介绍BIM技术：构建信息建模

1.BIM的定义

BIM是英文单词Building Information Model或Building Information Modeling的缩写，Building Information Model中文翻译为建筑信息模型。建筑信息模型是一个项目物理特征和功能特性的数字化表达，是该项目相关方的共享知识资源，为该项目全寿命周期内的所有决策提供可靠的信息支持。

BIM（建筑信息模型）技术是当前建筑设计数字化的革命性技术，在全球的建筑设计领域正掀起一场从二维设计转向三维设计的变革。由于BIM概念的内涵丰富，外延广阔，因此不同国家、不同组织对BIM尚未有统一的定义。

在《建筑工程设计信息模型交付标准》中，将BIM分为两个层次。

（1）名词“Building Information Model”，即建筑信息模型，包含建筑全生命期或部分阶段的几何信息及非几何信息的数字化模型，建筑信息模型以数据对象的形式组织和表现建筑及其组成部分，并具备数据共享、传递和协同的功能。

（2）动词“Building Information Modeling”，即建筑信息模型的应用，在项目全生命期或各阶段创建、维护及应用建筑信息模型进行项目计划、决策、设计、建造、运营等的过程。

从上述定义中可以看出BIM的要素是信息化数字技术在建筑行业的应用，并强调信息在各阶段的共享与传递，使建筑工程在其整个进程中显著地提高质量、效率和大量地减少风险。而从一名工程技术和企业管理人员的工作与BIM建立关系的角度去理解，BIM大概可以被定义为简洁的八个字：聚合信息，为我所用。

与BIM的两个层次相对应，结构BIM可分为两个层次：①建筑信息模型为结构的几何、荷载和材料的信息模型；②建筑信息模型的应用为结构信息模型在力学计算、施工图绘制、工程算量、施工管理、协同设计和运营中的应用。

2.BIM理论和技术的起源和发展

BIM概念的提出可以追溯到计算机发展史的早期，BIM技术的早期发展离不开各国科学家和工程师的积极探索和尝试，其发展历程如表6.1所示。

BIM的概念起源于20世纪70年代，于2002年正式提出，发展至今已超过10年。与之前单纯技术变革不同的是，BIM能搭建综合性的系统平台，向项目投资者、规划设计者、施工建设者、监督检查者、管理维护者、运营使用者乃至改扩建、拆除回收等不同业内的从业者提供时间范围涵盖工程项目整个周期的各类信息，并使这些信息具备联动、实时更新、动态可视化、共享、互查、互检等特点。随着不断增多的工程案例实施及新的行业标准和规范的制定，BIM全方位、多维度地影响着建筑业，可以说是建筑行业的又一次变革。

表6.1　BIM技术发展历程

目前，在美国、英国、挪威、芬兰、澳大利亚、新加坡等国家，BIM技术已在建筑设计、施工以及项目建成后的维护和管理等领域得到广泛应用，BIM技术也成为国外大型设计和施工单位承接项目的必备应用能力。随着信息技术的发展及工程项目的实践，BIM的应用软件不断成熟完善，各国还根据BIM在建筑工程中的应用情况制定了BIM标准和规范，推动BIM技术在本国的发展。

在中国“十一五”期间，BIM已经进入国家科技支撑计划重点项目，BIM技术研究和应用得到了快速的发展。国家在《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》中明确提出：“十二五期间要加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用。”2015年住建部专门发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，从政府层面提出明确的推进目标、工作重点与保障措施。各省市也纷纷制定具体的实施措施或导则。随着地方标准的制定，政府投资项目首先成为强制性应用BIM的项目；部分行业，如地铁、航空、电信、电力等已开始部署系统内部的BIM应用体系与技术标准。

在国家政策的支持下，国内先进的建筑设计、施工企业以及地产公司积极响应，开始进行B1M技术各方面的研究与试点应用。同时应注意到，分别从业主、设计、施工这三个相关的子行业角度来看BIM技术，会发现由于实施目的、应用需求、技术路线、保障措施等各方面因素的不同，实施效果与发展速度也有显著区别。

