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行業動態
章鱼直播技术在我国的研发及应用
發布時間:2021/3/8 0:00:00 來源:本站 瀏覽次數:6563次
      建築信息模型章鱼直播(Building Information Model)將數位技術直接應用於建築工程中,正在引發建築行業一次史無前例的變革。
章鱼直播是近年來在計算機輔助建築設計領域出現的新技術,它是以建築工程項目的各項相關信息數據作爲模型的基礎建立完整的、高度集成的建築工程項目信息化模型,從而在建築工程設計、施工及管理等整個生命周期內,提高建築工程的信息化、集成化程度。章鱼直播技術在2002年由Autodesk公司率先提出,並逐漸得到世界建築行業的普遍接受。如今,章鱼直播的發展潮流已勢不可擋,美國已經制定了國家章鱼直播標準——N章鱼直播S。歐洲一些國家已經開始普及章鱼直播技術,特別是芬蘭、挪威、德國等國,基於章鱼直播技術應用軟體的普及率已達60%~70%。
在國內,隨著建築業對信息化要求的不斷提高、國家科研投入不斷增多及大力推動和基於章鱼直播技術的軟體開發商宣傳下,相關機構和各個部門已經開始著手研究和應用章鱼直播技術。但是目前對章鱼直播技術的研究和應用也僅僅處於起步階段,各研究機構對章鱼直播技術的研究相對分散,並沒有形成一套完整的技術體系;各企業單位也只是將章鱼直播技術應用到某一個或某幾個建設項目的部分建設過程中,還不能在建築設計、施工管理及運營等整個生命周期連續應用章鱼直播技術。
針對目前情況,有必要總結我國科研機構對章鱼直播技術的研究和建築行業對章鱼直播技術的應用現狀,在此基礎上提出我國推廣使用章鱼直播技術過程中應注意的問題及建議,爲章鱼直播技術在我國繼續推進和更深入的應用提供參考。
章鱼直播技術在我國的推廣應用
國家政府部門推動章鱼直播技術的發展應用——「十五」期間科技攻關計劃的研究課題「基於IFC國際標準的建築工程應用軟體研究」重點在對章鱼直播數據標準IFC和應用軟體的研究上,並開發了基於IFC的結構設計和施工管理軟體。「十一五」期間,科技部制定國家科技支撐計劃重點項目《建築業信息化關鍵技術研究與應用》;基於項目的總體目標,重點開展以下5個方面的研究與開發工作:建築業信息化標準體系及關鍵標準研究;基於章鱼直播技術的下一代建築工程應用軟體研究;勘察設計企業信息化關鍵技術研究與應用;建築工程設計與施工過程信息化關鍵技術研究與應用;建築施工企業管理信息化關鍵技術研究與應用。
2012年,住房和城鄉建設部印發《2011~2015年建築業信息發展綱要》提出,「十二五」期間,普及建築企業信息系統的應用,加快建設信息化標準,加快推進章鱼直播、基於網絡的協同工作等新技術的研發,促進具有自主智慧財產權軟體的研究並將其產業化,使我國建築企業對信息技術的應用達到國際先進水平。
2012年3月28日,中國章鱼直播發展聯盟成立會議在北京召開。中國章鱼直播發展聯盟旨在推進我國章鱼直播技術、標準和軟體協調配套發展,實現技術成果的標準化和產業化,提高企業核心競爭力,並努力爲中國章鱼直播的應用提供支撐平台。
2012年6月29日,由中國章鱼直播(建築信息模型)發展聯盟、國家標準《建築工程信息模型應用統一標準》編制組共同組織、中國建築科學研究院主辦的中國章鱼直播標準研究項目發布暨簽約會議在北京隆重召開。中國章鱼直播標準標準研究項目實施計劃將爲由住房城鄉建設部批准立項的國家標準《建築工程信息模型應用統一標準》(N章鱼直播S-CHN)的最後制定和施行打下堅實的基礎。
