BIM當道,偕同新技術進入建筑業數字化時代!

2022-03-04

根據相關數據顯示,我國智慧建筑市場產值已超過千億元,并且正以每年20%-30%的速度增長。智慧城市對建筑之間的信息互聯、互通提出了更高的要求,尤其在BIM、大數據、物聯網、云計算等新技術的推動下,強調建筑和人的關系時,也注重環境可持續發展。2021年,住建部發布《建筑信息模型存儲標準》等文件,大力推廣BIM在建筑工程領域的應用。針對建筑與建筑信息化工業軟件行業,魯班研究院進行了趨勢研究與BIM應用分析。


一、建筑業及工業軟件行業發展趨勢


1、中國建筑業


根據國家統計局數據,宏觀來看,我國建筑行業總產值逐年上升,從2016年的19.36萬億元增長至2020年的26.4萬億元,復合年增長率為8.27%;2021年全國建筑業總產值達到19.3億元,同比增長11.04%,占國內生產總值25.63%。


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數據來源:國家統計局,圖表制作:魯班研究院


我國建筑業房屋施工面積整體也呈上升趨勢,到2020年,中國建筑業房屋施工面積達到149.47億平方米,同比增長3.71%;2020年中國建筑業房屋施工面積達到157.55億平方米,同比增長5.41%。


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數據來源:國家統計局,圖表制作:魯班研究院


根據2021年的初步統計,2021年上半年,全國建筑業企業(指具有資質等級的總承包和專業承包建筑業企業,不含勞務分包建筑業企業,下同)完成建筑業總產值119843. 55億元,同比增長18.85%;建筑業企業完成竣工產值44334.74 億元,同比增長16. 59%。


與此同時,我國建筑行業需求市場也持續增長,自2016年來,我國建筑業新簽合同額逐年增加,到2021年中國建筑業簽訂合同額達到656886億元,同比增長10.3%;新簽合同額達到344558.1億元,同比增長5.96%。


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數據來源:國家統計局,圖表制作:魯班研究院

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數據來源:工信部,圖表制作:魯班研究院

注:工信部2021年度報告還未公布,此處以2020年度報告數據為例



2、工程軟件


工程類工業軟件是針對工程行業特性開發的軟件。工程建設行業包含建筑、市政、交通、電力、水利、鐵路、航空、新能源等工程建設領域,具有管理難、周期長、地質復雜等特點,工程類工業軟件幾乎被國外產品壟斷。2021年,住房和城鄉建設部總結各地、企業經驗做法,先后發布《第一批智能建造與新型建筑工業化協同發展可復制經驗做法清單》、《第一批智能建造新技術新產品創新服務典型案例清單》,與13部門聯合印發《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》。智能建造以信息技術為基礎,以數字化技術為支撐,實現建造過程一體化和協同化,并推動工程建造工業化、服務化和平臺化變革。2021年,工業軟件產品實現收入1974億元,增長11.2%,為支撐工業領域的自主可控發展發揮重要作用。


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數據來源:工信部,圖表制作:魯班研究院


2021年2月初,工業軟件首次入選科技部國家重點研發計劃首批重點專項。工信部《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》中提出“研發推廣計算機輔助設計、仿真、計算等工具軟件,大力發展關鍵工業控制軟件,加快高附加值的運營維護和經營管理軟件產業化部署?!薄凹涌焱黄平鹑诤诵臉I務系統、建筑信息建模和建筑防火模擬、智慧能源管理、智能交通管理、智能辦公等應用軟件?!?/p>


二、BIM市場及應用


1、發展歷程


自上世紀50年代CAD技術誕生以來,商品設計、工程設計等設計領域得到了蓬勃發展。但商品化的CAD設備較少。到20世紀80年代,大規模和超大規模集成電路的出現,使得CAD系統的性能有了很大提升,與此同時圖形處理軟件發展也日趨成熟。二維和三維圖形處理技術、模擬仿真、動態景觀、科學計算可視化等技術應用引發了建筑信息化的第一次革命。


20世紀80年代末,互聯網的興起,為人們提供了巨大的信息資源和服務資源,極大促進了信息交換和技術交流?;ヂ摼W的發展,也促進了建筑工程項目的各參與方、多項目之間的數據交換。


