1、1论 BIM 对建筑业的意义BIM 是建筑业的一项革命性的技术摘要：改革开放以来，中国经济飞速地向前增长，随之而来中国建筑市场也发生着日新月异的变化。BIM 是近年来在计算机辅助建筑设计领域出现的新技术，BIM 技术在2002 年由 Autodesk 公司率先提出，并逐渐得到世界建筑行业的普遍接受。如今，BIM 的发展潮流已势不可挡。 在国内，随着建筑业对信息化要求的不断提高、国家科研投入不断增多及大力推动和基于 BIM 技术的软件开发商宣传下，相关机构和各个部门已经开始着手研究和应用 BIM 技术。文章从建筑业的重要性谈起，引出BIM 这一概念。从 BIM 的定义、功能特点、应用、发展趋势等
2、方面重点阐释了其与传统技术相比所具有的诸多优势。关键词：BIM ；建筑业；项目管理；技术；功能；引言建筑业是一项传统产业，也是国民经济的重要支柱产业和富民产业，同时也是推动经济社会发展的重要力量。随 着 信 息 时 代 的 到 来 ， 各 个 领 域 都 在 强 调 信 息 化 ， 目 前 ，BIM（ 建筑信息模型）成为正成为建筑业的主流发展趋势。BIM 为建筑行业创造了技术协作的平台，通过三维集成设计模型，可直观获取各设计信息和专业视图。它强大的功能将引领建筑信息技术走向更高层次，提高建筑工程的信息化管理程度，提高管理效率。1 建筑业对国民经济的重要性建筑业是我国国民经济的重要物资生产部门。
3、随着国民经济的发展,我国的城市建设、村镇建设、住宅建设等的规模不断扩大,建筑业已逐步发展为国民经济的重要支柱产业之一。在每年国家和社会的固定资产投资中,有五分之三到四分之三左右是由建筑业来完成的。建筑业产品是国民经济和社会发展的物质技术基础。长期以来,我国建筑业所创造的总产值和增加值,在社会总产值和国民生产总值内,分别占到 10%和 6%左右的份额。建筑业的发展是影响经济增长与衰退、繁荣与萧条的重要因素之一。改革开放二十多年来，我国建筑业得到了持续快速的发展，建筑业在国民经济中的支柱产业地位不断加强，对国民经济的拉动作用更加显著。随着市场经济的发展，建筑施工企业面临着激烈的市场竞争。加入世贸组
4、织，在给中国建筑业带来难得的发展机遇的同时，2也带来了不可避免的冲击和挑战。将来要直接面对国际承包商的竞争，国内建筑市场以及参与国际工程承包市场的竞争将会愈发激烈。我国建筑企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地，关键在于企业能否为社会提供质量高、工期短、造价低的建筑产品。充分运用信息技术所带来的巨大生产力，提高自身的信息化应用水平和管理水平,应该作为提升建筑行业竞争力的重点，这也是国外优秀建筑企业发展过程中的实践总结。 建筑业具有土地垄断性和不可移动性等特点，建设工程产品的生产具有单件性、流动性、地域性、周期长和生产方式多样性、不均衡性，以及受外部约束多等特点。随着建设工程项目的类型和特征的日
5、趋复杂化，建筑产品的精益化，工程服务方式的多样化、市场化的进程，使得建筑企业对建设项目管理的精益程度要求也越来越高。建筑业前三年享受了投资拉动经济的好处，这一次到了该还的时候了。前一轮全球金融危机引发的刺激经济政策， 中央以四万亿的投资带动地方政府和大量民间与海外的数十万亿的巨大泡沫性投资，大量的新增项目带动了建筑业务的爆发性增长。建筑企业的项目很好拿，钱也不算太难挣，企业规模和企业数量快速增长。但是，这几年他们经营得并不痛快，恶性竞争依然，赢利能力低下。这并不能说明建筑业这几年不好，而是要意识到建筑业这么大一个产业，很少企业倒闭，大家过得不痛快，但不会死掉，这样的行业已属不正常。2008 全
6、球经济危机，中国制造业约倒闭了3040%，建筑业企业数量却在快速增加，良莠难分，致使主管部门想通过特级资质重新就位进行宏观调控竞争环境。行政手段调节市场经济碰到的问题必然不少，正处骑虎难下之态。建筑企业经营理念还沉浸在关系竞争力难以自拔，对提升管理、加快信息化进程的意识不强。中国建筑业的现状太需要一批专注的企业家，愿意几十年如一日，耕耘中国建筑行业，将建筑业研究透，大练企业内功，让中国建企真正具有国际竞争力。中国铁建、中国中铁两兄弟在国外一个项目亏损可达 41 亿、21 亿，就是当前行业问题和行业水平的有力注解。在此形式下，管理信息化将是传统工程建设产业获得新生的必经之路。当前，有关建筑设计信
7、息化的各种概念及术语已日趋普及，同时各地不断涌现出一些造型独特的地标性建筑，这一切似乎预示着建筑设计行业即将迎来一场技术变革。建筑设计信息化的具体内容是什么，主流技术正朝着什么方向发展？国内设计院所应何去何从？要回答这一系列的问题，我们不妨从 BIM 技术方面谈起。2 BIM 介绍32.1 BIM 定义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，1975 年“BIM 之
8、父”Eastman 教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based 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。2.1 BIM 定义BIM 的全拼是 Building Information Modeling，即建筑信息模型。BIM 是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。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，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为
