BIM的发展与研究.docx

BIM的发展现状与研究【摘要】通过对BIM技术的产生与发展的研究，对国内外的BIM技术研究与应用现状进行了总结，对现阶段国际、国内BIM技术在设计、施工、运维等不同阶段的应用情况、国内外BIM标准的进化等内容进行归纳整理，提出了在未来的建筑工程领域BIM技术的发展趋势和设想。【关键词】BIM；应用现状；发展趋势一、BIM的概念与特点自从1975年，美国的ChuckEastman提出了建筑物计算机模拟系统（Building Description System，BDS）的概念以来，建筑信息模型既BIM技术的理念有着迅速的发展建筑信息模型（BIM）的概念最开始在美国得以推广应用，随后欧洲、日本、新加坡等国家也得到了积极的推广。引用美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义，BIM有三个层次的含义：1.BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达；2.BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；3.在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中*、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。根据BIM的定义，结合工程建设实践，总结出BIM具有以下五个特点：1. 可视化；2协调性；3模拟性；4优化性；5可出图性。二、BIM应用现状1、国际BIM应用发展情况美国是较早启动建筑业信息化研究的国家，BIM研究与应用都走在世界前列。根据McGraw Hill 的调研。2012年工程建设行业采用BIM的比例从2007年的28%增长到2012年的71%。其中74%的承包商已经在实施BIM了，超过了建造师（70%）及机电工程师（67%）。2011年，新加坡BCA与一些政府部门合作确立了示范项目。BCA将强制要求提交建筑BIM模型（2013年起）、结构与机电BIM模型（2014年起），并且最终在2015年前实现所有建筑面积大于5000平方米的项目都必须提交BIM模型目标。BCA于2010年成立了一个600万新币的BIM基金项目，鼓励新加坡的大学开设BIM课程、为毕业学生组织密集的BIM培训课程、为行业专业人士建立了BIM专业学位。韩国公共采购服务中心（PPS）于2010年4月发布了BIM路线图，内容包括：2010年，在1-2个大型工程项目应用BIM；2011年，在3-4个大型工程项目应用BIM;2012-2015年，超过5-亿韩元大型工程项目都采用4D BIM技术（3D+成本管理）；2016年前，全部公共工程应用BIM技术。2010年12月，PPS发布了设施管理BIM应用指南，针对初步设计、施工图设计、施工等阶段中的BIM应用进行指导，并于2012年4月对其进行了更新。2010年1月，韩国国土交通海洋部发布了建筑领域BIM应用指南，土木领域的BIM应用指南也以立项。香港房屋署自2006年起，已率先试用建筑信息模型。为了成功地推行BIM，香港房屋署自行订立BIM标准、用户指南、组建资料库等设计指南和标准。这些资料有效地为模型建立、管理档案，已经用户之间的沟通创造了良好的环境。2009年11月，香港房屋署发布了BIM应用标准。预计在2014-2015年BIM技术将覆盖香港房屋署的所有项目。早在2007年，台湾大学与Autodesk签订了产学研合作协议，重点研究建筑信息模型（BIM)及动态工程模型设计。2009年，台湾大学土木工程系成立了“工程信息仿真与管理研究中心”，并与淡江大学工程法律研究发展中心合作出版了工程项目应用建筑信息模型之契约模板高雄应用科技大学土木系也于2011年成立了工程资讯整合与模拟（BIM)研究中心。2011年5月，我国住建部发布了2011-2015建筑业信息化发展纲要，2012年1月，住建部“关于印发2012年工程建设标准规范制定修订计划的通知”宣告了中国BIM标准制定工作的正式启动。前期一些大学和科研院所在BIM的科研方面也做了很多探索，如清华大学通过研究，参考NBIMS，结合调研提出了中国建筑信息模型标准框架（CBIMS)。随着企业各界对BIM的重视，对大学的BIM人才培养需求渐起，部分院校成立了BIM方向的工程硕士的培养。2、国内企业应用现状我国的BIM应用虽然刚刚起步，但发展速度很快，许多企业有了非常强烈的BIM意识，出现了一批BIM应用的标杆项目，同时，BIM的发展也逐渐得到了政府的大力推动。目前设计企业应用BIM的主要内容：1、方案设计：使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析外，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性;2、扩初设计：建筑、结构、机电各专业建立BIM模型，利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计;3、施工图：各种平面、里面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到;4、设计协同：设计有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划，互提资料、校对审核、版本控制等。5、设计工作重心前移：目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。目前施工企业应用BIM的主要内容：1、碰撞检查，减少返工。利用BIM的三维技术在前期进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。2、模拟施工，有效协同。