建筑信息系统模型系统(BIM)地策略研究

建筑信息模型系统（BIM）的策略研究

作者:xxx

指导：xxx

摘要：

随着近年数字技术的发展，数字化信息集成下的建筑创作变得越来越为大众所熟知，涌现出了大量优秀的作品。然而作为数字化设计的集合化应用——建筑信息模型集成化管理系统（BIM）在国的规模化推进却依旧艰难，与国外先进水平差距有进一步扩大的趋势。为了找出问题，解决目前这一现状，本文从工程项目信息的集成化管理角度切入中国的建筑设计，从大量的具体的工程实践入手，分析并阐述了目前我BIM 实践中所遇到的机遇和挑战。对目前国普遍应用以及主流的BIM 平台进行了总结，为BIM 在我国的有效推进与本土化实现提供良好的理论基础。文章总结出的具体可操作的实现方式，将有效的促进我国尤其是架构下的建筑产业的信息集成化建设发展。本文的研究将原有大量分散的 BIM 策略进了系统性的串联。对BIM 在中国的实践进行了一个完整的梳理。为未来的BIM 实践提供了一个系统性的理论构架和方向性的操作指南。在论文的展望与结论部分，作者对未来在建筑数字信息模型的基础上，数字地球以及定制化设计方式提出了自己开拓性的意见。为未来的进一步研究提供了一个全新的思路与方向。自20世纪80年代的个人电脑革命和90年代的互联网革命及其普及作用，计算机网络使得信息化所包含的信息收集、传递与共享具备了实现的技术条件。信息技术近十几年来的飞速发展和广泛应用，其重要意义和对人类的深远影响举世公认。在工程建设领域，计算机应用和数字化技术已展示了其特有的潜力，成为工程技术在新世纪发展的命脉。

关键词: 数字技术信息化 BIM 系统论协同设计策略

Abstract:

In the past decades, information technology has been more and more applied to architecture design and excellent digital based works can be widely seen now, however the main vehicle of digital architecture design,

BIM, is facing a lot of difficulties while populating in China, still a big gap to catch up with world-class level. This article aims to

in-sighting root cause of slow population of BIM, find solutions and summarize widely used BIM platforms from perspective of using integrated management to architecture design, in terms of practical experience and challenges of using BIM. The theory and solutions proposed in this article will provide with a good basis for populating BIM in Chinese architecture design industry. The research helps to link ad hoc BIM applications together and form one integrated theory framework and practice guideline for future BIM booming up in China architecture design field. In the section of future work and conclusions, the author states out constructive ideas from perspectives of digital model, digital planet as well as customized design, which could be start point and guidance of further studies.

Keywords : BIM 、Design strategy 、Localization Strategy 、Modeling

1.BIM核心体系

工程设计是工程建设的龙头。在过去的20年中，CAD（Computer Aided Design）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。这不仅把工程设计人员从传统的设计计算和手工绘图中解放出来，可以把更多的时间和精力放在方案优化、改进和复核上，而且提高设计效率十几倍到几十倍，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。

建筑信息模型给工程设计领域带来了第二次革命，从二维图纸到四维设计和建造的革命，同时，对于整个建筑行业来说，建筑信息模型（BIM）也是一次真正的信息革命。建筑信息模型是建筑学，工程学及土木工程的新工具。建筑信息模型或建筑资讯模型一词由Autodesk所创。

第一个革命：个人电脑和互联网普及的革命信息

第二个革命：建筑景观对于cad的引用—二维

第三个革命：3dmax等建筑三维软件的引用—三维

第四个革命：BIM系统的引进---建筑信息全模型（覆盖了二维，三维，各种建筑信息，包括部的，外部景观的，地理信息的等等）

建筑信息模型（BIM）的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，不仅包含了建筑师的设计信息，而且可以容纳从设计到建成使用，甚至是使用周期终结的全过程信息，并且各种信息始终是建立在一个三维模型数据库中。建筑信息模型（BIM）可以持续即时地提供项目设计围、进度以及成本信息，这些信息完整可靠并且完全协调。建筑信息模型（BIM）能够在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问，使建筑师、工程师、施工人员以及业主可以清楚全面地了解项目。这些信息在建筑设计、施工和管理的过程中能促使加快决策进度、提高决策质量，从而使项目质量提高，收益增加。整个项目全生命周期的各个阶段：设计、施工和运营管理。建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。Graphｉｓｏｆｔ公司的Arch c a d、Bentley公司的Triｆｒｏｍ以及Autodesk公司的Ｒｅｖｉｔ这些引领潮流的建筑设计软件系统，都是应用了建筑信息模型技术开发的，可以支持建筑工程全生命周期的集成管理环境。

