論BIM技術的優勢及對建筑業的發展

田曉蓉

摘 要：BIM是近年來在計算機輔助建筑設計領域出現的新技術，BIM技術在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業的普遍接受。如今，BIM的發展潮流已勢不可擋。文章從建筑業的重要性談起，引出BIM這一概念。從BIM的定義、功能特點、應用、發展趨勢等方面重點闡釋了其與傳統技術相比所具有的諸多優勢。

關鍵詞：BIM；建筑業；項目管理

在建筑工程領域，如果將CAD技術的應用視為建筑工程設計的第一次變革，建筑信息模型（BIM，Building Information Molding）的出現將引發整個A/E/C（Architecture/Engineering/Construction）領域的第二次革命。BIM 研究的目的是從根本上解決項目規劃、設計、施工、維護管理各階段及應用系統之間的信息斷層，實現全過程的工程信息管理乃至建筑生命期管理（Building Lifecycle Management，BLM）。然而，由于建筑業本身所固有的特性，如產業結構的分散性、工程對象的唯一性、工程信息的復雜性等，使得BIM 的實現異常復雜且艱難。國際協同工作聯盟（IAI）推出的IFC（Industry Foundation Classes）為BIM 的實現提供了建筑產品數據表達與交換的標準，標志著BIM 概念的成熟，推動BIM 技術的發展。BIM 已成為當前建設領域信息技術的研究和應用熱點。

1 BIM介紹

BIM 的理論基礎主要源于制造行業集CAD 、CAM 于一體的計算機集成制造系統CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）理念和基于產品數據管理PDM 與STEP 標準的產品信息模型。BIM 是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，BIM 是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。一個完善的信息模型，能夠連接建筑項目生命期不同階段的數據、過程和資源，是對工程對象的完整描述，可被建設項目各參與方普遍使用。BIM 具有單一工程數據源，可解決分布式、異構工程數據之間的一致性和全局共享問題，支持建設項目生命期中動態的工程信息創建、管理和共享。

2 BIM功能特點

2.1 模型信息的完備性

除了對工程對象進行3D 幾何信息和拓撲關系的描述，還包括完整的工程信息描述，如對象名稱、結構類型、建筑材料、工程性能等設計信息；施工工序、進度、成本、質量以及人力、機械、材料資源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等維護信息；對象之間的工程邏輯關系等。

2.2 模型信息的關聯性

信息模型中的對象是可識別且相互關聯的，系統能夠對模型的信息進行統計和分析，并生成相應的圖形和文檔。如果模型中的某個對象發生變化，與之關聯的所有對象都會隨之更新，以保持模型的完整性和健壯性。

2.3 模型信息的一致性

在建筑生命期的不同階段模型信息是一致的，同一信息無需重復輸入，而且信息模型能夠自動演化，模型對象在不同階段可以簡單地進行修改和擴展而無需重新創建，避免了信息不一致的錯誤。

3 BIM產生的影響

3.1 將原有建筑工程的一次性的特點轉變成“非一次性”的

三維可視化功能再加上時間維度，可以進行虛擬施工。針對同一個建筑工程，便有了“多次”施工的機會，通過對每次模擬施工進行分析對比，結合施工方案和現場視頻監測，大大減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。

3.2 將建筑產品單件性的生產特點轉變成連續性的

一般的工業產品是在一定的時期里，統一的工藝流程中進行批量生產，而具體的一個建筑產品應在國家或地區的統一規劃內，根據其使用功能，在選定的地點上單獨設計和單獨施工。即使是選用標準設計、通用構件或配件，由于建筑產品所在地區的自然、技術、經濟條件的不同，也使建筑產品的結構或構造、建筑材料、施工組織和施工方法等也要因地制宜加以修改，從而使各建筑產品生產具有單件性。BIM所具有的模塊化的功能將逐步改變建筑產品這一特點，數字模塊化建造是數字設計、生產技術與建筑產業化結合的有效途徑.隨著數字生產方式與生產工具的不斷更新與升級，基于BIM設計平臺的數字模塊化建造將使得建筑產品的單件性逐步向連續性轉變。

3.3 建筑工程由原來的“溝通難”轉變成現在的“溝通易”

BIM這項作用的實現，主要靠其可視化、多維度集合、各專業共享及互動等特點來實現。可視化，在上面已經提到過。這一特點主要是通過模擬演示，讓懂建筑的和不懂建筑的人都能看懂演示的過程，讓建筑項目中的各參與方更好的了解項目，相互的之間的溝通就自然變得簡單。多維度集合這個詞似乎很陌生，但是，它所指代的含義卻很容易讓人明白，多維度主要指其5D技術。可以用個虛擬的公式來幫助理解，5D=3D模型+時間進度+成本造價，這一特點使得建筑項目的造價很透明，價格易控。這一特性讓項目中的各參與方存在的分歧減少了很多。

