第2章　BIM简介、发展与应用

2.1　BIM简介

2.1.1　BIM概念的提出

在20世纪60年代，随着计算机图形学的诞生和计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）的发展，建筑界开展了计算机辅助建筑设计（Computer-Aided Architectural Design，CAAD）的研究。查理斯·伊斯曼在研究CAAD的过程中，提出了应用数据库技术建立的建筑描述系统（Building Description System，BDS）的概念，这一概念就是BIM的雏形，之后对建筑信息建模的研究不断深入。

1988年由美国斯坦福大学教授保罗·特乔尔兹（Paul Teicholz）博士建立的设施集成工程中心（CIFE）是BIM研究发展进程的一个重要标志。CIFE在1996年提出了4D工程管理的理论，将时间属性也包含进建筑模型中。在2001年，CIFE提出了建设领域的虚拟设计与施工（Virtual Design and Construction，VDC）的理论和方法。今天，4D工程管理和VDC都是BIM的重要组成部分。

在这期间，软件开发商经过不断努力与实践，开发出了一批不错的建筑软件。匈牙利的Graphisoft公司、美国的Bentley公司以及美国的Revit技术公司都是软件开发商中的代表。美国的Autodesk公司在2002年收购了Revit技术公司，Revit便成为Autodesk公司旗下的产品。

2002年，时任美国Autodesk公司副总裁菲利普·伯恩斯坦首次在世界上提出Building Information Modeling这个新的建筑信息技术名词术语，于是它的缩写BIM也作为一个新术语应运而生。

随着BIM应用的不断扩大以及研究的不断深入，人们对BIM的认识不断深化。BIM的含义比起问世时大大拓展。可以认为，BIM的含义应当包括以下三个方面。

①BIM是设施所有信息的数字化表达，是一个可以作为设施虚拟替代物的信息化电子模型，是共享信息的资源，即Building Information Model，称为BIM模型。

②BIM是在开放标准和互用性基础之上建立、完善和利用设施的信息化电子模型的行为过程，设施有关的各方面可以根据各自职责对模型插入、提取、更新和修改信息，以支持设施的各种需要，即Building Information Modeling，称为BIM建模。

③BIM是一个透明的、可重复的、可核查的、可持续的协同工作环境，在这个环境中，各参与方在设施全生命周期中都可以及时联络，共享项目信息，并通过分析信息，做出决策和改善设施的交付过程，使项目得到有效的管理，也就是Building Information Management，称为建筑信息管理。

2.1.2　BIM完成使命的方法

尽管工程项目的参与方众多、生命周期时间跨度大、使用的软件产品种类复杂，但是构成这些复杂的业务流程直至整个项目的基本单元却有着相同的结构。

由此可知，组成整个BIM宏大使命的基本单元就是：每个任务的输入信息能够从上游的一个或多个任务输出信息中自动获取，每个任务的输出信息能够自动成为下游一个或多个任务的部分或全部输入信息。

美国BIM标准把跟BIM有关的人员分成如下三类。

①BIM用户：包括建筑信息创建人和使用人，他们决定支持业务所需要的信息，然后使用这些信息完成自己的业务功能，所有项目参与方都属于BIM用户。

②BIM标准提供者：为建筑信息和建筑信息数据处理建立和维护标准。

③BIM工具制造商：开发和实施软件及集成系统，提供技术和数据处理服务。

由于在执行层面所有项目成员都依靠不同的软件产品来完成属于自己职责范围内的信息输入、处理和输出工作，因此对于BIM用户来说，BIM的使命可以简化为一个项目中使用的数十上百个软件之间信息的自由流动，其中上面文字所谓的“自动”就是指不需要人工干预（例如人工解释、人工录入等），机器能够自动识别。

要实现这个目的，本质上有下列三种方式。

①开发一个超级软件支持所有项目成员完成项目生命周期不同阶段的所有任务：当这样的描述摆在业内人士面前的时候，几乎没有人会认为这件事情实际上可以实现。但是，在现实世界里，不知道是因为BIM资料介绍得不清楚还是有些同行理解有误，认为BIM可以解决所有问题的人还是有相当一部分的，另外一个常见的误区是所有项目信息都放一个BIM模型里面。

②不同软件之间直接进行信息交换：既可以用来实现人与人之间的信息交换，也可以用来实现软件和软件之间的信息交换。如果涉及的软件数量比较少，这是一个非常有效的方式，但是当互相之间需要进行信息交换的软件数量达到一定程度以后（例如10个以上），这种方式的成本会呈几何级数增加。只要有一个软件的数据模型由于版本升级等原因进行了改变，所有其他软件和该软件的接口都要进行更新。

③开发一个所有软件都支持的中间文件（数据标准），软件之间的信息交换通过该中间文件来实现。需要说明的是，虽然这种方式最具有可行性，但开发这样一个能够支持所有项目参与方在项目不同阶段使用数以百计和数以千计应用软件完成各自项目职责的数据标准，其需要投入的人力、物力、时间也将是巨大的。

