如,为推动深圳市四期新建线路的BIM应用工作,在深圳市地铁集团的指导下,公司大力开展深圳市城市轨道交通BIM总体管理与技术应用研究服务,并开展了多项BIM应用关键技术研究探索,目前已取得一定成果。
1、轨道交通工程正向设计:根据轨道交通工程各专业特点,研究探索各专业基于BIM技术的正向设计技术路线,并编制正向设计指导手册,在深圳地铁4个车站中进行试点应用(如图6所示)。
2、轨道交通多源异构数据融合:在充分分析地铁站点、区间、地质体、管线、场布、实景等模型数据的基础上,研究多源异构数据优化技术,解决了大型模型优化、加载效率提升、内存泄露减少等问题。现阶段,已经有79个车站的237个设计模型、44个场布模型,2个枢纽实景模型等数据在平台上线(如图7所示)。
图7 深圳地铁BIM+GIS可视化数据平台示意
3、轨道交通工程构件库:分析轨道交通各专业特点,建立BIM建模构件参数化模板,打造轨道交通工程设计、施工、产品三个维度的构件产品库。现阶段,已经有20多个专业的2600多个构件上传至构件库,可供设计、施工等参建单位快速建模。
除了上述技术难题攻关,BIM院也在开展BIM轻量化、BIM模型校验、道路工程和综合管廊的正向设计等关键技术研究。通过不断解决建筑工程项目BIM应用关键问题,提升企业BIM应用发展的核心竞争力,助力行业BIM技术的可持续发展。
>>>>5.4 BIM人才培养
为保证BIM技术发展的先进性和可持续性,深圳市政院成立了由BIM技术顾问提供指导的BIM技术专业人才梯队。
深圳市政院聘请了中国BIM发展联盟理事长黄强和国际建筑信息协会主席、澳大利亚国家建筑规范协会(NATSPEC)首席执行官Richard Choy分别为高级技术顾问和合作荣誉技术顾问,两位专家为公司的BIM应用发展提供了重要的咨询和指导。
深圳市政院BIM院组建了一支拥有工程技术、IT研发等背景的技术团队,下设BIM技术部、IT研发部、无人机应用部、视觉表现部、综合部五个部门。各部门通力协作,推进建筑项目全生命周期BIM技术应用,如BIM标准编制、BIM课题研究、平台研发、工程仿真、3D打印、VR应用、工程航拍等。通过实际工程项目应用和课题研究,积累了丰富经验,并锻炼了队伍。目前,该团队BIM专业人员近70人,其中,深圳市BIM专家4人,硕博士人才10名,拥有AOPA\ASFC驾驶执照飞手8名,GIS专业工程师5名,形成了机构完善、层次分明的BIM技术团队。
除专门的BIM技术服务团队,深圳市政院一直秉持“由设计师开展BIM正向设计”的理念,每年针对院内具有1~2年经验的设计师进行BIM培训。该类设计师对专业知识有一定理解,学习能力强,利于营造BIM技术的应用环境。到2019年已成功举办九期院内BIM培训,共800多人次,为行业培养了掌握BIM技术的设计人才。
>>>>5.5 多方协同发展
BIM技术应用贯穿于建筑工程全生命周期,需要建筑行业全产业链条上各家单位共同推动BIM技术发展,促进行业转型升级。由深圳市政院等单位联合发起成立了深圳市BIM产业创新发展促进会,并在2019年12月21日举行了成立大会。来自全国各工程建设领域百余家企业加入了该促进会,覆盖设计、施工、加工、运维、咨询等全方位企业。
深圳市政院作为首届会长单位,将联合各参与方,发挥深圳BIM创新促进会的协同优势,整合有关社会资源,加强产学研用技术交流与合作,为高质量建设中国特色社会主义先行示范区和粤港澳大湾区作出贡献。
本文以BIM技术应用的四个问题为切入点,针对相应对策进行了思考,探讨BIM技术在我国的落地问题,并结合笔者所在单位深圳市政院的BIM应用实践,诠释了解决四个问题的参考方案,以期推动国内BIM应用的深入、全面发展。
BIM技术在我国仍处于发展阶段,在建筑项目全生命周期应用过程中,除上述分析的标准、软件、应用和人才等问题,还存在其他问题,如BIM模型的产权问题、BIM交付成果的法律效应等,这些问题都是各参建方非常关注的,也是导致BIM技术难以在我国落地的重要因素。这些问题的解决需要我们各方,包括政府、设计、施工、业主、软件等,在应用BIM过程中逐步去完善。通过不断实践和探索工程项目BIM应用,共同营造我国良好的BIM生态圈,进而真正发挥BIM 技术给我国建筑行业带来的综合价值与社会效益,助推行业的信息化发展。
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侯铁,高级工程师,深圳市市政设计研究院有限公司BIM设计研究院院长,沈阳建筑大学给水排水专业毕业。工信部BIM战略规划师、人社部BIM高级建模师。中国科技产业化促进会标准化工作委员会专家委员、中国城市科学研究会建设互联网与BIM专业委员会委员、广东省工程勘察设计行业协会BIM专家、深圳市住房和建设局BIM专家、深圳市建筑工务署BIM专家、深圳市建筑信息模型产业创新发展促进会执行会长、深圳市勘察设计行业协会BIM分会理事、深圳市青年科技人才协会理事、深圳市建设科学技术委员会成员。从业二十多年主持及参与了百余项水厂、污水处理厂、规划编制、市政工程设计及工程项目BIM应用,主编、参编出版《智慧管廊全生命周期BIM应用指南》等专著9部,参编完成国家及地方团体标准7项。
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