BIM在國內的研究現狀及應用阻礙

劉潤紅 曾媛 申貴珍 肖茁良

摘要：本文對BIM的產生、定義以及特點等進行概述，并總結BIM在國內外的研究現狀以及在國內的應用阻礙，了解BIM從產生至今的發展程度；最后得出結論并提出展望。

關鍵詞：建筑信息模型、項目生命周期、云計算技術

0 引言

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是當今建筑行業信息化過程中的備受關注的概念。BIM是一個包含了建筑設計、結構設計、管線設備設計、工程量統計、成本計算、物業管理等信息的數據庫，其目的是從根本上消除項目生命周期中的規劃、設計、施工、維護管理等各階段及應用系統之間的信息斷層，從而實現全過程的、實時的、準確的工程信息管理。

BIM的出現和興起是為了突破建筑行業生產效率低的情況，使建筑行業進一步發展。建筑行業的歷史悠久，而近代隨著人類社會的高速發展，建筑行業使用的新材料和新技術對自然環境的破壞可謂越來越嚴重。除此以外，美國的統計數據表明，建筑行業的生產效率沒有隨著經濟的發展而提高，反而有所下降[1]。我國年建筑量世界排名第一，建筑行業也是我國支柱產業之一，是重要的產業。因此，提高建筑行業的其信息化程度，成為亟需解決的難題。BIM在當今的中國建筑業是個很熱的概念，建立以BIM應用為載體的項目管理信息化，有望提高建筑質量、縮短工期、降低建造成本、支持生命周期運營。BIM被寄予厚望。

1 BIM的產生及定義

1.1 BIM的產生

任何技術的產生都源于社會需求并為之服務，正在快速發展并逐漸普及應用的BIM技術也不例外，它在外部市場需求和建筑行業自身發展需要下萌芽并不斷發展。BIM理念的啟蒙，受到了1973年全球石油危機的影響，美國全行業需要考慮提高行業效益的問題，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的課題“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，以便于實現建筑工程的可視化和量化分析，提高工程建設效率[2]。

1982年，Graphisoft公司提出虛擬建筑模型（Virtual Building Model，VBM）理念，并在兩年之后推出ArchiCAD軟件，緊接著芬蘭的學者提出了一種基于計算機的智能模型系統，并將其命名為為“Product Information Model”。在1986年，美國學者Robert Aish提出了“Building Modeling”的概念，一年之后，Graphisoft公司在ArchiCAD虛擬建設的概念指導下第一次實現了BIM。1992年，在G.A.VanNederveen和R P.Tolman共同發表的一篇論文里首次出現了“建筑信息模型”這個詞[3]。然而，“建筑信息模型（包括英文縮寫BIM）”并沒有被普遍使用，直到2002年，行業分析家Wang Xin和Jerry Laiserin第一次完整地提出BIM的概念，同年，Autodesk公司發布了題為"建筑信息模型”的白皮書，從此，BIM作為一個專有名詞開始在建筑行業被廣泛使用[4]。

1.2定義

BIM（建筑信息模型）不是簡單的將數字信息進行集成，而是一種數字信息的應用，并可以用于設計、建造、管理的數字化方法。

住房和城鄉建設部工程質量安全監管司處長對BIM作出了解釋：BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。

2009年，美國McGraw-Hill公司在題為“BIM的商業價值（The Business ValueofBIM）”的市場調研報告中對BIM是過程給出了更貼切的定義：“BIM是創建并且使用數字化模型對建設項目進行設計、施工和運營管理的過程[5]。”

2 BIM的特點

BIM是應用于建筑工程項目中的，因此BIM的特征也體現了建筑工程管理的基本理論和方法，包括建筑工程的全生命周期管理以及全方位管理[6]。

現從項目生命周期、項目的參與人員以及BIM的應用深度三個方面分析BIM的特征。

（1）BIM的應用是貫穿于項目生命周期的建筑工程項目的建設周期較長，而且不同時期的工作內容和重點都不同。同時，不同建筑工程項目由于具有不同的特點，其生命周期的階段劃分不盡相同。但工程項目的生命周期通常有規劃與計劃、設計、施工、運營與維護、拆除等階段。在規劃與計劃階段，業主需要對現有的設施和地理位置等相關的因素進行考慮，從而作出是否要啟動項目或者改造項目的決定。而且有時候，業主并不是單一的，出現多個業主的情況是非常可能的。接下來的設計階段是把上一階段的要求表達出來，這個階段的信息量是非常大的。而且，這些信息的傳遞效率對項目最終的效果和質量有決定性的作用。施工階段是把上一階段的信息轉變成實物的階段。上一階段的設計錯誤很容易導致施工階段中的超工期、超預算等現象。項目的運營和維護階段應該是項目生命周期里時間最長的一個階段，涉及出租、維護以及設備更新等事務。以上所提到的項目生命周期里各個階段的任務的特點都有所不同，但是表達的方式基本上都是文本以及圖紙。然而，建筑畢竟是三維實體，文本以及二維的圖紙很難直觀準確地表達建筑。BIM的三維展示能力以及信息整合能力都能在項目生命周期里的各個階段發揮作用。

