BIM的发展与研究.doc

1、BIM 的发展现状与研究【摘要】通过对 BIM 技术的产生与发展的研究，对国内外的 BIM 技术研究与应用现状进行了总结，对现阶段国际、国内 BIM 技术在设计、施工、运维等不同阶段的应用情况、国内外 BIM 标准的进化等内容进行归纳整理，提出了在未来的建筑工程领域 BIM 技术的发展趋势和设想。【关键词】BIM；应用现状；发展趋势一、BIM 的概念与特点自从 1975 年，美国的 ChuckEastman 提出了建筑物计算机模拟系统（Building Description System，BDS）的概念以来，建筑信息模型既 BIM 技术的理念有着迅速的发展建筑信息模型（BIM）的概念最开始在

2、美国得以推广应用，随后欧洲、日本、新加坡等国家也得到了积极的推广。引用美国国家 BIM 标准(NBIMS) 对 BIM 的定义，BIM 有三个层次的含义：1.BIM 是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达；2.BIM 是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；3.在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在 BIM 中*、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。根据 BIM 的定义，结合工程建设实践，总结出 BIM 具有以下五个特点：1. 可视化；2 协调性； 3模拟性； 4优化性；5可出图性。二、BI

3、M 应用现状1、国际 BIM 应用发展情况美国是较早启动建筑业信息化研究的国家，BIM 研究与应用都走在世界前列。根据 McGraw Hill 的调研。2012 年工程建设行业采用 BIM 的比例从 2007 年的 28%增长到 2012 年的 71%。其中 74%的承包商已经在实施 BIM 了，超过了建造师（ 70%）及机电工程师（67% ）。2011 年，新加坡 BCA 与一些政府部门合作确立了示范项目。BCA 将强制要求提交建筑 BIM 模型（2013 年起）、结构与机电 BIM 模型（2014 年起），并且最终在 2015 年前实现所有建筑面积大于5000 平方米的项目都必须提交 BI

4、M 模型目标。BCA 于 2010 年成立了一个 600 万新币的 BIM 基金项目，鼓励新加坡的大学开设 BIM 课程、为毕业学生组织密集的 BIM 培训课程、为行业专业人士建立了 BIM 专业学位。韩国公共采购服务中心（PPS）于 2010 年 4 月发布了 BIM 路线图，内容包括： 2010 年，在 1-2 个大型工程项目应用 BIM；2011 年，在 3-4 个大型工程项目应用 BIM;2012-2015 年，超过 5-亿韩元大型工程项目都采用 4D BIM 技术（3D+成本管理）；2016 年前，全部公共工程应用 BIM 技术。2010 年 12 月，PPS 发布了设施管理 BIM

5、 应用指南 ，针对初步设计、施工图设计、施工等阶段中的 BIM 应用进行指导，并于 2012 年 4 月对其进行了更新。2010 年 1 月，韩国国土交通海洋部发布了建筑领域 BIM 应用指南，土木领域的 BIM 应用指南也以立项。香港房屋署自 2006 年起，已率先试用建筑信息模型。为了成功地推行 BIM，香港房屋署自行订立BIM 标准、用户指南、组建资料库等设计指南和标准。这些资料有效地为模型建立、管理档案，已经用户之间的沟通创造了良好的环境。2009 年 11 月，香港房屋署发布了 BIM 应用标准。预计在 2014-2015 年BIM 技术将覆盖香港房屋署的所有项目。早在 2007 年

6、，台湾大学与 Autodesk 签订了产学研合作协议，重点研究建筑信息模型（BIM) 及动态工程模型设计。2009 年，台湾大学土木工程系成立了 “工程信息仿真与管理研究中心”，并与淡江大学工程法律研究发展中心合作出版了工程项目应用建筑信息模型之契约模板高雄应用科技大学土木系也于2011 年成立了工程资讯整合与模拟（ BIM)研究中心。2011 年 5 月，我国住建部发布了2011-2015 建筑业信息化发展纲要，2012 年 1 月，住建部“关于印发 2012 年工程建设标准规范制定修订计划的通知 ”宣告了中国 BIM 标准制定工作的正式启动。前期一些大学和科研院所在 BIM 的科研方面也做

7、了很多探索，如清华大学通过研究，参考 NBIMS，结合调研提出了中国建筑信息模型标准框架（CBIMS)。随着企业各界对 BIM 的重视，对大学的 BIM 人才培养需求渐起，部分院校成立了 BIM 方向的工程硕士的培养。2、国内企业应用现状我国的 BIM 应用虽然刚刚起步，但发展速度很快，许多企业有了非常强烈的 BIM 意识，出现了一批BIM 应用的标杆项目，同时，BIM 的发展也逐渐得到了政府的大力推动。目前设计企业应用 BIM 的主要内容：1、方案设计：使用 BIM 技术能进行造型、体量和空间分析外，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性;2、扩初设计：建筑、结