（1）业主方：许多成熟的地产商经历过BIM的试用阶段，认识到BIM技术的价值，开始对设计方、施工方的BIM能力提出要求；当前业主方提出的BIM应用需求已经远超出设计阶段，更着重于建造过程的项目管理及后期维护。但业主本身对BIM技术往往并不熟悉或不够专业，越来越多的项目开始寻找第三方的BIM专业顾问或咨询服务，以满足业主对建设成本与项目管理日益严格的把控。

（2）设计方：BIM最早发端于设计阶段的应用，设计企业也是最早对BIM寄予厚望、投入最多的一方，应用的项目数也最多。但经历了早期的快速起步后，目前发展速度滞后于业主方和施工方。

（3）施工方：BIM技术在施工阶段的应用晚于设计阶段，但近几年却得到快速的发展。因其避开了三维设计在图面表达等方面的短板，专注于用信息化集成的技术来辅助项目的实施，对软件选择也有更大的灵活性，因此更能发挥它的优势。在施工阶段，BIM的应用包括工程量统计、碰撞检查、施工过程三维动画展示、预演施工方案、管线综合、虚拟现实、施工模拟、模板放样和备工备料等多个方面，并还在不断扩展当中。

总体来说，不管是设计、施工还是运维，我国的BIM技术应用仍处于起步阶段，BIM技术还远未发挥出其真正的全生命周期的应用价值。可以预见BIM应用是今后长时期内工程建设行业实施管理创新、技术创新，提升核心竞争力的有力保障。

3.BIM与传统CAD制图相比的特点和优势

在过去的20多年中，CAD技术的普及和推广使建筑师和工程师们甩掉图板，从传统的手工绘图、设计和计算中解放出来，可以说是工程设计领域的第一次数字革命。而现在，BIM的出现将引发整个工程建设领域的第二次数字革命。BIM不仅带来现有技术的进步和更新换代，也间接影响了生产组织模式和管理方式，并将更长远地影响人们思维模式的转变。

BIM可以运用在建筑的全寿命周期中，它对于实现建筑全生命周期管理，提高建筑行业规划、设计、施工和运维的科学技术水平，促进工程界全面信息化和现代化，具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。

与传统CAD技术相比，BIM有以下几个特点：

（1）可视化

在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以可视化效果不仅可以用作效果图的展示及报表的生成，更重要的是项目各阶段的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

（2）模拟性(www.xing528.com)

建筑施工是一个高度动态的过程，随着建筑工程规模不断扩大，复杂程度不断提高，施工项目管理也变得极为复杂。当前，建筑工程项目管理中经常用于表示进度计划的甘特图，由于专业性强，可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的动态变化过程。

通过将BIM与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D（3D+时间）模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制订施工计划，精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。

在施工过程中，还可将其与数码设备相结合，实现数字化的监控模式，更有效地管理施工现场，监控施工质量，使工程项目的远程管理成为可能，项目各参与方的负责人能在第一时间了解现场的实际情况。

此外，借助4D模型，施工企业在工程项目投标中将获得竞标优势，BIM可以协助评标专家从4D模型中很快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否合理等，从而对投标单位的施工经验和实力做出有效评估。

（3）可分析性

利用BIM技术，设计师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量的设计信息（几何信息、材料性能、构件属性等），只要将模型导入相关的性能化分析软件，就可以得到相应的分析结果。原本需要专业人士花费大量时间输入大量专业数据的过程，如今可以自动完成，这大大降低了性能化分析的周期，提高了设计质量，同时也使设计公司能够为业主提供更专业的技能和服务。

（4）协同性

协同设计可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。协同设计是在工程界环境发生深刻变化的背景下出现的，也是数字化建筑设计技术与快速发展的网络技术相结合的产物。

BIM的出现使协同已经不再是简单的文件参照，BIM技术为协同设计提供底层支撑， 大幅提升协同设计的技术含量。借助BIM的技术优势，协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，需要规划、设计、施工、运维等各方的集体参与，因此具备了更广泛的意义，从而带来综合效益的大幅提升。

