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1、Pre s e n t a n d Fu t u re Ap p lica t io n o f Dig it a lBu ild in g Te ch n o lo g y杨宝明（上海鲁班软件有限公司上海 200092）【摘 要】工程项目精细化管理最大难题在于难以实时提供项目管理各条线所需的基础数据。但随着数字建造核心技术 - - 3D建模和 3D 计算技术的发展, 以建筑信息模型 ( BIM) 为交互对象的数字建造技术越来越得到广泛的应用,管理水平创造巨大价值。将为提高工程项目【关键词】数字建造 3D 建模 3D 计算 工程信息模型( BIM)管理建筑工程数据管理( BDM) 建筑工程生命
2、周期管理( BLM)项目【中图分类号】TU17/ 文献标识码【文章编号】1004- 1001( 2006) 10- 0840- 05B万乃至数十万，普通工程技术人员难以掌握，无法普及应用。（2） 3D 实体计算技术 工程管理需要的数据为实物量，工程构件纵横交错，必须要计算出实物量才有意义，体积、面积、长度均如此。因 此， BIM的数据首先应是可运算的系统，能像人脑一样知晓各1概述数字建造技术的核心理念在于创建一个工程信息模型（BIM），它可以记录下工程实施过程几乎所有的数据。一个工 程存在海量数据，一个工程由成千上万个构件 （梁、柱、墙、板、基础） 组成，每个构件包含可达数百个数据，其中有构件
3、之间空间关系，过去的 CAD 图纸仅是图形表达无法计算。几何参数、材质、质监信息、施工方等讯息。如门相关的参数有：长、宽、厚、材质、规格、型号、颜色、生产单位 （电其次要用大规模布尔算法，但因工程规模越来越大，布尔算法对 CPU、内存资源需求十分惊人。所以，研发高效率算法、增 量计算技术十分重要，否则无法大面积推广应用。（3） 3D 数据基于 Web 传输技术BIM 建立在工程现场服务器 （Server） 中，为扩展应用价话、联系人、质量保证书、加工图纸）、安装人员、安装日期，这些数据一旦与工程信息模型构件相关联，可以被实时调用、统计分析、管理与共享，就将产生巨大价值。这就需要开发一种建立建筑
4、信息模型 （BIM） 的强大工具， 非常容易、快捷地创建 BIM。这非常困难，虽然早就有许多 3D 建模商用软件 （如 3DSMax），但在工程领域因操作复杂、无法 适用复杂工程而无法普及应用。近年，随着计算机软硬件技术 的发展，BIM 建立工具有了突破性进展。Autodesk 的 Revit、 鲁班软件研发的鲁班算量 Lubancal都是 BIM 建立工具的典型代 表。一个成熟的 BIM 建立工具需要有以下几个方面成熟的技 术：（1） 3D 建模技术BIM 建模技术必须针对建筑工程来开发，要达到非常高的 易用性，否则无法推广。目前工程技术人员普遍电脑使用水平 还不高，且工程本身又十分复杂，易
5、用性达不到高程度就会成 为专家级工具，无法普遍推广到项目上。现在市场上的工程3D 建模工具 （如 3DSMAX） 就是如此，建一个工程的成本要数值，实行协同作业，分享 BIM 数据必须实行运程 （Web） 调用。3D图形数据量巨大，如何达到较好的用户体验，成为一个重要课题。其中 3D 数据压缩与 Web 传输技术成为至关重要的技术 之一。（4） 图形识别技术虽然现行工程设计软件已形成了事实上的工 业标 准 ，AutoCAD占据了绝对份额，但由于工程专业众多，设计工具软件种类仍然很多，如结构设计以 PKPM 为主，建筑设计以天正 为主，而其他专业设计软件也各不相同，形成的数据格式不统 一，是制约
