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将设计做到极致——专访中国建筑设计研究院BIM中心副主任王玉卿
 
  BIM(BuildingInformationModeling),即建筑信息模型,它代表了新的概念和实践活动,并有具备在建筑行业大幅降低不同形式浪费及大幅提高创新信息技术的商业结构。随着中国建筑设计技术及智能化、信息化技术的不断发展,对BIM技术应用需求也不断凸显。为此,中国智能建筑信息网、《智能建筑电气技术》杂志的记者就BIM技术及其在电气设计方面的相关问题对中国建筑设计研究院BIM中心副主任、教授级高工、中国建筑节能协会建筑电气与智能化节能专业委员会专家王玉卿进行了专访。
 
记者:近几年随着BIM在中国工程建设行业的发展,中国建筑设计研究院走在了前端,通过各种方式鼓励设计人员在工程当中运用BIM技术,并成立了BIM研究中心。中国建筑设计研究院的BIM中心是如何在这个新的设计手段发展和革新的历程中组建起来,对于BIM应用实践的推进、调动设计师应用BIM的积极性起到了怎样的作用?
 
王玉卿:BIM技术是涵盖建设项目策划、规划、方案、初步设计、施工图到招标、施工、竣工、运维——整个全生命周期的解决方案。它并不是软件,而是一个管理过程,他将引领着整个建筑行业的发展。中国建筑设计研究院从事BIM设计研究已经有10多年了,前几年是很多人都参与的,但是其中有一个标准化的问题,如果所有人都一起开展工作,“为用软件而用软件”,会特别累,所以最后决定集中力量来进行专项研究,成立BIM设计研究中心。中国建筑设计研究院在2013年专门编制了BIM发展策略,并在中国建筑设计研究院第四届BIM论坛上专门对于全年工作情况做了发布。中国建筑设计研究院BIM设计研究中心的任务,第一是研发,第二是生产。研发和生产兼顾,研发推动生产,生产实践又能验证完善研发。BIM不同于CAD,它的门槛较高,现在还不成熟,需要进行研发和探索的工作。国内做BIM的比较多,各种实践都有所尝试。经过努力,目前中国建筑设计研究院的BIM技术在国内同行属领先水平。
 
记者:BIM技术给建筑电气设计带来了什么改变?
 
王玉卿:以前的设计是一种设计思想的示意性二维表述,而现在的BIM设计是一个模拟实现的过程。原来的设计只是对想法“胸有成竹”,而现在可以预知其实现的具体效果。BIM设计不仅是三维设计,同时可以呈现模拟安装的过程,将来能看到运行是什么样子。三维设计比二维设计更深入,更完善。所以BIM设计发展到一定程度以后,肯定会逐渐取代传统设计。
 
记者:物联网和BIM的关系?
 
王玉卿:我们已经进入信息时代。我们可以想象:在三维运维模型里,通过二维或者三维定位技术,可以模拟再现每个设备的位置和状态,每个人员的位置,每个家具的情况,所有智能建筑的运行都可以通过模型模拟出来。所有的材料量、工程量都可以通过这个模型来预计和体现。那么BIM对物联网乃至智慧建筑、数字城市的实现将起到极大的促进作用。所以电气设计运用BIM的意义是很大的。
 
记者:BIM为建筑创作提供了三维虚拟空间,在这个空间设计,不仅能解决传统设计中各专业协调不够的顽疾,也为全方位、综合性研究建筑系统提供了有效的工具。在建筑设计院中,对于建筑专业推行BIM较为容易,而结构、给排水、空调、电气、总图等专业应用较难,再要求实现进一步的协同则更有难度。当BIM革新推进到更深层次,必定会与设计院既有的体制、管理发生碰撞,您认为,如何让设计院的设计师们不是为用软件而用软件,而是借助BIM提高工作效率?
 
王玉卿:BIM是目前发现完成建筑全生命周期各类工作的最优秀解决方案。在建筑项目设计中实施BIM的最终目的是要提高项目设计质量和效率,从而减少后续施工期间的洽商和返工,保障施工周期,节约项目资金。全专业、全过程BIM设计应用是设计人员从设计初始立足项目工程全局,借助BIM平台相互协调工程项目各专业,权衡主次,模拟分析建筑环境,不断优化设计,确保时时完全对应的3D模型和2D图纸成果和信息完整传递,使得设计方、施工方、业主与物业管理各受益方效益最大化。BIM电气工程设计出图可实现全专业、全过程BIM施工图设计。电气专业BIM模型直接打印出的图纸,包括几乎所有电气平面图、剖面图、大样图。大约占电气专业施工图的70%。目前电气系统图尚不敢采用半自动完成的方式,所有系统图采用CAD出图。
 
  电气专业BIM模型从设计、施工、竣工到运维都能传递和体现。模拟分析包括建筑性能分析,声光热的分析、能耗分析、环境分析,舒适度分析、疏散、自然通风及空调通风。这些分析虽然以前也能做,但是都需要专门重新建立一个模型,工作量很大也很复杂。现在用BIM软件链接都可以实时完成。BIM对目标可控,在施工中不仅是经济的可控,还包括物料的可控和时间的可控等(4D包括了施工安排,5D包括了现金流)多方面。
 
记者:中国建筑设计研究院近年在BIM方面所取得的成绩?
 
