BIM与相关技术方法.docx
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BIM与相关技术方法
BIM与相关技术方法
（一）-前言
∙来源：
建筑信息模型BIM网
作者：
何关培
正式开始讨论BIM和相关技术方法的关系以前，先做一个简单的说明，作为前言。
我们一般说“BIM”是指“BuildingInformationModeling建筑信息模型”这种利用数字技术表达建设项目几何、物理和功能信息以支持项目生命周期建设、运营、管理决策的技术、方法或者过程。
从而我们把支持BIM技术的软件叫做“BIM软件”，用BIM技术建立起来的建设项目信息模型称之为“BIM模型”。
如果和大家熟悉的CAD技术的相关概念进行一一对应比较的话，我们得出如下表格：
技术、方法、过程
软件工具
工作成果
BIM
BuildingInformationModeling
建筑信息模型
名称：
BIM软件
举例：
Revit, BentleyArchitecture,ArchiCAD
名称：
BIM模型
举例：
.RVT,DGN,.PLN
CAD
ComputerAidedDesign
电脑辅助设计
名称：
CAD软件
举例：
AutoCAD,Microstation
名称：
图形（图形文件）
举例：
.DWG,.DGN
BIM对建筑业的绝大部分同行来说还是一种比较新的技术和方法，在BIM产生和普及应用之前及其过程中，建筑行业已经使用了不同种类的数字化及相关技术和方法，包括CAD、可视化、参数化、CAE、GIS、协同、BLM、IPD、VDC、精益建造、流程、游戏、互联网、移动通讯、RFID等，那么这些技术和方法与BIM之间的关系如何？
BIM是如何和这些相关技术方法一起来帮助建筑业实现产业提升的呢？
这些内容涉及的面非常广，远远不是笔者一个人都能够讲清楚的。
但是业界同行在工作中、在应用BIM的过程中又都必须面临这些问题，我也常常被问到诸如“BIM做出来的动画和MAX做出来的动画有什么不一样？
”这样的问题，因此不揣浅陋，谈谈自己的理解和看法，希望得到同行的批评指正和支持。
BIM和CAD是两个天天要碰到的概念，因为目前工程建设行业的现状就是人人都在用着CAD，人人都知道了还有一个新东西叫BIM，听到碰到的频率越来越高，而且用的项目用的人在慢慢多起来，这方面的资料也在慢慢多起来。
BIM和CAD这两个概念乍一讲好像很清楚，仔细一琢磨好像不是那么容易讲清楚。
如果您不同意这个说法的话，请一起来看看下面这样几个问题：
∙问题一：
AutoCAD或Microstation是BIM吗？
∙回答：
不是。
（特有信心）
∙为什么：
因为只是几何图形，没有关于建设项目本身的信息。
∙问题二：
天正或Speedikon是BIM吗？
∙回答：
应该不是吧。
（有点犹豫）
∙为什么：
因为软件厂商没说是。
∙问题三：
AutoCADArchitecture（ADT）是BIM吗？
∙回答：
这还真不好说。
（开始晕了）
∙为什么：
因为厂商自己一会儿说是，一会儿说不是
∙问题四：
Revit,BentleyArchitecture,ArchiCAD是BIM吗？
∙回答：
是。
（信心又恢复了）
∙为什么：
因为软件厂商自己说是，大家也都说是。
∙问题五：
Revit,BentleyArchitecture,ArchiCAD和其他BIM软件的BIM程度有什么区别吗？
∙回答：
说不出来。
∙为什么：
不知道怎样衡量。
事实上，美国国家BIM标准（NationalBuildingInformationModelingStandard）提供了一套衡量产品或者应用BIM到什么程度的模型和工具-BIM能力成熟度模型（BIMCapabilityMaturityModel），可以根据以下11个方面的指标来判断一个BIM产品或BIM应用达到了什么样的BIM程度（还不能叫BIM，最低BIM标准，BIM认证标准，银牌BIM，金牌BIM，白金BIM），这11个维度包括：
1.数据丰富性（DataRichness）
2.生命周期（LifecycleViews）
3.变更管理（ChangeManagement）
4.角色或专业（RolesorDisciplines）
5.业务流程（BusinessProcess）
6.及时性/响应（Timeliness/Response）
7.提交方法（DeliveryMethod）
8.图形信息（GraphicInformation）
9.空间能力（SpatialCapability）
10.信息准确度（InformationAccuracy）
11.互用性/IFC支持（Interoperability/IFCSupport）
在下无意在此展开非常细节的讨论和科学的论证，试提供如下两张图来给大家一个关于BIM和CAD的直观感觉。
第一张图表示现状，把CAD和BIM两个圆画成相切而不是相交的原因是因为目前二维图纸仍然是表达建设项目的唯一法律文件形式，而目前的BIM软件完成这个工作的能力还有待大大提高。
因此目前CAD做CAD的事情，BIM做BIM的事情。
中间的过度部分就是我们不容易说清楚是不是BIM的那部分建立在CAD平台上的专业应用软件，用美国国家BIM标准的判断方法，达到一定的指标就是BIM，否则还不能称得上是BIM。
至于那个具体的衡量指标应该是什么，我觉得还需要广大同行的共同努力和探索。
