淺談BIM技術的發(fā)展歷程及其工程應用

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模式和技術已經(jīng)難以滿足建筑業(yè)信息化發(fā)展的要求。BIM技術能實現(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，在工程項目中的應用可以提高生產(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技術在建筑工程項目各階段的具體應用，結合BIM系列軟件在實際工程中的應用，提高BIM理念在工程相關人員中的認知度，并對我國的BIM研究和推廣提供參考。

關鍵詞：BIM技術；歷程；應用

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

1 BIM技術的發(fā)展歷程

目前BIM技術主要用來創(chuàng)建信息模型，但從其發(fā)展歷程來看，建筑業(yè)最早是在設計階段出現(xiàn)BIM技術的構想和實踐的，因此BIM概念應從屬于CAD概念，BIM也符合CAD所蘊含的計算機輔助設計的理念，BIM技術是建筑業(yè)的新一代CAD技術。

1.1 二維CAD技術的應用

如何更好的讓別人理解自己的設計理念，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建筑。造紙術的發(fā)明并傳入歐洲，人們進入了用二維圖紙來表達設計和指導建造過程的時代。二維圖紙包含著建筑信息，成為設計交流和建造過程的物質(zhì)中介。

建筑設計方法和生產(chǎn)模式隨著CAD技術的開發(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計出圖效率，大大縮短了設計周期，提高了設計質(zhì)量。

1.2 三維CAD技術的應用

上世紀以來，計算機技術飛速發(fā)展，建筑師利用計算機輔助設計（CAD）進行電腦繪圖，擺脫了手工繪圖，提高了設計效率。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等建筑設計軟件。這些軟件將建筑構件（門、窗、梁、墻、柱等）定義為不同的對象，將有關數(shù)據(jù)和操作關聯(lián)在建筑對象中，從而完成由具有屬性特征的建筑構件構成的設計圖，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，其對應的三維模型對象也得到了修改，反之亦然。三維模型構件還可以添加更多屬性數(shù)據(jù)，如材料密度、導熱性能等物理參數(shù)，為進行結構計算、節(jié)能計算創(chuàng)造了條件，具備了為優(yōu)化設計提供實時計算分析的能力，實現(xiàn)信息建模。

1.3 建筑業(yè)的BIM技術

ADT或天正軟件實現(xiàn)了三維設計和無紙化建造，但他們的三維模型所包含的信息量依然是有限的，傳達的信息是單一的，即“視覺信息”。這些軟件提供了一個強大的外觀形態(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)中不僅包含了設計過程的設計信息，還包含了從規(guī)劃、設計到建成使用甚至運營管理，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、結構尺寸和受力信息、水電暖方面管道布置信息、建筑材料與構造信息等等。這些信息均包含與三維模型中，建筑項目全過程的信息在三維模型中均有描述。

2 BIM技術在建筑項目各階段的應用概述

BIM模型在建筑項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技術規(guī)范構建建筑信息模型，將各階段的信息匯總到BIM模型中，實現(xiàn)全生命周期的信息管理，提高項目整體設計、施工、運營的效率。

2.1 設計工作階段

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

BIM技術具有規(guī)范的構建標準，為信息的表達提供了統(tǒng)一的數(shù)字化方式，從而實現(xiàn)各專業(yè)、各階段信息的有效傳遞。BIM技術的協(xié)同工作平臺支持設計各階段相關人員的協(xié)同設計，建立了信息共享的工作模式。設計階段BIM模型的建立要充分考慮模型在建筑項目各階段的應用，為項目模型的性能分析、經(jīng)濟分析、施工模擬、運營維護管理等階段的應用提供信息，實現(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，運用BIM技術的優(yōu)勢能很好地避免這些問題的發(fā)生。CAD時代，2D圖紙很難將設計中的沖突表現(xiàn)出來，施工前難以及時發(fā)現(xiàn)這些設計錯誤，導致施工進行過程中不得已進行工程變更，增加了成本。BIM技術將各個專業(yè)的設計成果整合到一個中心文件中，各專業(yè)間的沖突在整體設計模型中一目了然，從而在施工之前解決了設計沖突，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行模擬，實現(xiàn)施工方案的比選和優(yōu)化，進而提高施工效率，減少工程變更帶來的損失。結合施工進度計劃，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、人員和設備的安全等方面的問題，對施工方案進行優(yōu)化[3]。BIM模型可以存儲項目中所用到的各種資源的相關信息，如人員、材料、設備等，為項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 運營維護階段

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

3 BIM技術的特點

3.1 信息多元化

建筑信息模型中的建筑構件不單指視覺可見的三維構件，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、構件的造價、采購信息等的非幾何屬性。

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

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

3.2 參數(shù)驅(qū)動，各種數(shù)據(jù)實時關聯(lián)

模型中由軟件自動創(chuàng)建或由設計者在開發(fā)期間創(chuàng)建的圖元之間的關系就是“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)化來實現(xiàn)的，對模型中任意構件或位置進行修改時，整個項目內(nèi)部會協(xié)調(diào)修改。BIM軟件利用數(shù)據(jù)關聯(lián)技術進行三維建模，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，當對數(shù)據(jù)庫中任意數(shù)據(jù)進行修改時，模型中與其關聯(lián)的部分將同時反映出來。如果對平面圖進行了修改，在立面圖、剖面圖、效果圖、明細表以及其他相關圖紙中均會進行修改，從而提高工作效率，保證項目的質(zhì)量。同時，當改變Revit中的任何一個構件參數(shù)時，平面圖、立面圖、三維視圖中也會自動進行修改。

3.3 各參與方協(xié)同合作

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，工程項目的復雜程度不斷增加，建筑工程領域的不同學科專業(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)庫允許多人在設計、施工、管理等階段進行訪問，使得協(xié)同工作方式更靈活快捷。技術人員可以共享設計成果、設計進度、預算信息、施工進度、成本信息、工程使用情況、財務信息等數(shù)據(jù)。項目參與方可以把建筑信息模型作為一個良好的基礎操作平臺，如施工企業(yè)可以在建立的基礎模型上添加時間參數(shù)模擬施工進度，政務部門可以進行電子審圖等。這種平臺改變了建筑項目中各專業(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)模型進行協(xié)同工作。

4 結語

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

參考文獻：

[1]清華大學BIM課題組.設計企業(yè)BIM實施標準指南[M].中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設項目中的應用研究[D].成都：西南交通大學，2011.

[3]何關培，王秩群，應宇墾.BIM總論[J].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]姜曦.談BIM技術在建筑工程中的運用[J]，山西建筑，2013（02）：109-110.

[5]過俊.BIM在國內(nèi)建筑全生命周期的典型應用[J].建筑技藝，2011（Z1）：95-99

[6]賀靈童.BIM在全球的應用現(xiàn)狀[J].工程質(zhì)量，2013（03）：12-19.