科研機構、行業協會等推動章鱼直播技術的發展應用——2004年,中國首個建築生命周期管理(BLM)實驗室在哈爾濱工業大學成立,並召開BLM國際論壇會議。清華大學、同濟大學、華南理工大學在2004~2005年間先後成立BLM實驗室及章鱼直播課題組,BLM正是章鱼直播技術的一個應用領域。國內先進的建築設計團隊和房地產公司也紛紛成立章鱼直播技術研究機構,如清華大學建築設計研究院、中國建築設計研究院、中國建築科學研究院、中建國際建設有限公司、上海現代建築設計集團等。2008年,中國章鱼直播門戶成立,該網站以「推動發展以章鱼直播爲核心的中國土木建築工程信息化事業」爲宗旨,是一個爲章鱼直播技術的研發者、應用者提供信息資訊、發展動態、專業資料、技術軟體以及交流溝通的平台。2010年1月,歐特克有限公司(「歐特克」或「Autodesk」)與中國勘察設計協會共同舉辦了首屆「創新杯」章鱼直播設計大賽,推動建築行業更廣泛、深入地參與應用章鱼直播技術。2011年,華中科技大學成立章鱼直播工程中心,成爲首個由高校牽頭成立的專門從事章鱼直播研究和專業服務諮詢的機構。2012年5月,全國章鱼直播技能等級考評工作指導委員會成立大會在北京友誼賓館舉辦,會議頒發了「全國章鱼直播技能等級考評工作指導委員會」委員聘書。2012年10月,由REVIT中國用戶小組(Revit China User Group)主辦,全球二維和三維設計、工程及娛樂軟體的領導者歐特克有限公司支持,建築業權威媒體築龍網承辦的首屆「雕龍杯」Revit中國用戶章鱼直播應用大賽圓滿落幕。該賽事以Revit用戶爲基礎,針對廣大章鱼直播愛好者、研究者以及工程專家在項目實施、軟體應用心得和經驗等方面內容而舉辦。
行業需求推動章鱼直播技術的發展應用——目前,我國正在進行著世界上最大規模的基礎設施建設,工程結構形式愈加複雜、超大型工程項目層出不窮,使項目各參與方都面臨著巨大的投資風險、技術風險和管理風險。爲從根本上解決建築生命期各階段和各專業系統間信息斷層問題,應用章鱼直播技術,從設計、施工到建築全生命期管理全面提高信息化水平和應用效果,國家體育場、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項目成功實現4D施工動態集成管理,並獲2009年、2010年華夏建設科學技術一等獎。上海中心項目工程總承包招標,明確要求應用章鱼直播技術。這些大型工程項目對章鱼直播的應用與推廣,引起了業主、設計、施工等企業的高度關注,因此必將推動章鱼直播技術在我國建築業的發展和應用。
關於IFC(建築業國際工業標準)的研究
建築對象的工業基礎類(Industry Foundation Class——IFC)數據模型標準是由國際協同聯盟(International Alliance for Ineteroperability——IAI)在1995年提出的該標準,該標準是爲了促成建築業中不同專業,以及同一專業中的不同軟體可共享同一數據源,從而達到數據共享及交互。目前不同軟體的信息共享與調用主要由人工完成,解決信息共享與調用問題的關鍵在於標準。有了統一的標準,也就有了系統之間交流的橋樑和紐帶,數據自然在不同系統之間流轉起來。作爲章鱼直播數據標準,IFC在國際上已日趨成熟。在此基礎上,美國提出了N章鱼直播S標準。我國建築標準設計研究院提出了適於建築生命周期各個階段內的信息交換及共享的JG/T198-2007標準,該標準參照國際IFC標準,規定了建築對象數位化定義的一般要求,資源層、核心層及交互層。2008年由中國建築科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了工業基礎類平台規範(國家指導性技術文件)。此標準相對於IFC在技術和內容上保持一致,並根據我國國家標準制定相關要求,旨在將其轉換成國家標準。