8、构、机电各专业建立 BIM 模型，利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计;3、施工图：各种平面、里面、剖面图纸和统计报表都从 BIM 模型中得到;4、设计协同：设计有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划，互提资料、校对审核、版本控制等。5、设计工作重心前移：目前设计师 50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM 可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。目前施工企业应用 BIM 的主要内容：1、碰撞检查，减少返工。利用 BIM 的三维技术在前期进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设

9、计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。2、模拟施工，有效协同。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行进度模拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，项目参建方都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌。从而减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。利用 BIM 技术进行协同，可更加高效信息交互，加快反馈和决策后传达地周转效率。利用模块化的方式，在一个项目的 BIM 信息建立后，下一个项目可类同的引用，达到知识积累，同样工作

10、只做一次。3、三维渲染，宣传展示。三维渲染动画，可通过虚拟现实让客户有代入感，给人以真实感和直接的视觉冲击，配合投标演示及施工阶段调整实施方案。建好的 BIM 模型可以作为二次渲染开发的模型基础，*提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的宣传介绍，在投标阶段可以提升中标几率。4、知识管理，保存信息模拟过程可以获取施工中不易被积累的知识和技能，使之变为施工单位长期积累的知识库内容。目前运维阶段 BIM 的应用主要有：1、空间管理。空间管理主要应用在照明、消防等各系统和设备空间定位。获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。 2、设施管理。主

11、要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会（NIST）于2004 年进行了一次研究，业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的三分之二。而 BIM 技术的特点是，能够提供关于建筑项目的协调一致的、可计算的信息，因此该信息非常值得 共享和重复使用，且业主和运营商便可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失。此外还可对重要设备进行远程控制。 3、隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的管线信息是施工单位不关注的，或者说这些资料信息可能在某个角落里，只有少数人知道。特别是随着建筑物使用年限的增加，人员更换频繁，这些安全隐患日益显得突出，有时直接导致悲剧酿成。基于 B

12、IM 技术的运维可以管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、网线、电线以及相关管井，并且可以在图上直接获得相对位置关系。当改建或二次装修的时候可以避开现有管网位置，便于管网维修、更换设备和定位。内部相关人员可以共享这些电子信息，有变化可随时调整，保证信息的完整性和准确性。 4、应急管理。基于 BIM 技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援，而通过 BIM 技术的运维管理对突发事件管理包括：预防、警报和处理。通过 BIM 系统我们可以迅速定位设施设备的位置，避免了在浩如烟海的图纸中寻找信息，如果处理

13、不及时，将酿成灾难* 故。 5、节能减排管理。通过 BIM 结合物联网技术的应用，使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后，可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并具有较强的扩展性。系统还可以实现室内温湿度的远程监测，分析房间内的实时温湿度变化，配合节能运行管理。在管理系统中可以及时收集所有能源信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，比如各区域，各户主的每日用电量，每周用电量等，并对异常能源使用情况进行警告或者标识。3、BIM 应用中存在的问题BIM 在实践过程中也遇到了一些问题和困难，主要体现

14、在 4 个方面：一是在 BIM 应用软件方面。目前，市场上的 BIM 软件很多，但大多用于设计和招投标阶段，施工阶段的应用软件相对匮乏。大多数 BIM 软件以满足单项应用为主，集成性高的 BIM 应用系统较少，与项目 管理系统的集成应用更是匮乏。此外，软件商之间存在的市场竞争和技术壁垒，使得软件之间的数据集成和数据交互困难，制约了 BIM 的应用与发展。二是在 BIM 数据标准方面。随着 BIM 技术的 推广应用，数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。作为国际标准的 IFC 数据标准在我国的应用和推广不理想，而我国对国外标准的研 究也比较薄弱，结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。在

15、实际应用过程中，不仅需要像 IFC 一样的技术标准，还需要更细致的专业领域应用标 准。三是在 BIM 应用模式方面。一方面， BIM 的专项应用多，集成应用少，而 BIM 的集成化、协同化应用，特别是与项目管理系统结合的应用较少；另一方面，一个完善的信息模型能够连接建设项目生命周期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与各方提供了一个集成管理与协同工作的环境，但目前由于参建各方出于各自利益的考虑，不愿提供 BIM 模型，不愿协同，不愿精确和透明，无形之中为 BIM 的深入应用和推广制造了障碍。四是在 BIM 人才方面。BIM 从业人员不仅应掌握 BIM 工具和理念，还必须具有相应的工程专业或

