结合案例分析BIM和3D打印在我国建筑领域的应用.docx

1、研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科 目： 建设工程信息技术 教 师： XXXXX 姓 名： XXXX 学 号： XXXXXXXXX 专 业： 技术经济及管理 类 别： （学术）学位 上课时间： 2016 年 5 月至 2016 年 6 月 考 生 成 绩：卷面成绩 平时成绩 课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用1结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用摘要：众所周知，建筑业是我国支柱产业之一，建筑业的发展对我国国民经济的发展影响巨大。随着现代技术和科技的进步

2、，建筑业也开始将一些新兴技术引用到建设过程中，目前普遍应用于建筑领域的新技术中就包括 BIM 和 3D 打印。本文首先通过介绍 BIM 和 3D 打印的概念和发展，对其进行基本的了解；然后分析其目前在我国的发展现状及在建筑领域中的应用；接着通过案例介绍 BIM和 3D 打印在建筑领域的应用实现过程；最后根据以上分析，总结经验教训分析BIM 和 3D 打印在中国建筑领域的发展前景。关键字：建筑领域；BIM；3D 打印在建筑领域中，随着市场竞争的日益激烈，使得业主和设计单位、施工单位都更多地关注降低成本、提高质量、缩短周期等一系列内在增效的办法，促使企业更多地采用新技术。随着计算机硬件技术和三维图

3、形图像技术的快速发展，计算机能快速处理大数据、高性能的图形图像等，一些原来只能在工作站运行的复杂的三维造型软件、计算分析、仿真模拟等软件纷纷推出微机版本 1。所以在建筑工程领域，融合了三维建模、可视化、仿真、数据交换等技术，迎来了新一轮围绕 BIM 和 3D 打印等的技术变革。目前，世界上很多国家都非常重视 BIM 和 3D 打印技术的利用和改进，推广其在建设工程领域中的广泛应用，尤其是在产品设计和研发阶段。在我国 BIM 和 3D 打印也受到了很多关注，并开始在一些大型复杂工程的设计和施工中应用。1 BIM 技术及 3D 打印的基本介绍1.1 概念BIM 即建筑信息模型（Building I

4、nformation Modeling） ，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，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，从而使工程技术人员对各种建筑信息作出准确的理解和积极及时的应对 2，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。3D 打印（3 Dimensional Printing）它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材

5、料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D 打印作为一种通俗化名称，从成型方法方面来说属于快速成型，其实质是增材制造技建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用2术。它本来是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术” ，但是目前已经应用到了建筑业，并因为其具有比传统建造模式节约成本和时间且更加环保等优点而得到广泛的推广。运用该技术进行生产的特征是：应用计算机软件，设计出立体的数据模型，然后通过特定的成型设备（俗称“3D 打印机” ） ，用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层 “打印”出产品 3 1.2 起源及发展BIM 的起

6、源及发展：从 1975 年“BIM 之父”乔治亚理工大学的 Charles Eastman 教授创建了 BIM 理念至今， BIM 技术的研究经历了三大阶段：萌芽阶段、产生阶段和发展阶段。BIM 理念的启蒙，受到了 1973 年全球石油危机的影响，美国全行业需要考虑提高行业效益的问题，为提高建筑业的建设效率和生产效益， 1975 年“BIM 之父”Eastman 教授在其研究的课题 “Building Description System”中提出“a computerbased description of-abuilding”，以便于实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率。经过 2

7、0 年，欧洲和北美对 BIM 理念的研究热潮不断，最终由 GAvan Nederveen 和 FPTolman 教授总结出“BIM建筑信息模型”一词作为将建筑与信息技术相结合的思想凝结，但流传速度较慢。直到2002 年，Autodesk 公司正式发布BIM 白皮书后，由 BIM 教父Jerry Laiserin对 BIM 的内涵和外延进行界定并把 BIM 一词推广流传，如表 1.1 所示。当前，国内外对 BIM 技术的研究还处于发展阶段，我国进入 BIM 研究的国际阵营以后，结合 BIM 技术进行项目管理的研究刚刚起步，而结合 BIM 与项目运营管理的研究更为稀少 4。表 1.1 BIM 理念