清華大學軟體學院在歐特克中國研究院(ACRD)的支持下開展中國章鱼直播標準的研究,章鱼直播標準研究課題組於2009年3月正式啓動,旨在完成中國建築信息模型標準(即C章鱼直播S,China Building Information Modeling Standard)的研究。同時,爲進一步開展中國建築信息模型標準的實證研究,清華大學軟體學院與CCDI集團簽署章鱼直播研究戰略合作協議,CCDI集團成爲「清華大學軟體學院章鱼直播課題研究實證基地」。馬智亮教授等對比了IFC標準和現行的成本預算方法及標準,爲IFC標準在我國成本預算中的應用提出了相應的解決方案。鄧雪原等研究了設計各專業之間信息的互用問題,並以IFC標準爲基礎,提出了可以將建築模型與結構模型很好的結合的基本方法。張曉菲等在闡述IFC標準的基礎上,重點強調了IFC標準在基於章鱼直播的不同軟體系統之間信息傳統中發揮了重要作用,指出IFC標準有效地實現了建築業不同應用系統之間的數據交換和建築物生命周期管理。2012年,住房城鄉建設部批准立項的國家標準《建築工程信息模型應用統一標準》(N章鱼直播S-CHN),旨在推進我國建築工程領域重大技術進步,爲實現中國自主智慧財產權的章鱼直播系統工程奠定堅實基礎。
綜上所述,目前我國引進了IFC標準的平台部分,並結合我國規範進行了一定程度的本土化,對於IFC標準探討和研究已經取得初步成果,但結合我國建築工程實際對標準進行拓展的工作相對缺乏。因此下一步研究工作要重點針對我國建設領域的具體實際情況,開展有關章鱼直播數據標準更深入的研究。
關於章鱼直播軟體的研究
與目前普及應用的CAD技術比較,章鱼直播中一個非常突出的特點就是:章鱼直播不是一個軟體能完成的工作。目前,國外主流章鱼直播設計軟體有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列,以及Graphsoft的ArchiCAD等,以這些軟體爲核心的章鱼直播平台均爲開放的,有很強大的二次開發埠,讓很多專業人員能夠根據實際需求進行二次開發。雖然國外的這些軟體已進入我國市場,但是目前還不能很好地滿足我國規範要求,而這些軟體是章鱼直播技術推廣的基礎,另外,我國要自主研發章鱼直播應用軟體。其實在目前來講,我國建設工程各階段具有很好的應用軟體基礎,一批專業應用軟體已具有較高的市場覆蓋率,可以基於這些軟體的系統架構、專業功能、標準和規範集成功能、操作習慣及市場格局等,提升它們的章鱼直播能力和專業功能,並解決各軟體間信息交互性問題,即可成爲我國自主智慧財產權的專業章鱼直播軟體。
因此,在國家「十一五」的科技支撐計劃中開展了對於章鱼直播技術的進一步研究,清華大學、中國建築科學研究院、北京航空航天大學共同承接的「基於章鱼直播技術的下一代建築工程應用軟體研究」項目目標是將章鱼直播技術和IFC標準應用於建築設計、成本預測、建築節能、施工優化、安全分析、耐久性評估、信息資源利用等7個方面。季俊等在闡述章鱼直播技術優勢的基礎上,研究了鋼結構章鱼直播三維可視化信息、製造業信息及分析信息的集成技術,並在Autodesk平台上,選用ObjectARX技術開發了基於上述信息的輕鋼廠房鋼構、重鋼廠房結構及多高層鋼框架結構章鱼直播軟體,實現了章鱼直播與輕、重鋼廠房和高層鋼結構工程的各個階段的數據接口。劉照球等構建了一種主要涵蓋建築和結構設計階段的信息模型集成框架體系,該體系可初步實現建築、結構模型信息的集成,爲研發基於章鱼直播技術的下一代建築工程軟體系統奠定了技術基礎。馬智亮深入分析了國內外現行建築工程預算軟體的現狀,並基於章鱼直播技術提出了我國下一代建築工程預算軟體框架。馬智亮等還建立了基於IFC標準和IDF格式的建築節能設計信息模型,然後基於該模型,建立並實現了由節能設計IFC數據生成IDF數據的轉換機制。該轉換機制爲開發基於章鱼直播的我國建築節能設計軟體奠定了基礎。