16、实践背景，不仅要掌握一两款 BIM 软件，更重要的是能够结合企业的实际需求制订 BIM 应用规划和方案，但这种复合型 BIM 人才在我国施工企业中相当匮乏。三、国内外 BIM 标准发展情况美国的地方组织制定了相关的 BIM 标准。例如，2006 美国总承包商协会发布承包商 BIM 使用指南；2008 年美国建筑 师学会颁布了 BIM 合同条款 E202-2008“BuildingInformationModeling(BIM)ProtocolExhibit”；2009 年美国洛杉矶大学制 定了面向 DBB 工程模式的 BIM 实施标准LACCDBuildingInformationModeli

17、ngStandardsForDesign-BidBuildProjects。此外，英国在 2009 年发布了“AEC(UK)BIMStandard”；2010 年进一步发布了基于 Revit 平台的 BIM实施标准“AEC(UK)BIMStandardforAutodeskRevit”；2011 年又发布了基于 Bentley 平 台的 BIM 实施标准 “AEC(UK)BIMStandardforBentleyBuilding”。挪威也于 2009 年发布了 BIMManual1.1，并于 2011 年发布了 BIMManual1.2。一些亚洲国家，例如新加坡在 2012 年发布了 Sing

18、aporeBIMGuide。韩国方面，韩国国土海洋部在 2010 年 1 月颁布了建筑领域 BIM 应用指南；2010 年 3 月，韩国虚拟建造研究院制定了BIM应用设计指南三维建筑设计指南；2010 年 12 月，韩国调达厅颁布了韩国设施产业 BI 应用基本指南书 建筑 BIM 指南。为了把 BIM 技术应用的更好，很多国外政府制订了具体的技术政策，美国早在 2003 年就开始规定了具体的政策。为了提高建筑领域的生产效率，支持建筑行业信息化水平的提升，GSA（美国总务管理局）推出了国家 3D-4D-BIM 计划，鼓励所有 GSA 的项目采用 3D-4D-BIM 技术，并给与不同程度的资金 资

19、助。2009 年 7 月，美国威斯康辛州成为第一个要求州内新建大型公共建筑项目使用 BIM 的州政府，威斯康辛州国家设施部门发布实施规则要求从 2009 年 7 月开始，州内预算在 500 万美元以上的公共建筑项目都必须从设计开始就应用 BIM 技术。此外，韩国公共采购服务中心下属的建设事业局于 2010 年制定了 BIM 实施指南和路线图，规定先在小范围内试点应用，然后逐步扩大应用规模，力求在 2012-2015 年 500 亿韩元以上建筑项目全部采用 3D+Cost 的设计管理系统，到 2016 年计划实现全部公共设施项目使用 BIM 技术。澳大利亚也制定了国家 BIM 行动方案， 201

20、2 年 6 月，澳大利亚 buildingSMART 组织受澳大利亚工业、教育等部门委托发布了一份国家 BIM 行动方案。制订了按优先级排序的“国家 BIM 蓝图”，首先 规定需要通过支持协同、基于模型采购的新采购合同形式。第二规定了 BIM 应用指南。第三将 BIM 技术列为教育之一。第四规定产品数据和 BIM 库。第五规范 流程和数据交换。第六执行法律法规审查。第七推行示范工程，鼓励示范工程用于论证和检验上述六项计划的成果用于全行业推广普及的准备就绪程度。我们国家在 BIM 研究方面起步比较早， 1998 年国内专业人员开始接触和研究 IFC 标准，2000 年IAI 开始与我国政府有关部

21、门、科研组织进行接触，使我们全面了解了 IAI 的目标、组织规程、IFC 标准应用等问题。IFC 标准借鉴了国际产品数据标准 STEP 标准的技术，具有技术的先进性和开放性。2001 年至 2000 年，国家 863 计划项目提出“数字社区信息表达与交换标准”，实际上就是基于 IFC标准制定了一个计算机可识别的社区数据表达与交换的标准，提供社区信息的表达以及可使社区信息进行交换的必要机制和定义。探索了 IFC 标准实际工程应用问题，以及根据我国建筑行业的实际情况 进行必要扩充的问题。主要有三件事情：第一是深入研究 IFC 标准，第二是基于这个标准开发了一个 CAD 系统，第三是基于 IFC 建

