教务公告
优秀BIM论文
BIM技术在我国的应用及对策
姓 名：丁**
准考证号：172****
日 期：2017年7月18日
摘 要
建筑业信息化已成为建筑业发展重要趋势，也是建筑业转变发展方式、提质增效、节能减排的必然要求，提高人民生活品质具有重要意义。目前，建筑行业粗放型的增长方式没有根本转变，建筑能耗高、能效低是建筑业可持续发展面临的一大问题。同时，建筑信息化还在起步阶段。虽然近些年来我国建筑业信息化技术得到小范围应用，但整体还处于初级发展水平。随着社会经济的发展，建筑集成化、建筑信息化、建筑工业化进程成为现代建筑业发展的发展趋势， BIM技术对建筑全生命周期的运营管理，是实现建筑业跨越式发展的必然趋势，同时，也是实现项目精细化管理、企业集约化经营的最有效的一种途径。
关键词：建筑业；信息化；IFC；BIM应用；
目 录
BIM代表建筑信息模型（Building Information Modeling），BIM技术是继CAD（计算机辅助设计）技术后出现的建设领域的又一重要的计算机应用技术。
BIM技术上世纪90年代起源于国外，其基本思想是，在计算机上进行建筑设计时，不再是对线段、弧线、圆等基本图元进行操作，而是对带有属性信息的建筑构件进行操作。例如，在设计中，利用软件的功能，直接添加或删除一根带有其材料属性的柱子，而不像在传统的CAD系统中需要通过添加或删除对应的线条来做同样的事。
BIM技术的核心是基于该技术的建筑工程应用软件，典型的基于BIM技术的建筑工程应用软件例如美国Autodesk公司的Revit系列软件，匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD软件等。这些软件使得用户可以更高效地开展相关业务工作。它们具有如下共同特点：首先，在软件中，用户以面向对象的方式进行设计，就如上述其基本思想所表明的一样；其次，用户直接使用三维模型来进行设计；再其次，软件支持开放数据标准（例如IFC），用户可以导入导出标准格式的数据，便于在不同的软件之间进行数据交换。
BIM技术带来的好处是显而易见的：不仅支持设计人员提高设计效率，而且可以支持设计数据的重复利用，例如，用于对设计结果进行各种深入分析，设计阶段数据可在施工阶段直接利用等。但是，应用BIM技术不仅需要经历一个过程，而且需要解决一些关键问题。
本文首先介绍国内外BIM技术研究与应用的情况，然后分析BIM技术在我国应用的关键问题和对策。
第二章 BIM概述
建筑幕墙工程设计是建筑幕墙工程建设的龙头。在过去的20年中，CAD（词条“CAD”由行业大百科提供）技术的普及推广，使建筑师、工程师们从手工绘图走向电子绘图。甩掉图板，将图纸转变成计算机中2D数据的创建，可以说是建筑幕墙工程设计领域第一次革命。CAD技术的发展和应用，使传统的设计方法和生产模式发生了深刻变化，设计效率提高了十几倍到几十倍，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。但二维图纸不能直观体现建筑幕墙的各类信息，所以在设计中，制作实体模型也是经常使用的建筑表现手段。为了在整个设计过程中沟通设计意图，建筑师和建筑幕墙工程师有时需要同时用实体模型和图纸两种方式，以弥补单一方式的不足。应用计算机后，设计人员一直在探索如何使用软件在计算机上进行三维建模。最早实现的是用三维线框图去表现所设计的建筑物，但这种模型过于简化，仅仅满足了几何形状和尺寸相似的要求。后来出现了诸如3DStudioVIZ、FormZ这类专门用于建筑三维建模和渲染的软件，可以给建筑幕墙表面赋予不同的颜色以代表不同的材质，再配上光学效果，可以生成具有照片效果的建筑效果图。但是这种建立在计算机环境中的建筑三维模型，只能用来推敲设计的体量、造型、立面和外部空间，并不能用于施工。