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行进度模拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，项目参建方都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌。从而减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。利用BIM技术进行协同，可更加高效信息交互，加快反馈和决策后传达地周转效率。利用模块化的方式，在一个项目的BIM信息建立后，下一个项目可类同的引用，达到知识积累，同样工作只做一次。3、三维渲染，宣传展示。三维渲染动画，可通过虚拟现实让客户有代入感，给人以真实感和直接的视觉冲击，配合投标演示及施工阶段调整实施方案。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础，*提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的宣传介绍，在投标阶段可以提升中标几率。4、知识管理，保存信息模拟过程可以获取施工中不易被积累的知识和技能，使之变为施工单位长期积累的知识库内容。目前运维阶段BIM的应用主要有：1、空间管理。空间管理主要应用在照明、消防等各系统和设备空间定位。获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。 2、设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会（NIST）于2004年进行了一次研究，业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的三分之二。而BIM技术的特点是，能够提供关于建筑项目的协调一致的、可计算的信息，因此该信息非常值得 共享和重复使用，且业主和运营商便可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失。此外还可对重要设备进行远程控制。 3、隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的管线信息是施工单位不关注的，或者说这些资料信息可能在某个角落里，只有少数人知道。特别是随着建筑物使用年限的增加，人员更换频繁，这些安全隐患日益显得突出，有时直接导致悲剧酿成。基于BIM技术的运维可以管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、网线、电线以及相关管井，并且可以在图上直接获得相对位置关系。当改建或二次装修的时候可以避开现有管网位置，便于管网维修、更换设备和定位。内部相关人员可以共享这些电子信息，有变化可随时调整，保证信息的完整性和准确性。 4、应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援，而通过BIM技术的运维管理对突发事件管理包括：预防、警报和处理。通过BIM系统我们可以迅速定位设施设备的位置，避免了在浩如烟海的图纸中寻找信息，如果处理不及时，将酿成灾难*故。 5、节能减排管理。通过BIM结合物联网技术的应用，使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后，可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并具有较强的扩展性。系统还可以实现室内温湿度的远程监测，分析房间内的实时温湿度变化，配合节能运行管理。在管理系统中可以及时收集所有能源信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，比如各区域，各户主的每日用电量，每周用电量等，并对异常能源使用情况进行警告或者标识。3、BIM应用中存在的问题BIM在实践过程中也遇到了一些问题和困难，主要体现在4个方面：一是在BIM应用软件方面。目前，市场上的 BIM软件很多，但大多用于设计和招投标阶段，施工阶段的应用软件相对匮乏。大多数BIM软件以满足单项应用为主，集成性高的BIM应用系统较少，与项目 管理系统的集成应用更是匮乏。此外，软件商之间存在的市场竞争和技术壁垒，使得软件之间的数据集成和数据交互困难，制约了BIM的应用与发展。二是在BIM数据标准方面。随着BIM技术的 推广应用，数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。作为国际标准的IFC数据标准在我国的应用和推广不理想，而我国对国外标准的研 究也比较薄弱，结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。在实际应用过程中，不仅需要像IFC一样的技术标准，还需要更细致的专业领域应用标 准。三是在BIM应用模式方面。一方面，BIM的专项应用多，集成应用少，而BIM的集成化、协同化应用，特别是与项目管理系统结合的应用较少；另一方面，一个完善的信息模型能够连接建设项目生命周期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与各方提供了一个集成管理与协同工作的环境，但目前由于参建各方出于各自利益的考虑，不愿提供BIM模型，不愿协同，不愿精确和透明，无形之中为BIM的深入应用和推广制造了障碍。四是在BIM人才方面。BIM从业人员不仅应掌握BIM工具和理念，还必须具有相应的工程专业或实践背景，不仅要掌握一两款BIM软件，更重要的是能够结合企业的实际需求制订BIM应用规划和方案，但这种复合型BIM人才在我国施工企业中相当匮乏。三、国内外BIM标准发展情况美国的地方组织制定了相关的BIM标准。