馬智亮研究組建立了下一代建築節能設計軟體的總體框架模型並進行系統開發。陸寧建立了施工企業信息資源利用概念框架,建立了基於IFC標準的信息資源模型並成功將IFC數據映射形成信息資源,最後設計開發了施工企業信息資源利用系統InfoReuse。魏振華、馬智亮在C++語言開發環境下,研製了一種可以靈活運用章鱼直播軟體開發的三維圖形交互模塊3DGI,並進行了實際應用。曾旭東教授研究了章鱼直播技術在建築節能設計領域的應用,提出將章鱼直播技術與建築能耗分析軟體結合進行設計的新方法。王琳等通過結合章鱼直播技術和成熟的面向對象建築設計軟體ABD,研究了構建基於章鱼直播技術爲特徵的下一代建築工程應用軟體等技術。張雷等利用三維數據信息可視化技術實現了以《綠色建築評價標準》爲基礎的綠色評價功能。張昆從建築軟體開發的角度對章鱼直播軟體的集成方案進行初步研究,從接口集成和系統集成兩大方面總結了章鱼直播軟體集成所要面臨的問題。高永剛等研究了基於章鱼直播的可視化技術,並應用於實際工程中。葉英華、刁波將章鱼直播技術應用於混凝土截面時效非線性分析中,開發了基於章鱼直播技術的混凝土截面時效非線性分析軟體系統(Non-Linear Analysis System,NLAS)。
清華大學土木工程系教授張建平領導的課題組目前正專注於4D研究,該課題組從1991年開始就致力於建築施工進度與場地布置三維可視化模擬和動態管理方面的研究;1995年,該課題組研發成功了用於多層建築施工進度與場地利用的體現4D的概念的GCPSU系統;2000年該課題組王倩基於GCPSU系統提出了可以將施工對象、場地三維模型、Project進度管理連結起來的4D施工管理模型4DSMM;2002年,該課題組王洪鈞提出了一個擴展的4D施工管理模型4DSMM++(4D Site Management Model++)。2002年之後,經過研究的不斷深入和完善,4D施工管理系統不但應用到了實際中,且達到了國際先進水平。2003年12月,基於4DSM++開發的建築施工4D項目管理系統4D-GCPSU應用於北京奧運會國家體育場工程投入使用。2005年開發出了「建築工程4D施工管理系統」,實現了統一、有效的施工管理數據的集成化管理。2009年張建平等通過引入4D信息模型以提供統一的信息平台環境並解決相應的關鍵技術問題,提出了針對當前狀態的靜態預警機制和基於趨勢預測的動態預警機制。張建平等人還對面向建築全生命周期的集成章鱼直播建模技術進行了研究。開發了章鱼直播數據集成與服務平台(章鱼直播 Date Integration and Server Platform,章鱼直播DISP),提出了集成4D技術和過程模擬的建築施工計劃管理及優化方法,開發了相應的集成系統。章鱼直播技術在物業管理階段的應用研究也已起步,張建平等人開發出一種基於IFC標準的建築物業信息模型和IFC數據交換接口,建立智能物業管理系統,實現智能化的物業管理功能。同時,國內一些軟體開發商如天正、廣聯達、魯班軟體、理正、鴻業、博超等也都參與了章鱼直播軟體研究,並對章鱼直播技術在我國的推廣作出了貢獻。
由此可見,章鱼直播軟體在我國本土的研發和應用也已初見成效,在建築設計、三維可視化、成本預測、節能設計、施工管理及優化、性能測試與評估、信息資源利用等方面都取得了一定的成果。但是,正如美國buildingSMART聯盟主席Dana K. Smith先生所說:「依靠一個軟體解決所有問題的時代已經一去不復返了。」章鱼直播是一種成套的技術體系,章鱼直播相關軟體也要集成建設項目的所有信息,對建設項目各個階段的實施進行建模、分析、預測及指導,從而將應用章鱼直播技術的效益最大化。 (來源:建築時報)

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