3.4 與傳統的知識管理相比，知識管理由難到易

3.4.1 加深了建筑信息的結構化程度

結構化是指信息經過分析后可分解成多個互相關聯的組成部分，各組成部分間有明確的層次結構，其使用和維護通過數據庫進行管理，并有一定的操作規范。BIM是建筑信息的結構化建模思想和工具，它的發展趨勢是越來越多的數據附加于模型上，也就是越來越多的信息被結構化，而這個結構化過程是由管理而非技術完成的。

3.4.2 產品全壽命周期管理的簡易化及產業鏈信息關聯的加強化

BIM中的建筑構件對象不但可以在不同視圖中表現幾何造型，而且可以包含一些與幾何形狀無關的特性，例如材料的容重、強度、耐火等級、傳熱系數，構件的造價、采購信息等等（這一特點也體現了BIM知識管理的多維化）。這些非幾何信息對于建筑的全生命周期管理是非常重要的。BIM還可以包括一些二維CAD所無法表示的抽象概念，比如構件之間的拓撲連接關系，房屋空間的劃分及其關系，這些信息對于結構分析，建筑能量消耗分析以及后期的物業管理來說都是非常有用的，增強了產業鏈之間的關聯性。

3.4.3 建筑信息關聯化加深

建筑信息模型BIM可以更全面、更深入地的反映建筑物信息。該模型的基本元素不是CAD中的點、線、弧、圖塊等基本幾何圖元，而是墻、門窗、梁柱等建筑專業對象，使用建筑語言來描述建筑信息，所有的相關專業可以在同一個三維建筑數據模型上進行協同設計。

3.5 信息的集成化

建筑領域信息化發展的過程中，由于缺乏統一的信息交換標準和信息集成機制，造成建筑生命期的不同階段和不同應用系統之間信息交換和共享困難，形成信息孤島和信息斷層，阻礙了信息技術在建筑領域的應用，從而影響建筑業的生產效率。BIM中提出的建立面向建筑生命期的管理體系，以及開發集成化的信息管理系統將會解決這一難題。

4 BIM在建筑項目各階段的應用

4.1 設計階段

此階段的作用主要是對空間三維復雜形態的表達與數據共享。BIM提供工程全部信息，將項目各階段主要參與方都集中。虛擬建筑提供建筑物精確的空間關系和數據。根據3D模型自動生成和更新各種圖形和文檔，自動協調更改關聯變更相應的信息，信息共享同步。

4.2 施工階段

（1）虛擬建造。在BIM模型中使用實際產品后進行物理碰撞（硬碰撞）和規則碰撞（軟碰撞）檢查；

（2）施工分析和規劃。BIM和施工計劃集成的4D模擬，時間-空間合成以后的碰撞檢查；

（3）成本和工期管理。BIM、施工計劃和采購計劃集成的5D模擬；

（4）預制。BIM和數控制造集成的自動化工廠預制；

（5）現場施工。BIM和移動技術、RFID技術以及GPS技術集成的現場施工情況動態跟蹤。

5 結語

BIM自提出以來已席卷歐美的工程建設行業，引發了建筑行業史無前例的徹底變革。歐美地區較大項目基本都運用BIM。美國自建立BIM標準以來，眾多項目均采用BIM方式。目前，62%以上的設計單位使用BIM. 在中國，BIM理念正逐步為建筑行業所知。目前應用以設計公司為主，政府及行業協會也越來越重視BIM。香港的建筑開發商已將是否符合BIM規范作為判斷設計和施工企業能力的重要標準。

BIM是一場建筑業的信息革命，目前已經逐漸匯集成了一股潮流，席卷世界的同時，也影響了中國。我國建筑行業政府與企業在推動工程項目管理方面開始全面推廣工程項目全生命周期管理，它通過參數化實體造型技術使計算機可以表達真實建筑所具有的信息，信息化的建筑設計得以真正實現，突破了千百年來用抽象的視覺符號來表達設計的固有模式。BIM建筑信息模型的發展，不僅僅是現有技術的進步和更新換代，它也將間接表現在生產組織模式和管理方式的轉型，并更長遠地影響人們思維模式的轉變。BIM這場信息革命，將不受個人好惡和思維習慣的束縛而向前推進，它對工程建設從設計、建造、加工、施工、銷售、物業管理等各個環節，都必將產生深遠的影響。

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基金項目：文章為湖北省教育廳科研計劃項目，項目編號：B2016 344。