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解读国内外建筑施工相关BIM标准

2020-01-15 10:03作者:马智亮浏览数:73

『前言』本文对BIM技术应用的背景及基础知识进行了概述,然后介绍了国内外BIM标准框架,介绍并分析了我国建筑工程施工BIM标准,便于各有关方面更好地把握和利用该标准。


发言视频

发言人:马智亮

清华大学土木工程系博士、教授、博士生导师


——本视频出自“第十五届工程建设行业信息化发展大会”


观点分享
1、引言
大约10年前,BIM应用开始受到我国行业主管部门重视。国家住房和城乡建设部在《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》中,将BIM技术列为重要的推广应用技术。
在其中,确定了“到2020年末,建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑施工企业应掌握何实现BIM技术与企业管理系统以及其他信息技术的集成一体化应用”以及“到2020年末,以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中,集成应用BIM的项目比率达到90%:以国有资金投资为主的大中型建筑;申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区”。
大约5年前,作为我国建筑施工行业信息化报告的专题报告,两部关于建筑施工BIM应用的行业发展报告,即,《BIM应用与发展》和《BIM深度应用与发展》于2014年和2015年分别发布,对我国建筑施工行业BIM技术应用进行了全面总结。
BIM技术的核心是BIM模型;BIM技术应用的核心是,在建筑工程的各阶段、各过程以及多参与方之间,充分利用BIM模型所提供的直观性、可计算性、可共享性以及可管理性。
BIM技术的关键要素包括:BIM模式、BIM软件和BIM标准;其中,BIM模式对应于应用点,即表明应用的阶段、过程以及参与方,BIM软件和BIM标准用于支撑BIM模式的实现。

BIM技术的关键要素

迄今为止,关于BIM模式和BIM软件,应用人员已经有较多的了解,特别是,在上述关于BIM的行业发展专题报告中有较多的介绍,但关于BIM标准,一般而言,大家的了解还十分有限。
为此,这里专门针对建筑施工相关BIM标准进行解读。
首先,作为基础,介绍国内外BIM标准框架,以便读者在其中找到建筑施工相关BIM标准的位置;
然后,专门介绍笔者参编的我国关于建筑施工阶段BIM应用的国家标准;
最后进行总结。
2、国内外BIM标准框架
BIM标准的起源可以追溯到1995年,当时美国Autodesk公司组织12家企业,成立一个封闭联盟,探讨软件间的互操作性—信息共享问题。不久,他们意识到,有必要通过一个开放的联盟来解决信息共享问题。
于是,1996年,他们宣告成立IAI(IndustryAlliance for Interoperability),该开放性组织于1997年1月发布了第一个BIM标准——IFC(Industry Foundation Classes)的1.0版本,用于支持BIM数据交换。之后,该组织不断开展相关工作。该组织2008年更名为buildingSMART International。
2013年,IFC标准被接纳为ISO(InternationalStandardization Organization)标准,标志着一个具有权威性的国际BIM数据交换标准的出现。
IFC标准支持不同BIM软件之间基于计算机自动化处理的数据交换。例如:

建筑师使用基于BIM的建筑设计软件进行设计,然后以IFC数据文件的形式将结果保存在计算机中;

结构工程师进行结构设计时,在他使用的基于BIM的结构设计软件中,可以导入建筑师的IFC数据文件并从中自动读取建筑设计数据,在结构设计中应用或参考。
在这个过程中,不需要人工介入进行数据的识别和解读,即,可以实现基于计算机自动化处理的数据交换。
从本质上讲,IFC标准是一个基于三维建筑模型、支持建筑工程多阶段、多参与方、多专业人员之间进行数据共享应用的数据交换标准。
buildingSMARTInternational还提出了BIM标准框架,包括:过程标准IDM(Information Delivery Manual)、数据交换标准IFC、数据词典IFD(International Framework for Dictionaries)以及模型定义视图MVD(Model View Definition)
三者之间的关系是,IDM用于规定建筑工程中需要进行BIM数据交换的阶段、过程、参与方及需要交换的数据内容;
IFC用于规定BIM数据的格式;IFD用于对BIM数据中非数值型数据的编码表示,使之便于计算机自动化处理;
MVD用于规定一定的IDM过程中需要用到的BIM数据格式,它是IFC标准的子集,使IFC标准便于应用。
目前,在国际上,除IFC标准已经建立并成为ISO标准外,IFD也已经建立,同时,世界上不少组织,包括buildingSMART International,已经建立了自己特有的、为数不同的IDM和MVD。例如,buildingSMART International建立的IDM和MVD各有5个。
BIM标准的应用需要落实到国家的层面。因为,国际化标准虽然可以用于国际合作,但若在任何国家范围内使用,都很难拿过来就用。
关于国家BIM标准,走到最前面的是美国国家BIM标准。它由美国国家建筑科学研究院发布,采用了buildingSMART International提出的BIM标准框架,至今已经有3个版本,分别于2007年、2012年和2015年,最新的版本为3.0。
最新的美国国家BIM标准包含7个参考标准、7个信息共享标准以及7个应用指南。
其中,IFC标准被包含在参考标准中,相当于IFD的美国建设工程分类编码标准omniClass也被包含在参考标准中;7个信息共享标准实质上就是MVD标准;而IDM被包含在7个应用指南中。
美国国家BIM标准的最大特色是:包含多类、多个标准,这些标准之间形成有机联系,能够支持基于计算机自动化处理的数据交换。另外,英国、新加坡、韩国、芬兰等也已推出了国家BIM标准。
由于政府主管部门的重视,我国BIM标准的编制工作也取得了一定的成绩。国家BIM标准于2012年立项,开始编制,共包含6个标准,即:
除《建筑工程信息模型存储标准》目前处于报批状态外,其他5个标准均已正式发布。
另外,一些地方,也编制并发布了一些BIM标准,例如:

