施工阶段BIM应用“标准”探索

2014-08-08卞若宁

土木建筑工程信息技术 2014年3期

卞若宁

(上海建工集团股份有限公司，上海200080)

1 引言

BIM已成为工程建设行业最前沿的理念和技术。事实证明，对于复杂工程，BIM的介入确能有效地满足日趋复杂的工程深化设计和设计综合需求，改变设计和施工的工作效率，优化各方成本投入，提高经济利益。现在已不是争论BIM是否有用，而是各方面努力如何更好地使用BIM，提升项目和企业甚至产业链的效益。在这样的大背景之下，BIM标准的缺失已经成为制约BIM发展的主要因素之一。俗话说:“没有规矩，不成方圆”，工程建设行业最怕的就是标准的缺失。所谓标准，是为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并有公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件[1]。创意性工作当然需要各抒己见地自由发挥，项目的具体实施阶段则需要诸多项目参建方必须按照统一的规则，即标准做事。相对于传统工程建设行业已体系化的标准大军，BIM因为是新兴事物，行业数据协议标准尚在襁褓[2]，各级标准仍未确定，对此问题马智亮[3](2010)和何清华[4](2012)等均已指出。而随着行业内特别是大型项目对BIM应用需求的急剧增加，迫切需要解决项目层面上对类似于专业规范的BIM应用标准的需求，以确保项目BIM合同的顺利有效履行，进而全面发挥BIM的威力，为项目增值。

远观国外，欧洲、美国、新加坡等国家和地区都颁布了自己的BIM标准，作为BIM在工程中应用的重要参考。但是，一方面这些现行的各种BIM标准主要集中在项目设计阶段[5]，另一方面，工程发包和实施的样式在不同地区也各不相同，因此这些标准对国内工程的适用性还有待研究。本文依托某重大工程BIM实施过程，浅析项目BIM实施者对项目BIM应用标准的需求和认识。本文所论述的项目BIM应用“标准”显而易见只并不是真正的BIM规范性技术文件，实为项目BIM应用“规则”。称为“标准”并不是作者井底之蛙似地哗众取宠，只是想表达工程一线BIM实施单位和人员在施工实践中为获得BIM实施的最佳秩序，对国家层面尽快制定BIM标准的渴求和期盼。

2 工程BIM应用背景

某重大工程建造伊始曾为国内最高建筑物，且建筑复杂、结构异形、系统繁多，涵盖土建、钢结构、幕墙、机电系统、装饰、电梯等多种专业。业主与总承包单位签订了国内史无前例的重大工程全面应用BIM的合同，对BIM为工程的增值有着特殊的期许。总承包单位本着对工程负责，突破传统，提高创新的决心，投入充分的人力物力开展BIM应用。但国内工程边设计边施工的通病、工程的复杂性、工期的紧张等因素使得BIM应用面对着严峻的考验。且诸多专业分别使用各类专业软件进行专业系统设计与建模，必然涉及到数据系统的兼容性，给总包的整合和BIM应用带来极大的困难。面对种种难题和成熟案例的匮乏，总承包参考传统工程技术、质量、安全等条线的实施经验，确定了必须制定一份符合项目特点的BIM实施规则的重要决定。事实证明，一份有效的“标准”决定了整个施工阶段BIM应用的成败。

3 BIM应用标准建立原则

项目BIM应用标准的原则应该是确保BIM实施和实施过程的规范化和制度化。我们参考已有的对BIM设计阶段[6]和专业应用阶段工作流程的研究[7]，并重点依据制造业的特点将项目BIM应用工作的内容和流程切割细分，再尽可能地优化工作流程设计，使BIM应用中的每一个环节都尽量无缝贴合，所有模型、信息都可以被快速检索，且过程不依赖于人员，形成了一种接近制造业流水线化的工作模式，如图1。这样可以解决当前项目BIM实施常遇到的两个问题:

图1 项目BIM工作流程示例

3.1 工作效率

每一次BIM应用都需要由一项一项细小的，甚至是琐碎的工作行为累计而成，例如:模型精度确定、模型传送、模型分类、模型整合、数据查找、数据附着、撰写报告等等。每一项具体的工作都需要占用时间，如果不能把这些琐碎的工作耗时压缩到可接受的范围，那么每一次BIM应用所需的周期就将很长，工作效率必然不高。