9、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。由于国内建筑信息模型应用统一标准还在编制阶段，这里暂时引用美国国家 BIM 标准(NBIMS)对 BIM 的定义，定义由三部分组成：（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。（3）在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在 BIM 中插入、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。BIM(建筑信息模型)同时又是一种应用于设计、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
10、，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。3 BIM 功能特点3.1 可视化可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西4来说，这种想象也未尝不可，但是近几年建筑业的建筑形式各异，复杂造型在不断的推出，那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以 BIM 提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；建筑业也有设计方面出效果图的事情，但是这种
11、效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读设计制作出的线条式信息制作出来的，并不是通过构件的信息自动生成的，缺少了同构件之间的互动性和反馈性，然而 BIM 提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视，在 BIM 建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。3.2 协调性这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各施工问题发生的原因
12、，及解决办法，然后出变更，做相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题后再进行协调吗？在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗？BIM 的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说 BIM 建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。当然 BIM
13、 的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如：电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。3.3 模拟性模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM 可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行 4D模拟（三维模型加项目的发展时间），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行 5D 模拟（基于 4D 模型的造价控制），5从而
14、来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。3.4 优化性事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，当然，优化和 BIM 也不存在实质性的必然联系，但在 BIM 的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员
15、本身的能力极限，BIM 及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。基于 BIM 的优化可以做下面的工作：3.4.1 项目方案优化把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来；这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上，而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。3.4.2 特殊项目的设计优化如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期