（2）BIM由各方項目人員參與的BIM適合于項目不同的參與方，能為他們帶來無限的利益。業主使用BIM能獲得物業的綜合信息，以及確保項目按時、按量、按質完成。通過BIM，業主可以獲得物業的綜合信息，以確保項目順利完成并交付；規劃師和建筑師可以把場地信息和業主的要求結合起來，并從模型中獲得良好的視覺感受；結構工程師和施工承包商可以將建筑物結構構件的分類、數量、材料以及施工要求等信息儲存到模型里，并且能容易地對這些信息進行管理；成本預算師能智能地獲取工程量清單，并有效得控制成本；預制加工商可以利用模型進行數控加工以及安排制造的工藝流程。不管目前項目各參與方應用BIM的水平如何以及BIM能為項目各參與方帶來的利益多少，BIM的信息儲存以及調用功能都能為項目各參與方服務，并達到協同工作的作用。

（3）BIM的應用是具有層次的NBIMS創造了一套評價BIM的體系，該體系可以量化地判斷BIM是否在項目生命周期中對信息交換和使用的能力大小。此評價體系選擇了十一個要素作為評價BIM能力成熟度的指標：數據豐富性、生命周期、變更管理、角色或專業、業務流程、及時性/響應、提交方法、圖形信息、空間能力、信息準確度以及互用性/IFC支持[7]。而每一個評價指標都設定了一個從不成熟到成熟的應用程度，總共有10個等級。如“生命周期”的1到10級的應用成熟程度為：沒有完整的項目階段-規劃和設計-加入施工/供應-包括施工/供應-包括施工供應和預制-加入有限的運營和維護-包括運營和維護-加入財務-完整的設施生命周期收集-支持外部系統。由此可見BIM技術的應用是一個循序漸進的過程。因為建筑工程項目本身就是一個龐大的綜合體，目前市場上單一的BIM軟件不足以涵蓋建筑項目的每個專業以及每個階段。另外，BIM的應用并不是單純地使用BIM軟件，而是把BIM工具與項目運行的方式結合起來從而高效地完成項目。所以，BIM的使用也是一個不斷放棄舊的工作方式而采用新的工作方式的過程。現今BIM技術主要是被應用于建筑工程項目的某些階段，如設計階段使用BIM軟件以達到協同工作，施工階段使用BIM軟件進行項目成本和進度的管理等。隨著BIM軟件的不斷成熟以及標準數據接口的發展，BIM技術的應用可以覆蓋建筑工程項目的設計施工等主要階段，如上海中心大廈項目中在設計和施工階段都應用了BIM技術。而BIM技術應用的終極目標是實現項目全生命周期的應用。

3 研究現狀

國外對BIM技術的研究和開發起步早，應用開展早，已驗證了BIM技術的應用潛力。從應用領域看，目前已將BIM技術應用于建筑工程的設計、招投標、施工以及運維階段，相應的應用軟件逐步成熟；從應用范圍看，BIM技術已成為設計和施工企業承接項目的必要能力，大企業一般已具備了應用BIM技術的能力；從應用模式看，在美國，BIM應用已結合IPD（項目集成交付）管理模式，將參建各方形成利益共同體，大大提高了項目集成交付能力；從應用環境看，美國、韓國、新加坡等國家已制定了BIM標準和相關政策，形成各種BIM協會、BIM標準，在配套環境上給予有力支撐。

目前中國建設量大，建筑業發展快，但同時建筑業需要可持續發展，施工企業也面臨更嚴峻的競爭。在這個背景下，我們看到了國內建筑業與BIM結緣的必然性。我國的BIM應用雖然剛剛起步，但發展速度很快。許多企業有了非常強烈的BIM意識，出現了一批BIM應用的標桿項目，特別是在一些大型復雜的超高層項目中得到了成功應用。“中國尊”項目作為我國工程建筑行業的重要工程，BIM在其中應用的廣泛程度和復雜程度在國內尚屬少見。如何在應用BIM模型輔助設計，達到高完成度目標的同時，確保模型及其數據庫的可延續性，滿足施工和運營維護階段的需要，是目前整個建筑界所面臨的課題。設計團隊希望通過“中國尊”項目的BIM實踐，最終形成一套與協同設計相結合的BIM工作方法和標準，讓BIM模型及其數據庫隨著項目進程不斷深化與完善，最終應用于建筑的全生命周期。

