建立完整BIM軟件體系概念

裴 坤

(尚建筑(廈門)建筑科技有限公司 福建廈門 361000)

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建立完整BIM軟件體系概念

裴 坤

(尚建筑(廈門)建筑科技有限公司 福建廈門 361000)

BIM技術應用于國內建設項目至今天已經進入一個快車道，但是大量的從業者對于BIM技術的印象還是停留在一款軟件應用上，認為BIM技術不過就是一個碰撞檢測軟件。這是一個很大的誤解，BIM技術實質上是一個軟件體系，可以把BIM應用軟件劃分為從建模軟件到運維軟件的九大類別，這九類軟件分別對應著BIM不同的應用階段，每類軟件都有幾種到幾十種不同國家、不同公司開發的應用軟件，它們互相競爭又互相補充。

BIM技術；精細化模型；軟件體系

0 引言

國內建筑市場上的BIM應用現在正處于一個歷史上最好的發展時期，得到了各界的一致認同和推廣。筆者也參加了大量項目的BIM咨詢工作，與建設方、施工方有過很多溝通，也參加了很多的BIM交流會議。發現在很多人的頭腦里對于BIM的印象存在著一個很大的誤區，他們認為BIM就是一個專業的建模軟件，應用這個軟件就可以把BIM的全部流程囊括其中。其實BIM不是一個軟件的事，也不是一類應用軟件的工作內容，BIM應用其實是一個不同的應用面集合在一起的軟件體系，不同的應用層面則該用不同的應用軟件來實現。

1 綜述BIM應用軟件分類

目前常用BIM軟件數量已有幾十個。但對這些軟件，卻很難給予一個科學的、系統的、精確的分類，目前國內幾種流行分類法也并不是完全嚴謹的分類規則。筆者擬在本文中根據自己多年的從業經驗進行一個簡單的分類概括，希望能為讀者提供一個了解BIM技術的新的視角。

按照在BIM應用中不同的應用層面，可以在狹義的BIM應用領域內把國內的BIM軟件體系劃分為以下幾類：BIM核心建模軟件，BIM分析軟件，BIM模型檢查軟件，BIM輕量化軟件，BIM動畫演示軟件，BIM算量和預算軟件，BIM管理協同平臺軟件，BIM二次開發軟件，BIM運維軟件這九大類別。這九類軟件應用于不同的層面，其中核心建模軟件是整個體系核心，其他各類軟件均以此為基礎進行工作，或者形成相對獨立的工作成果，或者反饋給核心建模軟件進行修正和展示。其實，廣義的BIM軟件還應該包括各類專業建模軟件、深化軟件，不過這類應用在國內市場上并不多見，故本文就不做闡述了。

2 核心建模軟件

BIM核心建模軟件(英文叫BIM Authoring Software)是BIM賴以產生和發展的前提，換句話說，正是因為這些軟件是整個BIM鏈條的基礎，也是從事BIM的業者第一個要接觸碰到和熟練應用的BIM軟件。其他各類的BIM軟件均是在BIM核心建模軟件的基礎上進行的不同層度上的信息交換和延伸，最后形成一個完整的BIM工作體系。

這一類軟件，目前歐美建筑業已經普遍使用Autodesk Revit系列、Benetly Building系列、ArchiCAD、Catia等數量達上百種專業軟件，這些都屬BIM技術的核心建模軟件,其中主要的有以下幾種，見圖1。

2.1 Autodesk公司Revit

Revit是Autodesk于2002年收購的三維設計軟件，收購后Autodesk提出了BIM的概念，可以說BIM一詞的誕生與Revit緊密相關，這也造成行業 “BIM就是Revit，Revit就是BIM”的誤解。Autodesk公司的Revit建筑、結構和機電系列軟件，借助于Autodesk公司二維施工圖設計軟件AutoCAD的強大的市場占有率，其Revit軟件在國內的民用建筑市場上占據著主流的位置，Revit與Autodesk的其他工程軟件產品一樣，主要定位于建筑設計階段BIM，優勢在于三維設計能力以及通用化能力。通過Revit強大的三維建模能力將實際施工項目在電腦中進行一遍虛擬建造(圖2)，并整個項目的建筑、結構、機電、景觀、幕墻等等各類的完整信息體現在模型中，為BIM軟件體系的其他類軟件提供基礎的模型信息，是BIM的核心基礎軟件。

