第 2 章 BIM 技术综述
2.1 BIM 概念及产生
2.1.1 BIM 的产生
在建设项目的全生命周期中，传统管理方式中，建筑的信息一直存在着不断流失的现象，原因包括建筑各方之间的理解问题、表达问题、存储问题等。相对于其他行业来说，建筑业的信息化的程度偏低，信息化发展的速度跟不上建筑业的发展。制造业采用先进生产流程和信息化管理技术，已经能够做到保证质量的同时，在生产效率上的大幅度的提高[9].为了使建筑业能够更快更好的发展，实现项目决策、设计、施工、运营等各个阶段的工作效率和质量的整体提升[10],以及为了持续不断的增加建筑业的生产力水平，BIM 技术应运而生。正是这样一种技术的产生，通过进行项目信息的收集、管理、交换、更新、存储等过程，使建筑业向信息化阶段又迈向了一大步，确保了建筑业更快更好的向前发展[11].
2.1.2 BIM 技术的概念
2002 年，继匈牙利 Graphsoft 公司提出虚拟建筑（Virtual Building）概念和美国 Benetly 公司提出 Signal Building Information 概念之后，美国的 Autodesk 公司提出了 BIM 的概念[12].该公司开发的 Autodesk Revit 系列软件中，便是应用了 BIM技术。
美国国家 BIM 标准（2006）中是这样定义的：“ABuilding Information Model（BIM） is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility.As such it serves as a shared knowledge resource for information about a facilityforming a reliable basis for decisions during its life-cycle from inception onward”.即建筑信息模型（BIM）是以一种数字化的信息对工程项目的物理和功能特性进行表达。
为工程项目提供可靠的资源信息，都能够根据这个信息来进行决策，并在整个生命周期内共享知识资源数据。
而美国国家建筑科学院对 BIM 也做了如下定义[13]:BIM:Building InformationModeling,被理解为一种过程，即是创建建筑信息模型的行为（the act of creating aBuilding Information Model），是建筑信息模型化。这个定义在建筑业使用的最广泛，突出 BIM 指的是动词 Modeling（建模的过程），而不是名词 Model（模型）。
国内外对 BIM 的定义始终不统一，但可以确定的是：BIM 并不是某一种软件的名称，而是区别于传统项目管理方式的，一种新型的信息化管理技术。即，BIM的概念是指，通过建立三维模型，将建设工程项目的物理特征和功能特征用数字化的信息表达，在全生命周期中不断的集成项目的所有相关信息，并根据模型提升项目各个阶段的管理水平，最终建立多维的数据模型，以提升项目全生命周期价值为目的的管理方法。BIM 技术的应用能够将工程项目全生命周期内的信息集成，建立工程项目的信息库，综合互联网技术，使信息库中信息的提取、更新和存储更加便捷，并实现信息在全生命周期各个阶段的各个参与方之间能够协同共享，能够促进项目各参与方更清楚、更全面地了解项目的进展情况，更快更好的完成项目的建设目标。
2.2 BIM 技术在国内外的应用领域及发展前景
BIM 技术在国内外的不断发展，应用领域不断扩大，从一开始的三维建模，到后来的多维模型，动态管理，全生命周期管理等等，BIM 技术成为了一种高效的管理技术。而且随着不断推广和在实践中的应用，BIM 技术在建筑业的优势变得越来越明显，提升了整个行业的信息化水平，减少了资源的浪费，使得建设项目的全生命周期价值最大化。
2.2.1 建筑 3D 设计
