(1)工程总承包模式对承包商应用BIM的意义
“工程总承包”具有中国语境意义,工程总承包一般采用设计—采购—施工总承包或者设计—施工总承包模式,也可根据项目特点和实际需要采用其他工程总承包模式。工程总承包组织模式预设了设计和施工的双重责任。在施工范围、总预算和总进度都确定下来后,它们就对几乎所有与项目有关的问题承担单方面责任。工程总承包模式降低了业主的风险,因为它消除了出现问题时设计方和施工方的责任纷争。BIM技术在工程总承包公司中的使用是具有优势的,因为它会使在项目早期整合项目团队成为可能,可以专业化建模,并将模型与所有团队成员分享。然而,如果工程总承包公司按传统方式组建,使用二维或三维CAD设计工具的设计师在设计完成后仅仅将图纸和其他相关文件交接给施工组的话,BIM的重要优势就无法体现了。在这种情况下,因为建筑模型必须在设计完成后才能创建,就失去了大部分BIM技术所能带给项目的价值。虽然它依旧可以带来一些价值(详见以下讨论),但是它忽略了BIM所能带给施工管理团队的一个主要价值,那就是它可以整合设计和施工达到真正一体化的能力。这种整合的缺失正是许多项目的致命弱点。
(2)承包商希望从BIM中得到的信息
工程项目的成功建设依赖于项目参与各方的交流和协作。通过应用BIM,承包商可以从设计单位那里得到BIM模型用于成本核算、沟通协调、施工计划、构件预制、采购以及其他的施工活动。
BIM利用三维可视化的模型及庞大的数据库对工程施工的协同管理提供技术支持。在施工企业内部的组织协调管理工作中,通过BIM模型统计出来的工程量合理安排人员和物资,做到人尽其用,物尽其用。在施工企业对外的组织协调工作中,通过采用BIM的可视化模型为各方协同工作创造条件,通过以协调会议的方式讨论现场可能出现的交叉情况,项目参与各方通过BIM的可视化模型进行信息交流,在一个协同工作的环境中,帮助项目参与各方统一建设目标,并对施工过程达成共识。
①基于BIM的现场整合应用,主要包括现场指导、现场校验和现场跟踪等几个方面。
a.现场指导:以BIM模型和3D施工图代替传统二维图纸指导现场施工,避免现场人员由于图纸误读引起施工出错。
b.现场校验:无论采取何种措施,现场出错的问题将永远存在,因此,如果能够尽早在错误刚刚发生的时候发现并改正,对施工现场也具有非常大的意义和价值。
c.现场跟踪:利用激光扫描、GPS、移动通讯、RFID和互联网等技术与项目的BIM模型进行整合,指导、记录、跟踪、分析作业现场的各类活动,除了保证施工期间不产生重大失误以外,同时也为项目运营维护准备了准确、直观的BIM数据库。
把BIM模型和施工或运营管理现场的需求整合起来,再结合互联网、移动通讯、RFID等技术,形成BIM对现场活动的最大支持。
②基于BIM的造价管理。造价是工程建设项目管理的核心指标之一,造价管理依托于两个基本工作,工程量统计(QTO-Quantity Takeoff)和成本预算(Cost Estimation)。在BIM应用领域,造价管理又被称之为BIM的5D应用。利用BIM为所有项目参与方提供了一个大家都可以利用的工程项目公共信息数据库,各个参与方可以从项目BIM模型中得到构件和部件信息,完成一系列各自负责的任务。例如,进度计划、精确采购计算、工程量统计、成本估算、多工程汇总分析、多算对比等。
基于BIM技术施工管理系统平台,将所有关联工程信息数据组织、存储起来,形成一个多维度结构化的工程数据库,BIM数据管理系统平台服务器具有强大的计算能力,系统客户端可以通过互联网访问服务器,对模型数据进行任意条件的瞬时统计分析、海量工程数据快速搜索等,基于BIM的5D工程造价过程管控、实现三算对比、精确采购、限额领料和精确的资源计划等,为工程决策提供数据支持。
③基于BIM的数据库化的施工文档管理。管理系统集成对文件的搜索、浏览、定位功能,所有操作在基于四维可视化的界面中进行,文档内容包括:勘察报告、设计图纸、设计变更;会议记录、施工进度、质量、安全照片、签证及技术核定单;设备相关信息、各种施工安装记录;其他建筑技术和造价资料相关信息等。(www.xing528.com)
通过及时准确的数据获取速度提高施工过程中审批、流转的速度,提高工作效率。无论是资料员、采购员、预算员、材料员、技术员等工程管理人员,还是企业级的管理人员都能通过信息化的智能终端和BIM协同管理平台后台数据联通,保证各种信息数据及时准确的调用、查阅、核对。终极目标实现无纸化施工档案交付。
现在的BIM工具还无法提供上述所有信息,大部分的BIM软件只能提供前两种信息。承包商需要注意的是从设计方得到的BIM模型无法包含所有施工所需的信息,有些信息需要施工方根据工作需要自己添加到模型中去。例如,有关设施应用方面的分析数据,包括梁板的荷载、空调的制冷与制热的最大功率等,这些都是构件预制和空调管线承包商所需要的。构件的部分信息可以用来跟踪构件的设计和施工状态,此外,如果施工方的工作范围包括了为业主运营提供服务,那么BIM模型还需要和业主的资产管理系统连接起来。
