中文名 | 开放的选择性BIM概念下的住宅节能可视化计算研究 | 项目类别 | 青年科学基金项目 |
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项目负责人 | 王晶 | 依托单位 | 天津大学 |
课题申报之时,乃至今日,我国住宅建筑节能计算工作中普遍存在人工输入工作量大、效率低下、过程不透明等问题,在超大规模的住宅实践的节能计算中迫切需要创新性的、有效率的、易于操作的方法和技术思路。在此背景下,课题提出了“开放的选择性BIM” 的概念,也就是OSBIM(Opening Selective BIM)。并且在此概念下,使用了设计师常用辅助建筑设计软件的高级功能,构建出具有大量必要参数信息的简化数据模型,又进而获得能够将OSBIM数据模型中的数据自动提取、输出成为电子表格可接受的数据文件的途径和技术方法,在此基础上,进一步确定了这些数据植入节能计算的方法,使其能够自动批量地读入计算表格的固定位置,由此建立了具有接纳上述数据,针对现行国家、行业、地方规范而制定的、具有合规性判断、纠错和提示功能的直观可视的节能计算电子表格。最终,形成一套包含OSBIM 模型、电子计算表格在内的、完整的OSBIM 计算工具,完成“基于OSBIM的建筑设计节能权衡判断软件”的开发。已有多达六百万平米的住宅项目使用该软件进行计算,已初步经过实践检验,取得了良好的社会效益。可以看出,课题以OSBIM 概念下住宅节能计算过程的可视化计算方法为研究对象,在当前繁杂、低效的节能设计计算工作的局面下,探寻了一种适宜当前技术的、可真正应用于大规模实践的、便于设计人员操作的、能够大幅提高效率和准确度的计算途径。从而带给我国节能设计计算领域创新性的思路,具有重要的实践意义。 2100433B
在世界能源日趋紧张的国际大背景下,节能是新世纪住宅设计发展的主旨和必然趋势。在住宅节能设计中,节能计算是至关重要的环节,是具体落实住宅节能设计的关键,也是建筑设计审查的重点。但在当前的节能计算工作中,普遍存在人工输入工作量大、效率低下、过程不透明等问题。住宅节能计算迫切需要创新性的、有效率的、易于操作的方法和技术思路。针对此种情况,本研究提出开放的、选择性BIM的概念,利用当前主流的通用计算机辅助设计软件,通过简单的操作,建立包含诸多信息的简化数据模型。在此基础上,找到能够自动提取此模型中的数据并输出成为电子表格可以接受的数据文件的途径。由此,针对现行国家、行业、地方节能设计规范制定可视化电子计算表格。通过提供各种与合规性相关的逻辑判断,建立电子表格的判断、及时纠错和提示功能,实时进行调整。本研究提供了一种简单易用、可视、透明的计算方法,推动我国住宅节能可视化计算。
一、可视化、碰撞检查、自动生成施工图与明细表、真实模拟
一、可视化、碰撞检查、自动生成施工图与明细表、真实模拟
BIM可视化包括:1、可视化交底:采用三维可视化三维模型,进行交底,可以让施工人员更容易理解施工节点做法,有利于确保工程质量。2、在施工前,利用三维模型,对关键工序进行施工模拟,进行工程施工流程的预先...
文章研究了不严格控制预紧力普通螺栓紧联接的强度计算问题,提出了用"等比中值"确定螺栓的假定小径,"黄金分割"确定螺栓的安全系数,通过计算机程序实现螺栓小径可视化操作的选择方法。省略了教材中螺栓直径选择的繁琐试算过程,非常方便地供师生和设计人员使用,同时提高了设计效率。
制冷剂物性计算可视化的实现——借助制冷剂物性数据图表计算制冷剂物性,繁琐、费时、误差大,为此本文给出了程序解决的方法,为制冷剂的热力计算及制冷循环分析提供的图形化计算工具
那么BIM建筑信息模型也同CAD一样,也只是个设计绘图软件或者出图工具吗?对于这个问题,我们需要真正的认识BIM了。真正的BIM应该符合以下五个特点:
1.可视化:可视化即“所见所得”的形式,对于建筑行业来说,可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的,例如经常拿到的施工图纸,只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达,但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说,这种想象也未尝不可,但是近几年建筑业的建筑形式各异,复杂造型在不断的推出,那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路,让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前;建筑业也有设计方面出效果图的事情,但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式信息制作出来的,并不是通过构件的信息自动生成的,缺少了同构件之间的互动性和反馈性,然而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视,在BIM建筑信息模型中,由于整个过程都是可视化的,所以,可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。
2.协调性:这个方面是建筑业中的重点内容,不管是施工单位还是业主及设计单位,无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题,就要将各有关人士组织起来开协调会,找各施工问题发生的原因,及解决办法,然后出变更,做相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题后再进行协调吗?在设计时,往往由于各专业设计师之间的沟通不到位,而出现各种专业之间的碰撞问题,例如暖通等专业中的管道在进行布置时,由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的,真正施工过程中,可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置,这种就是施工中常遇到的碰撞问题,像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗?BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题,也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,提供出来。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题,它还可以解决例如:电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调,防火分区与其他设计布置之协调,地下排水布置与其他设计布置之协调等。
3.模拟性:模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型,还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段,BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验,例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等;在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(三维模型加项目的发展时间),也就是根据施工的组织设计模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于3D模型的造价控制),从而来实现成本控制;后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟,例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。
4.优化性:事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程,当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系,但在BIM的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约:信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果,BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、物理信息、规则信息,还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度,参与人员本身的能力无法掌握所有的信息,必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限,BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。基于BIM的优化可以做下面的工作:
(1)项目方案优化:把项目设计和投资回报分析结合起来,设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来;这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上,而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。
