淺談BIM技術(shù)的發(fā)展歷程及其工程應(yīng)用

牛美紅

摘 要：在建筑業(yè)逐步走向低污染、低能耗、可持續(xù)發(fā)展道路的國際形勢下，傳統(tǒng)的CAD模式和技術(shù)已經(jīng)難以滿足建筑業(yè)信息化發(fā)展的要求。BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交流和共享，能提高信息傳遞的完整性和及時性，在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)質(zhì)量、降低成本，這些優(yōu)勢符合建筑業(yè)信息化發(fā)展的需求。文章從BIM的內(nèi)涵出發(fā)，闡述了BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目各階段的具體應(yīng)用，結(jié)合BIM系列軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用，提高BIM理念在工程相關(guān)人員中的認(rèn)知度，并對我國的BIM研究和推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；歷程；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.100

1 BIM技術(shù)的發(fā)展歷程

目前BIM技術(shù)主要用來創(chuàng)建信息模型，但從其發(fā)展歷程來看，建筑業(yè)最早是在設(shè)計階段出現(xiàn)BIM技術(shù)的構(gòu)想和實(shí)踐的，因此BIM概念應(yīng)從屬于CAD概念，BIM也符合CAD所蘊(yùn)含的計算機(jī)輔助設(shè)計的理念，BIM技術(shù)是建筑業(yè)的新一代CAD技術(shù)。

1.1 二維CAD技術(shù)的應(yīng)用

如何更好的讓別人理解自己的設(shè)計理念，是人類一直以來不斷研究的問題。追溯到古埃及，人們將住宅剖面畫在壁畫中，利用二維圖像來表達(dá)建筑。造紙術(shù)的發(fā)明并傳入歐洲，人們進(jìn)入了用二維圖紙來表達(dá)設(shè)計和指導(dǎo)建造過程的時代。二維圖紙包含著建筑信息，成為設(shè)計交流和建造過程的物質(zhì)中介。

建筑設(shè)計方法和生產(chǎn)模式隨著CAD技術(shù)的開發(fā)和升級產(chǎn)生了大的變革。CAD的出現(xiàn)讓建筑工程人員從傳統(tǒng)的手工畫圖、計算的工作模式轉(zhuǎn)變成了電腦繪圖，軟件算量、計價的模式，讓人們能更方便、更及時的進(jìn)行方案修改與優(yōu)化。不僅節(jié)省了人力物力，更重要的是提高了設(shè)計出圖效率，大大縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計質(zhì)量。

1.2 三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

上世紀(jì)以來，計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，建筑師利用計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）進(jìn)行電腦繪圖，擺脫了手工繪圖，提高了設(shè)計效率。盡管如此，工程師的工作模式依然停留在二維模式，沒有擺脫二維的思維方式。

建筑設(shè)計軟件的開發(fā)引入了面向?qū)ο蟮姆椒?，出現(xiàn)了天正、ADT等建筑設(shè)計軟件。這些軟件將建筑構(gòu)件（門、窗、梁、墻、柱等）定義為不同的對象，將有關(guān)數(shù)據(jù)和操作關(guān)聯(lián)在建筑對象中，從而完成由具有屬性特征的建筑構(gòu)件構(gòu)成的設(shè)計圖，告別了由線段、弧線等圖元組成得幾何圖形時代。在面向?qū)ο竽Ｊ较?，對平面圖的相關(guān)操作和三維建模之間是雙向聯(lián)動的，修改了平面圖后，其對應(yīng)的三維模型對象也得到了修改，反之亦然。三維模型構(gòu)件還可以添加更多屬性數(shù)據(jù)，如材料密度、導(dǎo)熱性能等物理參數(shù)，為進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、節(jié)能計算創(chuàng)造了條件，具備了為優(yōu)化設(shè)計提供實(shí)時計算分析的能力，實(shí)現(xiàn)信息建模。

1.3 建筑業(yè)的BIM技術(shù)

ADT或天正軟件實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計和無紙化建造，但他們的三維模型所包含的信息量依然是有限的，傳達(dá)的信息是單一的，即“視覺信息”。這些軟件提供了一個強(qiáng)大的外觀形態(tài)工具，其建立的模型卻無法容納建筑面積、材料、構(gòu)件重量、受力情況等信息，然而建筑信息模型（BIM）可以解決這一問題。