王玉卿:在中国勘察设计协会创新杯BIM大赛中,2010年—2013年,我院均获得了最佳BIM应用企业奖。2010年,敦煌莫高窟游客中心项目和徐州职业技术学院图书馆项目,分别获得了BIM建筑设计一等奖和三等奖;2011年,奥林匹克公园瞭望塔项目获BIM建筑设计一等奖,龙岩金融商务中心项目获BIM工程设计一等奖、BIM建筑设计二等奖、BIM协同设计三等奖;2012年,中国移动国际信息港获BIM协同设计一等奖、BIM拓展应用奖,中国建筑设计研究院创新科研办公楼获BIM绿色分析应用三等奖;2013年,长春规划展览馆及博物馆获最佳BIM建筑设计一等奖、最佳BIM工程设计一等奖;华都中心项目获最佳BIM工程设计三等奖、最佳BIM协同设计三等奖;上海新城青浦住宅获最佳BIM协同设计三等奖、最佳BIM拓展应用奖;中国建筑设计研究院获最佳BIM应用企业奖。
 
记者:BIM技术上世纪90年代起源于国外,在一些发达国家已经得到了迅速发展和应用。请您分析BIM技术在国外和国内的发展都有何特点和差异?
 
王玉卿:其实中国建筑设计研究院早在2002年做“鸟巢”的设计的时候就应用了BIM技术。当时,我们对于设计效果都可以通过模型来查看,对于建筑部件,不需要现场测量即可进行生产加工。可实现模拟施工,施工“彩排”。
 
  在国外,工程总包采用BIM技术的较多,这样可以节省总体工期,控制投资。另外,很多异形建筑的设计使用BIM技术。但BIM已经不是仅仅拿来专做异形建筑的,很多大型建筑设计事务所很多工程采用BIM技术进行设计。
 
  在国内,其实有很多设计企业采用各种方式进行BIM设计,已经有部分主流房地产公司开始尝试采用BIM技术,已经有部分主流建筑施工企业尝试采用BIM技术,大家都在摸索阶段。
 
  采用BIM技术降低成本,要结合工程整个产业链,从是否缩短整体时间,是否可在设计阶段就尽可能完善、提高设计质量等方面来综合考虑,而不仅仅只看设计费用。通过BIM,可以消除40%的预算外变更,减少50%的材料浪费。BIM技术应用的收益和投入比是反向抛物线的关系。初期投入很大收益低,但是随着技术的不断发展和应用,随着数据库的建立和不断积累完善。相应的收益是爆炸式增长。
 
  国内的BIM设计相对于国外,在理念方面差距不大,只在个别方面有差距。国内的BIM出图还是很少的。在国内建筑、结构、水暖电是全专业的;而在国外大部分建筑、结构、水暖电等方面是脱离的,所以他们在机电方面是被动的,做得并不是很好,但是在工程总包方面做得很好。国外在设计、施工、安装的衔接做得更好。
 
  根据我们考察北美比较大的建筑设计公司的情况,建筑专业几乎全部采用BIM设计,而机电采用的较少,只是根据需要来确定用不用。欧美的项目大部分用BIM,而在国内基本还没有普及。在国内BIM设计主要有两个方面,一个就是BIM设计,所有设计人员参与到BIM的全过程;另一个是后BIM设计,也有人称为BIM纠错。因为仅仅靠可视性能发现问题,但解决不了问题,所以纠错有局限性,只是能找出本来已经存在的问题。
 
记者:最近,中国建筑设计研究院(集团)建筑设计总院召开第四届BIM论坛,与一些企业签订了战略合作协议,研发符合中国BIM实施和使用标准的“BIM私有云”平台,以期加速BIM技术发展,清除“硬件投入成本过高”、“软件本土化不够”的两大技术性障碍。我们知道机电专业在已经建立的BIM建筑、结构模型基础上,可以利用三维设计软件建立BIM机电模型,想请您更深入浅出地给我们介绍一下,在BIM设计中,电气专业可以实现哪些内容,需要如何与其他专业相配合?
 
