《智能建造技术与装备》 课件 第二章 BIM技术与应用

智能建造技术与装备第二章：BIM技术与应用目录一、BIM概述二、BIM技术的国内外发展现状三、BIM技术特点四、BIM技术在智能建造的应用目录一、BIM概述二、BIM技术的国内外发展现状三、BIM技术特点四、BIM技术在智能建造的应用建筑工程信息库BIM技术是Autodesk公司在2002年率先提出建筑信息模型或建筑资讯模型一词，形容以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计。一、BIM概述建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。构件几何信息

非构件对象的状态信息构件状态信息构件专业属性信息库包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，以及非构件对象（空间、运动行为）的状态信息。建筑信息模型建筑工程三维模型实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于三维模型信息数据库中。一、BIM概述借助BIM的三维模型，提高建筑工程的信息集成化程度，为建筑工程项目各方提供工程信息交换和共享的平台。①Autodesk公司的Revit建筑、结构和设备软件，常用于民用建筑；②Bentley建筑、结构和设备系列，Bentley产品常用于工业设计（石油、化工、电力、医药等）和基础设施（道路、桥梁、市政、水利等）领域；③ArchiCAD，属于一个面向全球市场的产品，应该可以说是最早的一个具有市场影响力的BIM核心建模软件。NO.2NO.3NO.1Revit建筑软件Bentley建筑软件ArchiCAD常用的BIM建模软件目录一、BIM概述二、BIM技术的国内外发展现状三、BIM技术特点四、BIM技术在智能建造的应用二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在美国发展现状美国BIM发展起源BIM的概念最早在上世纪70年代就已经提出，但直到2002年美国的Autodesk公司发表了一本BIM白皮书之后，其它一些相关的软件公司也加入，才使得BIM逐渐被大家了解。2003年，美国联邦总务署（GSA，成立于1949年）发起了3D-4D-BIM计划，要求到2007年，所有GSA项目全面BIM化，BIM开始在美国快速发展。2006年，CSI（ConstructionSpecificationsInstitute）编制完成AEC万用标准OmniClass。到2007年，全美建筑科学院NIBS推出BIM标准：全美BIM标准（NBIMS），日后被各国效仿。2013年，全美建筑科学院NIBS发布BIM指南，并且最近几年还在一直更新。1970概念提出2002Autodesk白皮书2003美国联邦总务署3D-4D-BIM2006CSI学会OmniClass2007全美建筑科学院NIBS全美BIM标准(NBIMS)政府项目全面BIM化2013《BIM指南》二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在美国发展现状美国工程建设行业，应用BIM技术的工程已占多数，根据调研，美国BIM应用率在2007、2009与2012年分别为28%、49%与71%，至2014年，美国大型建筑企业BIM应用率达91%，中型企业达86%，小型企业也有49%。国家和行业协会都出具各类BIM标准，为BIM的规范化发展打下坚实的基础。出台的一系列政策以及国家项目对BIM的应用，极大的提高了BIM技术的实际应用程度。（1）美国总务署（GeneralServiceAdministration，GSA）是倡议公营项目采用建筑信息模型的先锋，GSA对BIM技术的推广作出了巨大的贡献。在2003年推出了全国3D-4D-BIM计划，旨在为所有对3D-4D-BIM技术感兴趣的项目团队提供一站式服务，包括战略建议和技术支持。2007年，GSA要求GAS所有的项目都采用3D-4D-BIM技术，并给予相应资金的帮助。在美国，GSA在工程建设行业技术会议如AIA-TAP中都十分活跃，GSA项目也常被提名为年度AIABIM大奖，因此GSA对BIM的宣传直接提高了美国工程建设行业对BIM的应用。美国对BIM发展作出很大贡献的机构美国BIM技术的进一步发展美国总务署GSA二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在美国发展现状（2）美国陆军工程兵团（theUS