1. 参数化设计

参数化设计从实质上讲是一个构件组合设计，建筑信息模型是由无数个虚拟构件拼装而成，其构件设计并不需要采用过多的传统建模语言，如拉伸、旋转等，而是对已经建立好的构件（称为族）设置相应的参数，并使参数可以调节，进而驱动构件形体发生改变，满足设计的要求。而参数化设计更为重要的是将建筑构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，并进行相关数据统计和计算。在建筑信息模型中，建筑构件并不只是一个虚拟的视觉构件，而是可以模拟除几何形状以外的一些非几何属性，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息、重量、受力状况等等。

2. 构件关联性设计

构件关联性设计是参数化设计的衍生。当建筑模型中所有构件都是由参数加以控制时，如果我们将这些参数相互关联起来，那么我们就实现了关联性设计。换言之，当建筑师修改某个构件，建筑模型将进行自动更新，而且这种更新是相互关联的。例如，我们在实际工程中经常会遇到修改层高的情况，在建筑信息模型中，我们只要修改每层标高的数值，那么所有的墙、柱、窗、门都会自动发生改变，因为这些构件的参数都与标高相关联，而且这种改变是三维的，并且是准确和同步的。我们不再需要去分别修改平立剖。关联性设计它不仅提高了建筑师的工作效率，而且解决了长期以来图纸之间的错、漏、缺问题，其意义是显而易见的。

3. 参数驱动建筑形体设计

参数驱动建筑形体设计是指通过定义参数来生成建筑形体的方法，当建筑师改变一个参数，形体可以进行自动更新，从而帮助建筑师进行形体研究。参数驱动建筑形体设计仍然可以采用定义构件的方法实现。如果我们要设计一个形体复

杂的高层建筑，我们可以将高层建筑的每一层作为一个构件，然后用参数（包含一些简单的函数）对这一层的几何形状进行定义和描述，最后将上下两层之间再用参数关联起来，例如设定上下两层之间的扭转角度，这样就可以通过修改所定义的角度来驱动模型，生成一系列建筑形体。这种模式对于生成一些有规律的，但却很复杂的建筑形体是十分有用的。在Reｖｉｔ中，还有另外一种方便的工具——体量。体量设计更加接近建筑师的工作模式，建筑师可以从体量推敲做起，而不必关心体量与尺寸参数的关系，当体量推敲满意后，再为体量附着上具有真实属性的建筑构件，例如给形态附着幕墙、墙、楼板等。体量模式较为强大的功能还在于，当我们再次修改体量时，原先附着的建筑构件可以相应更新。这实际上实现了“先形状后尺寸”的设计方式，其技术思想与“变量化实体造型技术”较为接近。

4. 协作设计

在以往，我们理解的协作设计通常是建筑专业与结构水暖电的专业协作。而今天，随着建筑工程复杂性的增加，跨学科的合作成为建筑设计的趋势。在二维CAD 时代，协作设计缺少一个统一的技术平台，但建筑信息模型为传统建筑工种提供了一个良好的技术协作平台，例如，结构工程师改变其柱子的尺寸时，建筑模型中的柱子也会立即更新，而且建筑信息模型还为不同的生产部门，甚至管理部门提供了一个良好的协作平台，例如施工企业可以在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟，控制施工进度，政务部门可以进行电子审图等等。这不仅改变了建筑师、结构工程师、设备工程师传统的工作协调模式，而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作。

2．BIM的价值

具体而言，BIM 的应用具有以下价值。

1、解决当前建筑领域信息化的瓶颈问题

建立单一工程数据源。工程项目各参与方使用的是单一信息源，确保信息的准确性和一致性。实现项目各参与方之间的信息交流和共享。从根本上解决项目

各参与方基于纸介质方式进行信息交流形成的“信息断层”和应用系统之间“信息孤岛”问题。

推动现代CAD 技术的应用。全面支持数字化的、采用不同设计方法的工程设计，尽可能采用自动化设计技术，实现设计的集成化、网络化和智能化。

促进建筑生命期管理，实现建筑生命期各阶段的工程性能、质量、安全、进度和成本的集成化管理，对建设项目生命期总成本、能源消耗、环境影响等进行分析、预测和控制。

2、基于BIM 的工程设计

实现三维设计。能够根据3D 模型自动生成各种图形和文档，而且始终与模型逻辑相关，当模型发生变化时，与之关联的图形和文档将自动更新；设计过程中所创建的对象存在着建的逻辑关联关系，当某个对象发生变化时，与之关联的对象随之变化。

