劉占省 趙明 徐瑞龍 王澤強    
　　建筑信息模型BIM(Building Information Model)將數(shù)字技術(shù)直接應(yīng)用于建筑工程中，正在引發(fā)建筑行業(yè)一次史無前例的變革。
　　BIM是近年來在計算機輔助建筑設(shè)計領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，它是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)建立完整的、高度集成的建筑工程項目信息化模型，從而在建筑工程設(shè)計、施工及管理等整個生命周期內(nèi)，提高建筑工程的信息化、集成化程度。BIM技術(shù)在2002年由Autodesk公司率先提出，并逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍接受。如今，BIM的發(fā)展潮流已勢不可擋，美國已經(jīng)制定了國家BIM標準——NBIMS。歐洲一些國家已經(jīng)開始普及BIM技術(shù)，特別是芬蘭、挪威、德國等國，基于BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的普及率已達60%～70%。
　　在國內(nèi)，隨著建筑業(yè)對信息化要求的不斷提高、國家科研投入不斷增多及大力推動和基于BIM技術(shù)的軟件開發(fā)商宣傳下，相關(guān)機構(gòu)和各個部門已經(jīng)開始著手研究和應(yīng)用BIM技術(shù)。但是目前對BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用也僅僅處于起步階段，各研究機構(gòu)對BIM技術(shù)的研究相對分散，并沒有形成一套完整的技術(shù)體系；各企業(yè)單位也只是將BIM技術(shù)應(yīng)用到某一個或某幾個建設(shè)項目的部分建設(shè)過程中，還不能在建筑設(shè)計、施工管理及運營等整個生命周期連續(xù)應(yīng)用BIM技術(shù)。
　　針對目前情況，有必要總結(jié)我國科研機構(gòu)對BIM技術(shù)的研究和建筑行業(yè)對BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上提出我國推廣使用BIM技術(shù)過程中應(yīng)注意的問題及建議，為BIM技術(shù)在我國繼續(xù)推進和更深入的應(yīng)用提供參考。
　　BIM技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用
　　國家政府部門推動BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用——“十五”期間科技攻關(guān)計劃的研究課題“基于IFC國際標準的建筑工程應(yīng)用軟件研究”重點在對BIM數(shù)據(jù)標準IFC和應(yīng)用軟件的研究上，并開發(fā)了基于IFC的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工管理軟件。“十一五”期間，科技部制定國家科技支撐計劃重點項目《建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》；基于項目的總體目標，重點開展以下5個方面的研究與開發(fā)工作：建筑業(yè)信息化標準體系及關(guān)鍵標準研究；基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究；勘察設(shè)計企業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用；建筑工程設(shè)計與施工過程信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用；建筑施工企業(yè)管理信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用。
　　2012年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《2011～2015年建筑業(yè)信息發(fā)展綱要》提出，“十二五”期間，普及建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的應(yīng)用，加快建設(shè)信息化標準，加快推進BIM、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)的研發(fā)，促進具有自主知識產(chǎn)權(quán)軟件的研究并將其產(chǎn)業(yè)化，使我國建筑企業(yè)對信息技術(shù)的應(yīng)用達到國際先進水平。
　　2012年3月28日，中國BIM發(fā)展聯(lián)盟成立會議在北京召開。中國BIM發(fā)展聯(lián)盟旨在推進我國BIM技術(shù)、標準和軟件協(xié)調(diào)配套發(fā)展，實現(xiàn)技術(shù)成果的標準化和產(chǎn)業(yè)化，提高企業(yè)核心競爭力，并努力為中國BIM的應(yīng)用提供支撐平臺。
　　2012年6月29日，由中國BIM(建筑信息模型)發(fā)展聯(lián)盟、國家標準《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》編制組共同組織、中國建筑科學研究院主辦的中國BIM標準研究項目發(fā)布暨簽約會議在北京隆重召開。中國BIM標準標準研究項目實施計劃將為由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部批準立項的國家標準《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》(NBIMS-CHN)的最后制定和施行打下堅實的基礎(chǔ)。
