BIM技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

鄭華海劉 勻 李元齊

（同濟(jì)大學(xué)建筑工程系，上海200092）

BIM技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

（同濟(jì)大學(xué)建筑工程系，上海200092）

摘 要目前，在世界各地掀起了一股研究與應(yīng)用BIM技術(shù)的熱潮。從BIM技術(shù)產(chǎn)生的原因出發(fā)，詳細(xì)闡述了BIM的內(nèi)涵；分別從BIM基礎(chǔ)理論、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC的擴(kuò)展研究、BIM軟件開(kāi)發(fā)的理論基礎(chǔ)、BIM軟件開(kāi)發(fā)以及BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用等方面綜述了BIM技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀；通過(guò)對(duì)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，指出了BIM技術(shù)研究與應(yīng)用中存在的不足，并對(duì)今后的研究給出了建議。

關(guān)鍵詞BIM技術(shù)，BIM標(biāo)準(zhǔn)，IFC標(biāo)準(zhǔn)，研究現(xiàn)狀，工程應(yīng)用

A Review on Research and App lication of the BIM Technology

Abstract The BIM technology introduces the construction industry a revolution in the world．It is regarded as the core technology of BLM（Building Lifecycle Management）of the construction project to change the traditional operation mode of the construction industry，making it a fundamental solution to planning，design，construction and operation to realize the effective utilization and management of information in project lifecycle．At present，an upsurge of the BIM research and application is booming in the world．This paper begins with the origin of the BIM．It then explains the connotation of BIM．Many key issues were reviewed in the paper，including the basic theory of the BIM，data exchange standard IFC，basic theory of the BIM software，BIM software development and engineering application of the BIM technology at home and abroad，the BIM technology research and application．Based on the above analysis，key problems of the BIM technology were pointed out and suggestions were provided for future reference．

Keywords BIM technology，BIM standard，IFC standard，state of the art，engineering application

1 引 言

建筑業(yè)是專(zhuān)門(mén)從事土木工程房屋建設(shè)和設(shè)備安裝以及工程勘察設(shè)計(jì)工作的生產(chǎn)部門(mén)，肩負(fù)著創(chuàng)造固定物質(zhì)財(cái)富的任務(wù)，對(duì)世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。從上海中心、迪拜塔、紐約帝國(guó)大廈，到慕尼黑體育場(chǎng)、鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)、悉尼歌劇院，再到三峽大壩、杭州灣跨海大橋、英法海底隧道，建筑業(yè)已取得舉世矚目的成就，然而這些成就是建立在巨大的消耗和浪費(fèi)之上。一方面，建筑業(yè)消耗著世界40%的能源和原材料；另一方面，與其他行業(yè)相比，建筑業(yè)的效率十分低下［1］。據(jù)美國(guó)勞工部的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，1964—2003年間，工業(yè)與服務(wù)業(yè)的生產(chǎn)效率提高了230%，而建筑業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)效率反而下降了19．2%。另?yè)?jù)美國(guó)建設(shè)科技研究院的統(tǒng)計(jì)，建筑業(yè)存在著57%的浪費(fèi)，而制造業(yè)的浪費(fèi)為26%，兩者相差高達(dá)31%［2］。

造成建筑業(yè)當(dāng)前困局的根本原因是建筑業(yè)割裂的行業(yè)結(jié)構(gòu)、信息流失嚴(yán)重、注重建造成本而忽視其生命周期的價(jià)值［1］。要改變建筑業(yè)當(dāng)前低下的效率和嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象就必須從問(wèn)題的根源入手，采用先進(jìn)的理念指導(dǎo)建設(shè)生產(chǎn)。近年來(lái)，建筑業(yè)從制造業(yè)、航空航天業(yè)等先進(jìn)行業(yè)引進(jìn)和吸收先進(jìn)的理念和技術(shù)——產(chǎn)品生命周期管理PLM（Product Lifecycle Management），構(gòu)建建筑業(yè)的產(chǎn)品生命周期管理理論——建筑生命周期管理BLM（Building Lifecycle Management），而建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)BLM理念的核心技術(shù)而受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注與研究。

2 BIM概述

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建設(shè)工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，同時(shí)又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化技術(shù)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)施信息委員會(huì)（Facilities Information Council）給出比較準(zhǔn)確的定義：BIM是在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)設(shè)施的物理和功能特性及其相關(guān)的項(xiàng)目全壽命周期信息的可計(jì)算、可運(yùn)算的形式表現(xiàn)，從而為決策提供支持，以更好地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的價(jià)值。

BIM技術(shù)是繼CAD技術(shù)之后建筑業(yè)的又一項(xiàng)新技術(shù)，它的應(yīng)用也必將給建筑業(yè)帶來(lái)革命性的變化。和CAD技術(shù)相比較，BIM技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）BIM是一個(gè)由計(jì)算機(jī)三維模型形成的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存了建筑物從設(shè)計(jì)、施工到建成后運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程信息；