16、和造价改进。3.5.可出图性BIM 并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸，而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出如下图纸：综合管线图（经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后）；综合结构留洞图（预埋套管图）；碰撞检查侦错报告和建议改进方案。4 BIM 影响64.1 将原有建筑工程的一次性的特点转变成“非一次性”的。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。针对同一个建筑工程，便有了“多次”施工的机会！通过对每次模拟施工进行分析对比，结合施工方案和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。4.2
17、将建筑产品单件性的生产特点转变成连续性的。一般的工业产品是在一定的时期里，统一的工艺流程中进行批量生产，而具体的一个建筑产品应在国家或地区的统一规划内，根据其使用功能，在选定的地点上单独设计和单独施工。即使是选用标准设计、通用构件或配件，由于建筑产品所在地区的自然、技术、经济条件的不同，也使建筑产品的结构或构造、建筑材料、施工组织和施工方法等也要因地制宜加以修改，从而使各建筑产品生产具有单件性。而 BIM 所具有的模块化的功能将逐步改变建筑产品这一特点，数字模块化建造是数字设计、生产技术与建筑产业化结合的有效途径.随着数字生产方式与生产工具的不断更新与升级,基于 BIM 设计平台的数字模块化建
18、造将使得建筑产品的单件性逐步向连续性转变.4.3 建筑工程由原来的“沟通难”转变成现在的“沟通易”。BIM 这项作用的实现，主要靠其可视化、多维度集合、各专业共享及互动等特点来实现。可视化，在上面已经提到过。这一特点主要是通过模拟演示，让懂建筑的和不懂建筑的人都能看懂演示的过程，让建筑项目中的各参与方更好的了解项目，相互的之间的沟通就自然变得简单。多维度集合这个词似乎很陌生，但是，它所指代的含义却很容易让人明白。多维度主要指其 5D 技术。可以用个虚拟的公式来帮助理解，5D=3D 模型+时间进度+成本造价，这一特点使得建筑项目的造价很透明，价格易控。这一特性让项目中的各参与方存在的分歧减少了很
19、多。 4.4 与传统的知识管理相比，知识管理由难到易。 4.4.1 加深了建筑信息的结构化程度。结构化是指信息经过分析后可分解成多个互相关联的组成部分，各组成部分间有明确的层次结构，其使用和维护通过数据库进行管理，并有一定的操作规范。BIM 是建筑信息的结构化建模思想和工具，它的发展趋势是越来越多的数据附加于模型上，也就是越来越多的信息被结构化，而这个结构化过程是由管理而非技术完成的。74.4.2 产品全寿命周期管理的简易化及产业链信息关联的加强化。BIM 中的建筑构件对象不但可以在不同视图中表现几何造型，而且可以包含一些与几何形状无关的特性，例如材料的容重、强度、耐火等级、传热系数，构件的造
20、价、采购信息等等（这一特点也体现了 BIM 知识管理的多维化）。这些非几何信息对于建筑的全生命周期管理是非常重要的。BIM 还可以包括一些二维 CAD 所无法表示的抽象概念，比如构件之间的拓扑连接关系，房屋空间的划分及其关系，这些信息对于结构分析，建筑能量消耗分析以及后期的物业管理来说都是非常有用的，增强了产业链之间的关联性。4.4.3 建筑信息关联化加深建筑信息模型 BIM 可以更全面、更深入地的反映建筑物信息。该模型的基本元素不是CAD 中的点、线、弧、图块等基本几何图元，而是墙、门窗、梁柱等建筑专业对象，使用建筑语言来描述建筑信息，所有的相关专业可以在同一个三维建筑数据模型上进行协同设计
21、。4.4.4 信息的集成化建筑领域信息化发展的过程中,由于缺乏统一的信息交换标准和信息集成机制,造成建筑生命期的不同阶段和不同应用系统之间信息交换和共享困难,形成信息孤岛和信息断层,阻碍了信息技术在建筑领域的应用,从而影响建筑业的生产效率。BIM 中提出的建立面向建筑生命期的管理体系,以及开发集成化的信息管理系统将会解决这一难题。 5 BIM 在建筑项目各阶段的应用。5.1 设计阶段此阶段的作用主要是对空间三维复杂形态的表达与数据共享。BIM 提供工程全部信息，将项目各阶段主要参与方都集中。虚拟建筑提供建筑物精确的空间关系和数据。根据 3D 模型自动生成和更新各种图形和文档，自动协调更改关联变
22、更相应的信息，信息共享同步。5.2 分析阶段空间分析、体量分析、效果图分析三维可视化表现方式。（1）结构分析。利用工具软件创建 3D 模型，完成结构条件图，对结构进行分析，得出合理的结构施工图。（2）节能分析。能效分析与计算，是否节能、经济、绿色？8（3）造价分析。运用“零库存”的生产管理方式，限额领料施工，最大程度发挥业主资金的效益。 （4）工序上分析。BIM 模型和进度计划软件（如 MS Project，P3 等）的数据集成，实时监控施工进度，实时调整现场情况。（5）可建性分析。进行安全、施工空间、对环境影响等全面的可建性模拟分析。（6）冲突碰撞检查分析。建造前期对各专业的碰撞问题进行模拟