当建筑业准备进入信息化时代，做到信息的高效利用是必经之路[14].应用 BIM技术进行设计时，不同于传统的二维图纸设计，而是进行三维模型的设计。BIM技术的应用代表着设计的三维模型将取代传统的二维的图纸，它将图纸由平面的转为立体，掀起了建筑业的第二次革命。当建筑信息模型变成三维时，就意味着设计师们拥有了更富有创造力的设计灵感，更高效率的设计过程。而且，建立的三维的 BIM 模型，能够使各个参与方都能建立直观的三维的立体效果，所以能够更为有效地指导工程设计，以及指导现场施工。从而为后续阶段规避了施工风险、提升了质量，能够最大限度的完成项目的建设目标。但是 BIM 技术能做到的并不仅仅是三维的模型。在工程项目的后期，也会根据这个三维模型，导入项目的其他相关信息，包括安装时间、成本、所用材料的规格、生产厂家及生产日期、保修期限、合格证等等信息，这样就生成了一个多维的模型，存储在同一个模型中，也使得项目各方的交流更加流畅。
2.2.2 5D 施工管理
BIM 技术的应用能够创建一个包含了建设项目所有信息的、综合全面的信息库。如果说三维模型是建设工程的树干，那么信息的输入便会使得大树枝繁叶茂。如果将 3D 模型与时间、成本相结合，便可以形成 5D 模型，进行 5D 施工管理。
在 5D 施工管理系统中，5D 模型可以实时地更新，通过搜索或者框选的形式，直接测算该部分工程量与工程造价。因此，可以大幅度减少用在建筑项目成本测算上的时间，能够有效降低成本，提高预算的准确性，提高建设项目投资的灵活控制。同时也能够生成采购计划和相应的财务分析，以确保施工进度按计划进行。未来的 BIM 技术应用，还能够扩展到 7D,加上施工工序，这样也能最大限度的确保施工工序的合理性，以更高的效率来优化施工方案。
2.2.3 碰撞检测
BIM 技术应用在碰撞检测上，是现阶段能够为建设项目带来显著效益的一个应用点。通过 BIM 技术的相关软件，可以把建筑、结构、安装等各专业 BIM 模型进行合并，从而发现各专业之间的碰撞点。在施工时，由于各专业的设计人员不同，无法确保按照设计施工时，建筑物在三维空间中的合理性。对各专业 BIM 模型进行空间碰撞检查，能够对因图纸造成的问题进行提前预警，第一时间发现和解决设计技术问题，特别是有些管道由于技术参数原因禁止弯折，只有通过施工前的碰撞预警才能有效避免这类情况发生。通过 BIM 技术对设计进行碰撞检测，这样一来就避免了因为返工、拆除等带来的高额成本和资源浪费，确保了项目的正常施工，保障了工期。
2.2.4 信息协同与共享
应用 BIM 技术能够做到工程项目信息的协同和共享。结合互联网技术，企业的管理人员无需去到项目现场，便可以得到项目的相关数据。依据项目的 BIM 模型、进度计划、企业定额、企业价格库，便可以实现对项目生成动态的资源计划，实现对人工、材料、机械、投资等资源的精准分析。
未来的 BIM 技术不仅能够做到单个项目不同阶段的多算对比，还能做到多项目集中管理、查看、统计和分析。将工程信息模型汇总到企业总部的系统中，形成一个汇总的企业级项目基础数据库，企业不同岗位可以根据需求不同进行数据的查询和分析。为高层的管理和决策提供依据，也能够为单个项目的决策提供经验。但是 BIM 模型中的信息量庞大，如何流畅的进行数据的上传与访问，如何确保信息的安全性和保密性，都需要继续深入研究和探讨，这方面也成为了 BIM 的发展前景。
2.2.5 建筑全生命周期管理（BLM）
随着 BIM 技术的兴起，建筑全生命周期管理（BLM）的概念也成为了建筑业的热门的话题。在建筑全生命周期过程中，从决策阶段，设计阶段，施工阶段到后期运营阶段，参与人员数目庞大、专业种类繁多、信息量也十分庞大。尽管如此，建筑全生命周期管理为建设工程带来的价值也是不可估量的，能够提升的社会价值和环境价值更是无法衡量的[15].因此，建筑的全生命周期管理，无疑是建筑业的重要的发展方方向。
BIM 技术能够从根本上传统工程建设各方之间的信息传递的方式，以此来辅助建筑全生命周期管理，从而更有效地实现建筑全生命周期管理。目前，国内外的学术工作者们对建筑全生命周期管理的理论研究已经进行了很多年，但一直缺乏能够支撑它的技术条件。而 BIM 技术的推广才能够真正意义上的实现了建筑全生命周期管理的理论，也为实际的应用提供了强有力的支持。BIM 技术结合建筑全生命周期管理，一定是未来的研究和应用的主流发展方向，同时也将成为 BIM技术发展中的重大问题。
2.3 BIM 应用软件对比分析
BIM 技术在应用过程中涉及到大量的专业软件，以基础建模软件为核心，辐射至项目管理的各个环节。如图 2-1.