（2）建筑物全過(guò)程的信息之間相互關(guān)聯(lián)，對(duì)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中信息的任何更改，都會(huì)引起與該信息相關(guān)聯(lián)的其他信息的更改；

（3）BIM支持協(xié)同工作。

BIM技術(shù)基于開(kāi)放的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)——IFC標(biāo)準(zhǔn)，有效地支持建筑行業(yè)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和建筑物全過(guò)程的數(shù)據(jù)管理。

3 BIM技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2002年，Autodesk公司推出Revit軟件并在世界范圍推廣BIM理念，BIM技術(shù)逐漸被人們所接受，并在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。圖1為作者通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的2003—2012年間與BIM相關(guān)的國(guó)內(nèi)文章的數(shù)量。雖然該統(tǒng)計(jì)不完整，但是從中可以看出BIM技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注，并且關(guān)注的程度呈級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。雖然只統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)的情況，但BIM技術(shù)發(fā)源于國(guó)外，國(guó)外的研究比國(guó)內(nèi)完整且深入。

圖1　與BIM技術(shù)相關(guān)的國(guó)內(nèi)文章的數(shù)量Fig．1 Numbers of BIM article in domestic

對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，BIM還是新事物，BIM技術(shù)也在不斷的發(fā)展，多數(shù)人尚未能夠準(zhǔn)確理解其內(nèi)涵。圖2所示的關(guān)系概括了BIM［2］：建筑行業(yè)由于業(yè)務(wù)的需求而引發(fā)對(duì)新技術(shù)的研究，BIM技術(shù)因此而產(chǎn)生；而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用需要BIM標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)與BIM工具的幫助；利用BIM工具進(jìn)行建筑建造活動(dòng)創(chuàng)建BIM建筑模型；BIM建筑模型反過(guò)來(lái)支持建筑行業(yè)的業(yè)務(wù)需求。這4個(gè)主體首尾相連，形成一個(gè)環(huán)形價(jià)值鏈，促進(jìn)BIM不斷地向前發(fā)展。

圖2　BIM現(xiàn)狀Fig．2 Current situation of BIM

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)BIM的研究主要集中在3個(gè)方面：

（1）BIM軟件解決方案理論研究探討以及BIM軟件的開(kāi)發(fā)，該方面的主要研究成果為BIM軟件系統(tǒng)。

（2）BIM基礎(chǔ)理論的研究。表現(xiàn)為對(duì)BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并以學(xué)術(shù)論文的形式公開(kāi)發(fā)表研究成果。

（3）BIM在實(shí)際工程的應(yīng)用研究。表現(xiàn)為如何將已有的BIM軟件應(yīng)用于實(shí)際工程，以及解決實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題。

本文的以下內(nèi)容將對(duì)BIM這3個(gè)方面的研究現(xiàn)狀作詳細(xì)的論述。

3．1 BIM基礎(chǔ)理論

如上文所述，研究人員對(duì)BIM基礎(chǔ)理論的研究主要表現(xiàn)為對(duì)BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與BIM軟件解決方案理論等方面的研究探討。

基于BIM技術(shù)的建筑工程軟件遵循眾多開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)［3］，主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是指導(dǎo)與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，如NBIMS、CBIMS、IDM和IFD；另一類(lèi)是數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IFC、gbXML、CIS／2、PCSC、COBie。指導(dǎo)與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)為建設(shè)人員利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工管理提供具體的指導(dǎo)，數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)交換的格式以及數(shù)據(jù)模型的描述方法。

3．1．1 指導(dǎo)與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

如表1所示，世界上已有多個(gè)國(guó)家頒布了自己的BIM指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)作為BIM技術(shù)的發(fā)源地，其在指導(dǎo)與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的研究處于世界領(lǐng)先。其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NBIMS（National Building Information Modeling Standard）已經(jīng)發(fā)布了兩個(gè)版本。除國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以外，還有一些地方政府發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)在這方面的研究落后于世界，甚至落后于亞洲地區(qū)的韓國(guó)和新加坡。但目前中國(guó)香港地區(qū)的房屋署已經(jīng)頒布了該地區(qū)的BIM指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，并且大陸地區(qū)在2009年和2012年啟動(dòng)了兩項(xiàng)BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究。

表1　世界各國(guó)已頒布的BIM指導(dǎo)與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)［4－5］Table 1 BIM guidance and standards