BIM技術(shù)的核心是一個由三維模型形成的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)中不僅包含了設(shè)計過程的設(shè)計信息，還包含了從規(guī)劃、設(shè)計到建成使用甚至運(yùn)營管理，建筑全生命周期的全部信息[1]。在這個三維模型數(shù)據(jù)庫中，不僅包含外觀形狀的視覺信息，還包含大量非外觀信息，如建筑用料規(guī)格、價格、構(gòu)件重量、受力性能等。建筑信息模型中還可容納規(guī)劃條件信息、地理環(huán)境現(xiàn)狀信息、建筑造型和空間幾何形體信息、結(jié)構(gòu)尺寸和受力信息、水電暖方面管道布置信息、建筑材料與構(gòu)造信息等等。這些信息均包含與三維模型中，建筑項(xiàng)目全過程的信息在三維模型中均有描述。

2 BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目各階段的應(yīng)用概述

BIM模型在建筑項(xiàng)目信息傳遞中起著舉足輕重的作用，模型是在各個階段逐步創(chuàng)建的，模型中的信息來源具有一致性和可擴(kuò)展性，各個階段可以自由增加和更改信息的種類和數(shù)量。利用BIM技術(shù)規(guī)范構(gòu)建建筑信息模型，將各階段的信息匯總到BIM模型中，實(shí)現(xiàn)全生命周期的信息管理，提高項(xiàng)目整體設(shè)計、施工、運(yùn)營的效率。

2.1 設(shè)計工作階段

設(shè)計階段是BIM技術(shù)應(yīng)用最為廣泛和關(guān)鍵的階段。傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式設(shè)計信息通過分散的圖紙進(jìn)行表達(dá)，各設(shè)計信息之間缺少自動關(guān)聯(lián)，各階段、各專業(yè)的信息是孤立的，難以實(shí)現(xiàn)信息共享。二維工作模式下設(shè)計人員只有定期的、節(jié)點(diǎn)性的溝通方式進(jìn)行資料互提，進(jìn)行設(shè)計信息的交換。這種工作模式下容易出現(xiàn)圖紙繁多、錯誤頻出、變更復(fù)雜等問題，運(yùn)用BIM技術(shù)能很好地避免此類問題的發(fā)生。

BIM技術(shù)具有規(guī)范的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，為信息的表達(dá)提供了統(tǒng)一的數(shù)字化方式，從而實(shí)現(xiàn)各專業(yè)、各階段信息的有效傳遞。BIM技術(shù)的協(xié)同工作平臺支持設(shè)計各階段相關(guān)人員的協(xié)同設(shè)計，建立了信息共享的工作模式。設(shè)計階段BIM模型的建立要充分考慮模型在建筑項(xiàng)目各階段的應(yīng)用，為項(xiàng)目模型的性能分析、經(jīng)濟(jì)分析、施工模擬、運(yùn)營維護(hù)管理等階段的應(yīng)用提供信息，實(shí)現(xiàn)BIM模型的可持續(xù)化利用[2]。

2.2 施工階段

在施工階段，傳統(tǒng)的二維工作模式下容易出現(xiàn)施工質(zhì)量不穩(wěn)定、工作效率不高、工期難以保證等問題，運(yùn)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢能很好地避免這些問題的發(fā)生。CAD時代，2D圖紙很難將設(shè)計中的沖突表現(xiàn)出來，施工前難以及時發(fā)現(xiàn)這些設(shè)計錯誤，導(dǎo)致施工進(jìn)行過程中不得已進(jìn)行工程變更，增加了成本。BIM技術(shù)將各個專業(yè)的設(shè)計成果整合到一個中心文件中，各專業(yè)間的沖突在整體設(shè)計模型中一目了然，從而在施工之前解決了設(shè)計沖突，縮短了工期，降低了成本，提高了工作效率。

BIM模型可以對施工方案進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)施工方案的比選和優(yōu)化，進(jìn)而提高施工效率，減少工程變更帶來的損失。結(jié)合施工進(jìn)度計劃，通過動態(tài)3D模型模擬施工流程及現(xiàn)場施工情況，及時發(fā)現(xiàn)場地與空間的沖突、人員和設(shè)備的安全等方面的問題，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化[3]。BIM模型可以存儲項(xiàng)目中所用到的各種資源的相關(guān)信息，如人員、材料、設(shè)備等，為項(xiàng)目管理方與各參與方提供了協(xié)同工作平臺，保證了對資源的有效管理。