第二张图我想用来表达理想的BIM环境，这个时候CAD能做的事情应该是BIM能做的事情的一个子集。
在CAD刚刚开始应用的年代，也有类似的问题出现：
例如，一张只用CAD画了轴网，其余还是手工画的图纸能称得上是一张CAD图吗？
显然不能；那么一张用CAD画了所有线条，而用手工涂色块和根据校审意见进行修改的图是一张CAD图吗？
答案当然是“yes”。
虽然中间也会有一些比较难说清楚的情况，但总体来看判断CAD的难度不大，甚至可以用一个百分比来把这件事情讲清楚：
即这是一张百分之多少的CAD图。
同样一件事情，对BIM来说，难度就要大得多。
事实上目前有不少关于某个软件产品是不是BIM软件、某个项目的做法属不属于BIM范畴的争论和探讨一直在发生和继续着。
那么如何判断一个产品或者项目是否可以称得上是一个BIM产品或者BIM项目，如果两个产品或项目比较起来，哪一个的BIM程度更高或能力更强呢？
一、BIM能力成熟度模型
美国国家BIM标准（NationalBuildingInformationModelingStandard-以下简称NBIMS）提供了一套以项目生命周期信息交换和使用为核心的可以量化的BIM评价体系，叫做BIM能力成熟度模型（BIMCapabilityMaturityModel-以下简称BIMCMM），如下图所示：
横轴是对BIM方法和过程进行量化评价的11个要素，纵轴把每个要素划分成10级不同的成熟度，其中1级表示最不成熟，10级表示最成熟。
例如第8个要素的图形信息（GraphicInformation），第1级为“纯粹文字，没有图形”，第10级为“nD-加入时间成本等”。
二、BIMCMM计分表
BIMCMM采用百分制计分，当确定了上述11个要素的权重系数以后，计分表也就确定了。
例如，第一个要素数据丰富性（DataRichness）的最高分为8.4分，最低分为0.84分，当数据丰富性处在第5级成熟度的时候，这个要素得分为4.2分。
三、BIMCMM计分举例
当我们对于某一个被评测对象的11个要素选择了各自的成熟级别以后，分别从上述计分表中找出对应的分数，累加以后就可以得到这个对象的BIM得分。
下面的例子我们分别选择11个要素的成熟级别如下：
序号
要素
成熟级别
1
数据丰富性（DataRichness）
2
2
生命周期（LifecycleViews）
1
3
变更管理（ChangeManagement）
2
4
角色或专业（RolesorDisciplines）
3
5
业务流程（BusinessProcess）
1
6
及时性/响应（Timeliness/Response）
1
7
提交方法（DeliveryMethod）
3
8
图形信息（GraphicInformation）
3
9
空间能力（SpatialCapability）
1
10
信息准确度（InformationAccuracy）
2
11
互用性/IFC支持（Interoperability/IFCSupport）
2
这样就得出这个评测对象的得分为19.2分。
根据NBIMS的规定，2009年最低标准的BIM为40分（也就是说这个例子没有达到BIM的最低标准），50分为通过BIM认证,70分银牌BIM，80分金牌BIM，90分白金BIM，本案例离通过BIM认证还差30.9分。
如图所示：
四、关注区域图
根据上述评分案例，还可以得到下列关注区域图，每一个要素的成熟度情况和改进方向一目了然。
五、对我国BIM发展的借鉴意义
NBIMS的BIM能力成熟度模型虽然本身也还处于不断发展的过程当中，而且对于要素种类、权重和数量的确定，成熟度各个级别的定义和总级别数量的确定，以及总体BIM成熟度的分级条件等都还有不少可以商榷的地方，加上我国工程建设行业的实际情况跟美国相比也存在着各种各样的差别，完全按照这套模式对中国的BIM过程、方法、产品、应用进行评价应该会有一定的不合适甚至不合理的地方，但是总体来说使用这套模式对我们目前进行的BIM工作进行评价已经具有非常实际的参考意义。
笔者认为这套工作方法对我国的BIM发展至少有如下两点非常直接有效的借鉴意义：
∙使用其它行业已经非常成熟的能力成熟度模型（CMM）来建立BIM评价体系，可以充分利用前人和其它行业的工作成果，也有利于应用推广；
∙评价体系（包括标准）和BIM本身一起逐步发展和逐步完善，互相促进的同时互为制约，让业内人士既有章可循又不固步自封，而不是等到BIM应用成熟了再来制定标准。
各位同行，算一算，您的那个BIM到底能得多少分？
BIM与相关技术方法（三）-BIM和可视化
∙来源：
建筑信息模型BIM网
∙作者：
何关培
∙发布时间：
2010-01-04
可视化是对英文Visualization的翻译，如果用建筑行业本身的术语应该叫做“表现”，与之相对应，施工图谓之“表达”。
英文维基百科这样解释Visualization:
"Visualization isanytechniqueforcreating images, diagrams,oranimations tocommunicateamessage.Visualizationthroughvisualimageryhasbeenaneffectivewaytocommunicatebothabstractandconcreteideassincethedawnofman."
