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未来5年BIM技术3大发展趋势!

2021-04-19 15:08:44

现阶段,建筑业对于BIM技术的认知基本普及,从模型应用向集成、数据应用拓展范围越来越广,BIM技术与其他技术的集成应用需求愈发强烈。

 

同时,与其他流程系统的深度结合,需要对BIM相关软件进行二次开发和利用,国外对核心技术的开源程度和适应性影响了国内对其深度应用的进程,如图形处理技术,是现阶段BIM技术应用发展速度不及初期。

 

此外,BIM技术在应用过程中,产生大量数据,在海量数据积累的过程中,其安全性不容忽视。

 

从BIM技术的发展趋势来看,主要以三个方面为主。即BIM技术与其他数字化技术的数据集成、以BIM为载体的数据管理系统与其他流程系统的集成、以及BIM技术应用所以发的数据安全问题。下面将对这三个主要趋势进行逐一介绍与论述。本文共计6090字,预计阅读13分钟。

 

01、BIM技术与其他数字技术集成应用,实现建造阶段的数据整合

 

BIM技术与其他数字技术集成应用,实现建造阶段的数据整合

 

BIM作为工程领域数字化转型升级的核心技术,已经得到越来越多行业从业人员的认可。工地现场实时的智能感知实现了对项目实际生产过程的采集和记录,再通过BIM将虚拟建筑和实体建筑的信息连接在一起,就可以实现数字模型与实际工程数据的实时交互。

 

对于建筑业企业而言,实现工程项目的数字化需要主要考虑四个方面,即建筑实体的数字化、要素对象的数字化、作业过程的数字化、管理决策的数字化。建筑实体数字化核心是多专业建筑实体的模型化,即建立精细化项目BIM模型。

 

在项目实施前,可以通过BIM模型先将整个项目的建造过程进行计算机模拟、优化,再进行工程项目的建设,减少后期返工问题。

 

要素对象数字化是将工程项目上实时发生的情况,如“人、机、料、法、环”等要素的实时数据,通过智能感知设备进行收集,再将数据关联到BIM模型,让数字世界与工程现场的实时交互成为可能。

 

作业过程数字化是在建筑实体数字化和要素对象数字化的基础上,从计划、执行、检查到优化改进形成效率闭环。项目进度、成本、质量、安全等管理过程数字化,将传统管理过程中散落在各个角色和阶段的工作内容通过数字化的手段进行提升,形成一线的实际生产过程数据。

 

整个过程以BIM模型为数据载体,以要素数据为依据开展管理,实现对传统作业方式的替代与提升。

 

管理决策数字化是通过对项目的建筑实体、作业过程、生产要素的数字化,可以形成基于BIM模型的工程项目数据中心,通过数据的共享、可视化的协作带来项目作业方式和项目管理方式的变革,提升项目各参与方之间的效率。

 

同时,在建造过程中,将会产生大量的可供深加工和再利用的数据信息,不仅满足现场管理的需求,也为项目进行重大决策提供了数据支撑。建造阶段的数据整合价值,主要体现在生产全过程的数字化管理和生产工艺工法的标准化管理两个方面。

 

一是生产全过程的数字化管理。与制造业有所不同,建筑业的产品具有唯一性和大体量的特征,世界上的每一个建筑物几乎都是不同的,而且其体量相对庞大,需要更多人、材料、机械设备的协调与配合,这就给建造生产过程的管理工作带来了非常大的难度与挑战。

 

基于BIM技术建立与实际项目实时交互的数字模型,保证数字模型能够实时精准的反映工地现场情况,就可以真正实现对生产过程的管理。

 

例如某一个工作面出现了人员的短缺,数字模型就会自动对各层管理者发出预警,敦促及时调整;随着大量决策过程数据被数字化解构,系统可以通过不断学习从而逐步实现半自动甚至全自动的智能化决策。

 

二是生产工艺工法的标准化管理。建筑业属于劳动密集型产业,同时也面临着工人老龄化严重的问题。

 

据测算,我国建筑业劳动工人的平均年龄已经达到47岁,而且有着逐年上升的趋势。

 

