浅谈BIM技术的发展历程及其工程应用

牛美红

摘 要：在建筑业逐步走向低污染、低能耗、可持续发展道路的国际形势下，传统的CAD模式和技术已经难以满足建筑业信息化发展的要求。BIM技术能实现数据信息的交流和共享，能提高信息传递的完整性和及时性，在工程项目中的应用可以提高生产质量、降低成本，这些优势符合建筑业信息化发展的需求。文章从BIM的内涵出发，阐述了BIM技术在建筑工程项目各阶段的具体应用，结合BIM系列软件在实际工程中的应用，提高BIM理念在工程相关人员中的认知度，并对我国的BIM研究和推广提供参考。

关键词：BIM技术；历程；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.100

1 BIM技术的发展历程

目前BIM技术主要用来创建信息模型，但从其发展历程来看，建筑业最早是在设计阶段出现BIM技术的构想和实践的，因此BIM概念应从属于CAD概念，BIM也符合CAD所蕴含的计算机辅助设计的理念，BIM技术是建筑业的新一代CAD技术。

1.1 二维CAD技术的应用

如何更好的让别人理解自己的设计理念，是人类一直以来不断研究的问题。追溯到古埃及，人们将住宅剖面画在壁画中，利用二维图像来表达建筑。造纸术的发明并传入欧洲，人们进入了用二维图纸来表达设计和指导建造过程的时代。二维图纸包含着建筑信息，成为设计交流和建造过程的物质中介。

建筑设计方法和生产模式随着CAD技术的开发和升级产生了大的变革。CAD的出现让建筑工程人员从传统的手工画图、计算的工作模式转变成了电脑绘图，软件算量、计价的模式，让人们能更方便、更及时的进行方案修改与优化。不仅节省了人力物力，更重要的是提高了设计出图效率，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。

1.2 三维CAD技术的应用

上世纪以来，计算机技术飞速发展，建筑师利用计算机辅助设计（CAD）进行电脑绘图，摆脱了手工绘图，提高了设计效率。尽管如此，工程师的工作模式依然停留在二维模式，没有摆脱二维的思维方式。

建筑设计软件的开发引入了面向对象的方法，出现了天正、ADT等建筑设计软件。这些软件将建筑构件（门、窗、梁、墙、柱等）定义为不同的对象，将有关数据和操作关联在建筑对象中，从而完成由具有属性特征的建筑构件构成的设计图，告别了由线段、弧线等图元组成得几何图形时代。在面向对象模式下，对平面图的相关操作和三维建模之间是双向联动的，修改了平面图后，其对应的三维模型对象也得到了修改，反之亦然。三维模型构件还可以添加更多属性数据，如材料密度、导热性能等物理参数，为进行结构计算、节能计算创造了条件，具备了为优化设计提供实时计算分析的能力，实现信息建模。

1.3 建筑业的BIM技术

ADT或天正软件实现了三维设计和无纸化建造，但他们的三维模型所包含的信息量依然是有限的，传达的信息是单一的，即“视觉信息”。这些软件提供了一个强大的外观形态工具，其建立的模型却无法容纳建筑面积、材料、构件重量、受力情况等信息，然而建筑信息模型（BIM）可以解决这一问题。

BIM技术的核心是一个由三维模型形成的数据库，数据中不仅包含了设计过程的设计信息，还包含了从规划、设计到建成使用甚至运营管理，建筑全生命周期的全部信息[1]。在这个三维模型数据库中，不仅包含外观形状的视觉信息，还包含大量非外观信息，如建筑用料规格、价格、构件重量、受力性能等。建筑信息模型中还可容纳规划条件信息、地理环境现状信息、建筑造型和空间几何形体信息、结构尺寸和受力信息、水电暖方面管道布置信息、建筑材料与构造信息等等。这些信息均包含与三维模型中，建筑项目全过程的信息在三维模型中均有描述。

2 BIM技术在建筑项目各阶段的应用概述

BIM模型在建筑项目信息传递中起着举足轻重的作用，模型是在各个阶段逐步创建的，模型中的信息来源具有一致性和可扩展性，各个阶段可以自由增加和更改信息的种类和数量。利用BIM技术规范构建建筑信息模型，将各阶段的信息汇总到BIM模型中，实现全生命周期的信息管理，提高项目整体设计、施工、运营的效率。

2.1 设计工作阶段

设计阶段是BIM技术应用最为广泛和关键的阶段。传统的二维设计方式设计信息通过分散的图纸进行表达，各设计信息之间缺少自动关联，各阶段、各专业的信息是孤立的，难以实现信息共享。二维工作模式下设计人员只有定期的、节点性的沟通方式进行资料互提，进行设计信息的交换。这种工作模式下容易出现图纸繁多、错误频出、变更复杂等问题，运用BIM技术能很好地避免此类问题的发生。

BIM技术具有规范的构建标准，为信息的表达提供了统一的数字化方式，从而实现各专业、各阶段信息的有效传递。BIM技术的协同工作平台支持设计各阶段相关人员的协同设计，建立了信息共享的工作模式。设计阶段BIM模型的建立要充分考虑模型在建筑项目各阶段的应用，为项目模型的性能分析、经济分析、施工模拟、运营维护管理等阶段的应用提供信息，实现BIM模型的可持续化利用[2]。