23、，生成与提供可整体化协调的数据，解决传统的二维图纸会审耗时长、效率低、发现问题难的问题。5.3 施工阶段（1）虚拟建造。在 BIM 模型中使用实际产品后进行物理碰撞（硬碰撞）和规则碰撞（软碰撞）检查； （2）施工分析和规划。BIM 和施工计划集成的 4D 模拟，时间-空间合成以后的碰撞检查； （3）成本和工期管理。BIM、施工计划和采购计划集成的 5D 模拟； （4）预制。BIM 和数控制造集成的自动化工厂预制； （5）现场施工。BIM 和移动技术、RFID 技术以及 GPS 技术集成的现场施工情况动态跟踪。 BIM 自提出以来已席卷欧美的工程建设行业，引发了建筑行业史无前例的彻底变革。欧美地
24、区较大项目基本都运用 BIM。 美国自建立 BIM 标准以来，众多项目均采用 BIM 方式。目前，62%以上的设计单位使用 BIM. 在中国，BIM 理念正逐步为建筑行业所知。目前应用以设计公司为主，政府及行业协会也越来越重视 BIM。 香港的建筑开发商已将是否符合BIM 规范作为判断设计和施工企业能力的重要标准。6 相关案例6.1 案例 1 南京青奥会议中心占地 4 万平方米，总建筑面积达到 19.4 万平方米，地上 6 层，地下2 层，主要包括一个 2181 座的大会议厅以及一个 505 座的多功能音乐厅，可作为会议、论坛、大型活动及戏剧、音乐演出等活动的举办场所。 “南京青奥中心是没有标
25、准化单元的，没有一个部分是相同的。”承担着青奥会议中心建设项目 BIM 工作的 isBIM 项目经理刘星佐介绍说，“异形建筑如何施工，以及复杂形建筑内部大空间的合理运用是青奥会议中心9项目的两大难题”这显然挑战了建造者们的智慧。一般来说，建筑在施工时按照平面图纸搭建即可，而由于会议中心造型复杂，施工难度大，在施工前必须要借助 BIM 的三维模型，根据模型能看出放大后的每个细节，包括构件样子、螺栓的位置、角度、构件尺寸等等。由于受造型限制，管线的施工也必须在 BIM 模型里面进行排布，之后再现场施工，这样才能确保施工的质量并避免反复更改。通过 isBIM 提供的 3D 建筑模型，协调了各个专业，
26、并利用 isBIM 大数据整合将多专业不同格式模型整合在同一个平台，解决了青奥会议中心的复杂造型；利用 BIM 手段解决传统的二维设计手段较难解决的复杂区域管线综合问题。在 isBIM 打造的可视化平台中解决了多专业协调问题，如复杂外立面，钢结构，内装空间等，并对其进行了合理的分配。如此一来，青奥会议中心项目的难题迎刃而解。6.2 案例 2BIM 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。（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
27、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。有了 BIM 之后，设计师么可以在电脑上更加直观的利用模型设计。（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
28、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10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。6.3 其他相关案例在国外，比如德国慕尼黑的宝马世界（BMW Welt）、梅赛德斯奔驰博物馆（Mercedes-Benz Museum），以及位于斯图加特的保时捷博物馆等许多世界知名建筑也都得益于 BIM。在国内，著名的上
29、海中心，业主要求必须使用 BIM 进行设计、施工等各过程；奥运“水立方”的建设均采用 BIM 技术；上海世博会场馆中，由于其设计的复杂性，很多场馆都采用了 BIM 技术，奥运村空间规划及物资管理信息系统 ;南水北调工程;香港地铁项目等一大批项目都采用了 BIM 技术.总结BIM，一场建筑业的信息革命!目前已经逐渐汇集成了一股潮流，席卷世界的同时，也影响了中国。BIM 建筑信息模型作为一个重要项目，已经列入我国科技部“十一五”期间国家科技攻关计划。同时，我国建筑行业政府与企业在推动工程项目管理方面开始全面推广工程项目全生命周期管理.它通过参数化实体造型技术使计算机可以表达真实建筑所具有的信息，信
30、息化的建筑设计得以真正实现，突破了千百年来用抽象的视觉符号来表达设计的固有模式。BIM 建筑信息模型的发展，不仅仅是现有技术的进步和更新换代，它也将间接表现在生产组织模式和管理方式的转型，并更长远地影响人们思维模式的转变。BIM 这场信息革命，将不受个人好恶和思维习惯的束缚而向前推进，它对工程建设从设计、建造、加工、施工、销售、物业管理等各个环节， 都 必 将 产 生 深 远 的 影 响 。参 考 文 献 ：1刘爽建筑信息模型(BIM)技术的应用J数字技术，2008，(1)：100 2曹铭基于 IFC 标准的建筑工程信息集成及 4D 施工管理研究D北京：清华大学土木工程系，2005 3李玉娟BIM 技术在住宅建筑设计中的应用研究D重庆大学，2008
