浅析BIM技术国内外研究现状.pdf

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（天津大学建筑工程学院，天津，３０００７２）提要：Ｂ刀（建筑信息模型）是当今建筑和结构行业广泛关注的新概念，Ｂ订技术的发展与应用己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技术进行的相关研究，并针对现有的研究状况进行分析，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ＢｖＩ技术研究的方向做出了归纳。关键字：Ｂ丑订技术，研究现状，应用指导一、概述ＢＩＭ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｆｏｍａｔｉｏｎＭ０ｄｅｌ）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。”ＭｃＧｒ洲Ｈｌｌ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、旌工和运营的过程。”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ＡｕｔｏｄｅｓｋＲｅＶｉｔ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３Ｄ＿４Ｄ．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究，也就是ＢＩＭ平台软件的开工业建筑２０１５增刊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（ＩｎｄｕｓｔｒｙＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｌａｓｓｅｓ）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究，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）、国外研究现状Ｂ【Ｍ概念是于美国率先发展起来的，因此在国外发达国家，Ｂ【Ｍ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技术的研究已经深入各个方面。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（ＰｒｏｄｕｃｔＭｏｄｅｌＦｏｕｎｈＤｉｍｅ璐ｉｏｎ）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。ＲｅｎａｕｄＶａＩｌｌａｎｄｅ等开发了基于ＢＩＭ技术的ＡＥｃ（ｍ出ｔｅｃｔｕｒｅ，Ｅｎ西ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｓ仃ｕｃＩｉｏｎ）信息管理系统；Ｃａｉ”ｎＷａｌｌ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；Ｂｅｎｔｌｅｖ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（ＦａｃｉｌｉｔｉｅｓＭａｌｌａｇｅｍｅｎｔｃｌａＳｓｅｓ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的研究方向提供了思路，奠定了基础。（二）、国内研究现状在中国大陆，实际上是在２００４年，通过Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司组织的Ａｕｔ０ＣＡＤ２００５产品宣传会，业界才开始逐渐的了解它。在“十～五”期间，ＢＩＭ已经进入国家科技支撑计划重点项目；在《２０ｌｌ～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究院、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技术各方面的研究。首先在信息技术类研究方面入手，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ＯｂｉｅｃｔＡＲｘ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、娄掂（２００９）从成本预算的需求入手研究，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、范蘸（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、杨晖柱等（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ｃ燃ＡＭ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、中国建筑科学研究院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ＢｒＭ在钢结构详图设计软件中的开发实践。 其他的研究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究中可以看出，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。 以上这些研究为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。 在解决方案类研究方面，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 入艘用／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）研究了基于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。 这一类的研究部分是概述性文章，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。 对于应用指导类研究，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，在研究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。王瑁（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Ｒｅ访ｔ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；需要继续探讨和研究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。通过对以上各学者研究内容的分析和对比，归纳得到接下来ＢＩＭ技术 相关研究的开展方向，应有针对性的进行具体问题具体分析。根据所涉及的项目类型、参与方、项目阶段 和专业任务等信息，聚焦一点进行研究。ＢＩＭ技术是可以跨专业协同应用于工程项目各个阶段的，因此在 开展研究工作时要首先明确要解决什么专业问题。例如，设计企业（参与方）在某工业建筑（项目类型） 的结构设计过程（项目阶段）中需要解决土建设计（专业任务）方面的对比优化，就是一个具体的专业问 题。其次，围绕这个具体的问题展开分析，确定需要对ＢＩＭ技术进行哪一类研究工作。对ＢＩＭ的研究可分 为理论研究（包括模型体系的研究、数据互用、技术融合）、工具研发（产品设计、软件开发、软件测评）、 资源建设（对象建设、模板建设、知识库建设）、制度更新（ＢＩＭ标准研究、ＢＩＭ流程研究、ＢＩＭ合同研究）、 项目应用（单项应用、综合应用、信息管理）和效益评估（经济效益评估、社会效益评估、环境效益评估） 等这六个方面。最后，确定了研究内容，还需对所做的研究是否有价值进行判断。例如在模型体系的研究 中，可以通过是否提升了建模效率、是否增加了模型元素、是否提高了模型质量、是否改进了建模方法等 对研究进行评价；在模板建设的研究中，可以通过是否增添了新的模板内容，是否弥补了原有模板的缺陷 工业建筑２０１５增刊