对于一个可以应用于建筑幕墙施工的设计来说，附属在建筑幕墙设计上的信息是非常多的，设计人员除了需要确定建筑幕墙的几何尺寸、所用的材料，还需要确定建筑幕墙的抗风压强度、抗震、气密、水密、变形、施工工艺、传热系数（词条“传热系数”由行业大百科提供）等很多信息。如果不确定这些信息，建筑概预算、建筑施工等很多后续的工作就无法进行。而原有的建筑物三维表面模型，无法做到在模型上附加这么多信息。随着建筑幕墙工程规模越来越大、建筑幕墙越来越高、建筑幕墙体形越来越复杂，附加在建筑幕墙工程项目上的信息量也越来越大。建筑幕墙工程信息会对整个建筑工程周期乃至整个建筑物生命周期都产生重要的影响。对这些信息利用得好、处理得好，就能够节省工程开支，缩短工期，也可以惠及使用后的维护工作。因此，十分需要在建筑幕墙工程中广泛应用信息技术，快速处理与建筑工程有关的各种信息，合理安排工期，控制好生产成本，尽量消灭建筑幕墙由于设计不当甚至是错误所造成的工程损失以及工期延误。鉴于此，就必须在整个建筑幕墙工程周期乃至整个建筑幕墙生命周期中，实现对信息的全面管理。建筑设计作为建筑工程的龙头专业，也是整个建筑工程信息的源头，在建筑幕墙信息化中肩负十分重要的责任。BIM——建筑信息模型，为建筑幕墙工程设计领域带来了第二次革命，从二维图纸到三维设计的革命，是一次真正的信息革命。
第一节 BIM技术在我国的推广和应用
国家政府部门推动BIM技术的发展应用——“十五”期间科技攻关计划的研究课题“基于IFC国际标准的建筑工程应用软件研究”重点在对BIM数据标准IFC和应用软件的研究上，并开发了基于IFC的结构设计和施工管理软件。“十一五”期间，科技部制定国家科技支撑计划重点项目《建筑业信息化关键技术研究与应用》；基于项目的总体目标，重点开展以下5个方面的研究与开发工作：建筑业信息化标准体系及关键标准研究；基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究；勘察设计企业信息化关键技术研究与应用；建筑工程设计与施工过程信息化关键技术研究与应用；建筑施工企业管理信息化关键技术研究与应用。
2012年，住房和城乡建设部印发《2011～2015年建筑业信息发展纲要》提出，“十二五”期间，普及建筑企业信息系统的应用，加快建设信息化标准，加快推进BIM、基于网络的协同工作等新技术的研发，促进具有自主知识产权软件的研究并将其产业化，使我国建筑企业对信息技术的应用达到国际先进水平。
2012年3月28日，中国BIM发展联盟成立会议在北京召开。中国BIM发展联盟旨在推进我国BIM技术、标准和软件协调配套发展，实现技术成果的标准化和产业化，提高企业核心竞争力，并努力为中国BIM的应用提供支撑平台。
2012年6月29日，由中国BIM(建筑信息模型)发展联盟、国家标准《建筑工程信息模型应用统一标准》编制组共同组织、中国建筑科学研究院主办的中国BIM标准研究项目发布暨签约会议在北京隆重召开。中国BIM标准标准研究项目实施计划将为由住房城乡建设部批准立项的国家标准《建筑工程信息模型应用统一标准》(NBIMS-CHN)的最后制定和施行打下坚实的基础。
科研机构、行业协会等推动BIM技术的发展应用——2004年，中国首个建筑生命周期管理(BLM)实验室在哈尔滨工业大学成立，并召开BLM国际论坛会议。清华大学、同济大学、华南理工大学在2004～2005年间先后成立BLM实验室及BIM课题组，BLM正是BIM技术的一个应用领域。国内先进的建筑设计团队和房地产公司也纷纷成立BIM技术研究机构，如清华大学建筑设计研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑科学研究院、中建国际建设有限公司、上海现代建筑设计集团等。2008年，中国BIM门户(www.chinabim.com)成立，该网站以“推动发展以BIM为核心的中国土木建筑工程信息化事业”为宗旨，是一个为BIM技术的研发者、应用者提供信息资讯、发展动态、专业资料、技术软件以及交流沟通的平台。