BIM技術的應用推廣,代表了建筑信息化進入3.0時代。第一款BIM軟件模型在1980年代初才出現。由于早期軟件運行所需的硬件條件所限,相關技術發展應用受阻。1984年,ArchiCAD的Radar CH提供了可以在個人電腦上運行的BIM軟件。21世紀初,隨著互聯網和計算機快速發展,BIM逐漸引起市場普遍關注,BIM的標準體系開始建立。隨著互聯網的進一步發展,BIM技術的廣泛應用使得建筑業發展趨于個性化、定制化、集約化,逐步實現產業鏈條上下游數據、信息的共享。與此同時,云計算、物聯網、人工智能、5G、建筑機器人、虛擬現實等新技術與BIM技術結合,促進建筑業信息化市場進一步重構。


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2、技術特征與必要性分析


BIM,Building Information Modeling,即建筑信息模型,是以三維數字模型為基礎,集成了建筑項目全壽命各個階段的數字化信息模型。BIM技術應用在工程施工管理的優勢有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等。BIM模型內的動態變化的數據信息能夠根據工程的進展進行動態調整,實現信息共享。在建筑施工過程中,應用BIM技術的目的在于制定資源計劃、提高施工質量、降低施工成本、保證工程進度、有效降低風險。目前,只依靠單一的建筑軟件產品是無法實現獨立完成整個工程建設項目的需求的。


從項目建設的設計、建造、管理三個層面,BIM技術在工程建設領域應用的必要性如下:


1)設計層面


BIM技術可以為設計人員提供設計信息、造價信息和時程信息。在大型設備工程建筑項目中,因為空間、系統的復雜性,多樣性,各種大型設備之間,各種多樣化的管線之間,在建筑時容易發生彼此間的摩擦與碰撞,這樣的碰撞容易給監理方、設計方及施工方易造成施工間的作業困難,增加各類專業的交叉作業,從而使得易返工及二次施工作業,增加施工的不必要成本。由于BIM技術的應用,可以將建筑工程中的各個專業進行模型整合,然后根據每個施工專業的要求,利用BIM技術進行碰撞檢查、碰撞試驗模擬,查找涉及到的問題。將BIM技術檢查的結果應用到具體施工現場中,避免對施工交叉作業及施工作業中碰撞而引起的施工事故。


對于鋼結構設計,使用BIM技術可進行立體化及平面化的管理及將其進行可視化管理,使得優化了設計方案,解決設計上的缺陷,減少設計變更,減少施工成本支出。


2)建造層面


BIM可以提供數量信息、時程信息、估價信息??梢孕纬山ㄖ┕て髽I信息數據庫的建立,在信息數據庫中建立為工程招投標報價、施工成本、設計規劃等方面的提供管理依據。項目的累積形成龐大的數據集,并通過當代科學的計算方法,最終形成適合建筑企業本身的建模數據庫。


在資源計劃和成本管理方面,基于BIM技術,結合三維模型整合建筑工程的進度信息和成本信息。通過建筑建模信息,能夠算出建筑項目工程各階段的所需要的人力、物力、財力等建設資源的需求量,進而可以制定出符合實際情況的用人計劃、施工設備需求計劃、工程建筑材料使用的計劃等,減少資金浪費,材料堆積等情況,高效地控制成本。通過對實際成本及時統計,并與預算成本、實際收入進行分析對比,可以時刻控制成本的盈利與虧損的控制分析,有效實現成本的動態管理。


3) 項目管理層面


對大型建筑工程項目來說,分包單位多、專業作業多。利用BIM模型,可統計出各個專業在任意時間內的施工情況,模擬施工單位的作業順序及內容。BIM建模模型技術可提高施工間相互的組織協調性,集成工程勞動力、材料,施工方案,施工計劃、進度、成本等信息,實現合理的施工作業的劃分。


對于質量管理,將BIM模型與施工作業結果進行比對驗證,及時高效地避免施工中錯誤的發生。針對質量人工檢測工作量大,質量、驗收記錄審核歸檔、查找不便等問題,通過利用BIM技術,可以簡便質量檢查工作及質量管理工作。質量檢查人員將質量檢查的結果錄入BIM系統里,通過模型查閱,讓質量問題能在各個層面上體現出來。通過對比,BIM技術比傳統的紙面記錄要更為準確、方便、快捷,為后續的維護工作提供了便利的條件。


