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BIM完整论文

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建筑信息模型系统（BIM）的策略研究

TheStrategyofBuildingInformationModeling

作者:

杨阳

指导老师：

李政

摘要：

随着近年数字技术的发展，数字化信息集成下的建筑创作变得越来越为大众所熟知，涌现出了大量优秀的作品。

然而作为数字化设计的集合化应用——建筑信息模型集成化管理系统（BIM）在国内的规模化推进却依旧艰难，与国外先进水平差距有进一步扩大的趋势。

为了找出问题，解决目前这一现状，本文从工程项目信息的集成化管理角度切入中国的建筑设计，从大量的具体的工程实践入手，分析并阐述了目前我BIM实践中所遇到的机遇和挑战。

对目前国内普遍应用以及主流的BIM平台进行了总结，为BIM在我国设计院的有效推进与本土化实现提供良好的理论基础。

文章总结出的具体可操作的实现方式，将有效的促进我国尤其是设计院架构下的建筑产业的信息集成化建设发展。

本文的研究将原有大量分散的BIM策略进了系统性的串联。

对BIM在中国的实践进行了一个完整的梳理。

为未来的BIM实践提供了一个系统性的理论构架和方向性的操作指南。

在论文的展望与结论部分，作者对未来在建筑数字信息模型的基础上，数字地球以及定制化设计方式提出了自己开拓性的意见。

为未来的进一步研究提供了一个全新的思路与方向。

自20世纪80年代的个人电脑革命和90年代的互联网革命及其普及作用，计算机网络使得信息化所包含的信息收集、传递与共享具备了实现的技术条件。

信息技术近十几年来的飞速发展和广泛应用，其重要意义和对人类的深远影响举世公认。

在工程建设领域，计算机应用和数字化技术已展示了其特有的潜力，成为工程技术在新世纪发展的命脉。

关键词:

数字技术信息化BIM系统论协同设计策略

Abstract:

Inthepastdecades,informationtechnologyhasbeenmoreandmoreappliedtoarchitecturedesignandexcellentdigitalbasedworkscanbewidelyseennow,howeverthemainvehicleofdigitalarchitecturedesign,BIM,isfacingalotofdifficultieswhilepopulatinginChina,stillabiggaptocatchupwithworld-classlevel.Thisarticleaimstoin-sightingrootcauseofslowpopulationofBIM,findsolutionsandsummarizewidelyusedBIMplatformsfromperspectiveofusingintegratedmanagementtoarchitecturedesign,intermsofpracticalexperienceand

件可以相应更新。

这实际上实现了“先形状后尺寸”的设计方式，其技术思想与“变量化实体造型技术”较为接近。

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4.协作设计WuY中国BIM门户-ChinaBIM.com

在以往，我们理解的协作设计通常是建筑专业与结构水暖电的专业协作。

而今天，随着建筑工程复杂性的增加，跨学科的合作成为建筑设计的趋势。

在二维CAD时代，协作设计缺少一个统一的技术平台，但建筑信息模型为传统建筑工种提供了一个良好的技术协作平台，例如，结构工程师改变其柱子的尺寸时，建筑模型中的柱子也会立即更新，而且建筑信息模型还为不同的生产部门，甚至管理部门提供了一个良好的协作平台，例如施工企业可以在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟，控制施工进度，政务部门可以进行电子审图等等。

这不仅改变了建筑师、结构工程师、设备工程师传统的工作协调模式，而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作。