8、的发展历程阶段划分 代表人 代表成就 核心观点萌芽阶段BIM 之父charles Eastman提出 BIM 理念a computer-based description of a building5 (用计算机代替手工做图)产生阶段GAVan Nederveen 副楼地下 2 层，地上 1 层，高 18. 22m。施工难点在于三个方面：一是 13 万 m3 大体积混凝土筏板：基础筏板面积 58000m2，厚度为 2. 5m/2. 3m/1. 6m，总方量达 13 万 m3，划分为 9 个施工段进行浇筑，单次最大浇筑方量为 2. 7 万 m3，施工组织难度大；二是高支模面积达 25000m2，

9、最大支设高度 17. 3m，最大板厚 500mm，高支模施工安全是重点。三是外围巨型钢桁架悬挑大( 81m) ，悬挑部位多，节点连接复杂，构件尺寸重量大，安装难度大 11。4.1.2 案例中 BIM 技术的应用 11本项目根据 BIM 应用目标，制定各专业 BIM 模型命名规则、建模细度、配色方案等建模标准，并根据建模标准结合进度，创建全专业的施工图模型、深化设计模型、施工应用模型及竣工交付模型。项目整体 BIM 模型如图 4-1 所示。图 4-1 整体 BIM 模型本工程中BIM的应用主要有以下几点：BIM-QR 系统应用BIM-QR 系统简介: BIM-QR 系统是以动态二维码为纽带，由B

10、IM 模型、后台服务器和移动终端组成的综合系统，通过系统将 BIM 模型中的信息上传至服务器，然后根据需求从服务器中提取、统计、分析和管理相关信息，为钢结构项目在原料采购、构件生产、构件运输现场安装、质量验收等过程中提供一个便于管理的综合信息平台。其系统结构图如图4-2所示。建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用8图4-2 BIM-QR系统结构图基于BIM 的智能施工放样：工艺流程为：BIM 模型创建BIM 模型导入及任务创建仪器就位与调试设定测站放样或测量成果导出。其系统结构图如图4-3 所示。图4-3 基于BIM 的智能施工放样系统结构图建设工程

11、信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用9基于BIM 的深化设计：为项目复杂节点做深化设计服务，本工程大截面转换劲性钢梁等部位的钢筋排布密集、细部繁琐，采用BIM 软件建立三维可视化模型，利用间隙碰撞对钢筋排布进行优化，通过3D 打印技术形成实体模型，有效指导现场施工，大大提高复杂工艺、重点部位的施工质量。深化设计流程如图4-4所示。图4-4 基于BIM 的深化设计流程BIM 动态样板：将样板引路与BIM 相结合，建立质量样板BIM模型，赋予工艺标准、规范要求、质量检验标准等信息，形成动态质量样板，直观地展现重要样板的工序步骤及要求，提高交底质量。清水混凝土柱

12、施工BIM 动态样板如图4-5 所示。图4-5 清水混凝土柱柱BIM 动态样板此外还通过BIM技术的运用进行多参与方多终端的综合管理，且由于本工程建立的BIM模型严格按照预先制定的建模标准，除直观展示外，还可用于图纸会审、碰撞检测、3D 打印等，其模型的细度还可以满足质量样板、智能放样、三维扫描等要求。项目通过BIM 技术的深入应用，节省了工期，降低了成本，取得了显著效益，具体如表4-2所示。表4-2 BIM 技术应用效果应用内容 应用效果建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用10模型创建及碰撞检查提前发现设计及施工中可能遇到的问题，提前沟通解决，避