　　科研機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會等推動BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用——2004年，中國首個建筑生命周期管理(BLM)實驗室在哈爾濱工業(yè)大學成立，并召開BLM國際論壇會議。清華大學、同濟大學、華南理工大學在2004～2005年間先后成立BLM實驗室及BIM課題組，BLM正是BIM技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域。國內(nèi)先進的建筑設(shè)計團隊和房地產(chǎn)公司也紛紛成立BIM技術(shù)研究機構(gòu)，如清華大學建筑設(shè)計研究院、中國建筑設(shè)計研究院、中國建筑科學研究院、中建國際建設(shè)有限公司、上海現(xiàn)代建筑設(shè)計集團等。2008年，中國BIM門戶(www.chinabim.com)成立，該網(wǎng)站以“推動發(fā)展以BIM為核心的中國土木建筑工程信息化事業(yè)”為宗旨，是一個為BIM技術(shù)的研發(fā)者、應(yīng)用者提供信息資訊、發(fā)展動態(tài)、專業(yè)資料、技術(shù)軟件以及交流溝通的平臺。2010年1月，歐特克有限公司(“歐特克”或“Autodesk”)與中國勘察設(shè)計協(xié)會共同舉辦了首屆“創(chuàng)新杯”BIM設(shè)計大賽，推動建筑行業(yè)更廣泛、深入地參與應(yīng)用BIM技術(shù)。2011年，華中科技大學成立BIM工程中心，成為首個由高校牽頭成立的專門從事BIM研究和專業(yè)服務(wù)咨詢的機構(gòu)。2012年5月，全國BIM技能等級考評工作指導(dǎo)委員會成立大會在北京友誼賓館舉辦，會議頒發(fā)了“全國BIM技能等級考評工作指導(dǎo)委員會”委員聘書。2012年10月，由REVIT中國用戶小組(Revit China User Group)主辦，全球二維和三維設(shè)計、工程及娛樂軟件的領(lǐng)導(dǎo)者歐特克有限公司支持，建筑業(yè)權(quán)威媒體筑龍網(wǎng)承辦的首屆“雕龍杯”Revit中國用戶BIM應(yīng)用大賽圓滿落幕。該賽事以Revit用戶為基礎(chǔ)，針對廣大BIM愛好者、研究者以及工程專家在項目實施、軟件應(yīng)用心得和經(jīng)驗等方面內(nèi)容而舉辦。
　　行業(yè)需求推動BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用——目前，我國正在進行著世界上最大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，工程結(jié)構(gòu)形式愈加復(fù)雜、超大型工程項目層出不窮，使項目各參與方都面臨著巨大的投資風險、技術(shù)風險和管理風險。為從根本上解決建筑生命期各階段和各專業(yè)系統(tǒng)間信息斷層問題，應(yīng)用BIM技術(shù)，從設(shè)計、施工到建筑全生命期管理全面提高信息化水平和應(yīng)用效果，國家體育場、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項目成功實現(xiàn)4D施工動態(tài)集成管理，并獲2009年、2010年華夏建設(shè)科學技術(shù)一等獎。上海中心項目工程總承包招標，明確要求應(yīng)用BIM技術(shù)。這些大型工程項目對BIM的應(yīng)用與推廣，引起了業(yè)主、設(shè)計、施工等企業(yè)的高度關(guān)注，因此必將推動BIM技術(shù)在我國建筑業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。
　　關(guān)于IFC(建筑業(yè)國際工業(yè)標準)的研究
　　建筑對象的工業(yè)基礎(chǔ)類(Industry Foundation Class——IFC)數(shù)據(jù)模型標準是由國際協(xié)同聯(lián)盟(International Alliance for Ineteroperability——IAI)在1995年提出的該標準，該標準是為了促成建筑業(yè)中不同專業(yè)，以及同一專業(yè)中的不同軟件可共享同一數(shù)據(jù)源，從而達到數(shù)據(jù)共享及交互。目前不同軟件的信息共享與調(diào)用主要由人工完成，解決信息共享與調(diào)用問題的關(guān)鍵在于標準。有了統(tǒng)一的標準，也就有了系統(tǒng)之間交流的橋梁和紐帶，數(shù)據(jù)自然在不同系統(tǒng)之間流轉(zhuǎn)起來。作為BIM數(shù)據(jù)標準，IFC在國際上已日趨成熟。在此基礎(chǔ)上，美國提出了NBIMS標準。我國建筑標準設(shè)計研究院提出了適于建筑生命周期各個階段內(nèi)的信息交換及共享的JG/T198-2007標準，該標準參照國際IFC標準，規(guī)定了建筑對象數(shù)字化定義的一般要求，資源層、核心層及交互層。2008年由中國建筑科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了工業(yè)基礎(chǔ)類平臺規(guī)范(國家指導(dǎo)性技術(shù)文件)。此標準相對于IFC在技術(shù)和內(nèi)容上保持一致，并根據(jù)我國國家標準制定相關(guān)要求，旨在將其轉(zhuǎn)換成國家標準。