实现不同专业设计之间的信息共享。各专业CAD 系统可从信息模型中获取所需的设计参数和相关信息，不需要重复录入数据，避免数据冗余、歧义和错误。

实现各专业之间的协同设计。某个专业设计的对象被修改，其他专业设计中的该对象会随之更新。

实现虚拟设计和智能设计。实现设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等。

3、基于BIM 的施工及管理

实现集成项目交付IPD（Integrated Project Delivery ）管理。把项目主要参与方在设计阶段就集合在一起，着眼于项目的全生命期，利用BIM 技术进行虚拟设计、建造、维护及管理。

实现动态、集成和可视化的4D 施工管理。将建筑物及施工现场3D 模型与施工进度相，并与施工资源和场地布置信息集成一体，建立4D 施工信息模型。实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。

实现项目各参与方协同工作。项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图档和视档的提交、审核、审批及利用。项目各参与方通过网络协同工作，进行工程洽商、协调，实现施工质量、安全、成本和进度的管理和监控。

实现虚拟施工。在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测，包括施工方法实验、施工过程模拟及施工方案优化等。

4、基于BIM 的建筑运营维护管理

综合应用GIS 技术，将BIM 与维护管理计划相，实现建筑物业管理与楼宇设备的实时监控相集成的智能化和可视化管理。

基于BIM 进行运营阶段的能耗分析和节能控制。

结合运营阶段的环境影响和灾害破坏，针对结构损伤、材料劣化及灾害破坏，进行建筑结构安全性、耐久性分析与预测。

对于BIM的研究

对于BIM 国外一些知名大学率先展开了卓有成效的基础性研究。1996 年美国斯坦福大学提出的4D 模型，将建筑构件的3D 模型与施工进度的各种工作相，动态地模拟这些构件的变化过程；新加坡南洋理工大学提出了一个基于IFC 的网络工作平台，采用网络及XML 技术进行信息交换，支持建筑设计到结构分析的模型转换；英国索尔福德大学提出的基于IFC 信息模型的4D 计划管理工具，实现了施工计划模拟、概预算以及施工项目假设分析。笔者及清华大学研究组于2002 年研发的4D 施工管理扩展模型，将建筑物及其施工现场3D 模型与施工进度相，并与施工资源和场地布置信息集成一体，2006 年开发了基于IFC 和BIM 的4D 建筑施工管理系统和物业智能管理系统。

随着对信息建模研究的不断深入，一些著名软件开发商也提出了名称各异的信息模型概念。匈牙利Graph is oft 公司提出虚拟建筑（Virtual Building, VB ）的概念，并应用于建筑设计软件Arch i C A D 中；美国Bentley 公司基于全信息建筑模型（Single Building Model，SBM）

3. BIM的应用

BIM 是一种全新的理念，它涉及到从规划、设计理论到施工、维护技术的一系列创新和变革，是建筑业信息化的发展趋势。BIM 的研究对于实现建筑生命期管理，提高建筑行业设计、施工、运营的科学技术水平，促进建筑业全面信息化和现代化，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

目前，BIM 的应用在欧美发达国家正在迅速推进，如美国已推出国家BIM 标准，规定房屋建筑设计必须应用BIM 技术，推行集成项目交付IPD 管理模式。同时该行业的大力推进，使得BIM 工程师、BIM 经理、BIM 咨询公司等新型职业和商机应运而生。与欧美发达国家相比，我国BIM 应用起步并不晚，但由于建筑企业和项目管理模式及水平的限制，致使其推广应用更为艰难。不过，国家的重视及行业发展的需求，将极大促进BIM 更深层次的研究和广泛的推广应用。目前，我国BIM 应用的主要推力表现在以下三方面。

1、国家支持的BIM 研究成果应用

我国BIM 技术的基础性研究得到国家的大力支持，并取得了卓有成效的研究成果。如笔者完成的国家“十五”科技攻关计划课题研究成果“基于IFC 的建筑工程4D 施工管理系统”，成功应用于国家体育场、海湾大桥、西塔等多个大型、复杂工程，专家评价属国首创，填补了国空白，达到国际先进水平，荣获2009 年“华夏建设科学技术一等奖”。清华大学和中国建筑科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑项目课题“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”，着重BIM 的基础性研究，已经完成了基于IFC 的BIM 体系架构建立，开