王玉卿:BIM的核心是信息、信息化、信息传递、信息管理、信息应用。电气专业作是工程设计信息传递的最后接受专业,同时也是最系统化的专业、要求相互逻辑关系最强的专业,将来将会是最大受益专业。BIM电气设计可以实现:
 
  信息协同化:BIM将专业内多成员间、多专业、多系统间原本各自独立的设计成果(包括中间结果与过程),置于统一、直观的三维协同设计环境中,避免因误解或沟通不及时造成不必要的设计错误,提高设计质量和效率。更先进的协同设计模式、模型自动创建施工详图一处修改处处更新。电气专业可以实时链接、读取、显示其它专业的相关信息,比如:房间功能、门窗信息、吊顶设备布置、结构梁板墙、水暖设备布置、电源接口、用电参数、各种防火阀和水阀等等。
 
  信息模拟分析:BIM将原本需要在真实场景中实现的建造过程与结果,在数字虚拟世界中预先实现,可以最大限度减少未来真实世界的遗憾。由于实现了建筑模型全信息化,我们可以利用三维建筑模型进行建筑性能等各种分析与模拟,比如:日照分析、消防人员疏散分析、电梯使用分析、用能分析、照明分析、照明效果仿真等等。特别是对一些特殊性质如立面照明,典型房间照明等有现实意义。对建筑能耗进行定量模拟分析,制定更适合的节能管理策略,直接指导物业科学管理。
 
  精细化设计:BIM设计成果是一套全参数化信息模型。所有实体通过参数化,被装配到建筑模型上,非常接近实际,不再是二维抽象描述。在施工前对每个细节进行充分的模拟彩排与协调。各种“错碰”问题降低到最低水平。在数字虚拟世界中使我们的设计精益求精,接近完美。
 
  系统优化:由于有了建筑模型进行建筑性能等各种分析与模拟,使得设计优化非常方便。通过进行3D纠错、进行方案对比和方案可行性分析,都将对建筑设计起到重要的设计优化作用,进一步保障真实世界的完美。我们对不同的供电方案,进行定量的经济技术对比和分析,使设计达到更优成为常态。
 
  系统自动检验:在BIM设计过程中,知道各个系统组成,可以通过编制科学的算法,对设计的每一部分进行合理性自动检查。对于各个专业间进行协同检查、进行碰撞检查。所有错误将一览无遗,没有半点虚假和错误。可以实时进行配电系统的电压降计算,短路电流计算,配电系统可靠性进行分析。
 
  信息系统科学计算、统计:BIM设计成果可以由模型自动创建各种准确的电气设备材料等的设备材料统计明细表。通过链接专业软件可以直接生成科学的电气工程量清单,可以用于前期设计过程的成本估算,以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算。为项目业主、设计方、施工方、监理方、材料供应商、运营商等相关各方提供决策的科学依据。
 
  大工业加工生产设计:施工企业可以根据定量的设备材料清单,工程量清单,制订更合理的材料供应计划,工程施实计划,由建筑模型转化为工厂加工模型,进行大工业加工生产,代替不可控的手工制作,大幅提高生产效率和建筑品质。
 
  施工模拟设计:在BIM工程数据模型基础上,利用4D模拟技术及施工模拟技术,让承建商在施工前为施工计划做“彩排”,找出问题并及早协调。有效控制施工周期和投资计划。
 
记者:那么,归根结底BIM对机电生产方式带来的变革是什么?BIM存在哪些机遇和挑战?
 
王玉卿:BIM的核心是信息,包括信息化、信息传递、信息分析、信息设计、信息模拟、预演和彩排;关键和难点是信息协同和传递,其解决办法是减少中间环节,解决途径是机电一体化。
 
  设计范畴的变革:深度完全不一样了,不仅包括了细部尺寸,更包括了单项的细化设计、定制加工、下料、定位、采购、管理,是在全生命周期范畴内往后延伸。北京市BIM设计交付标准是由中国建筑设计研究院来做的,也是将机电设计范畴进行了延伸。
 
  设计品质的变革:将二维设计与三维设计进行对比,二维设计更多地源于想象力,承载的信息非常少,模拟也囿于二维空间;而三维设计是将信息整合,将模型链接到专业软件上可以得到直观的效果,设计深度达到了安装图的深度。
 
  观念的变革:这部分很难,但是我们能做到。是否能接受BIM,取决于我们是否去努力。BIM设计实现精细化,对社会来说,减少重复劳动,提高了生产力,提高了工作效率;对业主来说,质量可控,总投资可控,时间可控;对设计者来说,提升了设计品质,合理利用空间;对施工来说,节约施工成本,盈利方式透明,提高施工效率等。只有标准化,才可实现快速批量的大工业生产。标准化、工业化是最有效的方法,BIM机电一体化设计是解决机电产业标准化、工业化的发展方向。
 
  BIM的机遇:末端信息自动提取,系统自动生成,对系统末端负荷自动统计,变电所高低压配电系统自动生成等,这些将来都可以实现。
 
  BIM的挑战:BIM电气设计含有大量其他专业信息,需实时链接,编辑相对复杂;精细化设计需增加人力成本;目前没有一套可以解决所有问题的成熟软件,这就需要多软件协同,但是信息传递的准确性需要解决,等等。