下面列举了一些国内外的 BIM 软件产品：
2.3.1 BIM 核心建模软件
（1）国外 提到国外的核心建模软件，首先想到的便是美国 Autodesk 公司研制的 Revit 系列软件，该软件包括建筑、结构和机电三个专业。Revit 系列软件和目前建筑行业广泛使用的 CAD 软件都是该公司的产品，该软件在国外的市场占有率非常高。
ArchiCAD 系列软件能够提供独一无二的、基于 BIM 的施工文档解决方案。
该系列软件简化了建筑的建模以及文档读取和存储的过程，使建筑信息模型达到了一个更加详细的程度。
Bentley 系列软件，致力于改进建筑、道路、制造设施、公共设施和通讯网路等永久资产的创造与运作过程。Bentley 产品的优势在基础设施建设（市政、水利、道路、桥梁等）和工厂设计（电力、石油、医药、化工等）两个领域。
CATIA 系列软件，在机械设计、制造行业可谓是垄断，目前已经包揽了汽车以及航空航天行业几乎所有的市场份额。对于建筑外形不规则、建筑体积庞大的建筑物来说，它的优势十分巨大。但是作为一款跨专业的应用软件，在涉及到与工程建设行业专业知识，以及和建设项目及人员进行数据信息沟通时，可能会产生误差，导致效率降低。
（2）国内 在我国的建筑市场，应用的主流建模软件还是国内一些企业针对我国国情开发的，如天正、鸿业、博超、鲁班、广联达等，在不同地区，各地方算量标准与定额不尽相同。国外软件不了解我国建筑业的基本现在，因此，外国软件在国内的应用有局限性，因此，这些国内开发的软件非常适合在国内的应用。
2.3.2 BIM 绿色分析软件
近年来“环保城市”,“绿色建筑”等概念不断被提及，建设单位对项目绿色设计方面的要求也越来越高。为了降低建筑业的能耗、减少污染物的排放，以及社会的可持续发展的要求，这时在设计领域就需要用到 BIM 绿色分析软件。目前绿色设计主要内容包括阳光辐射，温度控制，空气系统控制，小区景观控制，噪声控制等。目前国外的 BIM 绿色分析软件包括 Ecotect、IES 和Green Building Studio等。而我国自行开发的软件 PKPM、斯维尔，也有一些相关的功能。PKPM 和斯维尔的主要区别在于 PKPM 的绿色分析功能，有把本来作为节能软件应该具备的功能拆分，模块化更明显。而斯维尔软件，功能比较精细，适于全国各地的居住建筑和公共建筑节能审查和能耗评估，并可以直接利用主流建筑设计软件的图形文件，避免重复录入，因此能够大大提高设计图纸节能审查的效率。
2.3.3 BIM 机电分析软件
机电分析软件也分为不同的专业软件，包括给排水、采暖、电气等等。国外的机电分析软件包括 Design master、Trane Trace、IES Virtual Environment.在国内包括博超和鸿业两部分。但随着我国 BIM 技术的不断发展，软件厂家的不断开发，机电分析软件也能够做的越来越完善。
2.3.4 BIM 结构分析软件
BIM 技术的应用需要多专业软件之间相配合，这样才能够做到项目的效益最大化。国外常用的结构分析软件包括 ETABS、Robot、STAAD,这些软件与建模软件能够做到高度兼容，使信息无损传递[16].国内的工程师最为熟悉的 PKPM 软件，也属于结构分析软件中的排头兵。该软件也能实现与建模软件之间接口的无损传递，使得信息能够最大化的保存，最大化的发挥结构分析软件的功能。
2.3.5 BIM 深化设计软件
深化设计是指在原设计方案的基础上，结合现场可能出现实际情况，对设计进行完善、补充，绘制成更具实施性的施工图纸，并指导现场施工[17].深化设计软件通过对建筑信息模型内的数据加以利用，可直接进行钢筋、钢结构等方面的设计，并出具包括几何形状、数量在内的详细的施工图，使效率提高。XSteel 软件便是这样一款软件，是钢结构深化设计的软件中影响深远的；此外，还有 tekla软件，能够做到 3D 的钢结构的细部设计。