ArmyCorpsofEngineers，USACE）隶属于美国联邦政府和美国军队，是世界最大的公共工程、设计和建筑管理机构。在BIM技术的实际应用方面发挥了重要作用。USACE的第一个BIM项目是一个无家眷军人宿舍项目，利用Bentley的BIM软件进行碰撞检查以及算量。2004年11月，USACE路易维尔分区在北卡罗来纳州的一个陆军预备役训练中心项目应用了BIM技术。2006年10月，USACE发布了为期15年的BIM发展路线规划，并承诺未来所有军事建筑项目都将使用BIM技术。（3）Building

SMART联盟

(building

SMARTalliance，BSA)是美国建筑科学研究院（NIBS）在信息资源和技术领域的一个专业委员会，成立于2007年。BSA下属的国家BIM标准项目委员会专门负责美国国家BIM标准的研究与制定。2007年12月，NBIMS-US发布了NBIMS的第一版的第一部分。2012年5月，NBIMS-US发布NBIMS的第二版的内容。NBIMS第二版的编写过程采用了一个开放投稿（各专业BIM标准）、民主投票决定标准的内容，因此，也被称为是第一份基于共识的BIM标准。美国BIM标准第一版无家眷军人宿舍项目二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在英国发展现状迄今为止，英国建筑业BIM标准委员会已发布了英国建筑业BIM标准、适用于Revit的英国建筑业BIM标准、适用于Bentley的英国建筑业BIM标准，并还在制定适用于ArchiACD、Vectorworks的BIM标准，这些标准的制定为英国的AEC企业从CAD过渡到BIM提供切实可行的方案和程序。英国BIM技术发展战略1987BPIC成立1997Uniclass2007实用指南2011宣布BIM战略2016政府项目全面BIM化1987年，英国主要建筑业机构的代表联合成立了BPIC(建设项目信息委员会)。它为建筑生产信息的内容、形式和编制提供了最佳实践指导，并在整个行业中传播。到1997年，英国的BIM标准Uniclass发布，最新版为Uniclass2015。2007年，英国也推出BIM实用指南。2011年5月底，英国内阁办公室宣布BIM战略：英国政府将在2016年要求其公共工程导入合作式3DBIM应用之五年计划，正式开启了英国建筑与营建产业迈向BIM世纪的序幕。英国BIM技术的发展二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在新加坡的发展现状新加坡BIM技术发展现状新加坡负责建筑业管理的国家机构——建筑管理署（BuildingandConstruction，简称BCA），在BIM这一术语引进之前，新加坡当局就注意到信息技术对建筑业的重要作用。1982年，BCA就有了人工智能规划审批的想法；2000～2004年，发展CORENET项目，用于电子规划的自动审批和在线提交，是世界首创的自动化审批系统。2011年，BCA发布了新加坡BIM发展路线规划，规划明确推动整个建筑业在2015年前广泛使用BIM技术。新加坡的BIM技术发展已经加入了时间元素，施工方甚至可以准确知道每一天的工程进度，确保工期。同时，新加坡BIM技术很多建筑都是把整个房间在工厂内组装完毕后，直接整体运到施工现场，方便快捷，让预加工、预装配能够更好得以实现。BIM应用发展：BIM技术发展：二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在北欧的发展现状北欧BIM技术发展现状北欧BIM技术的发展主要是企业的自觉行为北欧国家包括挪威、丹麦、芬兰和瑞典，是一些建筑业信息技术的主要软件厂商（如Tekla和Solibri）所在地。