3．1．2 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC

IFC是Industry Foundation Class工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)的縮寫(xiě)，由IAI組織所制定。IFC標(biāo)準(zhǔn)是ISO認(rèn)證的為建筑AEC／FM等階段的各種應(yīng)用軟件提供中立的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，即只要按照IFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的規(guī)則描述表達(dá)工程信息，就可以實(shí)現(xiàn)不同軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與應(yīng)用，研究者發(fā)現(xiàn)IFC標(biāo)準(zhǔn)不足之處：其一，IFC標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有涵蓋建筑工程的所有領(lǐng)域，例如2x版本以前，IFC標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)是在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，缺少用于工程管理領(lǐng)域的實(shí)體與關(guān)系類(lèi)型；其二，IFC標(biāo)準(zhǔn)在某些領(lǐng)域上沒(méi)有適合某個(gè)國(guó)家或者地區(qū)的數(shù)據(jù)描述。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的高校及研究機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)建筑科學(xué)研究院以及美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所、德累斯頓技術(shù)大學(xué)南洋理工大學(xué)、不列顛哥倫比亞大學(xué)等，建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)分析信息模型、結(jié)構(gòu)耐久性信息模型、建筑節(jié)能信息模型、施工信息模型、建筑成本信息模型、建筑物業(yè)管理信息模型等［6－16］。這些研究主要集中在工程設(shè)計(jì)與分析、工程施工與項(xiàng)目管理、設(shè)施管理等領(lǐng)域。

由于建設(shè)領(lǐng)域涉及面廣、專(zhuān)業(yè)多、工程數(shù)據(jù)量大、關(guān)系復(fù)雜，將建設(shè)領(lǐng)域的各種對(duì)象都納入IFC標(biāo)準(zhǔn)，是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作。目前對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的研究，其一，在縱向主要集中在建筑工程領(lǐng)域，且又集中在建筑工程領(lǐng)域的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、工程施工方面，缺少規(guī)劃、管理以及運(yùn)營(yíng)方面的擴(kuò)展；在橫向，除橋梁工程外基本沒(méi)有對(duì)建筑工程領(lǐng)域以外的擴(kuò)展，如鐵路工程、道路工程、隧道及地下工程、特種工程結(jié)構(gòu)、給水和排水工程、城市供熱供燃?xì)夤こ獭⒏劭诠こ獭⑺こ痰阮I(lǐng)域的擴(kuò)展。其二，已有研究在建筑工程領(lǐng)域的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、工程施工方面擴(kuò)展了IFC標(biāo)準(zhǔn)，且多數(shù)僅在理論上進(jìn)行擴(kuò)展，研究成果的合理性、全面性、適用性有待實(shí)踐驗(yàn)證。

3．1．3 BIM軟件基礎(chǔ)理論

軟件基礎(chǔ)理論的研究表現(xiàn)為對(duì)軟件進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，通過(guò)引進(jìn)BIM的理念思想對(duì)建筑領(lǐng)域需要管理大量而復(fù)雜信息領(lǐng)域的傳統(tǒng)工作與交流方式進(jìn)行改造，討論了基于BIM理念的BIM軟件如何在具體的實(shí)踐中運(yùn)用。該方面的研究?jī)H進(jìn)行了理論的探討，可行性有待考證。

劉藝［17］提出了運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)住戶(hù)參與設(shè)計(jì)SI住宅的理念，并對(duì)該理念的相關(guān)理論和住戶(hù)參與設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行了理論研究，認(rèn)為可通過(guò)利用BIM技術(shù)為住戶(hù)與建筑師提供一個(gè)交流平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)住戶(hù)參與SI住宅前期建設(shè)與后期改造設(shè)計(jì)過(guò)程。

田飛［18］提出將BLM理念和BIM技術(shù)用于房屋設(shè)施數(shù)據(jù)的組織和管理的理念：通過(guò)建立基于BIM技術(shù)的房屋設(shè)施數(shù)據(jù)分析、基于BLM理念的房屋設(shè)施數(shù)據(jù)管理、房屋設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的房屋信息精細(xì)化管理平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)房屋設(shè)施從設(shè)計(jì)、安裝、維修直到拆除的全過(guò)程管理。

趙景學(xué)［19］提出利用BIM技術(shù)記錄文物建筑生命周期信息對(duì)文物進(jìn)行保護(hù)的方法：建立文物的三維建筑信息模型，實(shí)現(xiàn)歷史人文信息、設(shè)計(jì)與建造信息、災(zāi)害與維修信息的記錄與查詢(xún)、文物建筑周邊環(huán)境分析、虛擬文物建筑研究、增強(qiáng)文物建筑保護(hù)的可視化、災(zāi)害應(yīng)急模擬。

李天華［20］提出將BIM與RFID技術(shù)相結(jié)合運(yùn)用到裝配式建筑管理的想法：通過(guò)利用RFID收集建筑構(gòu)件的相關(guān)信息，對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行跟蹤，關(guān)聯(lián)BIM數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其管理。

陸寧［3］將信息資源利用劃分為信息資源提取、加工、管理和利用四個(gè)階段，提出了基于BIM技術(shù)的信息資源利用新方法：定期從企業(yè)信息系統(tǒng)中提取信息資源并以標(biāo)準(zhǔn)化的形式進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理；開(kāi)發(fā)了基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的施工企業(yè)信息資源利用系統(tǒng)Info Reuse。