6、数字建造技术发展的重要瓶颈之一，为数据共享带 来巨大困难。作为建造阶段的 BIM 建立工具，必须具备较强的 图形识别技术，对各种设计软件输出电子文档实现最大程度的 数据利用。以上几个方面一直是软件技术高难度领域，是数字建造 技术的瓶颈。近年有了突破性进展，进入了实用性阶段，其中 以 Autodesk 的 Revit、鲁班软件的 Lubancal为最杰出的市场代 表，产品较为成熟，成功案例较多。【作者简介】杨宝明( 1965- ) , 男, 博士, 总经理。联系地址: 上海市四平路 1188 号远洋广场(200092), 电话: (021)65013000。【收稿日期】2006- 10- 082
7、数字建造系统 ( DCS)应用价值属性数据都可方便调出。同时对 BIM 中的数据进行各种自动计算，为用户提供结果报表。2.1 数字建造系统( DCS)完整描述2.2.1实现了工程信息的集成以前二维范围表达的工程含义相当有限，大量设计思想工程实施要通过缺少关联关系的二维图纸、技术文件来表达表达难度大，沟通成本高，生产效率低，往往为解决某个问题调用大量文件资料，过程中发生差错较多。基于 BIM 的工程数据管理 （BDM），很好地解决了这个问题，不论一个构件关联多少属性数据文件，都很容易地实现实时调用。如质监中发现1楼防火门闭门器有问题，就可在查询界面中输入 10 楼防火门几个字，相关属性资料即被全
8、部调出，并有详细三维图形。实行了实时项目协作模式2.2.2图 1 数字建造系统 ( DCS)数字建造系统 （DCS） 以存放 BIM 的工程数据管理 （BIM）服务器为核心，可通过局域网或 internet 与项目部各管理岗 位相连。工程开始前，由专门授权的项目技术人员建立初步的 BIM，随着工程的建造过程，BIM 创建的数据量逐步增加，管 理和共享的数据量也越来越大。各项目管理岗位都可以实时调用最新的 BIM 数据，用于 项 目 管 理 所 需 。应 用 方 式 非 常 类 似 于 人 们 常 用 搜 索 引 擎 Google。举例说明：铺地毯班组领 10 楼地毯材料时，仓库发 料员在终端
9、PC上输 10 楼地毯 ，系统将列出详细数据表汇总 数、各房间用量，并可查分布图形。DCS 系统创造数据和分享数据的权限通过系统授权来实 现，以免造成数据流混乱和泄密。DCS 系统普通技术人员就能轻易创造 BIM，建模成本相当 低廉，具有普及推广的普遍意义。2.2数字建造系统 ( DCS)应用价值将工程建设延续几千年的 2D 交互方式进化到 3D 交互方式几千年来，工程建设参与者之间信息交互只能通过二维（2D） 图纸和文件来交互，而工程实际上是个三维 （3D） 问题， 传统的交互方法有如下弊端：（1） 互效率低：一个工程节点，要用多个二维图才能说明 清楚，几个图要结合起来理解，识图困难，工作强
10、度高。（2） 易发生错误：多个二维关联图识容易产生误解，三维 相互关系尺寸数据需相当认真分析和空间想象才可以。（3） 信息不全面：很多工程信息因二维图纸和纸介质交 互，导致信息流失。（4） 关联信息调用困难：当工程人员交互某个技术问题 时，非常需要调用出所有相关资讯，传统方式相当困难。（5） 设计数据无法运算：全靠人工理解设计意图后，才能 人工计算。图纸或 CAD 软件系统都无法告诉你所要的参数。BIM 的 DCS 系统就能很好的解决以上问题，将三维工程问 题真正从二维交互方式进化到三维交互方式。对一个工程部位 可很容易从各个角度查看，三维构建关系一目了然，交互效率图 2工程信息的集成和协同作
11、业以往的项目管理各条线协作模式基本是处于点对点沟通协作模式，杂乱而无序，信息传递效果差，成本高，在线协同模式的建立大大改善了这一问题，将为项目管理创造巨大价值。2.2.3 实时提供各条线数据,实行项目管理的事先控制项目成本管理的关键在于实时掌握基础数据，过程中能进行实时四算、对比，分析出问题，从而解决成本漏洞隐患基于 BIM 的 DCS 系统提供了这种能力。当材料员进行采购时能得到最新工程量清单。工程中存在大量变更，数据是动态备、脚手架布置等） 建模，加上 BIM 的时间维，形成 4DBIM，就可以进行全建设过程虚拟，给施工技术方案的评价、现场交 底、招投标技术方案表现带来价值。近年，一些大承