2.3 運(yùn)營維護(hù)階段

在設(shè)計、施工階段不斷形成和完善的BIM模型擁有建筑項(xiàng)目各階段、各專業(yè)的信息，各參與方可及時對項(xiàng)目信息進(jìn)行查詢和利用。當(dāng)項(xiàng)目某一階段產(chǎn)生變更時，BIM模型會及時同步數(shù)據(jù)并更新模型，為運(yùn)營維護(hù)階段提供有效的數(shù)據(jù)信息。BIM模型能提供設(shè)備性能、使用情況等信息，提供各方面的數(shù)據(jù)更新記錄，還可以對建筑項(xiàng)目的物理信息和財務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 信息多元化

建筑信息模型中的建筑構(gòu)件不單指視覺可見的三維構(gòu)件，它還可以模擬諸如重量、受力狀況、材料的傳熱系數(shù)、耐火等級、構(gòu)件的造價、采購信息等的非幾何屬性。

Revit中的基本構(gòu)件是族，是一個參數(shù)化的構(gòu)件，包含了構(gòu)件的物理信息和功能信息。

這些參數(shù)都是以單元構(gòu)件為載體，儲存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，可以應(yīng)用于整個生命周期。將BIM模型中的基本構(gòu)件信息整合便是一個完整的建筑物所包含的全部項(xiàng)目信息，包括屋面明細(xì)表、樓梯明細(xì)表等各種綜合表格。我們根據(jù)這些表格對工程的成本造價進(jìn)行估測，并依據(jù)這樣的表單要求供應(yīng)商提供相應(yīng)的材料，這就為BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目中的管理應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

3.2 參數(shù)驅(qū)動，各種數(shù)據(jù)實(shí)時關(guān)聯(lián)

模型中由軟件自動創(chuàng)建或由設(shè)計者在開發(fā)期間創(chuàng)建的圖元之間的關(guān)系就是“參數(shù)化”。BIM的協(xié)調(diào)能力和生產(chǎn)率優(yōu)勢都是基于參數(shù)化來實(shí)現(xiàn)的，對模型中任意構(gòu)件或位置進(jìn)行修改時，整個項(xiàng)目內(nèi)部會協(xié)調(diào)修改。BIM軟件利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)進(jìn)行三維建模，模型可生成各種平、立、剖面圖，區(qū)別于傳統(tǒng)分別畫圖的方式，避免影響不同視圖間的一致性。各種工程數(shù)據(jù)之間聯(lián)系緊密、一致，當(dāng)對數(shù)據(jù)庫中任意數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時，模型中與其關(guān)聯(lián)的部分將同時反映出來。如果對平面圖進(jìn)行了修改，在立面圖、剖面圖、效果圖、明細(xì)表以及其他相關(guān)圖紙中均會進(jìn)行修改，從而提高工作效率，保證項(xiàng)目的質(zhì)量。同時，當(dāng)改變Revit中的任何一個構(gòu)件參數(shù)時，平面圖、立面圖、三維視圖中也會自動進(jìn)行修改。

3.3 各參與方協(xié)同合作

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，工程項(xiàng)目的復(fù)雜程度不斷增加，建筑工程領(lǐng)域的不同學(xué)科專業(yè)間的合作逐漸成為發(fā)展趨勢。CAD背景下，沒有統(tǒng)一的技術(shù)平臺，各專業(yè)之間的交流存在很大障礙，而建筑信息模型為各專業(yè)提供了一個理想的技術(shù)協(xié)作平臺。在同一數(shù)據(jù)模型下，BIM模型中的大型數(shù)據(jù)庫允許多人在設(shè)計、施工、管理等階段進(jìn)行訪問，使得協(xié)同工作方式更靈活快捷。技術(shù)人員可以共享設(shè)計成果、設(shè)計進(jìn)度、預(yù)算信息、施工進(jìn)度、成本信息、工程使用情況、財務(wù)信息等數(shù)據(jù)。項(xiàng)目參與方可以把建筑信息模型作為一個良好的基礎(chǔ)操作平臺，如施工企業(yè)可以在建立的基礎(chǔ)模型上添加時間參數(shù)模擬施工進(jìn)度，政務(wù)部門可以進(jìn)行電子審圖等。這種平臺改變了建筑項(xiàng)目中各專業(yè)、各參與方的協(xié)調(diào)模式，各方可以根據(jù)同一個數(shù)據(jù)模型進(jìn)行協(xié)同工作。

4 結(jié)語

總之，通過對BIM技術(shù)的內(nèi)涵、發(fā)展現(xiàn)狀的研究，得出BIM是一種貫穿建筑項(xiàng)目全生命周期的一種管理理念。BIM技術(shù)能夠提供信息數(shù)據(jù)庫、可視化三維模型、協(xié)同工作平臺等，改革了建筑項(xiàng)目設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)的工作模式，提高了生產(chǎn)效率。

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