这些国家是全球最先一批采用基于模型设计的国家，并且其中以国际金融中心（InternationalFinanceCenter，IFC）为代表的机构也在推动建筑信息技术的互用性和开放标准。北欧在BIM技术发展上，实现了从项目规划到运营维护的无缝衔接传递和共享，在提高建筑能源效率和环境友好性上起到了重要作用。最佳BIM项目和最佳基础设施项目挪威兰塞尔瓦大桥荷兰代尔夫特理工大学新型能源再生跨学科教学楼二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在日本的发展现状日本BIM技术发展现状2009年，大量的日本设计公司、施工企业开始应用BIM，同时政府也建立了建设项目作为试点，有“2009年是日本的BIM元年”的说法。2010年，日本33%的施工企业已经应用BIM了，在这些企业当中近90%是在2009年之前开始实施的。调研显示，采用BIM的最主要原因是BIM绝佳的展示效果，而2010年人们采用BIM主要用于提升工作效率。2012年7月，日本建筑学会发布了日本BIM指南，从各方面为日本的设计院和施工企业提供了应用指导。基于BIM技术的应用，日本提出日本智能建造生产系统i-construction4.0将建造现场打造为最先进的工厂在建造现场导入最先进的供应链体系打破阻碍建造现场生产率提升的固有思维及规范限制全面应用ICT(信息通讯技术)规格标准化(混凝土构造物）施工过程的平准化三大核心三大支柱二、BIM技术的国内外发展现状——BIM在韩国的发展现状韩国BIM技术发展现状韩国在运用BIM技术上十分领先，多个政府部门都致力于制定BIM的标准，例如韩国公共采购服务中心和韩国国土交通和海洋部。韩国主要的建筑公司已经都在积极采用BIM技术，如现代建设、三星建设、空间综合建筑事务所、大宇建设、GS建设、Daelim建设等公司。2010年4月，韩国公共采购服务中心（简称PPS）发布了如下BIM路线；2010-2012年，通过扩大BIM应用来提高设计质量；2013-2015年，构建4D设计预算管理系统；2016年，所有公共设施管理全部采用BIM，实现行业革新。韩国推出BIM的云服务系统Autodesk韩国公司于2012年7月，推出AutodeskBlM360。AutodeskBIM360包括一组云服务，有助于为建筑和基础设施所有者提供用于运营和维护的智能信息，支持项目移交和生命周期，可以让用户在整个项目生命周期中随时随地访问BIM项目信息二、BIM技术的国内外发展现状——我国BIM技术的发展现状我国BIM发展过程2005年，Autodesk进入中国宣传BIM，BIM的概念才逐步在国内被认知。2007年，建设部发布行业产品标准《建筑对象数字化标准》。2008年，上海的标志建筑上海中心决定在该项目采纳BIM技术，BIM技术开始在国内加速发展。2011年，中国出现第一个BIM研究中心，位于华中科技大学。2011年，政府部门逐步开始接触并推广BIM。2016年，住房城乡建设部印发2016-2020年建筑业信息化发展纲要中明确提出BIM重心。2017年，国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见中也明确说明了BIM的重要性。引入BIM2005上海中心应用BIM技术2008政府部门推广BIM2011关于促进建筑业持续健康发展的意见2017《建筑对象数字化标准》2007第一个BIM研究中心20112016-2020年建筑业信息化发展纲要2016目录一、BIM概述二、BIM技术的国内外发展现状三、BIM技术特点四、BIM技术在智能建造的应用三、BIM技术特点BIM技术具有八大特点