12、包商为夺 取大型项目，投标时经常采用 3D 虚拟建造技术方案，此项成 本多达 100 多万，由专业 3D 建模公司完成，使投标成本巨大， 而数字建造技术可使普通技术人员就能实现 3D 建模，成本将 降到十分之一以下。的Allplan 都支持以 IFC 格式传递数据，Vectorworks Architect则正在考虑增加这方面的支持。其它一些专门用途的软件也已 经支持 IFC 标准。IAI 的 IFC 系统除定义了建筑产业中 （几乎） 所有的构 件外，还包括一个纯文字的储存结构。采用纯文字格式的原因 很简单就是为了能够真正的行遍天下。当然每套 CAD 软件 可以有自己储存数据的方式，而透过 I
13、AI 所提供的 Save As IFC 和Read IFC 机制，则可将 IFC 的对象定义与软件内部的对象定 义相互对照与转换。由于此程序十分严谨，理论上任何支持 IFC读写机制的产品之间都可以进行数据转换。虽然当初 IFC 的研发主要是为了图形呈现与构件模型系统，但最近的发展已 经逐渐将其领域延伸到估价、项目管理、以及其它非图形数据 上。国外厂商与应用介绍Autodesk 公司经过 20 余年的苦心经营，已形成了以建筑 工程规划、设计文档阅读、共享网站系列软件产品家族，特别 是 在 收 购 了 Revit （3D 工 程 设 计 软 件） 产 品 后 ， 意 欲 将 Autodesk 的技
14、术平台应用推广到建筑业的中下游，即建造和物 业管理阶段，直至建筑生命周期的终结，从而将 Autodesk 建 筑市场数倍乃至数十倍地扩展。因 Autodesk 原有应用仅在工 程规划设计领域，所以这一决策确具有划时代的意义。它将软 件在建筑业应用从设计工具软件提升到了管理与共享的大型系 统。它的实施将是一场项目管理的革命，也将极大地改变工程 项目管理人员的生活方式与工作方式。在美国纽约 9.11 世贸中心废墟上建起自由大厦的 SOM 设 计公司，就是采用 Revit 为 BIM 建立工具，以 Buzzsaw 为 BLM 管理平台取得了成效。另一家图形设计软件厂商 Bently 同时也提出了 B
15、LM 和 BIM 解决方案，该公司方案在通用汽车位于密歇根州 Lint 的引 擎工厂进行的基于 BIM 的扩展应用取得了成功，这项应用在运 用三维设计工作流程来检查碰撞，由项目参与方协调作业，降 低工程成本和增加项目安全性，已在多方面起到了显著作用。 德国 Nemetschek 公司长期专注于建筑业全过程应用软件 产品，涵盖规划、设计、造价、估算，主力产品 Allplan 在欧 洲很有影响，在 3D 工程图形平台方面有很好的技术积累，在 中国市场影响较小，近阶段多次访问鲁班软件，商讨合作拓展中国市场。Bently 在此领域与 Autodesk 展开竞争，特别是在设计领 域已激烈交火。Bentl
16、y 指责 Autodesk 的 Revit 方案，对于原有 用户的技术积累不能有效利用，用户要从零开始。Revit 是 Autodesk 的最新收购产品，与原 Autodesk 的主力平台级产品 AutoCAD 非同出一门，其程序架构、数据格式兼容会在一定时3.2图 3创建管理共享2.2.5为物业维护阶段创造价值大部分建筑物物业维护阶段投资会超过建造阶段，大量成本会消耗在不能快速获得建造原始资料，延误工期，海量的资料分布在各种文档、各种介质之中。问题多，效率低，建造 阶段形成的 BIM 能非常好的解决了这一问题，转眼之间可查到 所有资料。数字建造技术应用现状32002 年开始，Autodesk
17、 提出 BIM 概念，随后提出工程生命周期管理 （BLM） 概念。国内数字建造技术 （DCT） 近二年才 真正兴起，由鲁班软件率先提出和定义概念。建造业文件传递标准IAI （国际协同作业联盟 www.iai.org） 开发出了一套数据 模型(data model)的数据标准 IFC，用来描述建造产业中 3D 建 筑构件之间协同运作的机制与内容。IAI 是国际标准组织(ISO) 的分支单位。IFC 系统既是一套数据呈现标准，也是一套档案 格式，其原则是将建筑 3D 模型与图形等数字构件视为真实世 界的构件来定义，目的是让建筑上的 CAD 使用者能在不同软 件间交换设计数据 （BIM）。就拿一道由