2010年1月，欧特克有限公司(“欧特克”或“Autodesk”)与中国勘察设计协会共同举办了首届“创新杯”BIM设计大赛，推动建筑行业更广泛、深入地参与应用BIM技术。2011年，华中科技大学成立BIM工程中心，成为首个由高校牵头成立的专门从事BIM研究和专业服务咨询的机构。2012年5月，全国BIM技能等级考评工作指导委员会成立大会在北京友谊宾馆举办，会议颁发了“全国BIM技能等级考评工作指导委员会”委员聘书。2012年10月，由REVIT中国用户小组(Revit China User Group)主办，全球二维和三维设计、工程及娱乐软件的领导者欧特克有限公司支持，建筑业权威媒体筑龙网承办的首届“雕龙杯”Revit中国用户BIM应用大赛圆满落幕。该赛事以Revit用户为基础，针对广大BIM爱好者、研究者以及工程专家在项目实施、软件应用心得和经验等方面内容而举办。
行业需求推动BIM技术的发展应用——目前，我国正在进行着世界上最大规模的基础设施建设，工程结构形式愈加复杂、超大型工程项目层出不穷，使项目各参与方都面临着巨大的投资风险、技术风险和管理风险。为从根本上解决建筑生命期各阶段和各专业系统间信息断层问题，应用BIM技术，从设计、施工到建筑全生命期管理全面提高信息化水平和应用效果，国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等工程项目成功实现4D施工动态集成管理，并获2009年、2010年华夏建设科学技术一等奖。上海中心项目工程总承包招标，明确要求应用BIM技术。这些大型工程项目对BIM的应用与推广，引起了业主、设计、施工等企业的高度关注，因此必将推动BIM技术在我国建筑业的发展和应用。
第二节 关于IFC（建筑业国际工业标准）的研究
建筑对象的工业基础类(Industry Foundation Class——IFC)数据模型标准是由国际协同联盟(International Alliance for Ineteroperability——IAI)在1995年提出的该标准，该标准是为了促成建筑业中不同专业，以及同一专业中的不同软件可共享同一数据源，从而达到数据共享及交互。目前不同软件的信息共享与调用主要由人工完成，解决信息共享与调用问题的关键在于标准。有了统一的标准，也就有了系统之间交流的桥梁和纽带，数据自然在不同系统之间流转起来。作为BIM数据标准，IFC在国际上已日趋成熟。在此基础上，美国提出了NBIMS标准。我国建筑标准设计研究院提出了适于建筑生命周期各个阶段内的信息交换及共享的JG/T198-2007标准，该标准参照国际IFC标准，规定了建筑对象数字化定义的一般要求，资源层、核心层及交互层。2008年由中国建筑科学研究院、中国标准化研究院等单位共同起草了工业基础类平台规范(国家指导性技术文件)。此标准相对于IFC在技术和内容上保持一致，并根据我国国家标准制定相关要求，旨在将其转换成国家标准。
清华大学软件学院在欧特克中国研究院(ACRD)的支持下开展中国BIM标准的研究，BIM标准研究课题组于2009年3月正式启动，旨在完成中国建筑信息模型标准(即CBIMS，China Building Information Modeling Standard)的研究。同时，为进一步开展中国建筑信息模型标准的实证研究，清华大学软件学院与CCDI集团签署BIM研究战略合作协议，CCDI集团成为“清华大学软件学院BIM课题研究实证基地”。马智亮教授等对比了IFC标准和现行的成本预算方法及标准，为IFC标准在我国成本预算中的应用提出了相应的解决方案。邓雪原等研究了设计各专业之间信息的互用问题，并以IFC标准为基础，提出了可以将建筑模型与结构模型很好的结合的基本方法。张晓菲等在阐述IFC标准的基础上，重点强调了IFC标准在基于BIM的不同软件系统之间信息传统中发挥了重要作用，指出IFC标准有效地实现了建筑业不同应用系统之间的数据交换和建筑物生命周期管理。2012年，住房城乡建设部批准立项的国家标准《建筑工程信息模型应用统一标准》(NBIMS-CHN)，旨在推进我国建筑工程领域重大技术进步，为实现中国自主知识产权的BIM系统工程奠定坚实基础。