(2)特殊项目的设计优化:例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计,这些内容看起来占整个建筑的比例不大,但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多,而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方,对这些内容的设计施工方案进行优化,可以带来显著的工期和造价改进。
5.可出图性:BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸,及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后,可以帮助业主出如下图纸:
(l)综合管线图(经过碰撞检查和设计修改,消除了相应错误以后);
(2)综合结构留洞图(预埋套管图);
(3)碰撞检查侦错报告和建议改进方案。
由上述内容,我们可以大体了解BIM的相关内容了。BIM在国外很多国家已经有比较成熟的BIM标准或者制度了,那么BIM在中国建筑市场内是否能够同国外的一些国家一样那么顺利发展那?这个必须要看BIM如何同国内的建筑市场特色相结合了,当能够满足国内建筑市场的特色需求后,BIM将会给国内建筑业带来一次巨大变革。
编辑本段BIM的应用价值建立以BIM应用为载体的项目管理信息化,提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。具体体现在:
三维渲染,宣传展示三维渲染动画,给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础,大大提高了三维渲染效果的精度与效率,给业主更为直观的宣传介绍,提升中标几率。
快速算量,精度提升BIM数据库的创建,通过建立6D关联数据库,可以准确快速计算工程量,提升施工预算的精度与效率。由于BIM数据库的数据粒度达到构件级,可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息,有效提升施工管理效率。BIM技术能自动计算工程实物量,这个属于较传统的算量软件的功能,在国内此项应用案例非常多。
精确计划,减少浪费施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据,无法快速准确获取以支持资源计划,致使经验主义盛行。而BIM的出现可以让相关管理条线快速准确地获得工程基础数据,为施工企业制定精确人材计划提供有效支撑,大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费,为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。
多算对比,有效管控管理的支撑是数据,项目管理的基础就是工程基础数据的管理,及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM数据库可以实现任一时点上工程基础信息的快速获取,通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比,可以有效了解项目运营是盈是亏,消耗量有无超标,进货分包单价有无失控等等问题,实现对项目成本风险的有效管控。
娦拟施工,有效协同三维可视化功能再加上时间维度,可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,同时进行有效协同,施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测,大大减少建筑质量问题、安全问题,减少返工和整改。
碰撞检查,减少返工BIM最直观的特点在于三维可视化,利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性,而且优化净空,优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时也提高了与业主沟通的能力。
冲突调用,决策支持BIM数据库中的数据具有可计量(computable)的特点,大量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM中的项目基础数据可以在各管理部门进行协同和共享,工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行汇总、拆分、对比分析等,保证工程基础数据及时、准确地提供,为决策者制订工程造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。
BIM技术的出现,为工程造价行业增添了一大助力,在节约了成本的同时提高了生产效率。BIM究竟是什么意思?
BIM(Building Information Modeling)技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具,通过对建筑的数据化、信息化模型整合,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
BIM技术的应用,被认为是继CAD之后建筑领域的第二次科技革命。具体来说,BIM技术可应用于工程项目规划、勘察、设计、施工、运营维护、改建及拆除等各方面,实现建筑全生命期内各参与方在同一建筑信息模型基础上的数据共享,为产业链贯通、工业化建造和建筑创作提供技术保障;支持对工程环境、能耗、经济、质量、安全等方面的分析、检查和模拟,为项目全过程的方案优化和科学决策提供依据;支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理,为建筑业的提质增效、节能环保创造条件。
BIM技术能够在建设行业大放异彩,离不开它独有的五大特点:可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性。
1、可视化:可视化即“所见所得”的形式,BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化,由于整个过程都是可视化的,可视化的结果不仅可以用效果图展示及报表生成,更重要的是,项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。
2、协调性:协调是建筑业中的重点内容,不管是施工单位,还是业主及设计单位,都在做着协调及相配合的工作。BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题,它还可以解决例如电梯井布置与其他设计布置及净空要求的协调、防火分区与其他设计布置的协调、地下排水布置与其他设计布置的协调等。
3、模拟性:模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型,还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段,BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验。
4、优化性:事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程。当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系,但在BIM的基础上可以做更好的优化。优化受三种因素的制约:信息、复杂程度和时间。没有准确的信息,做不出合理的优化结果,BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息,包括几何信息、物理信息、规则信息,还提供了建筑物变化以后的实际存在信息。
5、可出图性:BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸,还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化,并出具各专业图纸及深化图纸,使工程表达更加详细。
本项目首先对协同施工的概念进行界定,并详细阐述协同施工的主要内容,信息协同和多主体协同;根据协同施工的概念,结合进度管理的特点,阐述面向协同施工的工程项目进度管理内涵和内容,明确研究边界和研究内容;结合信息融合理论、粗糙集理论、模糊理论、普适计算、BIM技术等搭建研究的理论框架。 其次,基于普适计算和BIM技术,结合信息融合理论构建面向协同施工的工程项目信息集成模型,明确信息集成实现过程。运用上下文感知计算定义上下文信息概念,分析上下文信息类型,明确不同类型上下文信息的获取方式;运用IFC标准构建上下文信息模型,实现信息标准化表达;运用D-S证据理论制定上下文信息融合规则,获取施工状态的准确估计。 最后,运用优势粗糙集深入研究协同施工的相关决策问题,并获取协同优化决策规则;针对优化过程中存在的多主体利益冲突,运用主从递阶决策理论,结合优化决策规则构建协同优化模型,并利用差异演化算法和种群密度的协同进化模型相结合实现模型求解。 2100433B