18、木板和石膏板层迭所构成的墙来说，在 IFC 格式中，所有组件的信息，包括面积，都储存在文字数据文件3.1间内存在问题，这个问题解决得如何确是市场关键问题之一。Revit 的操作习惯与 AutoCAD 的差异、数据的共享程度将是 Autodesk 需努力解决的主要问题。Autodesk 同时加大了共享平台 Buzzsaw 在中国的推广，但 目前主要应用于设计阶段，建筑师与业主、各设计专业分包单 位的信息沟通和共享，在国外成功案例较多，国内的用户习惯 和共享文化需要一个长期的培育过程，基于托管的 ASP 服务在 国内遇到信用文化的严峻挑战。几家国际软件厂商巨头对 IFC 的支持有过摇摆的过程，都
19、想建立以自己为主的行业事实标准是软件巨头的努力目标。但 面对复杂的工程实际，一家企业看来难以胜任，情不得已，在 近阶段，几家国际软件厂商又开始提高了对 IFC 的支持力度。国内厂商与应用介绍本土厂商在 BLM 的建造阶段做出了出色的业绩，鲁班软 件、广联达、斯维尔、PKPM 等软件公司在基于 BIM 的工程量 计算领域取得较大进展，已发展有数万用户，已有大量成功案 例，尤其鲁班软件的鲁班算量 Lubancal 产品，在成功用户数 量和成功案例处于领先的位置，有的成功用户已建成工程案例 达 300个，为工程招投标工程结算、经营决策开始发挥出巨大 的作用。虽然现在国内厂商推广领域仅限于工程量计算，
20、为项 目管理提供工程量清单，但这样的一个市场基础为全面数字建 造系统的推广应用打下良好的技术储备和市场基础，为数字建 造系统创造价值和培育市场找到了良好市场切入点。鲁班算量产品主要基于 AutoCAD 平台，通过自主开发图形 识别技术能非常好地利用 ACAD 原始数据，创建了能让普通工 程技术人员掌握的建模交互工具，能高效创建 3DBIM，建立 了构件属性数据库，管理关联的构件属性数据。用户建好 BIM 后，就能利用系统 3D 布尔算量准确计算出 各项目工程实物量，并提供强大的报表功能，可进行快捷的复 杂条件统计，能准确实时提供各条线所需的基础数据，为工程 项目全过程管理起到较大作用。目前，鲁
21、班软件算量产品线专业已涵盖到土建工程、钢 筋工程、安装工程，为建立完整的 BIM 奠定了技术基础，且各 产品都已具备大批用户和大量工程成功案例。3.3图 5 工程案例海越大厦商务楼由于鲁班软件自 1999 年以来即专注于 3D 算量软件的研发和推广，这一点使鲁班软件跑在这一领域的领先位置。鲁班软件又一直与同济大学有着广泛的技术合作，近期双方合作建立的 同济大学数字研究中心 已进入实质运作阶段，双方的合作将大为推进技术与应用的发展。另外值得一提的是，中国建筑设计研究院标准设计院1997 年就开始跟踪 IAI 及 IFC 标准，并于 2005 年加入 IAI 组织并得到承认。在申请加入 IAI 的
22、同时，标准院 2002 年初向建设部申请编制相关建筑行业标准，即 建筑对象数字化定义建设部建标200295 号文批准了该标准的编制。4数字建造技术应用展望随着工程 3D 建模和 3D 计算技术的日臻成熟，数字建造技术将逐步走向实用，由单项走向全面集成和全过程应用。4.1 BIM 应用将率先在建造阶段的突破建造阶段投资比例高达 90%以上，其建造周期长，参与各方更多，人数更多，因此 BIM 带来的价值更大，用户更有动力尝试新技术。承包商目前的项目管理十分粗放，材料、能源人力浪费惊人，精细化管理十分迫切，特别是随工程量清单报价的施行，项目成本压力骤增，寻求项目管理银弹势在必行。4.2 DCS 与