3．2 軟件開(kāi)發(fā)

任何技術(shù)和理念的實(shí)現(xiàn)都需要借助一定的工具，BIM軟件是保證BIM技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用而不可缺少的工具。文獻(xiàn)［21］總結(jié)了現(xiàn)有的基于BIM的軟件，并將其分為兩大類(lèi)：創(chuàng)建BIM模型的軟件和利用BIM模型的軟件，如表2所示。BIM軟件主要以國(guó)外開(kāi)發(fā)的軟件為主，國(guó)產(chǎn)的BIM軟件相當(dāng)匱乏。雖然國(guó)外的BIM軟件在國(guó)內(nèi)得到一定的應(yīng)用，但是國(guó)外的BIM軟件往往不符合我國(guó)的國(guó)情和規(guī)范要求。從國(guó)外引進(jìn)的BIM軟件往往只能應(yīng)用于建筑生命周期的某個(gè)階段，甚至不適用。近幾年，一些高校、研究機(jī)構(gòu)以及大型軟件開(kāi)發(fā)商已經(jīng)開(kāi)展了適合我國(guó)的BIM軟件的研究開(kāi)發(fā)工作，并以取得相當(dāng)研究成果。如“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目《建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》子課題“基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”開(kāi)始了我國(guó)的BIM軟件研究與開(kāi)發(fā)。

表2　現(xiàn)有的BIM軟件Table 2 Existing BIM softwares

這方面的研究主要集中在對(duì)軟件的原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和對(duì)已有BIM軟件的二次開(kāi)發(fā)，拓展已有軟件的功能。

3．2．1 軟件原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

對(duì)軟件原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，國(guó)內(nèi)的研究集中在工程設(shè)計(jì)與管理上（AEC階段），而國(guó)外的研究則側(cè)重于FM階段和建筑的生命周期管理。

趙毅立［22］通過(guò)分析基于BIM建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件的基本需求，建立基于BIM建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件的總體框架模型，該總體框架包括BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)功能兩個(gè)模塊；通過(guò)詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)原型系統(tǒng)，該原型系統(tǒng)既支持軟件用戶(hù)訪問(wèn)BIM數(shù)據(jù)，又支持軟件開(kāi)發(fā)者在其上進(jìn)行BIM應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。在趙毅立的研究基礎(chǔ)之上，馮研［10］對(duì)其建筑節(jié)能設(shè)計(jì)功能模塊進(jìn)行了修改和調(diào)整，并對(duì)BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的原型系統(tǒng)進(jìn)行了改造；建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)信息模型和基于IDF數(shù)據(jù)格式的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)信息模型；以調(diào)整后的功能模型為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

季俊等［23］對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)了高層鋼結(jié)構(gòu)BIM軟件；軟件可以讀入相關(guān)有限元軟件的計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了高層鋼結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算、規(guī)范校核、三維實(shí)體的數(shù)字拼裝、一致性關(guān)聯(lián)的施工圖和加工圖出圖、結(jié)構(gòu)材料信息的數(shù)據(jù)管理等功能。另外還開(kāi)發(fā)了輕鋼廠房結(jié)構(gòu)BIM軟件［24］，該軟件能夠直接讀入SAP和ANSYS等軟件的結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的全自動(dòng)交互式設(shè)計(jì)、編輯及復(fù)核，設(shè)計(jì)結(jié)果的圖形與文本查詢(xún)等功能；直接生成構(gòu)件翻樣圖、材料表以及結(jié)構(gòu)體系造價(jià)等信息、與ERP軟件的集成。

婁?［13］通過(guò)分析基于BIM的建筑成本預(yù)算軟件的需求，設(shè)計(jì)了基于BIM的建筑成本預(yù)算軟件以及其它建筑專(zhuān)業(yè)軟件共同進(jìn)行成本預(yù)算的工作流程，建立了基于BIM的建筑成本預(yù)算軟件的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了詳細(xì)的功能設(shè)計(jì)。張修德［14］基于婁?和趙毅立的研究成果，對(duì)系統(tǒng)的基本需求、系統(tǒng)模型加以調(diào)整和改進(jìn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

張洋［25］提出了基于BIM的工程信息管理體系與架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于BIM的三維幾何建模及模型轉(zhuǎn)換、面向BIM子模型的信息提取與集成、BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)等關(guān)鍵技術(shù)，并基于以上基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了BIM信息集成平臺(tái)（BIMIIP）。