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2．BIM 的价值

具体而言，BIM的应用具有以下价值。

1、解决当前建筑领域信息化的瓶颈问题

建立单一工程数据源。

工程项目各参与方使用的是单一信息源，确保信息的准确性和一致性。

实现项目各参与方之间的信息交流和共享。

从根本上解决项目各参与方基于纸介质方式进行信息交流形成的“信息断层”和应用系统之间“信息孤岛”问题。

推动现代CAD技术的应用。

全面支持数字化的、采用不同设计方法的工程设计，尽可能采用自动化设计技术，实现设计的集成化、网络化和智能化。

促进建筑生命期管理，实现建筑生命期各阶段的工程性能、质量、安全、进度和成本的集成化管理，对建设项目生命期总成本、能源消耗、环境影响等进行分析、预测和控制。

2、基于BIM的工程设计

实现三维设计。

能够根据3D模型自动生成各种图形和文档，而且始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和文档将自动更新；设计过程中所创建的对象存在着内建的逻辑关联关系，当某个对象发生变化时，与之关联的对象随之变化。

实现不同专业设计之间的信息共享。

各专业CAD系统可从信息模型中获取所需的设计参数和相关信息，不需要重复录入数据，避免数据冗余、歧义和错误。

实现各专业之间的协同设计。

某个专业设计的对象被修改，其他专业设计中的该对象会随之更新。

实现虚拟设计和智能设计。

实现设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等。

3、基于BIM的施工及管理

实现集成项目交付IPD（IntegratedProjectDelivery）管理。

把项目主要参与方在设计阶段就集合在一起，着眼于项目的全生命期，利用BIM技术进行虚拟设计、建造、维护及管理。

实现动态、集成和可视化的4D施工管理。

将建筑物及施工现场3D模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，建立4D施工信息模型。

实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。

实现项目各参与方协同工作。

项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图档和视档的提交、审核、审批及利用。

项目各参与方通过网络协同工作，进行工程洽商、协调，实现施工质量、安全、成本和进度的管理和监控。

实现虚拟施工。

在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测，包括施工方法实验、施工过程模拟及施工方案优化等。

4、基于BIM的建筑运营维护管理

综合应用GIS技术，将BIM与维护管理计划相链接，实现建筑物业管理与楼宇设备的实时监控相集成的智能化和可视化管理。

基于BIM进行运营阶段的能耗分析和节能控制。

结合运营阶段的环境影响和灾害破坏，针对结构损伤、材料劣化及灾害破坏，进行建筑结构安全性、耐久性分析与预测。

对于BIM的研究

对于BIM国内外一些知名大学率先展开了卓有成效的基础性研究。

1996年美国斯坦福大学提出的4D模型，将建筑构件的3D模型与施工进度的各种工作相链接，动态地模拟这些构件的变化过程；新加坡南洋理工大学提出了一个基于IFC的网络工作平台，采用网络及XML技术进行信息交换，支持建筑设计到结构分析的模型转换；英国索尔福德大学提出的基于IFC信息模型的4D计划管理工具，实现了施工计划模拟、概预算以及施工项目假设分析。

笔者及清华大学研究组于2002年研发的4D施工管理扩展模型，将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，2006年开发了基于IFC和BIM的4D建筑施工管理系统和物业智能管理系统。

随着对信息建模研究的不断深入，一些著名软件开发商也提出了名称各异的信息模型概念。

匈牙利Graphisoft公司提出虚拟建筑（VirtualBuilding,VB）的概念，并应用于建筑设计软件ArchiCAD中；美国Bentley公司基于全信息建筑模型（SingleBuildingModel，SBM）

3.BIM 的应用

BIM是一种全新的理念，它涉及到从规划、设计理论到施工、维护技术的一系列创新和变革，是建筑业信息化的发展趋势。

BIM的研究对于实现建筑生命期管理，提高建筑行业设计、施工、运营的科学技术水平，促进建筑业全面信息化和现代化，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