2.2 Bentley公司microstation

Bentley建筑、結構和設備系列，Bentley最大的優點就是其二維與三維的CAD圖形平臺都是microstation，這樣就保證了在二維三維之間可以自由轉換，形成連續一貫的統一平臺、模型和數據。同時Bentley公司也自行研發或收購了大量的專業軟件整合到了自己的平臺中，統一的格式和數據體系使得Bentley產品在工廠設計和基礎設施領域有無可爭辯的優勢。

由于推廣和易用度稍嫌不足等各方面原因，Bentley國內市場雖然在工業和市政領域處于領先地位，但是在民用建筑領域應用較少。

2.3 Graphisoft公司ArchiCAD

ArchiCAD是Graphisoft公司的旗艦產品，也是優秀的三維建筑設計軟件之一，它是一款偏重于方案設計的建筑專業BIM應用軟件。他內置的日照分析，能量分析，風荷載、熱損耗等等分析工具，渲染工具效果出色，擁有VR演示和動畫直接生成等功能,為建筑設計人員提供了一款強大的建筑設計工具，但設備專業需要借助其他插件才能完成。

然而，在國內市場上由于其專業配套的功能僅限于建筑專業，適合的公司也僅僅限于專業的建筑師事務所，與多專業一體的設計院體制并不匹配，在國內市場份額較少。

2.4 Dassault公司的CATIA

Dassault公司的CATIA是全球最高端的機械設計制造軟件，在航空、航天、汽車等領域具有接近壟斷的市場地位，應用到工程建設行業無論是對復雜形體還是超大規模建筑其建模能力、表現能力和信息管理能力都比傳統的建筑類軟件有明顯優勢，與工程建設行業的項目和人員特點的對接問題是其不足之處。Digital Project是Gery Technology公司在CATIA基礎上開發的一個面向工程建設行業的應用軟件(二次開發軟件)，其本質還是CATIA，就跟天正的本質是AutoCAD一樣。

2.5 Rhino及擴展插件Grasshopper

核心建模軟件除以上幾種外，還包括幾種專門的復雜曲面建模軟件，目前國內主要應用的是Rhino(犀牛)以及它的擴展插件Grasshopper。

Rhino又叫犀牛，是美國Robert McNeel & Assoc.開發的PC上強大的專業3D造型軟件，它可以廣泛地應用于三維動畫制作、工業制造、科學研究以及機械設計等領域。它能無阻礙地整合3DMAX (主要應用于建筑模型)與Softimage(主要應用于動畫)的模型功能部分。同時它也可以與建筑界的主流概念設計軟件——SketchUp建筑草圖大師兼容，給建筑業界人士提供了一種自由體建模的優秀工具(圖3)。

Rhino是一款基于NURBS【非均勻有理B樣條曲線(Non-Uniform Rational B-Splines)】為主三維建模軟件。NURBS是專門做曲面物體的一種造型方法。NURBS造型總是由曲線和曲面來定義的，所以要在NURBS表面里生成一條有棱角的邊是很困難的。就是因為這一特點，我們可以用它做出各種復雜的曲面造型和表現特殊的效果，如人的皮膚，面貌或流線型的跑車等，具體到工程建設領域，就是復雜曲面的設計應用必須借助它。Rhino可以在Windows系統中建立、編輯、分析和轉換NURBS曲線、曲面和實體，不受復雜度、階數以及尺寸的限制。Rhino也支援多邊形網格和點云。

Rhino是一個相對“平民化”的高端軟件，Rhino所需配置很低，并且安裝控件需求極小，應用的門檻低。

Grasshopper是一款在Rhino環境下運行的采用程序算法生成模型的參數化設計插件。Grasshopper不需要太多任何程序語言的知識就可以通過一些簡單的流程方法達到設計師所想要的模型，它以自己獨特的方式完整地記錄起始模型和最終模型的建模過程，從而達到通過簡單改變起始模型或相關變量就能改變模型最終形態的效果。當方案邏輯與建模過程聯系起來時，它還可以通過參數的調整直接改變模型形態。