德國(guó)的Nour［26］開(kāi)發(fā)了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)建筑信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)人員通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以與建筑材料供應(yīng)商進(jìn)行溝通，獲得材料清單，并對(duì)特殊材料進(jìn)行訂購(gòu)。Charlie Fu［27］提出將IFC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于項(xiàng)目的生命周期成本評(píng)估的建議，并基于ADT平臺(tái)開(kāi)發(fā)了項(xiàng)目生命周期成本評(píng)估的原型系統(tǒng)，該原型系統(tǒng)能夠從基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑設(shè)計(jì)結(jié)果中提取與成本預(yù)測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)并傳遞給其他的項(xiàng)目生命周期成本評(píng)估系統(tǒng)。Bazjanacz［28］將BIM模型所包含的幾何屬性、空間關(guān)系、地理信息、工程量數(shù)據(jù)、成本信息、建筑元素信息、材料詳細(xì)清單信息以及項(xiàng)目進(jìn)度信息等運(yùn)用到項(xiàng)目全過(guò)程管理中，在全過(guò)程達(dá)到信息共享與協(xié)同工作。

3．2．2 軟件數(shù)據(jù)交換及插件開(kāi)發(fā)

對(duì)已有BIM軟件二次開(kāi)發(fā)的研究側(cè)重于實(shí)現(xiàn)已有的非BIM軟件與BIM軟件之間的數(shù)據(jù)交換，以及開(kāi)發(fā)BIM軟件插件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件功能的擴(kuò)展。

中國(guó)建筑科學(xué)研究院［29］基于EDM平臺(tái)開(kāi)發(fā)了建筑工程信息共享IFC模型平臺(tái)CabrIFC軟件，初步實(shí)現(xiàn)了IFC標(biāo)準(zhǔn)與PKPM的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SpasCAD之間的幾何信息、材料信息的交換和共享。劉照球［30］在文獻(xiàn)［29］的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了IFC建筑模型與PKPM結(jié)構(gòu)模型信息集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)IFC建筑模型和PKPM結(jié)構(gòu)模型之間的幾何信息、材料信息、關(guān)系屬性信息的集成。

Dimyadi［31］開(kāi)發(fā)了ifcSTEP－FDS數(shù)據(jù)接口，使得FDS（Fire Dynamics Simulator）軟件能夠直接輸入從IFC模型中提取的用于火災(zāi)分析的數(shù)據(jù)軟件，從而簡(jiǎn)化火災(zāi)分析模型的建模過(guò)程。Schein［32］采用EXPRESS－G開(kāi)發(fā)了建筑自動(dòng)化系統(tǒng)（Building automation system）信息模型，建筑自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用軟件可以通過(guò)該信息模型在設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)等階段實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的信息交換與共享。

張坤［33］提出了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的玻璃幕墻集成設(shè)計(jì)平臺(tái)解決方案，并對(duì)該集成平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)和主要的功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的IFC SPF文件和IFC XML文件之間的相互轉(zhuǎn)換。徐迪等［34］通過(guò)分析PKPM軟件生成的建筑結(jié)構(gòu)平面簡(jiǎn)圖的工程對(duì)象類(lèi)型和描述方式特征，提出基于BIM技術(shù)的三維模型重建方法，并討論了從PKPM模型到Revit模型的轉(zhuǎn)換策略。

軟件開(kāi)發(fā)方面，已有的研究主要針對(duì)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理、設(shè)施管理、生命周期管理、數(shù)據(jù)交換共享等方面的軟件框架理論與軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這些研究涵蓋建設(shè)項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段，但很多研究只開(kāi)發(fā)了軟件原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了某個(gè)階段的某方面的局部功能，而實(shí)現(xiàn)的功能又僅限于處理簡(jiǎn)單的情況，且缺少對(duì)軟件功能大量的測(cè)試。軟件開(kāi)發(fā)需要合理科學(xué)的軟件體系與架構(gòu)設(shè)計(jì)支持，以此保證所開(kāi)發(fā)的軟件的科學(xué)性、實(shí)用性，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)。雖然有大量的對(duì)軟件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面的研究，但軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理。支持軟件開(kāi)發(fā)的理論研究顯得單薄。

3．3 應(yīng)用現(xiàn)狀

3．3．1 國(guó)家制定政策促進(jìn)BIM應(yīng)用

美國(guó)是首批應(yīng)用BIM的國(guó)家之一，早在2003年美國(guó)總務(wù)管理局（GSA）公布國(guó)家3D、4D、BIM計(jì)劃，目前GSA正在研究將BIM技術(shù)應(yīng)用到整個(gè)項(xiàng)目的生命周期中。2010年，新加坡建筑建設(shè)局制定了BIM推廣5年計(jì)劃，強(qiáng)制地于2015年執(zhí)行電子化遞交建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備的審批圖。2010年，韓國(guó)政府供應(yīng)局和韓國(guó)國(guó)土海洋部分別在建筑和土木兩個(gè)領(lǐng)域上制定了BIM應(yīng)用指南，計(jì)劃2016年前全部公共工程實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)。英國(guó)內(nèi)閣辦公室于2011年發(fā)布《政府建設(shè)戰(zhàn)略》文件，強(qiáng)制于2016年實(shí)現(xiàn)全面協(xié)同的3D-BIM。