3.2 人员更替

BIM虽已日益成为高等学校教学及应用关注的焦点[8]，必将培养出大量专业人才。但现阶段市场对具有BIM专长人员的旺盛需求使BIM人才流动成为必然。BIM应用过程中，硬件设备和软件系统毕竟只是工具，人员才是更重要的基础资源。比如，熟练工与新手使用的工具往往没有什么区别，但是工作的成果却会有很大的区别。而老手的离开和新人的进入，势必会造成工作效率的降低，所以通过制度化和规范化的职责和流程界定，尽快让新人清楚工作要求和进入工作状态就显得至关重要。

4 BIM应用标准架构

该工程施工阶段BIM应用标准主要明确了以下四项内容:

4.1 工作责权与体系架构

这是流水线化管理的第一步，责权明确，则可做到各司其职。其中专业分包在整个BIM运作体系中主要充当内容供应的角色，即提供模型与数据;而工程总包就需要承担分配任务、数据中转和汇总等协调工作。

在整个BIM运作体系中，所有的专业分包单位都有可能需要相互调用相关专业的模型或数据，就可能产生如图2的关系模式，每一个专业必须与多个相关专业沟通。对于本身已经承担建模、修改、数据处理等基础工作的团队来说，不断地与不同团队协调沟通将牵扯大量精力，必将影响他们职责内的工作效率。

图2 项目BIM工作关系

图3 项目BIM工作星形拓扑关系

依据实际工作的经验，BIM应用过程中约有85%以上的人员和70%以上的时间被投入到模型制作和信息添加这类基础工作中去。如果能够提升基础工作的效率，必然会对整个BIM应用带来好的效果。相对来说，采用如图3所示星形的拓扑关系就能够有效地提升整个体系的工作效率。每个专业分包只对总包负责，而总包则需向分包提供符合要求的模型和数据。被简化的组织体系可以节省专业分包BIM团队在交流上的时间和人力，从而把主要精力投入到基础模型和数据的架构上。

4.2 软件链与数据兼容

虽然说在BIM应用中，人是决定成败的最大因素，但是选择合适的工具组合(也就是“软件链”)也可以促成事半功倍的效果。该工程实施过程中，选择了Autodesk Revit作为土建、管线综合等专业的建模软件;选择了Rhino 3D作为幕墙专业的建模软件;选择了Tekla作为钢结构专业的建模软件。模型文档、输出格式和坐标体系都逐一规定，保证在模型整合时不存在任何兼容性问题。数据传递路径如图4所示，自左至右四列分别为软件名称、文档格式、输出格式和整合平台。

图4 项目BIM数据传递途径

确定软件链和数据格式的工作应该在工程早期策划时完成，并且把这种策划明确地记录在项目BIM应用标准中，这样才能保证到应用阶段不会因为选择的不谨慎而导致工作效率下降，甚至是数据传递中断。

4.3 文件交换

在BIM应用过程中，基本都会搭建基于互联网的资讯交互平台，用于储存模型、交换文档和互通信息。但是随着工程推进，数据资料会呈现几何级数的增长，于是文件快速检索和模型内构件的快速检索就显得尤其重要。

要确保检索的高效，最通用也是最有效的方式就是规范文件命名和构件编号。在该工程标准中详细定义了文件和文件夹的命名规则，实施效果如图5所示。

图5 项目BIM文件命名示例

与此同时，在模型内部的编号和颜色定义也有相应的规定。

所有需要使用模型或查阅信息的人员，只需要根据标准中说明的规则，就可以快速得到自己所需要的内容，文件交换的效率就可以保持在一个较高的水平。

4.4 工程应用实践

为了提高工作效率，标准中如上述三点的系统性的规定必不可少，而针对具体工作行为的规定也可以提供很大的帮助。

图6 项目BIM模型定义

以最常见的碰撞分析为例，通常在被用来测评软件性能的案例中，都会列举出上千次碰撞结果，然后逐一解决。但是在超100层的该工程BIM应用初期，每一层的碰撞次数都可能破千。对于这样一个规模，“逐一列举、逐一解决”就几乎是“不可能完成的任务”。所以就需要设计一套“检测——归纳——报告——反馈——复检”的程序，提升“理解——寻找——修改”这个过程的效率。不然，BIM团队的精力就可能被完全消耗在这漫长的碰撞分析过程中。

通过在标准中设置这种“最佳实践”的程序，使得该项目每个功能分区的碰撞检测从初期四周完成一次，到后期两周完成一次;施工计划模拟从两月完成一次到三周完成一次。