　　清華大學軟件學院在歐特克中國研究院(ACRD)的支持下開展中國BIM標準的研究，BIM標準研究課題組于2009年3月正式啟動，旨在完成中國建筑信息模型標準(即CBIMS，China Building Information Modeling Standard)的研究。同時，為進一步開展中國建筑信息模型標準的實證研究，清華大學軟件學院與CCDI集團簽署B(yǎng)IM研究戰(zhàn)略合作協(xié)議，CCDI集團成為“清華大學軟件學院BIM課題研究實證基地”。馬智亮教授等對比了IFC標準和現(xiàn)行的成本預(yù)算方法及標準，為IFC標準在我國成本預(yù)算中的應(yīng)用提出了相應(yīng)的解決方案。鄧雪原等研究了設(shè)計各專業(yè)之間信息的互用問題，并以IFC標準為基礎(chǔ)，提出了可以將建筑模型與結(jié)構(gòu)模型很好的結(jié)合的基本方法。張曉菲等在闡述IFC標準的基礎(chǔ)上，重點強調(diào)了IFC標準在基于BIM的不同軟件系統(tǒng)之間信息傳統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，指出IFC標準有效地實現(xiàn)了建筑業(yè)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和建筑物生命周期管理。2012年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部批準立項的國家標準《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》(NBIMS-CHN)，旨在推進我國建筑工程領(lǐng)域重大技術(shù)進步，為實現(xiàn)中國自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM系統(tǒng)工程奠定堅實基礎(chǔ)。
　　綜上所述，目前我國引進了IFC標準的平臺部分，并結(jié)合我國規(guī)范進行了一定程度的本土化，對于IFC標準探討和研究已經(jīng)取得初步成果，但結(jié)合我國建筑工程實際對標準進行拓展的工作相對缺乏。因此下一步研究工作要重點針對我國建設(shè)領(lǐng)域的具體實際情況，開展有關(guān)BIM數(shù)據(jù)標準更深入的研究。
　　關(guān)于BIM軟件的研究
　　與目前普及應(yīng)用的CAD技術(shù)比較，BIM中一個非常突出的特點就是：BIM不是一個軟件能完成的工作。目前，國外主流BIM設(shè)計軟件有Autodesk Revit系列、Benetly Building系列，以及Graphsoft的ArchiCAD等，以這些軟件為核心的BIM平臺均為開放的，有很強大的二次開發(fā)端口，讓很多專業(yè)人員能夠根據(jù)實際需求進行二次開發(fā)。雖然國外的這些軟件已進入我國市場，但是目前還不能很好地滿足我國規(guī)范要求，而這些軟件是BIM技術(shù)推廣的基礎(chǔ)，另外，我國要自主研發(fā)BIM應(yīng)用軟件。其實在目前來講，我國建設(shè)工程各階段具有很好的應(yīng)用軟件基礎(chǔ)，一批專業(yè)應(yīng)用軟件已具有較高的市場覆蓋率，可以基于這些軟件的系統(tǒng)架構(gòu)、專業(yè)功能、標準和規(guī)范集成功能、操作習慣及市場格局等，提升它們的BIM能力和專業(yè)功能，并解決各軟件間信息交互性問題，即可成為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)BIM軟件。
　　因此，在國家“十一五”的科技支撐計劃中開展了對于BIM技術(shù)的進一步研究，清華大學、中國建筑科學研究院、北京航空航天大學共同承接的“基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”項目目標是將BIM技術(shù)和IFC標準應(yīng)用于建筑設(shè)計、成本預(yù)測、建筑節(jié)能、施工優(yōu)化、安全分析、耐久性評估、信息資源利用等7個方面。季俊等在闡述BIM技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，研究了鋼結(jié)構(gòu)BIM三維可視化信息、制造業(yè)信息及分析信息的集成技術(shù)，并在Autodesk平臺上，選用ObjectARX技術(shù)開發(fā)了基于上述信息的輕鋼廠房鋼構(gòu)、重鋼廠房結(jié)構(gòu)及多高層鋼框架結(jié)構(gòu)BIM軟件，實現(xiàn)了BIM與輕、重鋼廠房和高層鋼結(jié)構(gòu)工程的各個階段的數(shù)據(jù)接口。劉照球等構(gòu)建了一種主要涵蓋建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的信息模型集成框架體系，該體系可初步實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)模型信息的集成，為研發(fā)基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程軟件系統(tǒng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。