Grasshopper 中提供的矢量功能是 Rhino 中沒有的概念。在 Rhino 中制作模型，比如畫曲線，拉控制點，移動，陣列物體等等幾乎所有的手工建模都是在反復地做定義距離和方向的工作。而在以程序建模(參數化建模)的軟件中，這個工作是以輸入數據和程序自動計算的方式來完成，以替代傳統的手工去畫的方式，軟件中用來完成這個工作的工具就是矢量。

3 BIM分析軟件

BIM分析軟件是以BIM核心建模軟件提供的建筑模型為基礎進行各類的專業建筑分項分析的工具軟件。它包括了建筑、機電和結構等類的專業分析軟件。

3.1 BIM可持續(綠色)分析軟件

可持續(或綠色)分析軟件可使用BIM模型信息，對項目進行日照、風環境、熱工、景觀可視度、噪音等方面的分析和模擬。主要軟件有國外的Echotect(生態建筑大師)、IES(光域網制作)、Green Building Studio(建筑性能模擬)以及國內的PKPM等。

3.2 BIM機電分析軟件

水暖電或電氣分析軟件，國內產品有鴻業、博超等，國外產品有IES Virtual Environment(建筑能耗模擬)、Trane Trace(能源和熱力加載分析應用程序)等。

3.3 BIM結構分析軟件

結構分析軟件是目前與BIM核心建模軟件配合度較高的產品，基本上可實現雙向信息交換，即：結構分析軟件可使用BIM核心建模軟件的信息進行結構分析，分析結果對于結構的調整，又可反饋到BIM核心建模軟件中去，自動更新BIM模型。國外結構分析軟件有ETABS(美國CSI公司開發研制的房屋建筑結構分析與設計軟件)、STAAD(美國 REI 公司結構分析軟件)、Robot(法國Robobat公司結構分析軟件)以及國內的PKPM、盈建科均可與BIM核心建模軟件配合使用。

4 BIM模型檢查軟件

在BIM模型搭建過程中，不同專業人員使用各自建模軟件，來建立與自己專業相關的BIM模型，而這些模型需在同一個環境里面集成起來，才能完成整個項目的設計、分析及模擬，這些不同專業建模軟件，本身是無法實現這一點；而對于大型項目而言，因硬件限制而使BIM核心建模軟件往往無法在一個文件里操作整個項目模型，但是又必須把這些分開創建的局部模型整合在一起，進而才能研究整個項目的設計、施工及其運營狀態。

模型綜合碰撞檢查軟件基本功能就包括集成各種三維軟件創建的模型，并進行3D協調、4D計劃、可視化、動態模擬等一系列的運作，其實也屬于一種項目評估、審核軟件。常見模型綜合碰撞檢查軟件有Autodesk Navisworks、Bentley Projectwise Navigator和SolibriModel Checker等。這些模型檢查軟件都是各BIM軟件公司與自己的核心建模軟件相互搭配開發或收購的。

各軟件功能基本類似，這里僅針對Navisworks進行簡單的介紹， NavisWorks主要功能包括三維模型的實時漫游 、模型整合(將多種三維的3D模型合并到一個模型中進行不同專業間的碰撞校審)、碰撞校審(物理意義上的碰撞、時間上的碰撞校審、間隙碰撞校審、空間碰撞校審等)、模型渲染、4D模擬(導入進度計劃和模型直接關聯，通過3D模型和動畫能力直觀演示出建筑和施工的步驟)等。

NavisWorks通過模型合并、3D漫游、碰撞檢測和4D模擬等為工程行業設計數據提供了完整的設計審核方案，延伸了設計數據工程用途(圖4)。其3D漫游和檢視技術為設計和施工圖的直觀化體驗提供了極大便利。在模型搭建過程中可以實時瀏覽和檢查整個大規模的設計模型，用于演示整個流程和布置，直觀地展現虛擬搭建建筑的全局和關注的細部節點。

5 BIM輕量化軟件

輕量化軟件分為兩種，第一種所指的輕量化軟件是指的在BIM模型的移動端來展示和輕量化應用的軟件。它可以使得個工程人員無需借助于笨重的電腦終端來進行操作，而可以在手機和iPad等終端上快捷展示和瀏覽。這類BIM輕量化軟件有BIMX、BIM360等軟件。