2.2 施工阶段

在施工阶段，传统的二维工作模式下容易出现施工质量不稳定、工作效率不高、工期难以保证等问题，运用BIM技术的优势能很好地避免这些问题的发生。CAD时代，2D图纸很难将设计中的冲突表现出来，施工前难以及时发现这些设计错误，导致施工进行过程中不得已进行工程变更，增加了成本。BIM技术将各个专业的设计成果整合到一个中心文件中，各专业间的冲突在整体设计模型中一目了然，从而在施工之前解决了设计冲突，縮短了工期，降低了成本，提高了工作效率。

BIM模型可以对施工方案进行模拟，实现施工方案的比选和优化，进而提高施工效率，减少工程变更带来的损失。结合施工进度计划，通过动态3D模型模拟施工流程及现场施工情况，及时发现场地与空间的冲突、人员和设备的安全等方面的问题，对施工方案进行优化[3]。BIM模型可以存储项目中所用到的各种资源的相关信息，如人员、材料、设备等，为项目管理方与各参与方提供了协同工作平台，保证了对资源的有效管理。

2.3 运营维护阶段

在设计、施工阶段不断形成和完善的BIM模型拥有建筑项目各阶段、各专业的信息，各参与方可及时对项目信息进行查询和利用。当项目某一阶段产生变更时，BIM模型会及时同步数据并更新模型，为运营维护阶段提供有效的数据信息。BIM模型能提供设备性能、使用情况等信息，提供各方面的数据更新记录，还可以对建筑项目的物理信息和财务数据进行管理。

3 BIM技术的特点

3.1 信息多元化

建筑信息模型中的建筑构件不单指视觉可见的三维构件，它还可以模拟诸如重量、受力状况、材料的传热系数、耐火等级、构件的造价、采购信息等的非几何属性。

Revit中的基本构件是族，是一个参数化的构件，包含了构件的物理信息和功能信息。

这些参数都是以单元构件为载体，储存于系统数据库中，可以应用于整个生命周期。将BIM模型中的基本构件信息整合便是一个完整的建筑物所包含的全部项目信息，包括屋面明细表、楼梯明细表等各种综合表格。我们根据这些表格对工程的成本造价进行估测，并依据这样的表单要求供应商提供相应的材料，这就为BIM技术在工程项目中的管理应用创造了条件。

3.2 参数驱动，各种数据实时关联

模型中由软件自动创建或由设计者在开发期间创建的图元之间的关系就是“参数化”。BIM的协调能力和生产率优势都是基于参数化来实现的，对模型中任意构件或位置进行修改时，整个项目内部会协调修改。BIM软件利用数据关联技术进行三维建模，模型可生成各种平、立、剖面图，区别于传统分别画图的方式，避免影响不同视图间的一致性。各种工程数据之间联系紧密、一致，当对数据库中任意数据进行修改时，模型中与其关联的部分将同时反映出来。如果对平面图进行了修改，在立面图、剖面图、效果图、明细表以及其他相关图纸中均会进行修改，从而提高工作效率，保证项目的质量。同时，当改变Revit中的任何一个构件参数时，平面图、立面图、三维视图中也会自动进行修改。

3.3 各参与方协同合作

随着建筑业的不断发展，工程项目的复杂程度不断增加，建筑工程领域的不同学科专业间的合作逐渐成为发展趋势。CAD背景下，没有统一的技术平台，各专业之间的交流存在很大障碍，而建筑信息模型为各专业提供了一个理想的技术协作平台。在同一数据模型下，BIM模型中的大型数据库允许多人在设计、施工、管理等阶段进行访问，使得协同工作方式更灵活快捷。技术人员可以共享设计成果、设计进度、预算信息、施工进度、成本信息、工程使用情况、财务信息等数据。项目参与方可以把建筑信息模型作为一个良好的基础操作平台，如施工企业可以在建立的基础模型上添加时间参数模拟施工进度，政务部门可以进行电子审图等。这种平台改变了建筑项目中各专业、各参与方的协调模式，各方可以根据同一个数据模型进行协同工作。

4 结语

总之，通过对BIM技术的内涵、发展现状的研究，得出BIM是一种贯穿建筑项目全生命周期的一种管理理念。BIM技术能够提供信息数据库、可视化三维模型、协同工作平台等，改革了建筑项目设计、施工、运营维护的工作模式，提高了生产效率。

参考文献：

[1]清华大学BIM课题组.设计企业BIM实施标准指南[M].中国建筑工业出版社，2013.

[2]王珺.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究[D].成都：西南交通大学，2011.

[3]何关培，王秩群，应宇垦.BIM总论[J].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]姜曦.谈BIM技術在建筑工程中的运用[J]，山西建筑，2013（02）：109-110.

[5]过俊.BIM在国内建筑全生命周期的典型应用[J].建筑技艺，2011（Z1）：95-99

[6]贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量，2013（03）：12-19.