浅析建筑与电子信息技术的现代融合与应用

秦 冰

一、背景说明

电子信息技术与建筑业，过去在很多人眼里是风马牛不相及的两个行业。但是随着时代的发展和科技的进步，以及政府大力地推广两化融合，这两个行业奇妙地结合在了一起。

在人类的历史上，有很多汇聚着人类智慧的建筑，例如中国的长城、埃及的金字塔、古罗马的竞技场、意大利的比萨斜塔、德国的科隆大教堂、土耳其的伊斯坦布尔圣索非亚大教堂等等，随着人类社会的发展、科学的进步，建筑业从纸质的设计图逐渐发展为无纸化的电子设计图；而且随着人工智能、大数据的盛行，BIM技术也逐渐走上建筑业的舞台。BIM，就是一种基于三维模型的智能化流程，BIM是Building Information Modeling建筑信息模型，其一词由耶鲁大学建筑系教授、美国欧特克公司的Phil Bernstein先生提出，后由另一位学者Jerry Laiserin将其一词推广成为建筑项目以数字化方式展示其建造时期各阶段的代名词。目前已经在全球范围内得到建筑行业的广泛认可。人们开始运用这种技术进行建筑的全生命周期的演示，用三维的立体模型展示，形象更加真实、立体，可以模拟在真实世界中不能进行操作的项目。将所有的资料信息化，可视化为项目的前期规划、设计、协调，模拟提供有效的决策依据，为项目的良性发展保驾护航。

二、BIM的特性

BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术为这个模型建立完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。与传统碎片化的设计不同，BIM把所有建筑设计者、工程师、营造厂商、业主及所有参与本工程项目的所有人员的信息统一汇总，并进行整合，从而在最快的时间内给出最优方案。BIM也可以把设计方案具体化、可视化，更加直观地体现设计方案的有效性和合理性，有效地识别和避免施工过程中的风险；也能够具体地掌握施工的成本及造价，更好地进行成本控制工作(图1)。

图1 BIM的特性

BIM是一个概念，将建筑物从设计至交付使用的全生命周期的信息整合在一个软件平台上。有别于传统的2D平面绘图的概念及工作流程，BIM改变了传统建筑业的通常行为模式，增进团队之间的协同作业，更纳入各领域的信息并进行整合。在很多欧美及发达国家，BIM的发展日益迅猛。住宅建筑缺口大，土地资源日益紧缺，建筑业的专业人员流失严重，劳动力紧缺已成为全球态势，从而造成建筑业成本日渐提高。在人力资源不够的情况下，依靠工具和机器就成为唯一的一种出路。

三、BIM在建筑业的优势

建筑的整个生命周期分为规划、设计、施工、管理、交付五个方面。一栋建筑物的建成除了以上五个方面，还有消防、安全、水电、布线等等，因此，需要筹划和布局的事项非常多；而且工程人员数量非常庞大，还要考虑人与人之间传递消息以及交接的问题。况且在传统的建筑行业，所有的设计都是以图纸形式进行传达，每个施工人员接触的环节、知识层面的深浅，都对图纸的识别和理解有一定程度的差异；并且因为平面图的数据和信息，造成很多施工人员都是依靠经验来施工。不是专业的人员非常难理解设计师的用意和真实想法。不同的人、不同的团队具有不同的理解方式。经常不同的建筑部分是由不同的团队来完成，互相之间缺乏沟通和信息的互通，这中间存在很大的隐患，经常会造成返工和额外的工作量。

在这样的前提下，使用BIM软件进行协调服务以及各个项目的优先排序，可以在很大程度上减少因为人为原因造成的错漏和疏忽，实现有效的信息互通。项目可视化的三维模型，可以很轻松的计算材料的数量和安排工程的进度，不同于以往用人力来估算材料数量。不仅工作进度可以准确安排，某一方修改项目模型或是变更其他相关的图面也可以实时的自动更新，进而达到减少工程成本提升工程质量的目的。BIM技术的本质就是对于数据的深层挖掘和使用，可以更好得整合资源。在建筑的施工管理中，为了严格管控各个环节，将工期和进度加入到3D建模中准确的分析和量化，从而可以更加有效地进行施工管理工作和风险的预测；同时可以对于分管、分包的各个环节的施工人员进行管理和调配，制定更加科学的计划，有效地调节内部以及外部的矛盾和冲突，使整个施工过程更加得科学有效。另外，BIM技术还能发现潜在的危险，通过可视化技术可以避免施工中可能存在的危险，更好的保护工人的安全，保障生产安全。由于BIM技术可以最大限度地提高建筑质量，缩短工期，从而减低生产成本，这种新技术开始逐渐在各行业内普及。