BIMX是GRAPHISOFT公司2011年發布的支持iPad/iPhone以及 IOS設備上的應用，BIMX功能包括實時的3D瀏覽、立體，渲染及隱藏線視圖、重力加強、出入口識別、模型穿越、點擊定位到達等瀏覽功能。2015年GRAPHISOFT公司發布了為BIMX增強了云儲功能的BIMX PRO。

BIM360則是Autodesk公司2012年推出的基于云服務的云端應用程序，使用戶可以在項目的全生命周期中隨時隨地在移動終端便捷的訪問BIM項目信息。Autodesk BIM 360可以與Autodesk公司其余的BIM設計、施工及運營軟件配合使用。

第二種則是將龐大的BIM模型進行信息簡化，以非常快的速度進行模型演示，且可以在移動終端上演示的輕量化軟件，這類軟件主要是Fuzor，一款輕量化的BIM虛擬漫游軟件。

Fuzor是一個由美國Kalloc Studios開發的建筑設計及即時渲染軟件它與Revit2013版本以上可以實時連結，可以即時預覽設計效果。除此之外，它也可以制作建筑設計展示短片、高解析度截圖、即時模擬光影變化、燈光效果、進行虛擬漫游設置等。Fuzor可以將文件生成一個EXE的執行文件，供沒有安裝相關軟件的使用者快速審閱模型。

同時Fuzor擁有外接3D接口，可以外接虛擬體驗設備VR，進行虛擬體驗。

6 BIM動畫演示軟件

BIM動畫演示軟件目前主流的應用軟件就是Navisworks、Lumion、 Synchro等。

Lumion是一個實時的3D可視化工具，用來制作工程動畫和靜幀作品，可以廣泛地應用在建筑規劃和設計領域。它可以從BIM核心建模軟件、SketchUp以及其他的3D軟件直接導出3D內容，進行建筑動畫的輸出作業。同時速度極快，通過GPU渲染技術，實時編輯3D場景，渲染和場景創建降低到最快只需要幾分鐘的時間。同時通過其內置的視頻編輯器，可以快捷地創建出很有表現力的建筑動畫成果。

通過Lumion軟件創造出建筑視頻動畫可以以極低的成本創造出效果可觀的表現動畫，打破了原有建筑表現動畫動則上萬收費的成本瓶頸，為建筑動畫的平民化展示和大面積的應用鋪平了道路。

Synchro也是非常不錯的制作動畫的軟件，它還有4D施工過程、進度模擬等功能。

7 BIM算量和預算軟件

由于國內工程造價領域的獨立性，BIM算量和預算軟件主要都是由國內預算軟件公司基于BIM技術開發而來，包括了廣聯達BIM算量、魯班BIM、iTwo等。

廣聯達和魯班公司是國內兩大造價領域的巨頭，他們針對于BIM技術開發的算量軟件也是目前主流的BIM算量和預算軟件。兩者均是通過將BIM核心建模軟件的模型導入其基于自主研發的三維算量軟件，通過系統內部的土建、鋼筋、安裝、精裝、市政、鋼結構等算量子項，內置了國內工程算量的各相關規范，并依靠其豐富的常規算量軟件的積累，有效地補充了BIM模型三維算量的的不足。

iTwo實際上是一款由德國RIB公司開發BIM管理軟件，但是他包含了強大的BIM5D的功能。

8 BIM管理協同平臺軟件

BIM管理協同平臺軟件是基于BIM虛擬建造模型包含的全信息模型屬性，在建設項目的全生命周期過程中將設計、施工、工程項目的進度計劃編制與管理等等融合在一個建筑整合模型系統中，并將建設方、設計方、施工方、造價方、運維方都對接到這個系統中，協同工作，一模管理，高度集成，將設計、建造、算量、造價與項目管理各方的協作屏障打破，采用基于互聯網，云平臺的技術，實現資源共享，迅速協作的功能。未來可能與企業資源管理系統(ERP)進行有效的整合，整合工程建設領域的各種資源有效管理。這類軟件包括了Bentley ProjectWise、Autodesk Vault等。

