浅析BIM技术国内外研究现状_刘泽群

第十五届全国现代结构工程学术研讨会浅析ＢＩＭ技术国内外研究现状刘泽群刘铭劼（天津大学建筑工程学院，天津，300072）提要：ＢＩＭ（建筑信息模型）是当今建筑和结构行业广泛关注的新概念，ＢＩＭ技术的发展与应用已成为当代社会势不可挡的潮流。本文阐述了关于国内外学者对ＢＩＭ技术进行的相关研宄，并针对现有的研宄状况进行分析，使广大学者更广泛并深入了解应用ＢＩＭ技术在建筑结构行业的优势，并对今后对进行ＢＩＭ技术研宄的方向做出了归纳。关键字：ＢＩＭ技术，研宄现状，应用指导＿、概述ＢＩＭ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ）即“建筑信息模型”，是Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司于2002年开始推广的概念，目前国际上对于ＢＩＭ的解释有许多版本，如美国国家ＢＩＭ标准的定义为：“ＢＩＭ是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；是一个共享知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在ＢＩＭ中插入、提取、更新和修改信息，支持和反映其各自职责的协同作业。”英国ＢＩＭ标准对其定义为：“在一个建筑项目设计和施工过程中，通过图形表达数据，可协调创建和使用的，内部一致的，可计算的信息。”ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ的市场调研报告中对ＢＩＭ定义比较简便，被广泛接受：“ＢＩＭ是利用数学模型对项目进行设计、施工和运营的过程。”虽然国内目前对ＢＩＭ的定义还十分模糊，但是不难看出，ＢＩＭ技术实际上是依赖三维数字模型表达建筑全寿命周期的包括各专业的信息，这些信息为建筑规划、设计、施工、运维等阶段的实现提供可靠依据，并支持数据跨专业共享，以达到协同设计。因此，ＢＩＭ技术的特点在于利用核心建模软件，建造建筑物的三维数字模型。这个模型具有可视化、模拟、协调、优化、出图的优点，从而大大减少了设计和施工从业人员的工作量和失误的概率，达到提升工作效率，事半功倍的效果。ＢＩＭ技术起源于美国，逐渐扩展到欧洲、日本、韩国等。在发达国家，以ＡｕｔｏｄｅｓｋＲｅｖｉｔ为代表的三维建筑信息模型软件已逐步开始普及应用。统计表明，2009年美国建筑300强企业中80％以上都应用了ＢＩＭ技术。早在2003年，美国总务管理局（ＧＳＡ）推出了国家3Ｄ4Ｄ－ＢＩＭ计划；2007年起，ＧＳＡ开始陆续发布系列ＢＩＭ指南，用于规范和引导ＢＩＭ在实际项目中的应用；同时美国建筑科学研究院（ＮＩＢＳ）发布了美国国家ＢＩＭ标准（ＮＢＩＭＳ）；2009年开始，威斯康辛州，德克萨斯州，俄亥俄州等相继推行ＢＩＭ技术。在日本，ＢＩＭ应用已扩展到全国范围并上升到政府推进的层面。韩国，多家政府机关致力于ＢＩＭ应用标准制定。总之，在欧洲、日本、韩国及我国香港地区，ＢＩＭ技术已广泛应用于各类型房地产开发。但日前国内ＢＩＭ技术应用情况十分有限，大部分从业人员仅仅知道这个概念而并未完全理解其内涵。并且就国内而言，其标准也未统一，这就给推广ＢＩＭ技术带来了更大困难。因此，了解国内外ＢＩＭ技术的研究现状并进行下一步的研究显得尤为必要。二、ＢＩＭ技术研究现状随着ＢＩＭ技术的不断发展与应用，ＢＩＭ技术的优势愈加明显，国内外对ＢＩＭ技术的研究也在不断深入。通过对比分析，可以将对ＢＩＭ技术的研究归为三大类：第一类是信息技术类研宄，也就是ＢＩＭ平台软件的开工业建筑2015增刊1659第十五届全国现代结构工程学术研讨会发，这类研究主要以ＩＦＣ（ＩｎｄｕｓｔｒｙＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｌａｓｓｅｓ）标准为数据接口，以数字化资源建立，开发技术平台，相关软件研发或对ＢＩＭ工作系统研究为目的；第二类是解决方案类研究，即针对ＢＩＭ技术如何运用在项目各个具体阶段的研宄，例如在施工中如何运用ＢＩＭ技术进行碰撞检查、在设计中如何应用ＢＩＭ技术优化设计方案等；第三类是应用指导类研究，分析ＢＩＭ的价值根据不同类型的工程的特点在实际案例中的具体技术应用和价值的研究，如基于ＢＩＭ技术钢结构工程中的应用、给排水工程应用等。