在國(guó)內(nèi)，香港房屋署于2006年率先研究使用BIM。2010年10月建設(shè)部發(fā)布了關(guān)于做好《建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)（2010）推廣應(yīng)用的通知》，提出要推廣使用BIM技術(shù)輔助施工管理。2011年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了《2011—2015年建筑業(yè)信息化綱要》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《綱要》），《綱要》把BIM作為支撐建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展。2012年1月，住建部印發(fā)了“關(guān)于2012年工程建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定修訂計(jì)劃的通知”，標(biāo)志著中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作的正式啟動(dòng)，并邀請(qǐng)了業(yè)內(nèi)相關(guān)軟件廠商、設(shè)計(jì)、施工等多家單位參與研究，稱(chēng)之為“千人千標(biāo)準(zhǔn)”模式。

2013年1月，上海市規(guī)劃國(guó)土資源局印發(fā)《上海市建設(shè)工程三維審批規(guī)劃管理試行意見(jiàn)》，指出2013年3月1日起，對(duì)于《建設(shè)工程設(shè)計(jì)方案三維審批規(guī)劃管理試點(diǎn)區(qū)域范圍》確定的受理區(qū)域內(nèi)的建設(shè)工程設(shè)計(jì)方案，試行三維審批規(guī)劃管理。上海市的“建設(shè)工程三維審批規(guī)劃管理試行意見(jiàn)”拉開(kāi)了地方政府制定BIM政策的序幕。

政府制定政策促進(jìn)BIM在實(shí)際工程的應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)是正確的，并且十分必要。因?yàn)榻ㄖ鹘y(tǒng)的建造思想根深蒂固，BIM技術(shù)的應(yīng)用在一定程度打破傳統(tǒng)建筑業(yè)的利益關(guān)系；另一方面，應(yīng)用新技術(shù)對(duì)企業(yè)意味著更大的投入，如培訓(xùn)員工、購(gòu)買(mǎi)設(shè)備、增加崗位等，對(duì)于個(gè)人則意味著需要改變?cè)瓉?lái)的工作方式，既要工作又需要參加培訓(xùn)學(xué)習(xí)，并且這種學(xué)習(xí)在短時(shí)間內(nèi)很難見(jiàn)到成效，因此積極性不高。

但政府在制定政策促進(jìn)BIM應(yīng)用的同時(shí)，也應(yīng)該在高校開(kāi)設(shè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)。而實(shí)際上，如今在國(guó)內(nèi)僅有幾所大學(xué)開(kāi)設(shè)此專(zhuān)業(yè)，如華中科技大學(xué)和廣州大學(xué)。在BIM技術(shù)的教育與培訓(xùn)方面，政府教育部門(mén)的重視程度顯然不足，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)BIM人才數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了社會(huì)的需求。這種現(xiàn)象不僅不利于BIM技術(shù)的發(fā)展及其在工程的應(yīng)用，并且使得政府所制定的促進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用的一些列政策成為無(wú)水之源。

3．3．2 工程應(yīng)用

BIM理念的誕生至今已將近40年，第一款基于BIM理念的工程軟件的問(wèn)世也過(guò)去了26年。BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的工程項(xiàng)目得到了應(yīng)用，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家，其已被應(yīng)用于建設(shè)工程的生命周期。BIM技術(shù)在建設(shè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。美國(guó)斯坦福大學(xué)整合設(shè)施工程中心（CIFE）根據(jù)32個(gè)項(xiàng)目總結(jié)了使用BIM技術(shù)的效果：消除40%預(yù)算外變更；造價(jià)估算耗費(fèi)時(shí)間縮短80%；通過(guò)發(fā)現(xiàn)和解決沖突，合同價(jià)格降低10%；項(xiàng)目工期縮短7%，及早實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)。

在國(guó)外，據(jù)Erabuild基金組織2008年的調(diào)查：北歐四國(guó)約20%工程的建筑設(shè)計(jì)以及約10%工程的施工應(yīng)用了BIM技術(shù)。英國(guó)AEC行業(yè)實(shí)際使用BIM的百分比已經(jīng)從2010年的僅僅13%增長(zhǎng)到39%；在同一時(shí)期里，沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)BIM的從43%降到僅僅6%。表3給出了國(guó)外具有代表性國(guó)家的BIM應(yīng)用程度。具有代表性的工程案例有倫敦奧運(yùn)主體育場(chǎng)、紐約自有塔等。美國(guó)bSa（building SMART alliance）對(duì)BIM在美國(guó)AEC領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)查研究，并總結(jié)了目前BIM 的25種不同應(yīng)用［35］，涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)4個(gè)階段。由此可見(jiàn)BIM技術(shù)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的AEC階段已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，甚至延伸至FM階段。