大致意思是说“可视化是创造图像、图表或动画来进行信息沟通的各种技巧，自从人类产生以来，无论是沟通抽象的还是具体的想法，利用图画的可视化方法都已经成为一种有效的手段。
”
从这个意义上来说，实物的建筑模型、手绘效果图、照片、电脑效果图、电脑动画都属于可视化的范畴，符合“用图画沟通思想”的定义，但是二维施工图不是可视化，因为施工图本身只是一系列抽象符号的集合，是一种建筑业专业人士的“专业语言”，而不是一种“图画”，因此施工图属于“表达”范畴，也就是把一件事情的内容讲清楚，但不包括把一件事情讲的容易沟通。
当然，我们这里说的可视化是指电脑可视化，包括电脑动画和效果图等。
有趣的是，大家约定成俗的对电脑可视化的定义与维基百科的定义完全一致，也和建筑业本身有史以来的定义不谋而合。
明确了可视化以及电脑可视化的概念以后，我们来看看下面几个问题：
∙2D图纸是可视化吗？
∙3D线框图是可视化吗？
∙3D色块图是可视化吗？
∙3D真实效果图是可视化吗？
如果用百分制来表示可视化程度的话，CAD、BIM和可视化三者的关系可以表达如下：
如果我们把BIM定义为建设项目所有几何、物理、功能信息的完整数字表达或者称之为建筑物的DNA的话，那么2DCAD平立剖图纸可以比作是该项目的心电图、B超和X光，而可视化就是这个项目特定角度的照片或者录像，即2D图纸和可视化都表达或表现了项目的部分信息，但不是完整信息。
在目前CAD和可视化作为建筑业主要数字化工具的时候，CAD图纸是项目信息的抽象表达，可视化是对CAD图纸表达的项目部分信息的图画式表现，由于可视化需要根据CAD图纸重新建立三维可视化模型，因此时间和成本的增加以及错误的发生就成为了这个过程的必然结果，更何况CAD图纸是在不断调整和变化的，这种情形下，要让可视化的模型和CAD图纸始终保持一致，成本会非常高，一般情形下，效果图看完也就算了，不会去更新保持和CAD图纸一致。
这也就是为什么目前情况下项目建成的结果和可视化效果不一致的主要原因之一。
使用BIM以后这种情况就变过来了，首先BIM本身就是一种可视化程度比较高的工具，而可视化是在BIM基础上的更高程度的可视化表现；
其次，由于BIM包含了项目的几何、物理和功能等完整信息，可视化可以直接从BIM模型中获取需要的几何、材料、光源、视角等信息，不需要重新建立可视化模型，可视化的工作资源可以集中到提高可视化效果上来，而且可视化模型可以随着BIM设计模型的改变而动态更新，保证可视化与设计的一致性。
第三，由于BIM信息的完整性以及与各类分析计算模拟软件的集成，拓展了可视化的表现范围，例如4D模拟、突发事件的疏散模拟、日照分析模拟等。
BIM与相关技术方法（四）-BIM和参数化建模
∙来源：
建筑信息模型BIM网
∙作者：
何关培
∙发布时间：
2010-01-04
前段时间，网友水绿如蓝问笔者能不能讲一讲BIM和参数化之间的关系，这篇博文算是一种回答，不知道是否能入法眼？
同时需要说明的是，正是水绿如蓝网友的这个问题，让我萌发了写“BIM与相关技术方法”系列的想法，谨在此表示感谢！
现在书归正传。
参数化建模的英文是ParametricModeling，我们从以下几个方面来看看BIM和参数化建模的关系。
一、什么不是参数化建模
∙一般的CAD系统，确定图形元素尺寸和定位的是坐标，这不是参数化；
∙为了提高绘图效率，在上述功能基础上可以定义规则来自动生成一些图形，例如复制、阵列、垂直、平行等，这也不是参数化。
道理很简单，这样生成的两条垂直的线，其关系是不会被系统自动维护的，用户编辑其中的一条线，另外一条不会随之变化；
∙在CAD系统基础上，开发对于特殊工程项目（例如水池）的参数化自动设计应用程序，用户只要输入几个参数（例如直径、高度等），程序就可以自动生成这个项目的所有施工图、材料表等，这还不是参数化。
讲两点原因：
其一，这个过程是单向的，生成的图形和表格已经完全没有智能（这个时候如果修改某个图形，其他相关的图形和表格不会自动更新）；其二，这种程序对能处理的项目限制极其严格，也就是说，嵌入其中的专业知识极其有限。
∙为了使通用的CAD系统更好地服务于某个行业或专业，定义和开发面向对象的图形实体（被称之为“智能对象”），然后在这些实体中存放非几何的专业信息（例如墙厚、墙高等），这些专业信息可用于后续的统计分析报表等工作，这仍然不是参数化。
理由如下：
∙
o用户自己不能定义对象（例如一种新的门），这个工作必须通过API编程才能实现；