國內現在也有很多針對BIM開發的協同平臺，比如廣聯達的廣聯云。還有很多公司基于云端開發了林林總總的協同云管理平臺。

9 BIM運維管理軟件

BIM運維管理軟件這部分的應用，目前的方式還是以FM+BIM(+GIS)的解決方案為主，就是在傳統的FM(設備管理系統)軟件的基礎上加入BIM和GIS(地理信息系統)的接口。這類做法通過把BIM模型中的各類設備尺寸、型號、口徑、廠家、規格等信息轉接到傳統FM系統表格數據中，同時反向的FM表格中的數據可以鏈接到BIM模型中的直觀部位或設備管件，形成互相支持的管理體系。FM+BIM的解決方案，以引入國外成熟的FM管理平臺為主，同時也有國內公司自行開發的定制FM平臺。

這類傳統的FM管理軟件主要有ARCHIBUS，IBM-Tririga，Trimble-Manhattan幾種。 ARCHIBUS是國際上市場占有率最高的FM管理軟件，最新版本整合了BIM和GIS接口的數據鏈，可以在windows和web上同時支持系統管理，基于最新的網絡技術進行自動管理、設施維護和應急處置的工作。ARCHIBUS同時也是國內大型運維管理項目最大的軟件支持商。 IBM-Tririga是IBM公司2011年收購的智能樓宇軟件，其核心功能包括管理供熱、供水、供電以及樓宇中的其它公用事業服務；同時可以進行房地產戰略組合規劃和租賃管理；資本狀況評估、預算、建筑分析和項目管理。Trimble-Manhattan軟件目前已經被天寶公司收購，借助于天寶在國內的銷售渠道也在進一步地拓展國內的管理市場。

另外也開始出現了基于BIM模型開發的FM平臺。這類的軟件有ArchiFM，它是GRAPHISOFT公司基于BIM模型技術研發的運維管理系統，通過數據與模型的連接、使用虛擬模型來支持設施維護、ArchiFM支持運營和維護活動。例如區域管理、能源管理、成本控制盒庫存控制等。并且可以與GRAPHISOFT公司的其他軟件如ArchiCAD等實現無縫鏈接，達成一個全生命周期的完整體系。

10 BIM二次開發軟件

BIM二次開發軟件是更高層次的應用，需要應用企業有專業的軟件研發能力，可以對Autodesk等公司為軟件預留的插件接口進行二次研發。由于這種能力對于國內的BIM公司來說門檻太高,其軟件開發人才的整合也難以跨越工程和程序間的巨大隔閡。在AutoCAD應用方面，基于ObjectArx的C++應用，可以達到CAD應用的最高水準。Revit的應用，則是基于C#的開發應用。這些都是基于微軟的開發工具Visual Studio系列，每個AutoCAD及Revit都對應不同VisualStudio。目前很多翻模工具，如橄欖山、快模等都是基于以上方法開發出來了，BIM公司通過這些工具大大提高了翻模的效率。

11 結語

BIM軟件系統是作用于工程建設全生命周期的應用，這種全新的革命性的體系，對工程建設的整個流程提出了全新的手段和解釋，打破了原來的上下游行業壁壘，用一個系統整合起各個相關行業的資源，運用不同的層次的BIM應用軟件協調和管理各個工程節點。未來的建筑市場必然是BIM應用的天下，這個行業的發展不可限量。

[1] 馮妍.基于BIM技術的建筑節能設計軟件系統研制[D].北京：清華大學,2010.

[2] 唐曉靈，田晨曦.建筑信息模型(BIM)技術擴散與應用研究[J].建筑經濟,2013(6):98-100.

[3] 施旭光,張道賀.基于“什么是BIM”的探討[J].安徽建筑,2014(3).

Establish a complete concept of BIM software systems

PEIKun

(Premiere Architecture (Xiamen) Technology Co., LTD,Xiamen 361000)

Nowadays，the application of BIM technology in domestic construction projects has been entering a fast lane.However,a large number of professionals still have the impression that BIM technology means a software application,which is used to do a collision detection.This is a big misunderstanding.Essentially,BIM technology is a software system.We can divide the BIM application software into nine categories,from modeling to operation and maintenance,these categories are corresponding to different software application stages.Among them,each kind of software has various types,which are developed by different countries,different companies.Therefore,these software are competitive and complementary.

BIM technology; Refinement model; Software system

裴坤(1980.12- )，男 ，一級注冊建筑師。

E-mail:16599829@qq.com

2016-08-017

TU201.4

A

1004-6135(2016)11-0100-05