综上所述，目前我国引进了IFC标准的平台部分，并结合我国规范进行了一定程度的本土化，对于IFC标准探讨和研究已经取得初步成果，但结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作相对缺乏。因此下一步研究工作要重点针对我国建设领域的具体实际情况，开展有关BIM数据标准更深入的研究。
第三节 关于BIM软件的研究
因此，在国家“十一五”的科技支撑计划中开展了对于BIM技术的进一步研究，清华大学、中国建筑科学研究院、北京航空航天大学共同承接的“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”项目目标是将BIM技术和IFC标准应用于建筑设计、成本预测、建筑节能、施工优化、安全分析、耐久性评估、信息资源利用等7个方面。季俊等在阐述BIM技术优势的基础上，研究了钢结构BIM三维可视化信息、制造业信息及分析信息的集成技术，并在Autodesk平台上，选用ObjectARX技术开发了基于上述信息的轻钢厂房钢构、重钢厂房结构及多高层钢框架结构BIM软件，实现了BIM与轻、重钢厂房和高层钢结构工程的各个阶段的数据接口。刘照球等构建了一种主要涵盖建筑和结构设计阶段的信息模型集成框架体系，该体系可初步实现建筑、结构模型信息的集成，为研发基于BIM技术的下一代建筑工程软件系统奠定了技术基础。马智亮深入分析了国内外现行建筑工程预算软件的现状，并基于BIM技术提出了我国下一代建筑工程预算软件框架。马智亮等还建立了基于IFC标准和IDF格式的建筑节能设计信息模型，然后基于该模型，建立并实现了由节能设计IFC数据生成IDF数据的转换机制。该转换机制为开发基于BIM的我国建筑节能设计软件奠定了基础。马智亮研究组建立了下一代建筑节能设计软件的总体框架模型并进行系统开发。陆宁建立了施工企业信息资源利用概念框架，建立了基于IFC标准的信息资源模型并成功将IFC数据映射形成信息资源，最后设计开发了施工企业信息资源利用系统InfoReuse。魏振华、马智亮在C++语言开发环境下，研制了一种可以灵活运用BIM软件开发的三维图形交互模块3DGI，并进行了实际应用。曾旭东教授研究了BIM技术在建筑节能设计领域的应用，提出将BIM技术与建筑能耗分析软件结合进行设计的新方法。王琳等通过结合BIM技术和成熟的面向对象建筑设计软件ABD，研究了构建基于BIM技术为特征的下一代建筑工程应用软件等技术。张雷等利用三维数据信息可视化技术实现了以《绿色建筑评价标准》为基础的绿色评价功能。张昆从建筑软件开发的角度对BIM软件的集成方案进行初步研究，从接口集成和系统集成两大方面总结了BIM软件集成所要面临的问题。高永刚等研究了基于BIM的可视化技术，并应用于实际工程中。叶英华、刁波将BIM技术应用于混凝土截面时效非线性分析中，开发了基于BIM技术的混凝土截面时效非线性分析软件系统(Non-Linear Analysis System，NLAS)。