美国的一项研究资料表明，开发和维护20个软件之间直接进行信息交换所需要的成本，是开发和维护一个20个软件都支持的中间数据标准所需要成本的20倍。

这就是今天为BIM完成使命选择的办法，开发一个支持项目生命周期所有阶段、所有项目成员、所有软件产品之间自动进行信息交换的数据标准。因为需要支持的范围如此之广，所以必须是一个公开标准（相对于专用标准而言）；又因为需要支持信息自动交换，所以必须是一个结构化的标准（相对于非结构化而言）。

2.1.3　BIM技术及特点

BIM技术是一项应用于设施全生命周期的3D数字化技术，它以一个贯穿其生命周期的通用数据格式，创建、收集该设施所有相关的信息并建立起信息协调的信息化模型作为项目决策的基础和共享信息的资源。具有以下四个特点。

（1）操作的可视化

可视化是BIM技术最显而易见的特点，BIM技术的一切操作都是在可视化的环境下完成的。而且为实现可视化操作开辟了广阔的前景，其附带的构件信息（几何信息、关联信息、技术信息等）为可视化操作提供了有力的支持，不但使一些比较抽象的信息（如应力、温度、热舒适性）可以用可视化方式表达出来，还可以将设施建设过程及各种相互关系动态地表现出来。

BIM技术的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化，在BIM建筑信息模型中，整个过程都是可视化的，可视化的结果不仅可以进行效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。可视化操作为项目团队进行的一系列分析提供了方便，有利于提高生产效率、降低生产成本和提高工程质量。

（2）信息的完备性

BIM是设施的物理和功能特性的数字化表达，包含设施的所有信息，从BIM的这个定义就体现了信息的完备性。BIM模型包含了设施的全面信息，除了对设施进行3D几何信息和拓扑关系的描述外，还包括了完整的工程信息的描述。如：对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。

信息的完备性还体现在创建模型的过程中，设施的前期策划、设计、施工、运营维护各个阶段都连接了起来，把各阶段产生的信息都存储进BIM模型中，使得BIM模型的信息来自单一的工程数据源，包含了设施的所有信息。BIM模型内的所有信息均以数字化形式保存在数据库中，以便更新和共享。

（3）信息的协调性

协调性体现在两个方面：一是在数据之间创建实时的、一致性的关联，对数据库中数据的任何更改，都马上可以在其他关联的地方反映出来；二是在各构件实体之间实现关联显示、智能互动。

建立起信息化建筑模型后，各种平、立、剖2D图纸以及门窗表等图表都可以根据模型随时生成。在任何视图（平面图、立面图、剖视图）上对模型的任何修改，都视为对数据库的修改，会马上在其他视图或图表上关联的地方反映出来，而且这种关联变化是实时的。这种关联变化还表现在各构件实体之间可以实现关联显示、智能互动。例如，模型中的屋顶是和墙相连的，如果要把屋顶升高，墙的高度就会随即跟着变高。BIM模型中各个构件之间具有良好的协调性。

（4）信息的互用性

应用BIM技术可以实现信息的互用性，充分保证了信息经过传输与交换以后，信息前后的一致性。

具体地说，实现互用性就是BIM模型中所有数据只需要一次性采集或输入，就可以在整个设施的全生命周期中实现信息的共享、交换与流动，使BIM模型能够自动演化，避免了信息不一致的错误。在建设项目不同阶段免除对数据的重复输入，可以大大降低成本、节省时间、减少错误、提高效率。

实现互用性最主要的一点就是BIM支持IFC标准。另外，为方便模型通过网络进行传输，BIM技术也支持XML。

2.1.4　BIM相关软件

美国智能建筑协会主席Dana K.Smitnz曾经说“单纯依赖某一个计算机软件解决所有设计中出现的问题是不可能的。”所以，设计人员在应用BIM技术之前应当充分了解BIM软件，进而深一层地掌握BIM技术的应用。

BIM软件可分为如下几类：BIM核心建模软件；BIM方案设计软件；与BIM接口的几何造型软件；BIM可持续（绿色）分析软件；BIM机电分析软件；BIM结构分析软件；BIM可视化软件；BIM模型检查软件；BIM深化设计软件；BIM模型综合碰撞检查软件；BIM造价管理软件；BIM运营管理软件；二维绘图软件；BIM发布审核软件。

市面上主流的BIM核心建模软件分别来自Autodesk（欧特克）、Bentley（奔特力）、Graphisoft三家公司。在上述的前两家公司的努力下，整个美国有百分之八十以上的项目把BIM作为其最高级的描述术语。

Revit是来自美国欧特克公司的BIM核心建模软件，该软件主要用于民用建筑设计。其最近的版本已经将建筑、结构、MEP专业合并到同一个模块下。由于在二维设计中，欧特克公司的CAD具有统治性的地位，因此，Revit成为市场上最主流的BIM建模软件。欧特克公司的BIM解决方案，如图2-1所示。

除此之外，来自美国奔特力公司的AECOsim Building Designer在工业建筑中有强大的市场，与Revit的集成方式不同，该软件的文件格式小，所有文件都写入Workspace中，在同等计算机配备的前提下，能够搭建更多的BIM模型。但是该公司对该软件开放的API相对较少，采用该软件进行二次开发相对较为困难。奔特力公司的BIM解决方案，如图2-2所示。