o用户不能定义对象之间的关系（例如把两个对象组装起来变成一个新的对象）；
o非几何信息附着在图形实体（智能对象）上，几何信息和非几何信息本质上是分离的，因此需要专门的工作或工具来检查几何信息和非几何信息的一致性和同步，当模型大到一定程度以后，这个工作慢慢变成实际上的不可能。
二、什么是参数化建模
图形由坐标确定，这些坐标可以通过若干参数来确定。
例如要确定一扇窗的位置，我们可以简单地输入窗户的定位坐标，也可以通过几个参数来定位：
例如放在某段墙的中间、窗台高度900、内开，这样这扇窗在这个项目的生命周期中就跟这段墙发生了永恒的关系，除非被重新定义。
而系统则把这种永恒的关系记录了下来。
参数化建模是用专业知识和规则（而不是几何规则，用几何规则确定的是一种图形生成方法，例如两个形体相交得到一个新的形体等）来确定几何参数和约束的一套建模方法，宏观层面我们可以总结出参数化建模的如下几个特点：
∙参数化对象是有专业性或行业性的，例如门、窗、墙等，而不是纯粹的几何图元；（因此基于几何元素的CAD系统可以为所有行业所用，而参数化系统只能为某个专业或行业所用）；
∙这些参数化对象（在这里就是建筑对象）的参数是由行业知识（DimainKnowledge）来驱动的，例如，门窗必须放在墙里面，钢筋必须放在混凝土里面，梁必须要有支撑等；
∙行业知识表现为建筑对象的行为，即建筑对象对内部或外部刺激的反应，例如层高变化楼梯的踏步数量自动变化等；
∙参数化对象对行业知识广度和深度的反应模仿能力决定了参数化对象的智能化程度，也就是参数化建模系统的参数化程度。
微观层面，美国乔治亚理工学院的GhangLee等人认为参数化模型系统应该具备下列特点：
1.可以通过用户界面（而不是像传统CAD系统那样必须通过API编程接口）创建形体，以及对几何对象定义和附加参数关系和约束，创建的形体可以通过改变用户定义的参数值和参数关系进行处理；
2.用户可以在系统中对不同的参数化对象（例如一堵墙和一扇窗）之间施加约束；
3.对象中的参数是显式的，这样某个对象中的一个参数可以用来推导其他空间上相关的对象的参数；
4.施加的约束能够被系统自动维护（例如两墙相交，一墙移动时，另一墙体需自动缩短或增长以保持与之相交）。
5.应该是3D实体模型；
6.应该是同时基于对象和特征的。
三、BIM和参数化建模
BIM是一个创建和管理建筑信息的过程，而这个信息是可以互用和重复使用的。
BIM系统应该具有以下几个特点：
∙基于对象的
∙使用三维实体几何造型
∙具有基于专业知识的规则和程序
∙使用一个集成和中央的数据仓库
从理论上说，BIM和参数化并没有必然联系，不用参数化建模也可以实现BIM，但从系统实现的复杂性、操作的易用性、处理速度的可行性、软硬件技术的支持性等几个角度综合考虑，就目前的技术水平和能力来看，参数化建模是BIM得以真正成为生产力的不可或缺的基础。
BIM与相关技术方法（五）-BIM和CAE
∙来源：
建筑信息模型BIM网
∙作者：
何关培
∙发布时间：
2010-01-05
英文维基百科对CAE有如下解释：
Computer-aidedengineering （oftenreferredtoas CAE）istheuseof informationtechnology tosupport engineersintaskssuchas analysis, simulation, design, manufacture,planning,diagnosis,andrepair. Software toolsthathavebeendevelopedtosupporttheseactivitiesareconsideredCAEtools.CAEtoolsarebeingused,forexample,toanalyzetherobustnessandperformanceofcomponentsandassemblies.Thetermencompassessimulation, validation,andoptimization ofproductsandmanufacturingtools.Inthefuture,CAEsystemswillbemajorprovidersofinformationtohelpsupportdesignteamsindecisionmaking.