清华大学土木工程系教授张建平领导的课题组目前正专注于4D研究，该课题组从1991年开始就致力于建筑施工进度与场地布置三维可视化模拟和动态管理方面的研究；1995年，该课题组研发成功了用于多层建筑施工进度与场地利用的体现4D的概念的GCPSU系统；2000年该课题组王倩基于GCPSU系统提出了可以将施工对象、场地三维模型、Project进度管理链接起来的4D施工管理模型4DSMM；2002年，该课题组王洪钧提出了一个扩展的4D施工管理模型4DSMM++(4D Site Management Model++)。2002年之后，经过研究的不断深入和完善，4D施工管理系统不但应用到了实际中，且达到了国际先进水平。2003年12月，基于4DSM++开发的建筑施工4D项目管理系统4D-GCPSU应用于北京奥运会国家体育场工程投入使用。2005年开发出了“建筑工程4D施工管理系统”，实现了统一、有效的施工管理数据的集成化管理。2009年张建平等通过引入4D信息模型以提供统一的信息平台环境并解决相应的关键技术问题，提出了针对当前状态的静态预警机制和基于趋势预测的动态预警机制。张建平等人还对面向建筑全生命周期的集成BIM建模技术进行了研究。开发了BIM数据集成与服务平台(BIM Date Integration and Server Platform，BIMDISP)，提出了集成4D技术和过程模拟的建筑施工计划管理及优化方法，开发了相应的集成系统。BIM技术在物业管理阶段的应用研究也已起步，张建平等人开发出一种基于IFC标准的建筑物业信息模型和IFC数据交换接口，建立智能物业管理系统，实现智能化的物业管理功能。同时，国内一些软件开发商如天正、广联达、鲁班软件、理正、鸿业、博超等也都参与了BIM软件研究，并对BIM技术在我国的推广作出了贡献。
由此可见，BIM软件在我国本土的研发和应用也已初见成效，在建筑设计、三维可视化、成本预测、节能设计、施工管理及优化、性能测试与评估、信息资源利用等方面都取得了一定的成果。但是，正如美国buildingSMART联盟主席Dana K. Smith先生所说：“依靠一个软件解决所有问题的时代已经一去不复返了。”BIM是一种成套的技术体系，BIM相关软件也要集成建设项目的所有信息，对建设项目各个阶段的实施进行建模、分析、预测及指导，从而将应用BIM技术的效益最大化。
第四节 BIM技术已获得的应用
在设计阶段，使用相应的软件直接进行建筑、结构、设备等各专业设计，设计中均建立了三维设计模型，各专业设计之间可以共享三维设计模型数据，避免数据重复录入；二维设计图纸可以从三维设计模型自动生成。使用专门的软件，可以对设计是否符合规范进行自动校核。另外，可以自动地将三维设计模型的数据导入到各种分析软件，例如能耗分析、绿色建筑分析、日照分析、风环境分析等软件中，快速地进行各种分析和模拟，还可以快速计算工程量并进一步进行工程成本的预测。
在施工阶段，通过使用相应的软件，利用三维设计模型数据，进行虚拟建造。虚拟建造最重要的目的是，对建造过程进行预演，发现实际过程中将会出现的问题，及时改进，防患于未然。例如，可以综合建筑、结构、设备等各专业设计，进行碰撞检查。一旦发现构件之间的碰撞，可以及时调整设计，而不用等到施工时发现问题才进行设计变更。
通过参加上述会议并结合之前对美国的几个相关企业的考察，笔者将BIM技术在国外的应用特征归纳为如下三点。一是由于BIM技术已经成为设计和施工企业承接项目的必要能力，BIM技术已受到广泛重视，大企业一般均已具备了应用BIM技术的能力；同时，BIM技术的专业咨询公司已经出现，并且十分活跃，为中小企业应用BIM技术提供了有力的支持。二是，在BIM技术应用过程中，不仅直接将BIM技术应用了建筑工程的局部环节中，例如，设计单位进行各种分析和模拟，而且形成了新的工作模式，例如实施IPD（Integrated Project Delivery，集成项目交付）模式，即业主、设计、总包、分包等参与方在设计阶段就参与到项目中，通过应用BIM技术进行虚拟建造，共同对设计进行改进，并共同分享收益或风险，而且对此在行业中已经建立了标准的合同条款。三是，应用软件已经比较成熟，特别是，像Autodesk这样的大型软件开发商，提供了包括多个不同专业、跨不同阶段的软件，形成了全面的解决方案，从而有力地支持了BIM技术的应用。