目前，BIM的应用在欧美发达国家正在迅速推进，如美国已推出国家BIM标准，规定房屋建筑设计必须应用BIM技术，推行集成项目交付IPD管理模式。

同时该行业的大力推进，使得BIM工程师、BIM经理、BIM咨询公司等新型职业和商机应运而生。

与欧美发达国家相比，我国BIM应用起步并不晚，但由于建筑企业和项目管理模式及水平的限制，致使其推广应用更为艰难。

不过，国家的重视及行业发展的需求，将极大促进BIM更深层次的研究和广泛的推广应用。

目前，我国BIM应用的主要推力表现在以下三方面。

1、国家支持的BIM研究成果应用

我国BIM技术的基础性研究得到国家的大力支持，并取得了卓有成效的研究成果。

如笔者完成的国家“十五”科技攻关计划课题研究成果“基于IFC的建筑工程4D施工管理系统”，成功应用于国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等多个大型、复杂工程，专家评价属国内首创，填补了国内空白，达到国际先进水平，荣获2009年“华夏建设科学技术一等奖”。

清华大学和中国建筑科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑项目课题“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”，着重BIM的基础性研究，已经完成了基于IFC的BIM体系架构建立，开发了面向设计与施工的BIM建模系统、BIM数据集成管理平台及BIM数据库。

清华大学承担的另一国家

“十一五”科技支撑项目课题“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”，侧重于BIM应用软件的研究，即将推出基于BIM技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等一系列应用软件。

这些软件正在实际工程中示范应用，其进一步推广将大力推进BIM的应用进程。

2、行业BIM标准的制定

IFC（IndustryFoundationClasses）是BIM的数据表达与交换的标准。

“十五”期间，我国建筑业已经开始推广应用IFC标准工作。

2007年推出行业标准《建筑对象数字化定义》，《工业基础类平台规范》也即将出版。

清华大学承担的“十一五”科技支撑项目成果“建筑施工IFC数据描述标准”已经完成，中国BIM标准也正在编制中，这些相关标准的制定是BIM应用的基础和保障。

3、建筑业信息化应用的实际需求

目前，我国正在进行着世界最大规模的基本建设，工程项目规模日益扩大，结构形式愈加复杂，尤其是超大型工程项目层出不穷，使企业和项目都面临着巨大的投资风险、技术风险和管理风险。

然而，当前的管理模式和信息化手段都无法适应现代化建设的需要。

应用BIM技术，从根本上解决建筑生命期各阶段和各专业系统间信息断层问题，从设计、施工技术到管理全面提高信息化水平和应用效果，已成为建设企业的迫切需求。

国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等工程项目成功实现4D施工动态集成管理，并获2009年、2010年华夏建设科学技术一等奖。

上海中心项目工程总承包招标，明确要求应用BIM技术。

上海金融交易广场和广联达信息大厦项目都已规划面向建筑生命期的BIM应用整体方案，并在方案设计阶段就引入了BIM技术。

这些大型工程项目对BIM的应用与推广，引起了设计、施工企业的关注，势必对我国建筑业BIM技术的广泛应用起到重要示范作用。

4.影响3DBIM普及的主要因素

1.机制不协调

BIM应用不仅带来技术风险，还影响到设计设计工作流程。

因此，设计师应用BIM软件不可避免地会在一段时间内影响到个人及部门利益，并且一般情况下设计师无法获得相关的利益补偿。

因此，在没有切实的技术保障和配套管理机制的情况下，强制在单位或部门推广BIM是不太现实的。

另外，由于目前的设计成果仍是以2D图纸表达的，BIM技术在2D图纸成图方面仍存在着一定程序的细节不到位，表达不规范的现象。

因此，一方面应完善BIM软件的2D图档功能，另一方面国家相关部门也应该结合技术进步，适当改变传统的设计交付方式及制图规范，甚至能做到以3DBIM模型作为设计成果载体

