BIM技術(shù)在廣西智慧生態(tài)城市建設(shè)中的應(yīng)用研究

□ 劉 芳 彭 來 黃海波

1 引言

隨著20世紀70年代聯(lián)合國教科文組織提出“生態(tài)城市”概念，最近幾年國內(nèi)又相應(yīng)提出建設(shè)“智慧城市”概念，城市規(guī)劃逐步朝著生態(tài)化、智慧化方向發(fā)展。通過智慧型高新產(chǎn)業(yè)支撐城市發(fā)展，采取智能化的手段解決城市運營管理問題，利用低碳環(huán)保等技術(shù)發(fā)展低碳經(jīng)濟，減少資源消耗，以達到開發(fā)利用與生態(tài)的最優(yōu)平衡，最終實現(xiàn)智慧生態(tài)城市的建立。

BIM技術(shù)（Building Information Modeling，建筑信息模型，簡稱“BIM”）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計算機三維軟件工具，創(chuàng)建建筑工程項目中完整的數(shù)字模型，并在該模型中包含詳細工程信息，能夠?qū)⑦@些模型和信息應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計階段、施工階段以及物業(yè)和運營管理階段等建筑全生命周期管理過程中[1]。建筑業(yè)的興起促進智慧生態(tài)城市的建設(shè)，智慧生態(tài)城市的建設(shè)為建筑業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間。本文通過總結(jié)BIM技術(shù)應(yīng)用特點，結(jié)合廣西智慧生態(tài)城市發(fā)展現(xiàn)狀，提出BIM技術(shù)視野下的智慧生態(tài)城市建設(shè)，以期提高廣西智慧生態(tài)城市發(fā)展水平。

2 BIM技術(shù)

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用特點

BIM技術(shù)起源于20個世紀70年代的美國，是由“BIM之父”—喬治亞理工大學(xué)的查克伊士曼（Chuck Eastman）教授創(chuàng)建，于2002年引進中國，憑借著豐富的三維可視化、信息參數(shù)化以及高效率的協(xié)同工作等特性，受到建筑業(yè)各領(lǐng)域的工程師和學(xué)者的青睞。國家和政府也陸續(xù)出臺相關(guān)政策引導(dǎo)和推廣BIM技術(shù)，明確要求2020年末，申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)新立項項目勘察設(shè)計、施工、運營維護中，集成應(yīng)用BIM的項目比率達到90%[2]。

BIM技術(shù)應(yīng)用到工程項目的全生命周期管理的各個階段，根據(jù)不同的需求可以劃分為BIM模型創(chuàng)建、BIM模型共享、BIM模型管理三個不同的應(yīng)用層面。在項目的不同階段，不同利益的相關(guān)方通過對BIM模型的查看、提取、更新和數(shù)據(jù)信息的存檔以支持和反映其各自職責的協(xié)同作業(yè)。通過應(yīng)用分析，BIM技術(shù)應(yīng)用特點可以歸納如下：

2.1.1 可視化

即項目全生命周期的可視化，在設(shè)計階段、施工階段、運營管理階段等都可以圍繞三維模型開展，BIM模型將以往的線條式的構(gòu)件以一種三維的立體的實物模型展現(xiàn)在人們的面前，并包含了建筑物固有信息，如建筑材質(zhì)、工程量等，成功實現(xiàn)了“所見即所得”的三維視覺的重大轉(zhuǎn)變。

2.1.2 協(xié)調(diào)性

由于在設(shè)計階段中不同專業(yè)的設(shè)計師都是獨立設(shè)計，相互之間溝通交流不到位，從而導(dǎo)致各專業(yè)設(shè)計圖紙出現(xiàn)各種碰撞，而創(chuàng)建BIM模型的過程中可以協(xié)同工作，對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，從而有效地解決了傳統(tǒng)模式下不良溝通導(dǎo)致后期解決設(shè)計碰撞問題的協(xié)調(diào)工作量大的現(xiàn)象。

2.1.3 模擬性

模擬性是BIM模型應(yīng)用的重要特性，它不僅能模擬建筑物及周邊環(huán)境的真實效果，還可以進行緊急疏散模擬、日照分析、結(jié)構(gòu)分析等，后期的招投標、施工以及運維階段也可進行模擬，從而預(yù)知可能發(fā)生的各種情況，達到節(jié)約成本，提高工程質(zhì)量之目的。

2.1.4 優(yōu)化性

BIM模型不僅包含了建筑物固有信息，也包含了建筑物施工進度、工程造價等相關(guān)信息，其優(yōu)化特性主要表現(xiàn)為方案設(shè)計變更的提前預(yù)知，從而顯著改進工期和造價。