（一）、国外研宄现状ＢＩＭ概念是于美国率先发展起来的，因此在国外发达国家，ＢＩＭ技术的起步相对较早，应用也比较广泛。通过对大量文献的查阅我们可以发现，国外学者对ＢＩＭ技术的研宄已经深入各个方面。早在2003年，美国斯坦福大学集成设施中心就推出了基于ＩＦＣ的ＰＭ4Ｄ（ＰｒｏｄｕｃｔＭｏｄｅｌａｎｄＦｏｕｒｔｈＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）系统以实现4Ｄ可视化施工过程模拟，而且此系统还具有全寿命周期成本分析和进度报告方面的功能。ＲｅｎａｕｄＶａｎｌａｎｄｅ等开发了基于ＢＩＭ技术的ＡＥＣ（Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）信息管理系统；ＣａｉｙｕｎＷａｎ等对ＢＩＭ标准结构分析模型在预应力荷载和荷载组合等方面的扩展提出了建议；Ｂｅｉｉｔｌｅｙ公司开发了基于中央信息模型数据库的建筑工程数据共享系统；ＫｅｖｉｎＹｕ等通过扩展和延伸标准信息模型类型定义和数据表达规则，面向设备管理与维护功能需求，自主开发了ＦＭＣ（ＦａｃｉｌｉｔｉｅｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｌａｓｓｅｓ设备管理类库）信息模型等。国外学者的研究将ＢＩＭ技术应用于建筑工程的荷载分析、图纸审核、施工管理、设备维护等领域，也对国内ＢＩＭ的研宄方向提供了思路，奠定了基础。（二）、国内研宄现状在中国大陆，实际上是在2004年，通过Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司组织的ＡｕｔｏＣＡＤ2005产品宣传会，业界才开始逐渐的了解它。在“十一五”期间，ＢＩＭ已经进入国家科技支撑计划重点项目；在《2011￣2015年建筑业信息化发展纲要》中明确的提出：“十二五期间要加快建筑信息模型（ＢＩＭ）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用”。在国家政策的支持下，国内先进的建筑设计团队和地产公司积极响应，包括清华大学建筑设计研宄院、中建国际、上海现代建筑设计集团等，纷纷成立ＢＩＭ技术小组，开始进行ＢＩＭ技术各方面的研宄。首先在信息技术类研宄方面入手，赵毅立（2008）将ＢＩＭ技术与建筑节能方面相结合，在下一代建筑设计软件系统初期的研究工作中，通过分析建筑节能软件的基本需求和工作流程，成功建立了ＢＩＭ数据管理平台和建筑节能设计功能模块，开发了既支持软件用户通过交互式界面访问ＢＩＭ数据，又支持软件开发者在其上进行ＢＩＭ应用软件的开发的ＢＩＭ数据管理平台原型系统；季俊、张其林（2009）等选用ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ技术在ＡｕｔｏＣＡＤ平台上进行二次开发，建立高层钢结构结构工程领域的ＢＩＭ软件，实现了有限元计算、结构设计与ＢＩＭ的数据接口，避免了工作中重新建模的工作，并将该系统应用在了上海中心项目的设计过程中。马智亮、娄喆（2009）从成本预算的需求入手研宄，应用ＩＦＣ标准完备的表达所需信息，最后利用ＩＦＣ标准构建适用于一般结构的成本预算信息模型。张建平、范喆（2011）等综合应用4Ｄ－ＣＡＤ和ＢＩＭ技术，进行施工资源信息模型的建设和系统开发，实现施工时对各类资源的动态管理和工程成本的实时监控。常治国、杨阵柱等（2013）为了提高钢结构工业厂房设计的准确性和效率，研制了基于ＢＩＭ技术的钢结构工业厂房ＣＡＤ／ＣＡＭ软件系统，该系统实现了ＩＦＣ接口，并同时可以和ＳＡＰ、ＥＴＡＢＳ及ＭＩＤＡＳ等软件接口，还具有参数化快捷建模、内力计算、构件验算等核心功能。