馬智亮深入分析了國內(nèi)外現(xiàn)行建筑工程預(yù)算軟件的現(xiàn)狀，并基于BIM技術(shù)提出了我國下一代建筑工程預(yù)算軟件框架。馬智亮等還建立了基于IFC標準和IDF格式的建筑節(jié)能設(shè)計信息模型，然后基于該模型，建立并實現(xiàn)了由節(jié)能設(shè)計IFC數(shù)據(jù)生成IDF數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換機制。該轉(zhuǎn)換機制為開發(fā)基于BIM的我國建筑節(jié)能設(shè)計軟件奠定了基礎(chǔ)。馬智亮研究組建立了下一代建筑節(jié)能設(shè)計軟件的總體框架模型并進行系統(tǒng)開發(fā)。陸寧建立了施工企業(yè)信息資源利用概念框架，建立了基于IFC標準的信息資源模型并成功將IFC數(shù)據(jù)映射形成信息資源，最后設(shè)計開發(fā)了施工企業(yè)信息資源利用系統(tǒng)InfoReuse。魏振華、馬智亮在C++語言開發(fā)環(huán)境下，研制了一種可以靈活運用BIM軟件開發(fā)的三維圖形交互模塊3DGI，并進行了實際應(yīng)用。曾旭東教授研究了BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，提出將BIM技術(shù)與建筑能耗分析軟件結(jié)合進行設(shè)計的新方法。王琳等通過結(jié)合BIM技術(shù)和成熟的面向?qū)ο蠼ㄖO(shè)計軟件ABD，研究了構(gòu)建基于BIM技術(shù)為特征的下一代建筑工程應(yīng)用軟件等技術(shù)。張雷等利用三維數(shù)據(jù)信息可視化技術(shù)實現(xiàn)了以《綠色建筑評價標準》為基礎(chǔ)的綠色評價功能。張昆從建筑軟件開發(fā)的角度對BIM軟件的集成方案進行初步研究，從接口集成和系統(tǒng)集成兩大方面總結(jié)了BIM軟件集成所要面臨的問題。高永剛等研究了基于BIM的可視化技術(shù)，并應(yīng)用于實際工程中。葉英華、刁波將BIM技術(shù)應(yīng)用于混凝土截面時效非線性分析中，開發(fā)了基于BIM技術(shù)的混凝土截面時效非線性分析軟件系統(tǒng)(Non-Linear Analysis System，NLAS)。
　　清華大學土木工程系教授張建平領(lǐng)導(dǎo)的課題組目前正專注于4D研究，該課題組從1991年開始就致力于建筑施工進度與場地布置三維可視化模擬和動態(tài)管理方面的研究；1995年，該課題組研發(fā)成功了用于多層建筑施工進度與場地利用的體現(xiàn)4D的概念的GCPSU系統(tǒng)；2000年該課題組王倩基于GCPSU系統(tǒng)提出了可以將施工對象、場地三維模型、Project進度管理鏈接起來的4D施工管理模型4DSMM；2002年，該課題組王洪鈞提出了一個擴展的4D施工管理模型4DSMM++(4D Site Management Model++)。2002年之后，經(jīng)過研究的不斷深入和完善，4D施工管理系統(tǒng)不但應(yīng)用到了實際中，且達到了國際先進水平。2003年12月，基于4DSM++開發(fā)的建筑施工4D項目管理系統(tǒng)4D-GCPSU應(yīng)用于北京奧運會國家體育場工程投入使用。2005年開發(fā)出了“建筑工程4D施工管理系統(tǒng)”，實現(xiàn)了統(tǒng)一、有效的施工管理數(shù)據(jù)的集成化管理。2009年張建平等通過引入4D信息模型以提供統(tǒng)一的信息平臺環(huán)境并解決相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出了針對當前狀態(tài)的靜態(tài)預(yù)警機制和基于趨勢預(yù)測的動態(tài)預(yù)警機制。張建平等人還對面向建筑全生命周期的集成BIM建模技術(shù)進行了研究。開發(fā)了BIM數(shù)據(jù)集成與服務(wù)平臺(BIM Date Integration and Server Platform，BIMDISP)，提出了集成4D技術(shù)和過程模擬的建筑施工計劃管理及優(yōu)化方法，開發(fā)了相應(yīng)的集成系統(tǒng)。BIM技術(shù)在物業(yè)管理階段的應(yīng)用研究也已起步，張建平等人開發(fā)出一種基于IFC標準的建筑物業(yè)信息模型和IFC數(shù)據(jù)交換接口，建立智能物業(yè)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化的物業(yè)管理功能。同時，國內(nèi)一些軟件開發(fā)商如天正、廣聯(lián)達、魯班軟件、理正、鴻業(yè)、博超等也都參與了BIM軟件研究，并對BIM技術(shù)在我國的推廣作出了貢獻。
　　由此可見，BIM軟件在我國本土的研發(fā)和應(yīng)用也已初見成效，在建筑設(shè)計、三維可視化、成本預(yù)測、節(jié)能設(shè)計、施工管理及優(yōu)化、性能測試與評估、信息資源利用等方面都取得了一定的成果。但是，正如美國buildingSMART聯(lián)盟主席Dana K. Smith先生所說：“依靠一個軟件解決所有問題的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了。”BIM是一種成套的技術(shù)體系，BIM相關(guān)軟件也要集成建設(shè)項目的所有信息，對建設(shè)項目各個階段的實施進行建模、分析、預(yù)測及指導(dǎo)，從而將應(yīng)用BIM技術(shù)的效益最大化。 （建筑時報）