表3　國(guó)外BIM應(yīng)用程度Table 3 The app lication of BIM in foreign countries

在國(guó)內(nèi)，BIM的研究與應(yīng)用處于起步階段，很多人甚至沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)BIM。據(jù)《中國(guó)建設(shè)行業(yè)BIM應(yīng)用研究報(bào)告2011》調(diào)查：87%的受訪者聽(tīng)說(shuō)過(guò)BIM，39%的受訪者使用過(guò)BIM。盡管?chē)?guó)內(nèi)的BIM應(yīng)用狀況很不理想，但發(fā)達(dá)地區(qū)的很多項(xiàng)目應(yīng)用了BIM技術(shù)，如上海世博會(huì)中國(guó)館、天津港國(guó)際油輪碼頭、上海中心大廈、南京火車(chē)南站都應(yīng)用了BIM技術(shù)。BIM技術(shù)主要應(yīng)用于復(fù)雜造型建筑的建筑設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)效率；碰撞檢查，減少圖紙錯(cuò)誤；出構(gòu)件加工圖，保證構(gòu)件加工精確；建立建筑三維模型，指導(dǎo)施工。總的來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型建筑的設(shè)計(jì)、不同專(zhuān)業(yè)模型碰撞檢查等，應(yīng)用集中在設(shè)計(jì)階段，施工中的應(yīng)用較少，且僅用于建筑生命周期的某個(gè)階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在生命周期應(yīng)用。應(yīng)用模式為設(shè)計(jì)方驅(qū)動(dòng)模式，而不是業(yè)主方驅(qū)動(dòng)模式。應(yīng)用處于初級(jí)階段。

4 展望與結(jié)語(yǔ)

4．1 展望

BIM技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程項(xiàng)目生命周期管理BLM的核心技術(shù)，正引發(fā)建筑行業(yè)一次史無(wú)前例的徹底變革。BIM技術(shù)通過(guò)利用數(shù)字模型將貫穿于建筑全生命周期的各種建筑信息組織成一個(gè)整體，對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行管理。BIM技術(shù)將改變建筑業(yè)的傳統(tǒng)思維模式及作業(yè)方式，建立設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)過(guò)程的新組織方式和行業(yè)規(guī)則，從根本上解決工程項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各階段的信息丟失問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工程信息在生命周期的有效利用與管理，顯著提高工程質(zhì)量和作業(yè)效率，為建筑業(yè)帶來(lái)巨大的效益。

4．2 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外建設(shè)工程界已經(jīng)意識(shí)到BIM技術(shù)將對(duì)建設(shè)領(lǐng)域帶來(lái)的變革性作用，業(yè)內(nèi)的研究人員對(duì)BIM技術(shù)開(kāi)展了廣泛且深入的研究，并已取得大量的研究成果。BIM的理念不應(yīng)該僅服務(wù)于土木工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建造，BIM更是一種先進(jìn)的管理理念，作者認(rèn)為以下幾方面有必要開(kāi)展研究：

（1）BIM與工業(yè)化建筑。工業(yè)化建筑是指采用工業(yè)化的預(yù)制裝配式技術(shù)，將建筑的構(gòu)件（部品）在工廠加工制作后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝而成的建筑。隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高以及勞動(dòng)力數(shù)量的下降，建筑業(yè)面臨著極其嚴(yán)峻的成本上升問(wèn)題，建筑業(yè)必然走上工業(yè)化道路。BIM的理念來(lái)源于制造業(yè)、航空航天業(yè)等行業(yè)的先進(jìn)理念PLM，工業(yè)化建筑的建造方式具有制造業(yè)的特點(diǎn)，BIM與建筑的工業(yè)化特點(diǎn)不謀而合，將其應(yīng)用于工業(yè)化建筑必將會(huì)促進(jìn)建筑的工業(yè)化進(jìn)程。

（2）BIM與物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。將基于BIM的虛擬建筑模型與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，建立FM階段的運(yùn)維系統(tǒng)，將有效解決當(dāng)前運(yùn)維管理靠人為簡(jiǎn)單操控的、落后的、效率低下的現(xiàn)狀。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將建筑物相關(guān)聯(lián)，再運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維可視化，管理者完全可以在BIM提供的三維環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)營(yíng)管理。

（3）BIM與數(shù)字城市。數(shù)字城市是指利用空間信息構(gòu)筑虛擬平臺(tái)，將包括城市自然資源、社會(huì)資源、基礎(chǔ)設(shè)施、人文、經(jīng)濟(jì)等有關(guān)的城市信息，以數(shù)字形式獲取并加載上去，從而為政府和社會(huì)各方面提供廣泛的服務(wù)。傳統(tǒng)意義的數(shù)字城市只包含城市基礎(chǔ)設(shè)施的外觀及其地理位置信息，無(wú)法提供更進(jìn)一步的詳細(xì)信息。根據(jù)建筑師提供的建筑BIM模型，土木工程師提供的交通和市政基礎(chǔ)設(shè)施的BIM模型，測(cè)繪工程師提供的地理信息數(shù)據(jù)等，政府部門(mén)通過(guò)整合這些信息，建立區(qū)別于傳統(tǒng)意義的，含有大量真實(shí)詳細(xì)信息的數(shù)字城市，為政府部門(mén)對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃、改造與管理提供有力幫助。