简单地讲，CAE就是国内同行常说的分析、计算、模拟、优化等软件，这些软件是项目设计团队决策信息的主要提供者。
CAE的历史比CAD早，当然更比BIM早，电脑的最早期应用事实上是从CAE开始的，包括历史上第一台用于计算炮弹弹道的ENIAC计算机，干的工作就是CAE。
CAE涵盖的领域包括以下几个方面：
1.使用有限元法（FEA）进行应力分析如结构分析等；
2.使用计算流体动力学（CFD）进行热和流体的流动分析如风-结构相互作用等；
3.运动学如建筑物爆破倾倒历时分析等
4.过程模拟分析例如日照、人员疏散等；
5.产品或过程优化如施工计划优化等;
6.机械事件仿真（MES）.
大家知道，设计是一个根据需求不断寻求最佳方案的循环过程，而支持这个过程的就是对每一个设计方案的综合分析比较，也就是CAE软件能做的事情。
一个典型的设计过程可以图示如下：
一个CAE系统通常由前处理、求解器和后处理三个部分组成，三者的主要功能如下：
1.前处理：
根据设计方案定义用于某种分析、模拟、优化的项目模型和外部环境因素（统称为作用-例如荷载、温度等）；
2.求解器：
计算项目对于上述作用的反应（例如变形、应力等）；
3.后处理：
以可视化技术、数据集成等方式把计算结果呈现给项目团队，作为调整、优化设计方案的依据。
目前大多数情况下，CAD作为主要设计工具，CAD图形本身没有或极少包含各类CAE系统所需要的项目模型非几何信息（如材料的物理、力学性能）和外部作用信息，在能够进行计算以前，项目团队必须参照CAD图形使用CAE系统的前处理功能重新建立CAE需要的计算模型和外部作用；在计算完成以后，需要人工根据计算结果用CAD调整设计，然后再进行下一次计算。
由于上述过程工作量大、成本过高且容易出错，因此大部分CAE系统只好被用来对已经确定的设计方案的一种事后计算，然后根据计算结果配备相应的建筑、结构和机电系统，至于这个设计方案的各项指标是否达到了最优效果，反而较少有人关心，也就是说，CAE作为决策依据的根本作用并没有得到很好发挥。
CAE在CAD以及前CAD时代的状况，可以用一句话来描述：
有心杀贼，无力回天。
由于BIM包含了一个项目完整的几何、物理、性能等信息，CAE可以在项目发展的任何阶段从BIM模型中自动抽取各种分析、模拟、优化所需要的数据进行计算，这样项目团队根据计算结果对项目设计方案调整以后又立即可以对新方案进行计算，直到满意的设计方案产生为止。
因此可以说，正是BIM的应用给CAE带来了第二个春天（电脑的发明是CAE的第一个春天），让CAE回归了真正作为项目设计方案决策依据的角色。
BIM与相关技术方法（六）-BIM和GIS
∙来源：
建筑信息模型BIM网
∙作者：
何关培
∙发布时间：
2010-01-08
在GIS（地理信息系统）及其以此为基础发展起来的领域，有三个流行名词跟我们现在要谈的这个话题有关，对这三个流行名词，不知道笔者以下的感觉跟各位同行有没有一些共鸣？
∙GIS：
用起来不错；
∙数字城市：
听上去很美；
∙
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