13、免返工造成的资源浪费，节省工期基于 BIM 的深化设计通过节点优化，节省了钢材及钢筋用量，便于现场施工，提高现场工效施工模拟 优化施工组织、减少资源投入、节省工期BIM 动态样板相比实体样板节省用地、减少了建筑垃圾的产生，符合绿色施工要求；施工工序及质量控制点实时动态展示，直观易懂，避免返工基于 BIM 的施工放样减少测量放样人员；提高放样效率及精度，减少测量放样成本至少 50%BIM-Q 系统应用减轻项目管理人员的工作量，大幅提高管理效益；提供构件信息和追溯构件的管理信息链条方便整个施工过程管理; 为后期运营维护提供便利4D-BIM 系统应用实现信息快速、准确共享，提高决策效率；提高项目精细

14、化管理水平，降低管理成本，节省工期4.2 3D 打印技术在建筑领域应用的案例分析4.2.1 3D 打印技术在建筑领域应用的案例介绍案例 1：2015 年 1 月 18 日，数幢使用 3D 打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区，苏州的建筑材料公司盈创使用一台巨大的 3D 打印机，采用特殊的“油墨”少量钢筋、水泥和建筑垃圾进行打印，在一天内主要利用可回收材料，建造了这批建筑。这批建筑包括一栋面积约 1100 平方米的别墅、一栋 5 层居民楼和一栋简易展厅等，建筑的墙体由大型 3D 打印机层层叠加喷绘而成， 3D 打印建筑最大的好处是节能环保、节省材料 12、13、14 。案例 2：2015 年 7

15、月 17 日上午，这个由 3D 打印的模块新材料用时三个小时建成的两层精装别墅现身西安。施工现场除了一台起重机，还有独立的客厅、卧室、厨房、卫生间等模块，工人们将这些建筑模块吊起来，拼接安装。不到 3 个小时，一栋 2 层别墅落成。4.2.2 案例中 3D 打印技术的应用分析案例 1 分析：利用 3D 打印技术的建筑过程如下： “打印机”高 6.6 米、宽10 米、长 32 米，底部占地面积有一个篮球场大，高度有三层楼高。打印的材料宽度只能是 1.2 米，但长度可以无限长。根据电脑设计图纸和方案，由电脑操控一个巨大喷口喷射出“油墨” ，喷头像奶油裱花一样，油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，很快便

16、砌起了一面高墙。之后，墙与墙之间还可像搭积木一样垒起来，再用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，连成一体。在 24 小时内可打印出 10 幢200 平方米建筑。与传统切削等材料的“去除法”不同，3D 打印技术采用分层加建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用11工、叠加成形的原理，通过将粉末、液体片状等离散材料逐层堆积，堆成一个3D 实体。这栋面积约为 1000 平方米的别墅，除了钢筋结构以外，其他都是打印出来的。墙体外面有一层墙砖，里面则是像面条一样的水泥混合物横向层层垒起来的螺纹墙体，很像“生日蛋糕”上的奶油装饰。每根“面条”都是紧密结合，看上去浑然一体

17、。为了保暖，整个墙体留有空间，并不填满。摸上去，感觉跟摸毛坯房水泥墙体的感觉有些类似，虽然手感很粗糙，但墙体表面很坚实，手上没有留下一点水泥粉渣。虽然墙体是由水泥、少量钢筋和一些建筑垃圾构成，但是因为打印材料里面添加了一些特殊的助剂，所以 3D 打印出来的墙体的强度是普通墙体的 5 倍。 “一般水泥墙体摔碎后都是呈粉末状，而 3D 打印的墙体摔碎后还是呈块状 12、13、14 。图 4-6 用 3D 打印技术打印出的墙体图 4-7 由 3D 打印技术打印的建筑室内情况建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用12图 4-8 工人进行外部施工过程图 4-9

18、 最终打印出的别墅案例 2 分析：该工程 90%的建房工序已经在工厂完成，即所有的建筑模块在工厂里流水线生产，现场只是对这些模块进行拼接、组装、搭建。传统的别墅建筑从修建时间上来比较大约花上半年的时间，而 3D 打印模块搭建别墅从生产到搭建只需要十几天的时间。目前这套精装别墅有 6 个模块，每平米重 100 公斤，成本价格在每平米 25003500 元。尽管房屋建造时间短，但因为每个模块能够独立承重，能够抗 9 级地震。同时，钢制笼式结构能够充分填充保温材料，达到很好的保温效果 15、16 。具体建造过程如下图所示：建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的