2.任务风险

我国普遍存在着项目设计周期短、工期紧张的情况，BIM软件在初期应用过程中，不可避免地会存在技术障碍，这有可能导致无法按期完成设计任务。

3使用要求高，培训难度大

尽管主流BIM软件一再强调其易学易用性，实际上相对2D设计而言，BIM软件培训难度还是比较大的，对于一部分设计人员来说熟练掌握BIM技术有一定难度。

另外，复杂模型的创建甚至要求建筑师具备良好的数学功底及一定的编程能力，或有相关CAD程序工程师的配合，这无形中也提高了应用难度。

4.BIM技术支持不到位

BIM软件供应商不可能对客户提供长期而充分的技术支持。

通常情况下，最有效的技术支持是在良好的成规模的应用环境中客户之间的相互学习，而环境的培育需要时间和努力。

各设计单位首先应建立自己的BIM技术中心，以确保本单位获得有效的技术支持。

这种情况在一些实力较强的设计院所应率先实现，这也是有实力的设计公司及事务所的通用作法，在愈来愈强调分工协作的今天，BIM技术中心将成为必不可少的保障部门。

5.软件体系不健全

现阶段BIM软件存在一些弱点：

本地化不够彻底，工种配合不够完善，细节不到位，特别是缺乏本土第三方软件的支持。

软件的本地化工作，除原开发厂商结合地域特点增加自身功能特色之外，本土第三方软件产品也会在实际应用中发挥重要作用。

2D设计方面，在我国建筑、结构、设备各专业实际上均在大量使用国内研发的基于AutoCAD平台的第三方工具软件，这些产品大幅提高了设计效率，推广BIM应借鉴这些宝贵经验。

首都机场3号航站楼、国家大剧院，以及在建的上海中心、甚至地方的重要建筑如广州歌剧院、重庆歌剧院等，无一例外地交给了国外的设计事务所。

建筑高端设计领域还相当缺乏国内同行的声音。

这种局面值得国内同行警醒，我们已到了应该付出切实努力并迎头赶上的时候了。

为在我院推广普及BIM技术，我院已委托具备项目设计、技术研究及CAD开发综合能力的工程软件室担当了BIM研究中心的角色，制定了详细的BIM实施路线，包括技术研究、技术培训、试点设计、技术支持、配套研发等实施环节，以期在BIM技术领域取得实质性进展。

5.关于BIM的案例

《杭州奥体中心主体育场》杭州奥体中心主体育场是由CCDI体育事业部和CCDI的BIM团队共同完成的设计。

BIM技术让“杭州奥体中心主体育场”项目的设计工作发生了变化

杭州奥体中心主体育场位于钱塘江与七甲河交汇处南侧，规划建筑面积22.9万平方米，可举办洲际性、全国性综合运动会及国际田径、足球比赛，拥有观众固定坐席80000个。

以优雅又富有张力的花瓣外形为表现形式，正是建筑师将活力动感与华贵美丽完美结合的创意，它似花非花、如梦如幻，却又卓尔不群、傲然挺立在钱塘江畔。

1.模型设计发生的变化

作为一名建筑师，首先要真实地再现他们脑海中或精致、或宏伟、或灵动或庄重的建筑造型，在使用BIM之前，CCDI体育事业部的建筑师们很多时候是通过泡沫、纸盒做的手工模型展示头脑中的创意，相应调整方案的工作也是在这样的情况下进行的，由创意到手工模型的工作需要较长的时间，而且设计师还会反复多次在创意和手工模型之间进行工作。

2.专业设计发生的变化

“杭州奥体中心主体育场”项目，由于其兼具体育场和外观复杂的双重特性，所以只有采用三维建模方式进行设计，才能避免许多二维设计后期才会发现的问题。

因此，CCDI设计团队采用了基于BIM技术的Revit系列软件做支撑，以预先导入的三维外观造型做定位参考，在Revit中建立体育场内部建筑功能模型、结构网架模型、机电设备管线模型。

3.专业纠错的变化

“杭州奥体中心主体育场”项目建立了BIM模型，由于其真实的三维特性，它的可视化纠错能力直观、实际，对设计师很有帮助，这使施工过程中可能发生的问题，提前到设计阶段来处理，减少了施工阶段的反复，不仅节约了成本，更节省了建设周期。