另外,随着国家产业结构更加综合的发展,就业机会越来越多,建筑业这个相对辛苦的行业对于年轻人来说吸引力也在下降,所以劳动力的短缺将成为建筑业在发展过程中需要重点关注的问题。

 

由于工程项目的建设环节与工艺工法相对复杂,培养熟练的产业工人需要比较漫长的过程,传统的培养方式主要以“师傅带徒弟”为主,通过在实践中的指导积累经验从而逐渐成为合格的工人,企业层面则是通过工程项目总结相关的工艺工法库,借助标准化的手段指导施工过程。

 

02、BIM技术打通建造过程全周期数据,实现与其他流程系统的集成

 

从技术特性上看,BIM技术作为数据载体,可以更好的与数字化技术结合,打通建造过程全周期数据。这些建造过程数据可在BIM模型上集中呈现,通过统一的数据接口可以与其他流程系统进行有效的集成,实现数据共享,为工程项目带来更大的价值。

 

在本章节中,主要介绍BIM和项目管理系统的集成应用、BIM和装配式建造模式流程的集成应用这两个典型性集成应用。

 

第一,BIM和项目管理系统的集成应用。在传统的项目管理系统中,各个业务模块的信息基本上是通过手工填报方式录入系统。由于项目管理的业务数据量巨大,这给操作人员带来了很大的工作量;

 

同时,各个业务模块间信息独立、分割,造成数据不统一,口径不一致,以至于不能为项目决策及时提供准确数据,决策往往靠经验,易给项目带来风险。

 

BIM技术与PM的集成应用表现为BIM应用软件与项目管理系统的集成,用以解决项目管理系统数据来源不准确、不及时的问题。

 

一般而言,可以有两种集成方式,即基于数据的集成方式和直接采用基于BIM的项目管理系统的方式。

 

基于数据的集成即从BIM应用软件导出指定格式的数据,然后将该数据直接导人到项目管理系统中,从而进行集成。

 

例如,使用项目管理系统做进度计划时,用户需要分别计算并在其中录入各任务的持续时间。

 

若将BIM与项目管理基于数据进行集成,可在BIM应用软件中开发一定的功能,使其根据BIM模型,自动识别各任务并计算出各任务的持续时间,然后以指定格式的数据文件形式导出;同时,可在项目管理系统中开发一定的功能, 支持导人该格式的数据文件。

 

这样一来,就可以省去管理人员对任务及其持续时间的录人,从而提高编制进度计划的效率。

 

基于BIM的项目管理系统是近年来出现的新型项目管理系统。

 

其主要特征是,将各个专业设计的BIM模型导人系统并进行集成,关联进度、合同、成本、工艺、图纸、人材机等相关业务信息,形成综合BIM模型,然后可利用该模型的直观性及可计算性等特性,为项目的进度管理、现场协调、成本管理、材料管理等关键过程及时提供准确的基础数据,如提供构件几何位置、工程量、资源量、计划时间等数据;

 

同时,可为项目管理提供直观的展示手段,如形象地展示项目进度和相关的预算情况。

 

BIM技术与PM集成应用的核心价值体现在以下几个方面,即提高项目可视化管理能力、提供更有效的分析手段、为项目管理提供数据支持。

 

BIM模型的可视化特性在工程项目管理中可起到非常大的作用。

 

传统项目管理系统都基于二维图纸、文档,构件的信息在图纸上采用线条绘制表达,其构造形式就需要人去自行想象。

 

由于近年来建筑业出现越来越多形式各异、造型复杂的建筑,超越了人脑的空间想象能力。BIM技术与PM集成应用可以为工程项目管理带来可视化管理手段。

 

例如,利用BIM综合模型,辅助动态成本管理,包括针对一定的楼层,从BIM集成模型获取收入、计划成本,从项目管理系统获取实际成本数据,然后进行三算对比分析。在传统项目管理系统中,各个业务模块的信息分散割裂,很难及时获取,不能及时为项目决策提供支持。

 