19、应用13图 4-10 工人们在将模块吊起来并拼接安装图 4-11 模块材料的室内情况图 4-12 拼装完成之后的建筑5 经验教训从以上分析可以总结出：BIM 模型是 BIM 应用的基础，模型细度及创建质量直接影响着 BIM 的应用深度及其应用价值。但精细的 BIM 模型会花费大量的精力，因此工程前期需充分理解设计意图，掌握工程重难点，明确各专业 BIM 应用需求。针对不同应用需求制定 BIM 建模标准及实施规程，确保各专业模型应用价值的最大化。信息作为 BIM 应用的核心，确保各参建方及时准确地获取所需要的信息是 BIM 应用的真正价值体现。作为总承包单位，搭建基于 BIM 的协同管理平台是

20、BIM 技术落地应用及深入应用的关键，因此项目在明确 BIM 应用需求的同时，需积极进行 BIM 与项目管理系统的集成开发，并搭建相应的软硬件应用环境，为全专业、全过程 BIM 应用及价值体现创造条件。 BIM 技建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用14术应用过程中，各参建方一定要积极探索、大胆尝试新的 BIM 应用点，不要怕应用失败。在应用过程中不断总结经验教训，加快 BIM 技术在建筑业的推广与普及 11。从以上分析可以看出，3D 打印在建筑领域的应用具有降低成本、缩短工期、提高质量、降低施工危险性等优点，但是也具有技术研发还不成熟、技术型人才

21、短缺等缺点，且目前我国 3D 打印技术在建筑领域的应用研究刚刚开始，还存在许多亟待解决的问题，比如适合 3D 打印的建筑材料的研究，是仍然使用混凝土还是开发其他种类的建筑材料，如果使用混凝土，混凝土的工作性能、耐久性能则需要进行专门的设计和评估。所以在未来应用过程中应重点注意以下问题：研发具有较高抗拉强度、较强抗裂能力和塑性的复合材料，可以通过在混凝土基材中加入纤维材料和细骨料的方法来提高其抗拉强度和各项性能指标。采用两种打印材料，一种为受压材料，一种为受拉材料，打印时设置双打印头，在构件的受拉部位打印受拉材料，受压部位打印受压材料。两种打印材料之间必须具有良好的黏结性能，才能有效形成一个整体

22、工作。采用受拉性能良好的模板，将受压材料打印在模板中。模板可以起到 3 个作用：一是支撑作用；二是作为受拉材料，起到类似于钢筋的作用；三是可以解决打印材料表面粗糙的问题。模板材料可以采用钢板或者受拉性能良好且有一定刚度的纤维材料。打印机械的研制，打印机械是实现 3D 打印建造技术的重要工具。打印机械的移动范围直接影响到可打印建筑的尺寸，打印喷头的性能直接影响到打印精度和打印效果。设计合理的打印机械是实现 3D 打印的必要条件 17。6 结语建筑领域的新技术对未来的影响是非常重要的。现在的是信息时代，信息时代的主要特征必将渗透到未来建筑的各个方面，从上面的介绍分析可以看出 BIM和 3D 打印等

23、新技术在建筑领域的应用带来了很大的好处。所以我们需要在建筑行业发展我们的 BIM 技术和 3D 打印技术，但是在实行新技术的同时我们必须实行可持续发展和人性化，建筑节能不仅要落实到具体建筑施工中,而且要贯彻最后建筑物的使用过程中。建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用15参考文献：1王静. 建筑工程领域 BIM 的应用C/ 中国科协年会. 2013.2封天赐, 张高杰. BIM 和 3D 打印新技术对建筑行业未来的影响J. 中国科技纵横, 2015(18):111-112.3王忠宏, 李扬帆, 张曼茵. 中国 3D 打印产业的现状及发展思路J. 经济