23、MIS 、ERP 的关系二者最终会走向融合。DCS 为项目 MIS、ERP 系统提供基础数据，二者数据整合可使项目信息系统真正实现四算对比使项目成本处于真正的可控状态。4.3 DCS 将向 4D 发展3D 加上时间维形成 4D，在整个建筑工程生命周期中，工程信息是动态产生的，BIM 向 4D 化发展非常必要，特别是建造阶段，大量的人、机、物资源和工程形象日新月异，4D 化数据管理将是不可缺失的技术要求，在 3D 基础上提升 4D 应用技术没什么复杂性，比较容易，项目管理条线调用动态工程数据将会十分方便。4.4 DCS 为物业维护提供巨大价值In it ia l Co m m e n t s o
24、 n Ove ra ll Co s t Co n t ro l o fCo n s t ru ct io n Pro je ct曹梅芳（上海明方复兴工程造价咨询事务所有限公司 200030）【摘 要】建设项目全过程工程造价控制是工程管理工作的重要组成部分, 是一个动态控制, 它贯穿于建设项目的全过程 ,即: 项目决策阶段、项目设计阶段、项目实施阶段。把建设工程投资控制在批准的概算内是全过程造价控制的最终目的。【关键词】建筑工程 造价控制 项目管理 投资估算【中图分类号】TU723.3/ 文献标识码【文章编号】1004- 1001( 2006) 10- 0844- 02B项目决策阶段工程造价的控
25、制后,将作为此项目工程造价的最高限额。显而易见，投资估算1对于项目的决策及成败具有十分重要的意义。因此,投资估算建设项目投资造价必须从项目投资决策阶段开始抓起。决策阶段各项技术经济决策，对一个工程项目有着很大影响， 特别是项目建设标准水平的确定、建设地点的选择、设备的选 型标准将直接影响着工程造价的高低。因此，项目内容的确定 是决定工程造价的基础，它将直接影响项目后期各个建设阶段 工程造价控制是否合理、科学的问题。应考虑充分，估算尽可能做到合理，要充分估计出项目建设过程中及建成后的收益及风险防范措施。但也要防止过分高估尽可能做到完全、合理、准确。一个项目若出现前期决策失误，则不管后期建设实施阶
26、段如何控制，其结果必然失败，这样的事例并不鲜见。投资估算必须真实地反映设计1.21.1合理科学的编制投资估算是项目建设过程中的重中之重投资估算是一个项目投资决策阶段的主要文件，它也是时下经常出现的 三超 现象即概算超估算、预算超概算、决算超预算，其中不少是由于投资估算编制不合理造成项目建议书和可行性研究报告的组成部分。投资估算一经批准目前在项目建议书阶段，通常是由建设单位提出投资估算。但【作者简介】曹梅芳( 1963- ) , 大专, 技术总监。联系地址: 上海市淮海西路 197 号 11 楼(200030), 电话: (021)51699639。【收稿日期】2006- 09- 24由于建设单
27、位常常不是由投资估算和造价的专业人员编制对工艺流程和方案也缺乏认真研究，所以其投资估算内容相当简$阶段产生，物业维护工作在长达数十年和上百年的历史过程中，耗资额远超工程建造成本。但大量成本耗在查找建造原始 信息，效率低下，特别是设备、配件紧急拖修，由于资讯不足 或资讯查找困难而麻烦不小。BIM 为此提供了极大方便，类似于现今的搜索引擎技术， 一指按下，资讯全部呈现眼前，大大为降低成本和提高效率。 因此，承建商创建的 BIM 可以高额出售给物业公司而获得更多 的数字建造投入产出效益。4.5 DCS 市场国内厂商大有作为国内厂商由于熟悉国内工程规划，计算标准拥有市场渠 道和客户关系，具有不少先天优
28、势，但也有研发和管理上的弱 势，图形平台技术已为国外厂商垄断，但国内厂商有可能在应 用研发、终端市场和销售服务渠道上占据优势，形成事实上的 应用标准。结语5数字建造技术将开辟一个工程建造新纪元，将非常深远地影响建筑业发展。中国地大物博，建设任务繁重，具备最好 的数字建造技术发展市场条件，我们认为，只要全体厂商、用 户、政府主管部门共同努力，推动数字建造技术的发展，让中 国建造业尽早步入数字建造新时代，中国建筑业的雄起将指日 可待。参 考 文1 建设工程信息化导论, 丁士昭,2005.10.2 工程项目信息化管理, 王要武,2005.10.献中国建筑工业出版社,中国建筑工业出版社,3 信息化建筑设计, 赵红红, 中国建筑工业出版社, 2005.10.