而将BIM技术与PM集成应用之后,可基于BIM综合模型为项目管理各个业务实时提供基础数据。

 

例如,可以方便快捷地为成本测算、材料管理及甲方报量、分包工程量审核等业务提供工程量数据,从而可大幅度提高工作效率,并提高决策水平。

 

第二,BIM和装配式建造模式流程的集成应用。相对于传统方式,在装配式施工中应用BIM技术,可以更有效地管控项目进度,提高质量管理水平,降低项目成本。

 

在进度方面,通过施工方案模拟,可以优化施工计划;通过构件管理,可以及时下达、跟踪构件状态,避免因构件生产运输等问题影响进度;通过施工进度管理,可以形象直观地发现实际进度与计划进度的偏差,及时进行计划及相关资源调整,保证进度在可控范围内。

 

在质量方面,通过吊装模拟,进行形象化的交底,保证吊装的精度;通过可视化的技术交底,保证构件的节点连接质量;通过构件质量管理,实现质量数据可追溯,提高了质量管理水平。

 

在成本方面,通过场地布置,避免了构件的二次运输;通过施工方案模拟,优化了资源配置,避免了窝工、怠工等现象的发生;通过吊装模拟及可视化的技术交底,提高了工作效率和安装质量,降低项目成本。

 

从装配式建筑的信息化应用特点可以看出,装配式建筑需要解决实现设计、生产和施工多阶段的管理与协同,包括实现全过程的成本、进度、合同、物料等各业务信息化管控,提高全过程信息集成、信息共享、协同工作效率。

 

为实现“设计、加工、装配一体化”的需要,可以充分利用BIM技术,基于BIM的信息化管理是以建筑信息模型为项目的信息源,结合企业层面的信息管理平台,以云技术、RFID 等物联网技术和移动终端技术为信息采集和应用手段,通过搭建基于BIM的一体化信息管理平台,结合 EPC模式,可以实现对装配式建筑设计、生产、装配全过程的采购、成本、进度、合同、物料,质量和安全的信息管理,将工程建设的全过程连接为一体化的完整产业链,最终实现资源全过程的有效配置。

 

在此基础上,可以搭建数据管理平台,把设计、采购、生产、物流施工,财大运营、管理等各个环节集成起来,共享信息和资源,并在数据不断积累的基础上实现大数据分析与深度挖掘。

 

例如建立协同集成的标准化构配件库,将原来的构件部品库进一步向制造、装配环节创新扩展;

 

例如与各个构件模型相对应的的生产模具库,和与构件模型相对应的吊钩吊具、支撑架体等工装系统库,从而保证标准构件集成了相应的生产、装配信息,实现BIM应用已有标准化构件库快速集成组装建筑模型。

 

03、BIM技术应用所引发的数据安全问题,将获得行业的重点关注

 

安全问题是所有数字化系统中绕不开的话题,只有安全可靠的数字化系统,才能让使用者放心的把日常决策权和控制权交给数字化系统自动或半自动运行。

 

BIM技术的应用也存在着数据安全的问题,政策明确指出,公共建筑的数据模型图纸都不得存在外国,工程项目的数据安全问题已经被提到了国家安全层面备受关注,自主研发的BIM应用平台和去中心化的数据管理将成为保证BIM应用安全性的有效手段。

 

BIM技术高速发展的今天,数字系统对工程项目的感知、认知、决策和控制能力的进步离不开对数据的搜集和整理。

 

系统对数据的时间跨度、数据量、数据质量的要求远超以往,数据正成为行业的核心资产。数据资产的特点是,数据因为容易复制因而单体价值极低,数据资产的整体价值会随着数据总量、数据维度的增加成非线性甚至指数级增长,数据资产必须通过流动才能充分发挥自身价值。

 

这些多维度海量数据资产的采集、整理和发布往往需要同行业甚至是跨行业的协作才能完成。

 

数据资产的易于复制和传播是把双刃剑。一方面这种易于传播的特性很容易让数据资产变现产生巨额收益,但是这是建立在数据资产确权、流转、消费等环节完全可控的前提下,否则在无限复制和传播的情况下,数据资产单体价格必然会趋向于无。