2.15 可出圖性

通過BIM的三維可視化、模擬性、優(yōu)化性等特性，幫助業(yè)主解決日常工作中的一系列問題，還可以幫助業(yè)主自動生成圖紙，如綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖等，并且圖紙的改動可實現(xiàn)“一處修改，處處修改”，大大提高了工作效率。

2.2 BIM與綠色建筑

綠色建筑，就是在全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共處的建筑[3]。從綠色建筑定義可以看出BIM與綠色建筑完美適配，BIM為綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提供分析與管理，綠色建筑為BIM技術(shù)發(fā)展提供發(fā)揮其優(yōu)勢的廣闊空間。具體表現(xiàn)如下：

2.2.1 BIM為綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展提供分析與管理

（1）時間維度的一致性。BIM技術(shù)致力于實現(xiàn)項目全生命周期內(nèi)不同階段的集成管理，綠色建筑同樣提倡將節(jié)能環(huán)保的理念貫穿于建筑的全生命周期，時間維度保持一致為兩者的結(jié)合提供了便利。

（2）核心功能的互補性。綠色建筑需要全面系統(tǒng)地掌握不同材料、設(shè)備的完整信息，在項目全生命周期內(nèi)協(xié)同、優(yōu)化，從而節(jié)約能源、保護環(huán)境，BIM技術(shù)可以為其提供整體解決方案。

（3）應(yīng)用平臺的開放性?！敖ㄖ?nèi)外、風光熱聲”基本涵蓋了綠色建筑的主要內(nèi)容，它需要借助不同軟件實現(xiàn)建筑物各項指標的計算和分析，要求與其相關(guān)應(yīng)用平臺具備開放性，BIM模型的建立可以實現(xiàn)模型的互導(dǎo)，根據(jù)其應(yīng)用需要允許導(dǎo)入其相關(guān)軟件進行數(shù)據(jù)分析，避免重復(fù)建模，節(jié)省勞動力，從而提高工作效率。

2.2.2 綠色建筑為BIM技術(shù)發(fā)展提供發(fā)揮其優(yōu)勢的廣闊應(yīng)用空間

（1）準確分析，重于設(shè)計。通過BIM模型的軟件，導(dǎo)入各相關(guān)分析軟件，如結(jié)構(gòu)分析、日照分析、人流量分析等，為設(shè)計人員提供科學(xué)的依據(jù)，避免重復(fù)建模，讓設(shè)計師專心做設(shè)計。

（2）節(jié)約資源，減少浪費。BIM模型包含了建筑物的所有信息，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)FRID技術(shù)，可實現(xiàn)對材料的制作、出庫到使用的全過程跟蹤，利用明細表功能對所需材料進行統(tǒng)計，預(yù)估材料用量，優(yōu)化材料分配，準確下料，還可進行碰撞檢查，避免因沖突問題進行返工而造成材料的浪費。

（3）高效管理，節(jié)約成本。通過BIM模型，實現(xiàn)快速工程量計算（凈工程量），4D模型（3D模型+時間進度軸）導(dǎo)入造價軟件，可控制成本和施工進度，于此同時在運營管理中，通過調(diào)取BIM模型，查看相關(guān)信息，可以實現(xiàn)快速定位，實現(xiàn)高效管理，節(jié)約運營成本。

（4）統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)決策。通過BIM模型的創(chuàng)建，對建筑周圍環(huán)境及建筑物空間進行模擬分析，得出最合理的場地規(guī)劃、交通物流組織，對項目前期的規(guī)劃與決策提供科學(xué)依據(jù)。

3 智慧生態(tài)城市

3.1 智慧生態(tài)城市提出及內(nèi)涵

隨著黨的十八屆五中全會提出了綠色發(fā)展的理念，讓“生態(tài)城市”的建設(shè)提升到一個新的層次。為解決交通擁堵、能源緊張、垃圾圍城等一系列城市問題，新一代信息技術(shù)正逐漸影響人們的日常生活，改善人們的生活質(zhì)量，使得“生態(tài)城市”和“智慧城市”的建設(shè)成為學(xué)界和實務(wù)界的前沿問題。2012年3月寇有觀首次公開提出建設(shè)“智慧生態(tài)城市”，認為智慧生態(tài)城市超越城市建設(shè)與環(huán)境保護相協(xié)調(diào)的層次，更多地融合社會、文化、歷史、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等因素，向更加全面的方向發(fā)展，成為社會、經(jīng)濟、文化和自然高度和諧的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[4]。沈清基從哲學(xué)、功能、經(jīng)濟、社會、空間等幾個角度分別提出了智慧生態(tài)城市的若干內(nèi)涵，認為將智慧、生態(tài)與文明三個因素進行融合研究是一項重要課題[5]。與“生態(tài)城市”相比，“智慧生態(tài)城市”是“生態(tài)城市”的升級，但不能等同于“智慧城市”和“生態(tài)城市”簡單的結(jié)合，而是應(yīng)該以生態(tài)城市為發(fā)展方向，以“智慧”為特征，把信息化元素和人文關(guān)懷融進城市建設(shè)的理念中，最終達到城市建設(shè)與市民的自由全面發(fā)展相適應(yīng)的和諧狀態(tài)[6]。