例如，2006美国总承包商协会发布承包商BIM使用指南；2008年美国建筑 师学会颁布了BIM合同条款 E202-2008“BuildingInformationModeling(BIM)ProtocolExhibit”；2009年美国洛杉矶大学制 定了面向DBB工程模式的BIM实施标准LACCDBuildingInformationModelingStandardsForDesign-BidBuildProjects。此外，英国在2009年发布了“AEC(UK)BIMStandard”；2010年进一步发布了基于 Revit平台的BIM实施标准“AEC(UK)BIMStandardforAutodeskRevit”；2011年又发布了基于Bentley平 台的BIM实施标准“AEC(UK)BIMStandardforBentleyBuilding”。挪威也于2009年发布了 BIMManual1.1，并于2011年发布了BIMManual1.2。一些亚洲国家，例如新加坡在2012年发布了 SingaporeBIMGuide。韩国方面，韩国国土海洋部在2010年1月颁布了建筑领域BIM应用指南；2010年3月，韩国虚拟建造研究院制定了BIM应用设计指南三维建筑设计指南；2010年12月，韩国调达厅颁布了韩国设施产业BI应用基本指南书建筑BIM指南。为了把BIM技术应用的更好，很多国外政府制订了具体的技术政策，美国早在2003年就开始规定了具体的政策。为了提高建筑领域的生产效率，支持建筑行业信息化水平的提升，GSA（美国总务管理局）推出了国家3D-4D-BIM计划，鼓励所有GSA的项目采用3D-4D-BIM技术，并给与不同程度的资金 资助。2009年7月，美国威斯康辛州成为第一个要求州内新建大型公共建筑项目使用BIM的州政府，威斯康辛州国家设施部门发布实施规则要求从2009年 7月开始，州内预算在500万美元以上的公共建筑项目都必须从设计开始就应用BIM技术。此外，韩国公共采购服务中心下属的建设事业局于2010 年制定了BIM实施指南和路线图，规定先在小范围内试点应用，然后逐步扩大应用规模，力求在2012-2015年500亿韩元以上建筑项目全部采用 3D+Cost的设计管理系统，到2016年计划实现全部公共设施项目使用BIM技术。澳大利亚也制定了国家BIM行动方案，2012年6月，澳大利亚buildingSMART组织受澳大利亚工业、教育等部门委托发布了一份国家BIM行动方案。制订了按优先级排序的“国家BIM蓝图”，首先 规定需要通过支持协同、基于模型采购的新采购合同形式。第二规定了BIM应用指南。第三将BIM技术列为教育之一。第四规定产品数据和BIM库。第五规范 流程和数据交换。第六执行法律法规审查。第七推行示范工程，鼓励示范工程用于论证和检验上述六项计划的成果用于全行业推广普及的准备就绪程度。我们国家在BIM研究方面起步比较早，1998年国内专业人员开始接触和研究IFC标准，2000年IAI开始与我国政府有关部门、科研组织进行接触，使我们全面了解了IAI的目标、组织规程、IFC标准应用等问题。IFC标准借鉴了国际产品数据标准STEP标准的技术，具有技术的先进性和开放性。2001年至2000年，国家863计划项目提出“数字社区信息表达与交换标准”，实际上就是基于IFC标准制定了一个计算机可识别的社区数据表达与交换的标准，提供社区信息的表达以及可使社区信息进行交换的必要机制和定义。探索了IFC标准实际工程应用问题，以及根据我国建筑行业的实际情况 进行必要扩充的问题。主要有三件事情：第一是深入研究IFC标准，第二是基于这个标准开发了一个CAD系统，第三是基于IFC建筑工程4D施工管理系统。施工要有一个数据化系统框架，通过IFC标准建立一套系统来存储信息，同时，绿色建筑设计支撑软件系统。2009-2010年，清华大学、Autodesk 公司联合开展了中国BIM标准框架研究，同时也参与了欧盟的合作项目，它在建筑领域有一个欧洲的标准统一研究项目，实际上就是研究IFC标准在整个建筑产业链当中的适用性，组成了一个庞大的课题组。第一计划是统一标准建筑工程信息模型统一应用标准；第二是制定基础标准，编制信息模型存储和编码标准；第三是编制执行标准，制定建筑工程设计标准和制造工业工程设计信息模型应用标准。上海申通地铁集团2014年9月发布了城市轨道交通BIM应用系列标准，包含：轨道交通工程建筑信息模型建模指导意见、交付标准、应用技术标准、族创建标准、设施设备分类与编码标准等5个分册。深圳工务署2015年5月4日发布了全国首例政府公共工程的BIM标准：政府公共工程BIM应用实施纲要、BIM实施管理标准，包括BIM应用的形势与需求、政府工程项目实施BIM的必要性、BIM应用的指导思想、BIM应用需求分析、BIM应用目标、BIM应用实施内容、BIM应用保障措施和BIM技术应用的成效预测等8章内容。广州地铁2014年通过上海建科工程咨询有限公司与之合作的企业级BIM咨询项目，打造了广州地铁的企业级BIM标准，此标准还将升级成广东省BIM标准，目前正在申报过程中。四、BIM技术的应用趋势BIM技术在未来的发展必须结合先进的通信技术和计算机技术才能够*提高建筑工程行业的效率，预计将有以下几种发展趋势：第一，移动终端的应用。随着互联网和移动智能终端的普及，人们现在可以在任何地点和任何时间来获取信息。而在建筑设计领域，将会看到很多承包商，为自己的工作人员都配备这些移动设备，在工作现场就可以进行设计。第二，无线传感器网络的普及。现在可以把监控器和传感器放置在建筑物的任何一个地方，针对建筑内的温度、空气质量、湿度进行监测。然后，再加上供热信息、通风。信息、供水信息和其他的控制信息。这些信息通过无线传感器网络汇总之后，提供给工程师就可以对建筑的现状有一个全面充分的了解，从而对设计方案和施工方案提供有效的决策依据。第三，云计算技术的应用。不管是能耗，还是结构分析，针对一些信息的处理和分析都需要利用云计算强大的计算能力。甚至，我们渲染和分析过程可以达到实时的计算，帮助设计师尽快地在不同的设计