另一方面，BIM的發展也逐漸得到了政府的大力推動。住房城鄉建設部發布的《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》明確提出，將BIM作為設計和施工企業信息化發展的核心技術，并要求施工企業將“在施工階段開展BIM技術的研究與應用”作為首要的戰略目標。

4 應用阻礙

BIM在實際應用中也遇到了一些問題和困難，主要體現在以下6個方面：

（1）在BIM應用軟件方面。目前，市場上的BIM軟件很多，但大多用于設計和招投標階段，施工階段的應用軟件相對匱乏。大多數BIM軟件以滿足單項應用為主，集成性高的BIM應用系統較少，與項目管理系統的集成應用更是匱乏。此外，軟件商之間存在的市場競爭和技術壁壘，使得軟件之間的數據集成和數據交互困難，制約了BIM的應用與發展。

（2）在BIM數據標準方面。隨著BIM技術的推廣應用，數據孤島和數據交換難的現象普遍存在。作為國際標準的IFC（建筑對象的工業基礎類）數據標準在我國的應用和推廣不理想，而我國對國外標準的研究也比較薄弱，結合我國建筑工程實際對標準進行拓展的工作更加缺乏。在實際應用過程中，不僅需要像IFC一樣的技術標準，還需要更細致的專業領域應用標準。

（3）在BIM應用模式方面。一方面，BIM的專項應用多，集成應用少，而BIM的集成化、協同化應用，特別是與項目管理系統結合的應用較少；另一方面，一個完善的信息模型能夠連接建設項目生命周期不同階段的數據、過程和資源，為建設項目參與各方提供了一個集成管理與協同工作的環境，但目前由于參建各方出于各自利益的考慮，不愿提供BIM模型，不愿協同，不愿精確和透明，無形之中為BIM的深入應用和推廣制造了障礙。

（4）在BIM人才方面。BIM從業人員不僅應掌握BIM工具和理念，還必須具有相應的工程專業或實踐背景，不僅要掌握一兩款BIM軟件，更重要的是能夠結合企業的實際需求制訂BIM應用規劃和方案，但這種復合型BIM人才在我國施工企業中相當匱乏。

（5）在模型所有權方面。BIM模型主要由設計單位負責建立，由施工單位應用并繼續擴展維護。目前關于BIM模型建構費用標準尚未確定，模型由設計單位構建，收益方是業主，對設計單位來說缺少構建模型的動機，而如果由施工單位構建則達不到全生命周期使用的目的而且業主也無法獲得BIM模型的所有權，對于后期的運營管理又存在著爭議。

（6）在BIM管理方面。BIM模型中包含著建設項目全生命周期的所有信息，模型數據量龐大，系統處理負擔沉重，而BIM模型數據格式不同于傳統CAD及文本文件，跨平臺間資料交換標準尚未全統一，所以就存在著數據分類命名的問題以及檔案管理的問題。傳統的工程編碼體系主要有兩大類，一類MasterFormat體系，它是依據項目執行結果而不是設備產品分類，無法處理項目早期對象編碼問題，這種分類方法更適合項目WBS分解，而不適合用于BIM編碼。還有一類是Uniformat體系，這種分類體系是依據項目要素分類，可解決項目早期的BIM編碼。

5 總結

BIM是一種新的工程實踐方式，形象地展現工程項目的外形，也抽象地包含了工程項目各方面的信息，貫穿于項目的全生命周期，有不同的參與方，其實施過程是一個循序漸進的過程。BIM作為新事物新技術與歷史悠久的建筑行業結合，必須要將自身的內涵與建筑行業合理運作的方式融合，才能健康地發展起來。

同時，BIM應用應始終圍繞以提升工程項目管理為核心，實現管理效益的提升，因此BIM技術與項目管理系統（PM）集成應用是BIM應用的趨勢之一。BIM系統為項目的生產與管理提供了大量可供深加工和再利用的數據信息，有效管理利用這些海量信息和大數據，需要數據管理系統（DM）的支撐。同時，BIM各系統處理復雜業務所產生的大模型、大數據，對計算能力和低成本的海量數據存儲能力提出了較高要求，而基于云計算技術的“云”服務平臺恰好可以為企業提供云端低成本、高性能、易管理的計算能力和存儲能力。云算量、云碰撞檢查等基于云計算的BIM技術的應用，將成為BIM技術發展的又一個重要趨勢。

項目分散、人員工作移動性強、現場環境復雜是制約施工行業信息化推廣應用的主要原因，而隨著信息技術和通信技術的發展，BIM技術最終將進入移動應用時代。未來，通過平板電腦、手機等移動設備，可隨時隨地打開BIM模型進行質量檢查、變更洽商等項目管理業務，以滿足項目現場“走動式管理”的特性。

綜上所述，以4M1C（PM、BIM、DM、Mobile、Cloud）為核心的綜合性應用，必將是BIM應用發展的大趨勢。

參考文獻

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