还有诸多研究例如张剑涛等研究了ＰＫＰＭ软件与ＢＩＭ信息模型的数据交换接口、中国建筑科学研宄院ＰＫＰＭＣＡＤ设计软件事业部开发完成了钢结构详图设计软件ＳＴＸＴ，是ＢＩＭ在钢结构详图设计软件中的开发实践。其他的研宄成果由于篇幅不进行详细介绍，但从以上各学者的信息技术类研宄中可以看出，目前国际上通用的ＢＩＭ信息交换标准是ＩＦＣ标准，ＢＩＭ模型涵盖的信息可以运用于项目的全生命周期的各个阶段。以上这些研宄为ＢＩＭ技术的各类应用软件的开发和ＢＩＭ技术在中国的发展和应用打下了坚实基础。在解决方案类研宄方面，张文彬、韦文国（2008）给出了ＢＩＭ在工程项目管理中的应用流程，分为输入／使用／分析资料、分享资料、同步分享资料、提供最佳的参考资料和在安全的环境中进行充分的合作五个阶段；张泳、付君等（2008）研宄了基于ＢＩＭ的全寿命周期项目管理的应用，认为ＢＩＭ模型具有的6大特1660工业建筑2015增刊第十五届全国现代结构工程学术研讨会点可以充分应用于建立新的项目管理模式，并对施工阶段的ＢＩＭ模型应用提供了三个解决方案，分别是：直接利用施工方提供的软件建模、利用数据共享手册或互可操作标准、自主开发工具；王爱娟（2011）在分析进度风险管理时，用ＢＩＭ相关软件与进度管理软件相互配合的间接方式，建立了新的基于ＢＩＭ技术的建设项目进度风险分析模型，并进一步分析了利用案例推理技术如自动生成进度计划的问题，深入探讨了基于ＢＩＭ的进度风险分析的相关问题；孙悦（2011）将ＢＩＭ的应用分为三部分，分别为数据层、模型层和功能层，认为对于数据库应用属于核心数据层、应用ＢＩＭ模型的设计施工运维等各阶段模型为模型层、在具体工程中的应用属于功能模块；张树捷（2012）分析了ＢＩＭ技术在造价管理方面的优势和价值，提出将建设项目的所有造价信息汇总到ＢＩＭ数据库，再经过ＢＩＭ相关软件多维计算处理，形成企业内部的数据平台，并将数据与企业ＥＲＰ系统结合，提高工作的便捷性和可靠性。这一类的研宄部分是概述性文章，部分比较注重理论思考，但对怎样结合实际、使用什么类软件、技术上如何支持、遇到具体问题应如何解决、需要什么辅助的手段等方面的探索都比较缺乏，日后需要持续研究并加大范围和力度。对于应用指导类研宄，涉及到了许多专业领域，诸如机电、土建、项目管理等；应用的工程也十分广泛，包含混凝土工程、钢结构工程、给排水工程、桥梁工程等。曾敏敏（2010）与李天华（2011）分别针对装配式建筑的脚手架工程和施工现场构件存储、保护及安排工序进行了研究。二者均认为应用ＢＩＭ技术可以解决目前装配式建筑工程的设计和施工过程存在的问题，在研宄中他们还用到了基于ＢＩＭ的协同设计、4Ｄ施工模拟、碰撞检测等功能。王瑨（2011）详细地描述了美国几大权威机构给出的ＢＩＭ的概念，并总结得出ＢＩＭ的几点要素，同时介绍了如何利用Ｒｅｖｉｔ软件建立三维数字模型和其他几种应用较广的ＢＩＭ软件，总结了ＢＩＭ在多维度项目管理、预制加工工业化等方面的发展趋势。刘文鹏、叶英华等（2012）在混凝土结构耐久性评估中建立基于ＢＩＭ技术的耐久性信息管理与应用平台，对结构耐久信息管理、设计审核、分析及安全评估等方面的应用进行了验证，为建筑工程耐久性方面的设计、审核、分析、评估和维护信息的管理等一系列工作提供更加高效的方法。何波（2012）通过对某大型项目的ＢＩＭ建模，强调数据安全的重要性，建议通过冗余储存、备份和异地容灾的方式进行数据保护。李华峰、崔建华等（2013）在绍兴开合结构体育场的项目中充分应用了ＢＩＭ技术，运用建立ＢＩＭ数据库再运用数据接口的方案实现钢结构构件和节点的优化设计，证明了ＢＩＭ技术应用于钢结构工程中可以在较短时间内高质量完成设计任务。任何技术在解决了技术难题后的任务都是服务于实际工程，对于ＢＩＭ技术，实际工程中也存在很多问题需要人工调整和配合；需要继续探讨和研宄的问题还有其应用价值如何实现、效益如何评估等。三、下一步研究方向如前文所述，ＢＩＭ技术的各类研究已有诸多成果，但在科学技术不断发展的今天，ＢＩＭ技术仍有很多方面可以进一步深入开展研究工作。通过对以上