3.2 廣西智慧生態(tài)城市發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題

3.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

廣西地處中、南亞熱帶季風氣候區(qū)，土地總面積23.76萬km2，水域面積約8026km2，有著“山清水秀生態(tài)美”的美譽。作為中國—東盟合作的前沿陣地，廣西正處于跨越式發(fā)展階段。隨著人口和經(jīng)濟的快速發(fā)展，廣西的生態(tài)同樣面臨著嚴峻考驗，如空氣質(zhì)量下降、水資源污染問題、土壤退化等，在一定程度上制約了生態(tài)城市的建設(shè)。自治區(qū)黨委、政府高度重視生態(tài)文明建設(shè)，2006年開始啟動實施生態(tài)省區(qū)建設(shè)；2010年提出“生態(tài)立區(qū)，綠色崛起”發(fā)展戰(zhàn)略；將生態(tài)文明示范區(qū)建設(shè)納入廣西“十二五”國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，先后開展“美麗廣西·清潔鄉(xiāng)村”“美麗廣西·生態(tài)鄉(xiāng)村”等一系列活動，對“村屯綠化”“飲水凈化”“道路硬化”實施了重點專項行動，取得了一定的成效。隨著科技的進步以及“智慧城市”的提出，信息化技術(shù)廣泛應(yīng)用促進了人們的工作效率和生活質(zhì)量的提高，廣西政府也高度重視智慧城市的建設(shè)。目前為止，南寧、柳州、桂林、貴港、欽州、柳州、玉林、柳州市魚峰區(qū)、柳州市鹿寨縣等“六市一區(qū)一縣”獲批成為國家智慧城市試點，智慧城市試點建設(shè)，融合了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息與通信技術(shù)，有效提高政府管理效率和公共服務(wù)水平，使得城市生活變得更方便，更快捷。

3.2.2 存在的問題

盡管目前沒有出臺關(guān)于智慧生態(tài)城市建設(shè)的政策文件，但廣西一直重視生態(tài)城市與智慧城市的建設(shè)和結(jié)合，并出臺了相關(guān)政策與文件，在一定程度上取得較好的成效，但隨著科技進步，城市的發(fā)展，人們生活不斷改善，廣西城市建設(shè)也存在一些問題，一是城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)沒能抓住自身的特色和實質(zhì)，城市建設(shè)信息化程度不高，有的將智慧城市片面理解為數(shù)字城市的包裝，有的城市被企業(yè)營銷牽著鼻子走；二是市場主導(dǎo)作用不足，個人、企業(yè)、社會參與度不夠，基本靠政府相關(guān)部門推動；三是缺乏相關(guān)政策保障，城市建設(shè)以住房城鄉(xiāng)建設(shè)部為主，其他部門支持力度不夠；四是沒有形成以“建設(shè)”興“產(chǎn)業(yè)”的思維[7]?！爸腔鄢鞘小焙汀吧鷳B(tài)城市”兩者相互促進，相輔相成，互不沖突，一旦傳統(tǒng)途徑無法解決所面臨的生態(tài)問題，“智慧”元素必須介入其中，探索新思路。而就現(xiàn)階段而言，在提高“智慧”水平的基礎(chǔ)上探索商業(yè)模式的構(gòu)筑，是目前生態(tài)城市建設(shè)的當務(wù)之急[8]。

4 BIM技術(shù)助力廣西智慧生態(tài)城市的建設(shè)

4.1 BIM與智慧生態(tài)城市的吻合點

4.1.1 數(shù)據(jù)信息的全面共享

數(shù)據(jù)信息集成共享是智慧城市的重要特征。寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為城市中物與物之間、人與物之間、人與人之間的全面互聯(lián)、互通提供技術(shù)支持。BIM模型高度集成建筑物所有的信息，結(jié)合IT技術(shù)，提供多維數(shù)據(jù)，方便查詢、調(diào)用、存檔，極大增強了智慧城市作為自適應(yīng)的信息獲取、實時反饋、隨時隨地智能服務(wù)的能力。

4.1.2 感知性能的全面提升

通過傳感技術(shù)，實現(xiàn)對城市管理各方面的監(jiān)測和全面的感知。各種感知設(shè)備、智能化系統(tǒng)對城市的環(huán)境、狀態(tài)、位置等信息進行智能識別，對于動態(tài)數(shù)據(jù)可進行實時更新、匯總、上傳、分析與處理，促進城市各個關(guān)鍵系統(tǒng)和諧高效運行。作為全開放的可視化多維數(shù)據(jù)庫，BIM是智慧城市各類數(shù)據(jù)集成的最佳平臺。