2.3.6 BIM 模型检查及综合碰撞检查软件
（1） BIM 模型检查软件 BIM 技术属于信息技术，因此在建 BIM 信息模型时，会不可避免地产生一些失误：如构件的重复布置、管线与构件的碰撞、标高不统一以及空间未封闭等问题。BIM 模型检查软件则是用来检查出问题的来源，进而保证模型的正确性与完整性，以及是否符合业主以及设计规范的要求。SMC软件在国外比较具有影响力，在 BIM 技术应用过程中经常用到。国内来讲，鲁班软件的云功能实现了模型的自检，并能够生成问题报告。
（2） BIM 模型综合碰撞检查软件 BIM 模型综合碰撞检查软件可以集中各专业信息数据，并在模型中进行分析整合、计算协调以及动态模拟，类似于一款审核软件，辅助核心建模软件的各专业模型检查，出具更加完善的建筑信息模型。进行模型的综合碰撞检查，能够有效避免错误的产生，为项目设计的向前推进提供源源不断的动力。
在国外，在碰撞检测时经常用到美国的 Navisworks 软件。而随着我国 BIM 技术的发展，国内开发一些软件也能够做到碰撞检测，并出具检测报告，例如鲁班软件。
2.3.7 BIM 造价管理软件
项目管理的三大目标是成本、进度、质量，而 BIM 造价管理软件对于实现成本目标至关重要。建筑信息模型集成了项目的各种信息，造价管理软件就是通过对这些信息数据的利用分析，提供最合理的成本管理方案，并且随着项目的进行，对造价管理进行持续优化，提高了造价管理的效率。国内的造价管理还是比较成熟，常用的软件有鲁班和广联达，以鲁班软件为例，下图为该软件的整体框架流程。
2.3.8 BIM 运营管理软件
BIM 技术在前期的应用，都是在为项目的运营阶段提供条件，因此，BIM 运营管理软件是确保项目成功的关键。由于美国 BIM 技术开始早，因此他们的ArchiBUS 软件在运用管理方面极具市场影响力；我国的鲁班、广联达软件公司也开始涉足，开发出符合我国国情的软件，想必若干年后一定会将国内 BIM 技术应用推向新高度。
2.3.9 其他软件
（1）BIM 方案设计软件 Onuma Planning System 及 Affinity 等是目前市场上的主流 BIM 方案设计软件。方案设计软件能够验证设计人员的设计成果是否符合建设单位的设计目标中的所有要求。如果有不同的地方存在，再进行相应的设计调整。同时，BIM 方案设计软件能够生成与建模软件对应的成果文件，可以直接导入，便于进一步的设计与修改，尽可能的实现建设单位的需求。
（2）几何造型软件 Sketchup Pro、FormZ 及 Rhino 是较常用的几何造型软件。在设计建筑物时，不仅需要保证项目的实用性，也需要使建筑物的外观有一定的美观性。特别是在面对大型标志性建筑物进行设计时，更能显示出造型软件的重要性。相比核心建模软件，几何造型软件能更快更好的促进 BIM 技术的发展，让 BIM 技术的应用达到一个新的高度。
（3）BIM 可视化软件 3DS Max、 AccuRender、Artlantis 以及 Lightscape 等是目前最为常用的几款可视化软件。这些软件输出的可视化效果可随时产生，方便项目不同参与方能够随时随地加以利用。可视化建模也可以减少建筑信息模型建立过程中的重复劳动，并且能够大大的提高建筑信息模型的精确度，并与设计实物相符合。
2.4 本章小结
本章阐述了 BIM 技术的概念，并引出了 BIM 技术现阶段的应用领域和发展前景，由于 BIM 技术属于信息技术，依赖于计算机软件，所以总结了一些 BIM 技术应用的软件，并将不同软件进行了技术分析与比较。