22、筑工程 4D 施工管理系统。施工要有一个数据化系统框架，通过 IFC 标准建立一套系统来存储信息，同时，绿色建筑设计支撑软件系统。2009-2010 年，清华大学、Autodesk 公司联合开展了 中国 BIM 标准框架研究，同时也参与了欧盟的合作项目，它在建筑领域有一个欧洲的标准统一研究项目，实际上就是研究 IFC 标准在整个建筑产业链当中的适用性，组成了一个庞大的课题组。第一计划是统一标准建筑工程信息模型统一应用标准；第二是制定基础标准，编制信息模型存储和编码标准；第三是编制执行标准，制定建筑工程设计标准和制造工业工程设计信息模型应用标准。上海申通地铁集团 2014 年 9 月发布了城市轨

23、道交通 BIM 应用系列标准，包含：轨道交通工程建筑信息模型建模指导意见、交付标准、应用技术标准、族创建标准、设施设备分类与编码标准等 5 个分册。深圳工务署 2015 年 5 月 4 日发布了全国首例政府公共工程的 BIM 标准：政府公共工程 BIM 应用实施纲要、BIM 实施管理标准，包括 BIM 应用的形势与需求、政府工程项目实施 BIM 的必要性、BIM应用的指导思想、BIM 应用需求分析、 BIM 应用目标、BIM 应用实施内容、BIM 应用保障措施和 BIM 技术应用的成效预测等 8 章内容。广州地铁 2014 年通过上海建科工程咨询有限公司与之合作的企业级 BIM 咨询项目，打造

24、了广州地铁的企业级 BIM 标准，此标准还将升级成广东省 BIM 标准，目前正在申报过程中。四、BIM 技术的应用趋势BIM 技术在未来的发展必须结合先进的通信技术和计算机技术才能够*提高建筑工程行业的效率，预计将有以下几种发展趋势：第一，移动终端的应用。随着互联网和移动智能终端的普及，人们现在可以在任何地点和任何时间来获取信息。而在建筑设计领域，将会看到很多承包商，为自己的工作人员都配备这些移动设备，在工作现场就可以进行设计。第二，无线传感器网络的普及。现在可以把监控器和传感器放置在建筑物的任何一个地方，针对建筑内的温度、空气质量、湿度进行监测。然后，再加上供热信息、通风。信息、供水信息和其

25、他的控制信息。这些信息通过无线传感器网络汇总之后，提供给工程师就可以对建筑的现状有一个全面充分的了解，从而对设计方案和施工方案提供有效的决策依据。第三，云计算技术的应用。不管是能耗，还是结构分析，针对一些信息的处理和分析都需要利用云计算强大的计算能力。甚至，我们渲染和分析过程可以达到实时的计算，帮助设计师尽快地在不同的设计和解决方案之间进行比较。第四，数字化现实捕捉。这种技术，通过一种激光的扫描，可以对于桥梁、道路、铁路等等进行扫描，以获得早期的数据。未来设计师可以在一个 3D 空间中使用这种沉浸式交互式的方式来进行工作，直观地展示产品开发的未来第五，协作式项目交付。BIM 是一个工作流程，而

26、且是基于改变设计方式的一种技术，而且改变了整个项目执行施工的方法，它是一种设计师、承包商和业主 之间合作的过程，每个人都有自己非常有价值的观点和想法。所以，如果能够通过分享 BIM 让这些人都参与其中，在这个项目的全生命周期都参与其 中，那么，BIM 将能够实现它最大的价值。国内 BIM 应用处于起步阶段，绿色和环保等词语几乎成为各个行业的通用要求。特别是建筑设计行业，设计师早已不再满足于完成设计任务，而更加关注整个项目从设计到后期的执行过程是否满足高效、节能等要求，期待从更加全面的领域创造价值。五、结语BIM 系统为项目的生产与管理提供了大量可供深加工和再利用的数据信息，有效管理利用这些海量

27、信息和大数据，需要数据管理系统的支撑。同时，BIM 各系统处理复杂业务所产生的大模型、大数据，对计算能力和低成本的海量数据存储能力提出了较高要求。项目分散、人员工作移动性强、现场环境复杂是制约施工行业信息化推广应用的主要原因，而随着信息技术和通信技术的发展，BIM 技术最终将进入移动应用时代。因此 BIM 未来的目标非常清晰：1、进一步细化设计分工和设计角色分工。2、在三维环境下实现协同设计系统、项目管理系统、通信联系三个系统嵌入式地结合。3、将信息资源信息与空间模型完全结合,形成完整的建筑信息模型。4、完整的建筑信息模型向前延伸, 进一步提高虚拟现实技术水平; 完整的建筑信息模型向后延伸, 推动施工水平及物业管理水平提高, 以统一的模型贯穿于建筑使用年限, 实现全生命周期管理