需要指出的是:设计和施工模型共享是BIM应用的理想方式,但在BIM应用初期实际项目中确实存在设计阶段没有应用BIM,或设计模型主要用于表达设计意图而没有考虑施工应用需求的情况,这时需要根据施工图等已有工程文件创建施工模型。在描述典型BIM应用中,都考虑了承接上游模型和重新创建这两种情况[6]。
(3)BIM协同与精益建造[7]
精益建造是指将丰田生产系统(Toyota Production System,TPS)的根本思想及原则应用到建筑业并加以改进。在TPS中,关注点是减少浪费、增加价值、顾客满意和持续改进。大多数TPS的原则和工具同样适用于建筑业,但精益建造还有一些有别于TPS的原则。当使用精益建造时,可以通过循序渐进的步骤改进优化流程并减少浪费来使得客户的利益最大化。正常情况下,把制造业的理论与工具运用于建筑业需要进行重大的改变。改变发生在实践和理论上,同时在建设过程中也在不断地探索如何运用制造业的方法,由Koskela(1992,2000)提出的“转换流程和价值”(TFV)理论就是很好的代表。
Chuck Eastman在《BIMHandbook》中提出,BIM为建筑业业务能力的提高和项目团队中角色及关系的改变提供了平台;如果恰当地使用BIM,BIM将有利于完善设计与施工一体化进程,从而能够减少成本、缩短周期并提高项目质量。从这点来看,BIM可以为精益建造所期望的一些结果提供基础支持,精益建造与BIM之间具备强大的协同能力,这使得BIM可以更好地执行精益建造的准则,同时很大程度上也方便了其他精益原则的履行。当使用图纸方式创建、管理及交流信息时,浪费也就不可避免地产生,因此,如设计文档间的信息不一致、大批量设计信息的流通限制以及获取设计信息所需周期较长等问题随之出现。BIM在减少浪费上已经取得了很大效果,但是BIM可以做得更多。例如,可以改善建筑活动中很多工作人员的工作流程,即便这些工作人员没有直接运用BIM。
为了研究BIM与精益建造之间的关系,Sacks等人(2010)列出了24项精益建造准则和18项BIM功能,确认56项相互作用关系,其中的52项相互作用是正向的。其中第一个重要的协同效应就是使用BIM减少了变更。可视化形式、评估功能、设计备选方案的快速生成、信息的维护与设计模型的整合(包括单一信息源和碰撞检查)以及自动生成报告,BIM的这些功能保证了信息的一致性与可靠性,极大地减少返工浪费与信息等待时间。这影响着设计团队中的所有成员,同时更为明显地带来了直观经济效益。
第二个协同效应是指BIM可以减少周转周期。在所有的生产系统中减少产品从进入系统到完成的时间都是一个重要的目标。这会帮助降低生产流程中的工作量,降低累积库存,同时以最低的代价来缓解突发事件带来的损失。美国萨特医疗中心(Sutter Medical Center)工程中项目团队利用BIM把造价预算周期从几个月变成了仅仅两三周的时间,这是促使目标成本顺利实现的关键一步。BIM用于自动生成建设任务、建设过程模拟及进度计划的四维可视化展现可以突显过程冲突,同时缩短建设工程周期。
第三个协同效应是BIM可以使得建造产品及其建造过程可视化。例如,芬兰克鲁塞尔大桥(Crusell Bridge)展示了由承包商维护的,与设计师、钢结构生产商的模型同步的模型,为钢筋安装者和其他人提供详细的产品视图来提升生产力;同时与四维动画一起在“末端计划系统”之前或期间使用以支持更好的过程计划设计。当BIM系统与供应链伙伴的数据库整合时,可以提供更强大的信号交流机制,提醒拉动生产、物资流通以及抽取产品设计信息。上述方法在装配式建筑工程中极具代表性,大量预制混凝土构件在制造、运输、安装过程中被实时追踪,同时状态信息也通过不同的颜色在建设模型有效地呈现出来。
最后,在设计阶段有效使用BIM模型能支持一系列的精益准则在模型中运用,客户可以更好地理解设计意图,设计师也能更好地进行性能分析。需求捕捉及信息流传递的过程得到很好的改善。绘图周期大量缩短意味着设计师可以花更长的时间进行概念设计,也推迟了最终进行决策的时间,这使得设计师可以对设计的更改进行更全面的分析,建筑预制构件的制作及安装运用得越来越多,这也证明了上述BIM对预制构件精益建造准则的呼应。预制构件更能确保建筑质量以及缩短建造的过程,减少了生产及安装的时间。同时支持多种追踪技术的运用,使得整个过程可视化。这方面的详细讨论见第10章的10.3节。
考虑到这些协同作业,美国建筑师学会(AIA)在综合项目交付(IPD)的文件也就不难理解了,该文件的实质也就是精益建造的方法,“虽然不使用建筑信息模型也可以达到IPD的能力,但这是一种可以更为有效地实现IPD所要求的协同。”
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