24、纵横, 2013(1).4纪博雅, 戚振强, 金占勇. BIM 技术在建筑运营管理中的应用研究 以北京奥运会奥运村项目为例J. 北京建筑工程学院学报 , 2014, 30(1):68-72.5 States. U. Historical statistics of the United States, colonial times to 1957 /M. U. S. Govt. Print. Off. 1960.6 Schlesinger A M. The rise of the city, 1878-1898M. Quadrangle Books, 1971.7 Raymond Willia

25、msKeywordsMNew York：OxfordUniversity Press，1983：55578王子明, 刘玮. 3D 打印技术及其在建筑领域的应用 J. 混凝土世界, 2015(1):50-57.9马智亮. 我国建筑施工行业 BIM 技术应用的现状、问题及对策 J. 中国勘察设计, 2013(11):39-42.10李忠富, 何雨薇. 3D 打印技术在建筑业领域的应用J. 土木工程与管理学报, 2015(2):47-53.11黄道军, 颜斌, 文江涛. 腾讯北京总部大楼项目基于 BIM 的工程施工综合应用J. 土木建筑工程信息技术, 2016.12 http:/ .2016.7.8

26、13 http:/ .2016.7.814 http:/ .2016.7.815 http:/ 2016.7.916 http:/ 2016.7.917 肖绪文, 田伟, 苗冬梅. 3D 打印技术在建筑领域的应用J. 施工技术, 2015, 44(10):79-83.建设工程信息技术课程论文 结合案例分析 BIM 和 3D 打印在我国建筑领域的应用16关于这种教学方式的的相关问题1、 学技术的时候，每天有效的学习时间是多久？因为之前对 VR 技术没有接触过，所以可以说是在完全没有任何了解的情况下，零基础开始学习。最开始比较困难，不知道如何学起，主要通过网上收集资料，了解一下基本概念和目前的应用

27、情况，后来是我们小组的技术达人 XX 学长给我们分享了一些基础资料并讲了一下应该从 Unity 软件开始学起，给我们推荐了网上学习的视频教程。视频总共有 18 集，每集大概 20-30 分钟，主要是关于Unity 软件比较基础的应用。因为是学习软件的操作问题，所以在看视频的时候要同时操作软件，每天大概可以看三四集，大约一到两小时；学这些基础的操作大约持续了一个星期。后面进行实际操作，小组共同完成。2、 这种学习和教学方式对学习成长的启发进入大学之后其实很多时候要靠自学，但是对于很大一部分人来说，学习课外知识的积极性仍然不高，因为这种方式属于在了解了学习方向之后的自学，所以不但可以提高自己的自学

28、能力，且可以强迫自己克服拖延症。3、是通过什么途径学会的这项技术主要是通过网上的视频课程加上技术达人的指导来学习。因为网上有很多关于软件的学习视频，但是如果在完全不了解的情况下，并不知道那些视频是讲解的比较好更适合用来学习的，而且如果看视频又不懂的地方可能也比较迷茫，但是因为有技术达人的指导，所以他可以直接给我们推荐一些比较适合零基础开始学习的视频，这样也是要靠自学，但是省去了很多迷茫搜索而无成效的时间。而且过程中有看视频不太懂得东西，还可以直接向技术指导请教，两种结合的方式应用比较好。4、 这种学习方式与传统方式相比有什么优势？首先因为开始是通过自己的兴趣来选择相应的课题，所以更能培养自己的兴趣，而根据自己的兴趣进行学习会更有动力和积极性。而且每天会定相应的学习目标，然后必要要在每天完成相应的目标，也能更好的培养自己的习惯，督促自己克服拖延症。另外这种方式其实是课下自己学习软件的应用，而不是传统方式中老师手把手的来教。所以其中的每一个过程都需要自己真正经历并学习，这样对学习到的知识印象更加深刻，而且不容易忘记。而传统方式中属于被动的学习，对于知识点的掌握没有主动学习掌握的劳。而且这种方式还可以提高自己的自学能力，并且时间比较自由，可以在任何自己方便的时候进行学习，而且学习的时间长短也可以自由掌握，与只是在课堂的时间学习相比，学习的效率有所提高。