 

同时,数据资产在无限制的流转过程中,还会给数据资产的提供者带来自身隐私和商业机密的泄漏问题,比如工地的现场数据在给云端第三方服务处理,第三方服务就会了解工地的实际运行状况,当这个状况被工地施工方的竞争对手获得的时候,就形成了施工方商业机密的泄漏。

 

这使得数据质量越高,越可能导致相关的隐私和机密泄漏的情况发生,最终直接导致数据资产的拥有者为了自我保护,不愿意进行数据共享和交换,反而选择了将数据资产封闭起来,形成一个个的数据孤岛和数据烟囱,进而造成行业整体在数据资产领域采集、处理、存储等方面的巨大浪费,也阻碍了行业的快速发展。

 

工程项目的建设涉及多方参与,为了保证工程质量,相关责任人都需要对各自的工作成果终身追责。

 

为此,建筑项目从设计开始关键参与方都需要通过传统纸质资料的签名方式标示各自的责任范围,并进行所有纸质材料存档。

 

在传统的数字化系统中,系统自身无法证明系统是忠实的、以正确的顺序、准确的时间、完整的记录客观事实,这就阻碍了建筑业全数字化的进程。

 

传统数字化信息系统的安全策略,主要是通过访问控制、系统漏洞及时修复、不法活动的预防检测处置以及分布式冗余备份等手段让系统对外部入侵进行防范,并能够从系统故障中恢复。

 

然而历史在不断的证明,再坚固的堡垒,往往都是很容易从堡垒内部被攻破的。

 

而且堡垒一旦被攻破,获得了超级权限,不管是从内部还是外部攻破,整个系统就会像待宰的羔羊一样,毫无反抗能力,任人宰割。

 

我们用模仿生物免疫系统的工作模式,通过软硬件的组合,系统在遭受意外和恶意入侵时让部分设备失效,系统一样能够正常工作,同时能够及时发现入侵行为,并及时采取行动让受感染的系统通过隔离、替换、修复、重置的方式恢复正常,这样就建立了一个可信的计算系统。

 

可信的计算系统是个软硬件整合在一起的整体方案,从单个节点角度来说,使用TCM技术的可信CPU、可信主板、可信服务器、可信硬件等方案保证单节点的可信计算,从整个系统来说还需要架构设计保证系统整体的安全和可靠性。

 

区块链可以作为可信计算的核心引擎是因为区块链具有如下的核心特点:

 

第一,使用密码学的加密、摘要等算法,保证了数据生成以后的不可篡改性。

 

第二,链式记账的形式保证了全量交易数据历史存储和记账事件的先后关系明确。

 

第三,智能合约作为参与方一致认可的规则计算代码,实现了系统运行规则的透明化。

 

第四,分布式共识机制保证数据及时、正确的存储在不同的节点上,整个系统的数据依然保持整体性、正确性和一致性。

 

总之一言以蔽之,使用恰当共识机制的区块链为中枢,配合足够多的独立参与方,可以为系统提供安全保证,及时发现故障和黑客入侵事件。

 

通过利用区块链可靠的记账能力,结合电子签名、哈希值校验和可信时间戳,数字系统的数据和记录的事实就与人以及真实时空联系起来,组成不可撤销的客观和完整的因果链条。在高院司法解释肯定了基于区块链的固证、存证的司法效力以后,就为建筑业全数字化进程提供了一条司法认可的发展方向。

 

通过共识机制、去中心化的分布式处理架构和各方一致认可“数字法律”智能合约,保证写作规则可靠的自动执行,这就提供了一种公开、透明和可靠的机制促进多方互信。

 

通过多维度的数据采集和大数据分析,配合数字身份体系,可以完整、客观、准确的描述每一方在协作过程中所做的实际工作。

 

这些记录某一方也无法单方销毁或伪造数据,来摆脱自己不按规矩行动和拒绝承担相应责任,进而将系统治理从人治逐步演进成可靠的自动化数字法治。

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