北京市于2014年9月发布的《民用建筑信息模型设计标准》,

上海市于2015年6月发布的《上海市建筑信息模型技术应用指南(2015版)》,

深圳市于2015年5月发布的《深圳市建筑工务署政府公共工程BIM实施纲要》和《深圳市建筑工务署BIM实施管理标准》,

以及浙江省于2016年4月发布的《浙江省建筑信息模型(BIM)应用导则》。
总体而言,地方标准是对国家标准的细化。
与发达国家的BIM标准相比,我国BIM标准存在发布滞后、水平落后、各标准基本上各自为政的问题。
特别是,我国的BIM标准的框架未能像buildSMART International提出的BIM标准框架一样,反映信息技术应用需求;但是,其中有的标准更加实用,例如《建筑工程施工信息模型应用标准》。

因为在我国有很多建设工程项目,其中不少项目,特别是大型工程项目中已经应用了BIM技术,可以说我们已经取得了BIM应用的宝贵经验,如果能够重视从应用中总结经验教训,对已发布的我国BIM标准进行持续改进,我们完全有潜力迎头赶上。

3、我国建筑工程施工BIM标准
上述《建筑工程施工信息模型应用标准》由中国建筑总公司牵头编制,笔者是该标准编制的核心专家之一。
在编制该标准时,首先参考国外相关标准,形成编写大纲;然后发动参编单位撰写素材并予以指导;在此基础上,几位核心专家分工亲自执笔形成了标准的初稿;之后经历多轮讨论和征求意见,对标准稿进行了改进。
需要说明的是,参编单位绝大多数是BIM研究或应用工作做得非常好的单位。因此,可以说,该标准是我国建筑工程施工BIM研究及应用智慧的结晶。
该标准共包含12章,分别是:总则、术语、基本规定、施工模型、深化设计、施工模拟、预制加工、进度管理、预算与成本管理、质量与安全管理、施工建立、竣工验收。

该规范包含的建筑工程施工BIM应用点
其中,第1章至第3章是工程建设标准常见组成部分;第4章是关于BIM模型建立的标准;第5章开始直至第12章,分别描述了建筑施工主要过程中的BIM模式,即BIM应用点。

深化设计对应的应用点包括:现浇混凝土结构深化设计、装配式混凝土结构深化设计、钢结构深化设计、机电深化设计;

施工模拟对应的应用点包括:施工组织模拟、施工工艺模拟;

预制加工对应的应用点包括:混凝土预制构件生产、钢结构构件加工、机电产品加工;

进度管理对应的应用点包括:进度计划编制、进度控制;

预算与成本管理对应的应用点包括:施工图预算、成本管理;

质量与安全管理对应的应用点包括:质量管理、安全管理;

施工监理对应的应用点包括:监理控制、监理管理;

竣工验收对应的应用点包括:竣工预验收、竣工验收。
该标准具有如下特点:

(1)全面覆盖了建筑工程施工全过程、全专业的BIM应用。包含了从深化设计到竣工验收施工阶段各过程,从技术到管理的各主要方面,以及从现浇混凝土结构施工到机电安装的各主要专业工程。

(2)全面涵盖了建筑工程施工BIM技术应用点。作为该标准中表述的BIM模式,共包含了19个应用点,比国外标准中包含的应用点更多、更细。

例如,在美国国家BIM标准中,涉及施工阶段,只包含了8个应用点,即:基于三维模型的协调、场地利用计划、深化设计、数字装配、基于三维模型的控制和计划。

该标准的主要用途包括:
(1)委托单位和被委托单位进行约定的基础。在BIM应用工作委托给第三方来做的情形下,利用该标准,可以简化关于委托内容的描述,并提高描述的准确性。

例如,直接指定应用点,按照该标准来执行就可以了,不再需要展开描述。

(2)成为多参与方以及相关人员间对BIM应用的共同语言。即使针对施工阶段,BIM应用涉及到总包单位、分包单位、BIM咨询单位等,有了该标准,相关人员在进行BIM应用沟通时,就有了共同语言,可以提高沟通效率。

(3)成为应用人员把握建筑工程施工中BIM的应用、开展具体BIM应用的指南。因为该标准凝聚了行业智慧,具有全面、准确、科学等特点。例如,其中包含的应用点不是说说而已,而是反映它们具有应用意义、有软件支持或即将得到软件支持。

BIM应用人员不仅可以把它作为一个规范依据,而且可以把它作为一本简化版的教科书。

(4)软件开发商开发应用软件的指南。本标准不仅以流程图的形式提供了典型的应用流程,还规定了信息模型内容的增加,并指出了相应软件应具有的功能。这可以引导相关软件开发商开发或改进相应的BIM软件,更好地满足BIM应用需求。

与国外同类标准相比,该标准内容更加细致全面,更加丰富,而且在应用点上具有领先地位,体现出“后来者居上”的优势。
但是,它的局限性也是明显的,即,总体来讲,它是定性的,更多地是起指南的作用,不能完全实现基于计算机自动化处理的BIM数据共享,因为缺乏与基础性标准(包括数据交换标准(IFC、MVD)、数据辞典标准(IFD))的联动。
另外,该标准中的少数应用点还缺乏成熟软件支持。

“施工组织模拟”应用点的典型表述模式:对软件的需求

4、结语

本文对BIM技术应用的背景及基础知识进行了概述,然后介绍了国内外BIM标准框架,介绍并分析了我国建筑工程施工BIM标准,便于各有关方面更好地把握和利用该标准。


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