4.模型后续利用的变化

体育场馆的设计对防火、疏散、声音、温度等要求较高，这些都有非常专业的分析模拟软件，而BIM模型的建立有助于相关的分析研究。

“杭州奥体中心主体育场”项目利用完整的BIM模型信息，对体育场模型进行了声环境模拟分析，通过模拟预测体育场内的声环境，证明体育场坐席区域的声压级分布均匀，通过模拟体育场在83Hz、125Hz、250Hz各个频带观众坐席区声压级差分布分析，证明项目的设计无声场缺陷。

该项目对体育场的风环境也做了分析，对平台行人活动区进行分析，结果是无严重的空气旋涡和流动死角；对主体育场与网球场之间区域进行分析，结果是两个建筑之间没有形成隧道风。

该项目还对体育场的温度环境做了分析，直接将BIM模型导入到IES软件，分析无孔隙结构与孔隙结构外壳两种方式的温度分布变化，以确定外壳是否开孔以及开孔率。

应用基于BIM技术的软件是有一定难度的，如何让设计师尽快用上BIM产品，CCDI人有自己的模式，他们收获的不止是BIM技术带来的快捷精准、信息积存，更收获了一支BIM团队，如今他们已经有很多成功的体育场馆工程项目是通过BIM完成的。

CCDI应用BIM技术，从草图到BIM模型，再到各专业分析，全过程设计以BIM模型为核心，实现了BIM模型信息在设计流程中的有效传递，使设计者的灵感在BIM技术的辅助下发挥得淋漓尽致，除了前面介绍的“杭州奥体中心主体育场”以外，CCDI还有很多这方面的成功案例。

6.展望

“城市发展与工程管理——转型·变革·创新”国际学术研讨会暨中国建筑学会工程管理研究分会2012年年会（ASC-CMRS2012，以下简称中国建筑学会工程管理研究分会2012年会）于2012年9月15日至16日在山东建筑大学举行，东北大学校长、中国建筑学会工程管理研究分会理事长丁烈云出席会议并在会上做报告。

丁烈云校长的报告就BIM应用展开，他表示，中国BIM应用还有空间待挖掘。

　　2012年9月15日，中国建筑学会工程管理研究分会开幕式结束后，丁烈云校长第一个上台做报告，报告题为《BIM应用：

从3D到nD》。

最近几年，BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）在建筑行业的应用越来越广泛，它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。

　　谈到BIM应用，丁烈云校长分别从3D应用和4D应用两方面展开论述。

近几年基于3D-BIM的工程管理，主要用于规划、设计阶段的方案评审、火灾模拟、应急疏散能耗分析以及运营阶段的设施管理。

　　与传统模式相比，3D-BIM的优势明显，因为建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，可以进行各个相关工作。

建筑工程与之相关的工作都可以从这个建筑信息模型中拿出各自需要的信息，既可指导相应工作又能将相应工作的信息反馈到模型中。

　　建筑信息模型不是简单的将数字信息进行集成，它还是一种数字信息的应用，并可以用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。

　同时BIM可以四维模拟实际施工，以便于在早期设计阶段就发现后期真正施工阶段所会出现的各种问题，来提前处理，为后期活动打下坚固的基础。

在后期施工时能作为施工的实际指导，也能作为可行性指导，以提供合理的施工方案及人员，材料使用的合理配置，从而来最大范围内实现资源合理运用。

在谈到4D-BIM应用时，丁烈云校长表示，基于4D-BIM的工程管理，主要用于施工阶段的进度、成本、质量安全以及碳排放测算。

参考文献：

1、网络，XX百科关于BIM的介绍。

2、中国建筑科学研究院清华大学课题负责人：

张建平

3、清华大学建筑学院建筑与土木工程专业硕士专业学位论文教授庄敏指导教师朱小地

4、建筑学报刊对于BIM技术的论文