4.1.3 智能應(yīng)用的融合與拓展

基于大數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用可以對城市海量數(shù)據(jù)進行分析和計算，而作為全開放的可視化多維數(shù)據(jù)，BIM可以不斷進行數(shù)據(jù)的更新和擴展，結(jié)合“云”計算無縫對接，保證數(shù)據(jù)隨時隨地查看和調(diào)用，科學(xué)決策，同時實現(xiàn)可持續(xù)的應(yīng)用拓展。

4.2 BIM在智慧生態(tài)城市的應(yīng)用

4.2.1 BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前BIM技術(shù)較為成熟的應(yīng)用領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中，運用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)設(shè)計階段中的建筑性能分析、安全疏散模擬、lumion室外布景體驗、虛擬樣板間VR漫游、管線綜合深化設(shè)計以及施工階段中三維場地布置、4D進度模擬、復(fù)雜區(qū)域安裝模擬、BIM快速工程量和樣板間AR增強交底等應(yīng)用[9]，在智能樓宇、智能建筑中通過利用BIM運維管理數(shù)據(jù)庫提升智能水平，解決原有依賴人力難以控制的問題。

4.2.2 BIM技術(shù)在市政工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

市政地下管線錯綜復(fù)雜，又具有隱蔽性，一旦出現(xiàn)問題十分麻煩，運用BIM技術(shù)可以建立一個完整透明的城市地下管網(wǎng)的專業(yè)信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)燃氣、熱力、供水、排水、電力、電信等地下管線的三維空間展示，能夠更好地解決城市管網(wǎng)后期的運營及改造工程；建立BIM交通模型不僅解決項目上的協(xié)調(diào)問題，還可進行交通流量模擬，為實現(xiàn)智慧交通提供可靠依據(jù)。

4.2.3 BIM技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用

將基礎(chǔ)設(shè)施BIM模型和市政工程BIM模型結(jié)合起來，可以初步整合成一座城市BIM模型，不僅在形式上實現(xiàn)更全面更宏觀的集合，而且在數(shù)據(jù)信息上承載更多可分析的價值，成為新興城市規(guī)劃管理的一個范本。從單體到小區(qū)，從單個公建到整個公建群，BIM的應(yīng)運而生為城市規(guī)劃管理提供大數(shù)據(jù)平臺。

5 BIM技術(shù)視野下廣西智慧生態(tài)城市建設(shè)的技術(shù)策略

5.1 政府層面

政府各部門密切配合，積極推動智慧生態(tài)城市的建設(shè)，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部抓建設(shè)，工信部抓信息技術(shù)應(yīng)用，科技部抓科研與應(yīng)用，發(fā)展改革委抓經(jīng)濟、社會效益等，共同創(chuàng)建智慧生態(tài)城市；建立合理的智慧生態(tài)城市評價標準；完善城市管理機制，重建設(shè)的同時也要重視管理；積極推廣BIM技術(shù)，開展BIM講座或觀摩大賽，組織編制BIM相關(guān)標準，主持和引導(dǎo)各BIM聯(lián)盟建設(shè)，讓BIM技術(shù)更好地服務(wù)于社會。

5.2 企業(yè)層面

企業(yè)應(yīng)將BIM列為企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，逐步落實到項目中，積極組織編寫本企業(yè)的BIM實施標準；開展BIM培訓(xùn)，組建BIM團隊，并逐步向各崗位人員均能直接應(yīng)用過渡。

5.3 高校層面

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，各大高校應(yīng)積極探索BIM課程體系的建設(shè)，開展BIM科研活動，一方面BIM作為重要的教學(xué)手段，促進學(xué)生對知識點的理解，另一方面作為一項技能，讓學(xué)生更好地實現(xiàn)就業(yè)。與此同時，高校應(yīng)該積極與企業(yè)展開密切合作，以校企聯(lián)合的形式推動BIM技術(shù)的應(yīng)用。

6 結(jié)語

藍天白云、空氣清新、智能科學(xué)、和諧共處的智慧生態(tài)城市是每個廣西市民的共同愿望。智慧生態(tài)城市的建立一定要順應(yīng)城市發(fā)展規(guī)律，適應(yīng)時代潮流，將智慧核心特征與生態(tài)核心特征融為一體并予以升華，建立起新型的人類宜居環(huán)境。而BIM技術(shù)的出現(xiàn)迎來了建筑業(yè)第二次信息化產(chǎn)業(yè)革命，為智慧生態(tài)城市建設(shè)提供全新的思路和信息化手段，相信不久的將來，隨著BIM技術(shù)的不斷深入與應(yīng)用，廣西綠色建筑群將拔地而起，廣西智慧生態(tài)城市建設(shè)水平也將提升至新的高度。