BIM技术作为下一代的计算机辅助设计的基础性技术，其重要性毋庸置疑。我国作为一个大国，特别是我国正在进行着世界上最大规模的建设，有必要着力推进BIM技术的应用，以便促进我国建筑工程技术的更新换代。
在我国推广应用BIM技术需要着重解决以下三个方面的问题。首先是应用软件问题。上面提到发达国家基于BIM技术的软件已经比较成熟，多数软件已经进入我国市场，但仅仅依靠它们是不够的。一方面，这些软件目前还不能很好地满足我国设计规范的要求，另一方面，也是最重要的方面，我国必须形成有自主知识产权的应用软件，这样不仅可以制造新的经济增长点，也可以避免受制于人。如上所述，目前在国家“十一五”支撑计划中已经包含了这样的应用软件的研究课题，在产业政策中也需要体现出对发展基于BIM技术的重视，以便推动我国企业发展这方面的技术。
其次是标准问题。目前作为BIM数据标准，IFC标准在国际上已日趋成熟，在此基础上，美国提出了NBIMS标准。在美国，由于像Autodesk这样的大型软件开发商提供了成套的软件，软件之间可以直接交换数据，因而这样的标准的重要性没有体现出来。实际上，因为BIM数据将应用于建筑工程的全生命期，时间跨度大多均为50年以上，从长远看，依靠某一个厂商支持的数据标准是不可取的。对于我国，因为没有像Autodesk这样的大型软件开发商，所以需要鼓励更多的软件参与到基于BIM的应用软件开发中，为此颁布数据标准可以保证应用软件的数据互通。目前，在这方面我国只是引进了IFC标准的平台部分，对国外标准的研究还比较薄弱，结合我国建筑工程的实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。同时，应该意识到，在实际过程中，不仅需要像IFC一样的技术数据标准，还需要较高层次的应用标准，例如三维建筑设计标准，才能更好地满足BIM技术的应用需求。大专院校和科研院所有必要重视这方面的工作，国家有关部门对此应给予大力支持。
第三是应用模式问题。可以在划分为两个方面：一方面是技术模式，现实中容易走向两个极端，一个是，只是小打小闹地在建筑工程的局部环节应用BIM技术，例如只将其应用于进行碰撞检测，这样做不利于充分地利用BIM技术带来的、可以共享三维模型数据的好处。另外一个是，动辄求大求全，恨不得用一个软件或少数几个软件解决建筑工程施工阶段、甚至全生命期的所有问题。这也没有必要，因为任何事情都不可能尽善尽美，任何人均不可以包打天下。解决这样的问题的关键是去实践，只要能够满足实际要求，即可以作为有效的技术。另一方面是应用模式。上述IPD模式即是一个成功的例子。IPD模式把业主、设计方、总承包商和分包商集合在一起，通过利用BIM技术，可以在建筑工程中收到很好的效果。即使在国外，也是通过摸索，最终形成了相应的合约模板，才使得IPD的推广应用成为可能。在我国，这样做能够收到预期的效果，还不好说。在我国，即使解决了BIM的技术问题，为推广IPD还需要完成很多工作。这主要是因为，我国建筑工程的发包模式、相关法规和政策与国外均不尽相同。当然，只要勇于实践和探索，通过努力，完全有可能创造出适合我国情况、更加有效的应用模式。
BIM技术作为继CAD（计算机辅助设计）技术后出现的建设领域的又一重要的计算机应用技术，在一些发达国家已经得到了迅速发展和应用。在我国，要想发展BIM技术，需要重视基于BIM技术的应用软件的开发，还应该建立和完善BIM相关标准，同时应该勇于实践探索有效的应用模式。只有这样，才能让BIM技术在我国建设领域中发挥应有的作用。
感谢北京中智百高教育科技集团有限公司组织的BIM技术培训，让我对BIM有了初步的认识；感谢BIM专家庞老师感谢在我学习BIM新知识过程中给予我帮助的同事和朋友们！
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