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［35］ Building SMART Alliance of National Institute of Building Sciences［J］．BIM Project Execution Plan-ning Guide Version 1．0．

【結(jié)構(gòu)工程師】201年度征訂單（全年6期）

注：此單為發(fā)行憑證，請(qǐng)與郵局匯款憑證一并寄回，也可填寫(xiě)完整后傳真、電郵（附上郵局匯款憑證）或qq傳至編輯部。發(fā)票抬頭是否與訂購(gòu)單位一致，如不一致可在訂單上留言。

【結(jié)構(gòu)工程師】201年度征訂單（全年6期）

注：此單為發(fā)行憑證，請(qǐng)與郵局匯款憑證一并寄回，也可填寫(xiě)完整后傳真、電郵（附上郵局匯款憑證）或qq傳至編輯部。發(fā)票抬頭是否與訂購(gòu)單位一致，如不一致可在訂單上留言。

下期預(yù)告

沉樁對(duì)鄰近既有樁內(nèi)力變形的影響分析　姚建平，劉振興，李鏡培，等山西某公寓樓基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)與研究　杜宇，施衛(wèi)星山谷地形橋梁橫向地震反應(yīng)特性分析　張少為，葉愛(ài)君多塔斜拉橋在主震－余震序列波下地震位移研究　王征南，楊浩林，龐于濤，等新型疊層橡膠隔震支座的承載特性研究　裴萌，陸飛，張富有某風(fēng)電塔結(jié)構(gòu)基于性能的抗震分析　戴靠山，易立達(dá)，劉瑤，等梁柱端板連接節(jié)點(diǎn)柱翼緣、柱腹板加強(qiáng)方法有限元分析　楊建林，葛金明K形、V形偏心支撐鋼框架抗震性能對(duì)比研究　齊永勝，趙風(fēng)華，李衛(wèi)青摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型設(shè)計(jì)方法研究　周穎，胡程程，周廣新，等某樓板薄弱連接的塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　劉文燕基于等效斜壓桿理論的RC框架填充墻承載力計(jì)算方法研究　高潤(rùn)東，蔣利學(xué)，王春江，等現(xiàn)澆混凝土板早期順筋裂縫研究　屈文俊，秦怡惟，朱鵬，等恒壓鉆入法檢測(cè)火后受損混凝土損傷程度的可行性研究　商興艷，余江滔，甕文芳，等大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨?chǎng)地土的配制方法　燕曉，袁聚云，袁勇，禹海濤灌漿套管加固有初彎曲鋼構(gòu)件的研究　蔣首超，何飛，文見(jiàn)，等基于能力譜方法的超大型冷卻塔抗震性能研究　李曉波，管仲?lài)?guó)考慮基礎(chǔ)剛度的某步行天橋結(jié)構(gòu)抗震分析　楊必峰，顧勵(lì)，張玉不同植筋膠的粘結(jié)性能比較試驗(yàn)研究　張建榮，李小敏，艾永江，等臺(tái)后填土與主梁的相互作用對(duì)梁橋縱向地震反應(yīng)的影響　王翼，李建中拆模工序?qū)ι蜿?yáng)文化藝術(shù)中心音樂(lè)廳緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形的影響王強(qiáng)，馬癑，王占飛，等正交異性鋼橋面板頂板焊接順序優(yōu)化分析　周尚猛高強(qiáng)箍筋約束高強(qiáng)混凝土短柱的力學(xué)性能試驗(yàn)研究　潘翔混凝土置換法在某短肢剪力墻高層住宅加固中的應(yīng)用　胡克旭，趙志鵬大跨度系桿拱橋合理抗震體系研究　方圓，席進(jìn)一種新型可展結(jié)構(gòu)的探索　宋依潔，熊海貝，卿紫菲，等早齡期混凝土徐變性能和損傷發(fā)展研究　楊鋮，童樂(lè)為，F(xiàn)．GRONDIN TMD減振系統(tǒng)在樓蓋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用　嚴(yán)俊，王洪濤，施衛(wèi)星基于“損壞標(biāo)識(shí)”的受爆結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估方法　林峰，唐海，王立漂移雪荷載的各國(guó)規(guī)范比較及減災(zāi)設(shè)計(jì)初探　李?lèi)疖帲R嘯晨，李興基于多尺度結(jié)構(gòu)整體模型的鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能分析　來(lái)少平，吳曉涵，朱立剛一種新型連接的光伏板集成剪力墻低周反復(fù)試驗(yàn)研究　師振華，章紅梅

基金項(xiàng)目：國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAJ16B05）聯(lián)系作者，Email：zhenghuahai2008＠163．com

收稿日期：2013－12－10