4.BIM在各阶段的应用

BIM是一个智慧的建筑信息模型，参与各方可以在项目的不同阶段很方便地使用，主要体现在设计、招投标、施工和运维阶段。

（1）BIM在设计阶段的应用

管线综合预碰撞检查；设计错漏碰缺检查；方案阶段的调整和优化；异形建筑的参数化设计；自动生成施工图；实现效果图和施工图的同步性；减少设计变更等。

（2）招投标阶段的应用

工程量自动计算，实现关键节点随时测算；准确进行成本估算、概算和结算；为招投标提供技术支撑等。

（3）施工阶段的应用

进行施工进度模拟和控制；优化施工方案、保证施工合理有序；施工中复杂区域的可视化不及施工方案的制订；减少施工变更、预测解决项目实施过程中的问题；现场安装模拟、优化安装方案；与激光扫描、GPS、移动通信、RFID和互联网等技术结合等。

（4）运维阶段的应用

提高房屋的运维管理水平，增加商业价值；为运维阶段的物业管理、设备管理提供数据保障和支持；提供与物联网相联系的借口；运维中可通过BIM数据库获得故障发生原因和地点，便于更快、更有效地解决问题。

5.BIM标准

建筑工程项目是一个复杂的、综合的经营活动，参与各方涉及众多专业，生命周期长达几十年、上百年，所以建筑工程信息交换与共享是工程项目的主要活动内容之一。

目前的BIM软件只是涉及某个阶段、某个专业领域的应用，没有哪个工程是只使用一家软件产品完成的，不同应用软件之间需要进行数据协同，需要制定一系列的标准来实现BIM。

1996年，IAI（Industry Alliance for Interoperability）组织的名称在伦敦会议上被正式确立。1997年1月，该组织发布了IFC（Industry Foundation Classes）信息模型的第一个完整版本，从那以后又陆续发布了几个版本。在相关专家的努力下，IFC信息模型的覆盖范围、应用领域、模型框架都有了很大的改进，并已经被ISO标准化组织接受。2013年3月发布的IFC4扩展了IFC在建筑和结构方面的定义，加强了IFC与4D、5DBIM模型的整合，并将IFC扩展到基础设施范畴。

IFC标准是面向对象的三维建筑产品数据标准，其在建筑规划、建筑设计、工程施工、电子政务等领域获得广泛应用。它由IAI发布，目前已经有多家BIM软件公司宣布其软件持IFC数据标准。

统一的数据标准将提供一个具有可操作性的、兼容性强的数据交换统一基准，用于指导基于建筑信息模型的建筑工程设计过程，方便各阶段数据的建立、传递和解读，特别是各专业之间的协同和质量管理体系的管控等。2007年，美国国家建筑科学研究院发布了基于IFC标准制定的BIM应用标准NBIMS（准备级别的标准）。在第一版的基础上，2012年又发布了NBIMS-US标准第二版（应用级别的标准），北美、欧洲、韩国及许多英联邦国家基本上都采用美国的第一版BIM标准，或者在美国BIM标准的基础上发展自己国家的标准。NBIMS是一个完整的BIM指导性和规范性的标准，它规定了基于IFC数据格式的建筑信息模型在不同行业之间信息交互的要求，实现信息化促进商业进程的目的。

我国也针对BIM在中国的应用与发展进行了一些基础性的研究工作。2007年，中国建筑标准设计研究院提出了JG/T198—2007标准，其非等效地采用了国际上的IFC标准（《工业基础类IFC平台规范》）。该标准规定了建筑对象数字化定义的一般要求、资源层、核心层及交互层。

2012年1月，住建部“关于印发2012年工程建设标准规范制订修订计划的通知”宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动，其中包含了《建筑工程信息模型存储标准》《建筑工程设计信息模型交付标准》《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》《建筑工程信息模型应用统一标准》《制造工业工程设计信息模型应用标准》等5项标准。