四、BIM在建筑方面的应用

巴黎圣母院和埃菲尔铁塔是很多人心目中最能代表巴黎的标志性建筑。巴黎圣母院这座塞纳河畔的辉煌建筑，建于1160年，花了整整一百年时间，才在1260年完工，距今七百多年。法国电视主持人在新闻报道中惋惜地说，预计巴黎圣母院重修至少需要8～10年时间，在此期间不会对外开放。也就是说今后的十年，再去巴黎将无缘瞻仰这座人类历史的瑰宝。幸运的是2015年，艺术史学家Andrew Tallon曾利用激光扫描仪对整个巴黎圣母院进行了扫描。这一次精准的激光扫描耗时数年，扫描点囊括了大教堂内外的50多个地点，对圣母院内的每一个细节都进行了多次扫描、数据反传，最终收集了超过10亿个数据点。尽管现实中的巴黎圣母院部分被烧毁，但是在数字模拟下，人们依旧可以一窥圣母院的原貌。在不久的将来，运用BIM技术去修复巴黎圣母院将不会是难事。也许将来利用BIM技术，我们可以修复更多早已消亡在历史长河中的人类瑰宝。

在现代的建筑业中，我国政府已经开始着手大力推广BIM技术，同时出台了很多政策和利好消息来支撑这一产业。

在上海，屹立于东方威尼斯的128层的摩天大楼——上海中心大厦，造价24亿美元，以632米119层的高度傲然屹立在陆家嘴金融中心，是中国目前的第一高楼,是美国建筑设计事务所Gensler以BIM技术设计建造的。整个工程的核心设计团队只有三个人，耗费了五年三个月的时间完成，比传统建筑的工期缩短了30%。在北京，北京凤凰传媒中心位于北京朝阳公园西南角，占地面积1.8公顷，总建筑面积6.5万平方米，建筑高度55米。该建筑同样也是利用BIM技术对外壳和实体功能空间进行量体裁衣，精确地吻合彼此的空间关系。该设计方案多次在国内外获得建筑大奖。上海迪士尼乐园是中国内地首座迪士尼主题乐园。在建设中，过半的建筑都采用了BIM技术，这大大提高了建造速度，完美地呈现了实景的梦幻乐园。深圳当代艺术馆及规划展览馆（MOCAPE），这个深圳新地标利用BIM技术完成了建筑建造，是深圳市“十二五”（2011～2015）规划的60个标志性重大建设项目之一。虎门二桥工程是广东省高速公路网规划中连接广州市和东莞市的重要东西向通道，利用BIM技术把现实的虎门二桥用数字化形式展现出来。在虚拟数字建造和模拟使用过程中发现并解决实际建造过程可能遇到的问题和错误，按照数字化建造过程进行仿真施工。利用BIM模型，不但可以高效直观地理解、沟通及管理项目所有信息，而且基于BIM模型中的强大的相互关联的信息，可以衍生出诸多有效的数据分析方法，增加了项目的可控性、减少错误、缩短工期、控制造价、提高质量。

五、基于BIM技术的成功应用，对未来的启示与愿景

随着绿色城市、智慧城市、智慧小区、智慧生活的概念的推广,BIM技术在建筑业中得到了空前的推崇和盛行。BIM技术目前显现出的价值还只是冰山一角，在未来，这一点还将向更深层次探索和发展。相信BIM技术将在未来的建筑业中成为最佳的辅助工具。但是技术标准的不足、技术骨干人才的短缺、施工方推广力度不够都是目前存在的问题。加大软件投入和人才培养，完善薪酬机制和内部激励政策，留住技术骨干人才，坚持端正态度，实事求是，让BIM技术应用在实践中推广。

我们也要用冷静的态度来看待B I M技术。BIM技术既不是万能的，也不是一无是处的。我们的态度决定其高度和深度，推广上，要坚持实事求是，不夸大优点，不掩盖不足。只有这样才能真实地反映出BIM应用中的真实信息，为后续工程BIM技术的应用提供经验支持。