在施工項目管理過程中,結合云技術,BIM平臺同時也是圖文資料管理的相關信息平臺。把不同專業的設計圖紙、承包合同、設計變更、文檔資料等信息與專業模型進行整合,進一步實現查詢、存儲功能。以《上海市建筑信息模型技術應用指南》為例,建筑項目 BIM 應用的總體流程如下:


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圖表來源:上海市建筑信息模型技術應用指南



3、產品鏈與市場規模


在我國建筑行業產業鏈中,上游主要參與者為建筑工程的勘察、設計、項目管理、工程監理、招標代理、工程咨詢、原材料供應等;中游主要為行業工程的施工;下游行業為建筑工程的檢驗檢測、維護維修和運營。


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BIM產業主要可分為四個細分市場--軟件、咨詢、培訓與運維市場。諸多本土BIM軟件廠商結合國內軟件應用環境和實際情況,圍繞建筑設計、建造、運維三個階段進行BIM軟件的研發。但因軟件研發需要大量的資金投入,目前有實力的BIM研發企業數量還較少,產品覆蓋并不全面。市場上也存在大量的BIM咨詢企業,有的依托軟件研發業務提供咨詢服務,有些傳統的設計院、工程咨詢公司新開辟BIM咨詢業務,另有部分以BIM咨詢為主營業務的新公司。


根據長安大學交通BIM研究中心的計算方法,參考上海住建委出臺的《關于本市保障性住房項目實施建筑信息模型技術應用的通知》中對各階段和項目規定的BIM使用價格在10-25元/㎡之間,結合國家統計局公布2021年的房屋新開工面積為19.89億平方米,按照5%的增速計算,2021年BIM年市場容量將達到400億元以上,2025將達到803億。預計 “十四五”期間,建設工程行業的BIM市場的年規模將達到1000億元左右。隨著數字化浪潮的興起,BIM的市場可能超出此數值。


4、壁壘與應用痛點


1) 技術壁壘


BIM應用技術本身還沒有完全成熟,周邊的技術例如BIM后期的顯示技術、虛擬現實等應用于工地的技術還不是很成熟。各BIM軟件產品公司研發產品參差不齊,標準難以統一。


2)人才壁壘


BIM作為一種新技術,代替傳統建筑行業的應用習慣,這就要求工程領域從業人員能快速掌握、適應建造過程中的技術改變。同時,BIM對高級技術人才的綜合技術能力要求較高,除了必須具備專業技術能力外,還必須深入了解行業的業務流程、管理標準、相關技術和應用環境,并能針對不同層級、不同區域的特點進行合理規劃設計。只有長期服務于應用領域的企業才有機會培養出兼具行業知識和項目建設經驗的人才,并能提供專業綜合的解決方案。


目前中國 BIM 行業教育培訓以及資格認證體系尚處于發展初期,還沒有形成完整而齊備的 BIM 人才培養體系,對于BIM 人才的孵化培養以及為行業輸送合格的 BIM 專業人才產生一定的瓶頸,導致行業內存在一定的人才缺口。


3)資金壁壘


主要體現在前期研發投入。BIM產品的研發開發周期長,在前期需要投入大量資金和技術人員,并且在項目風險上具有較高的不確定性。新產品要獲得市場的認可也需要一段時間的試用期與學習期,因此對企業的資金要求較高,資金實力較弱的企業在競爭中有較高的財務風險。


三、小結


隨著智慧城市的發展,結合“BIM+GIS+物聯網”技術,形成城市建筑設施模型數據,實現CIM管理;同時,國家大力推廣裝配式建筑,裝配式建筑BIM細分市場也是BIM技術最具潛力的市場之一。預測“十四五”期間,建設工程行業的BIM市場的年規模將達到1000億元。


綜合來看,建筑業在未來幾年發展的趨勢包括但不限于:對綠色建筑的需求,減少建筑碳足跡;工程項目管理軟件系統應用更廣;新型材料的使用,如纖維增強聚合物復合材料等;裝配式建筑、智慧建筑的的大力推廣與應用。建筑施工項目管理手段的不斷升級,將出現越來越多的數字化、信息化、智能化趨勢。


2022年,建筑企業要繼續深化BIM應用,加快企業數智大腦建設,大力發展智能建筑、綠色建筑和裝配式建筑,不斷提高企業核心競爭力,實現轉型升級。


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免責聲明:報告內數據來源于國家統計局、工信部,僅作參考。文章由魯班研究院原創發布,轉載請申請授權。


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