信息的完备性

信息的关联性信息的一致性BIM的可视性

BIM的协调性

BIM的模拟性

BIM的优化性

BIM的可出图性完备性关联性信息的完备性是指，BIM模型包含了设施的全部实际信息。在创建建筑信息模型行为的过程，设施的全生命周期的各个阶段的信息，从设计到施工信息，从维护信息到工程逻辑关系都全部包含在内。所有信息全部都储存进入所建立的模型之中，使得BIM模型的信息来自单一的工程数据源。信息的关联性是指，BIM中的对象是可识别且参数信息是相互关联的。即：模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新;系统能够对模型的信息进行分析和统计，并生成相应的图形和文档;能根据用户指定的方式进行显示，例如，在二维视图中生成各种施工图，如平面图、剖面图、详图等，且BIM模型可以展示为不同的三维视图，生成三维效果图。三、BIM技术特点BIM技术具有八大特点信息的完备性信息的关联性

信息的一致性

BIM的可视性

BIM的协调性

BIM的模拟性

BIM的优化性

BIM的可出图性一致性可视性信息的一致性是指，实际项目与模型中各参数实时一致。建筑工程项目的全生命周期的各个阶段节点，与其对应的BIM模型中所含的数据参数信息是互相一致的，不会存在重叠信息的出现。BIM模型所含的信息一直保持着实时联动更新，不同阶段的BIM模型可以简单地进行维护与更新，而无需重新建模，从而减少了信息不一致的错误。BIM的可视性是指，可以将建筑工程项目的全生命周期的各个环节以立体实物图形的形式展现，包括：设计可视化；机电管线综合可视化可视化碰撞检测技术交底可视化空间可视化施工组织可视化施工进度可视化三维渲染BIM的可视化是基于对建筑信息综合分析结果的呈现，这也是BIM强大数据分析能力的一种表现三、BIM技术特点BIM技术具有八大特点

信息的完备性

信息的关联性

信息的一致性

BIM的可视性

BIM的协调性

BIM的模拟性

BIM的优化性

BIM的可出图性协调性模拟性BIM的协调性是指，BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期，对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，并能在模型中生成解决方案。BIM的协调性服务可以帮助解决项目从勘探设计到环境适应再到具体施工的全过程协调问题，为提升管理效率提供了极大的便利。BIM的协调作用不止能解决各专业间的碰撞问题，还可以解决电梯井布置与其他设计布置的协调、防火分区与其他设计布置的协调、地下排水布置与其他设计布置的协调等。BIM的模拟性是指，能在建筑工程真正动工之前，先在电脑上模拟一遍建造过程，以解决设计中的不足和真实施工中可能存在的问题。这个模拟不是简单的堆积木，而是带有真实数据的、能够真正反映现实问题、可以提前发现各流程之间的冲突作业点的模拟。例如：紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等，在招投标和施工阶段可以进行4D模拟，也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案指导施工。三、BIM技术特点BIM技术具有八大特点

信息的完备性

信息的关联性

信息的一致性

BIM的可视性

BIM的协调性

BIM的模拟性

BIM的优化性

BIM的可出图性优化性可出图性BIM的优化性是指，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息以及建筑物变化以后的实际存在信息，结合配套的各种优化工具，提供了对复杂项目进行优化的更大可能。包括：项目方案的优化：将项目设计和投资回报分析结合起来，实时计算产生的各种影响，为业主提供方案的选择依据。特殊项目的设计优化：特殊项目的优化也就是针对建筑工程的某个部分进行优化，例如裙楼、幕墙、屋顶等。BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。主要包括:综合管线图，通过多方面的检查和设计修改，能够在很大程度上消除相对应的错误。综合结构留洞图。碰撞检测报告以及针对性的改进方案。目录一、BIM概述二、BIM技术的国内外发展现状三、BIM技术特点四、BIM技术在智能建造的应用四、BIM技术在智能建造的应用——在建筑施工领域的应用项目前期策划阶段项目前期策划阶段对整个建筑工程项目的影响很大美国HOK建筑师事务所麦克利米曾提出著名的麦克利米曲线图，图表表明在项目前期的优化对于项目的成本和功能影响是最大的，而优化设计的费用是最低的；而在项目后期优化对于成本和功能影响在逐渐变小，优化设计的费用却逐步增高。麦克利米曲线图BIM技术应用在项目前期的工作有很多，主要包括：现状建模与模型维护场地分析成本估算阶段规划规划编制建筑策划四、BIM技术在智能建造的应用——在建筑施工领域的应用项目设计阶段BIM在建筑设计的应用范围非常广泛，无论在设计方案论证，还是在设计创作、协同设计、建筑性能分析、结构分析，以及在绿色建筑评估、规范验证、工程量统计等许多方面都有广泛的应用。例：BIM在建筑设计中的应用流程设计方案论证：利用BIM技术构建项目模型，设计符合要求的方案，经数据对比和模拟分析确定各方案的优劣。协同设计：BIM技术整合建筑、装饰、专项设计等不同专业，发现设计中存在的问题，提升设计质量，还可以在建筑设计和专项设计之间协同解决图纸问题，提前消除矛盾或冲突，减少后期设计变更。模拟分析：建筑BIM模型提供精确的构件形状、数量情况、尺寸大小、材料信息以及与研究相关的深化信息，实现采光分析、通风分析以及能源消耗等应用。四、BIM技术在智能建造的应用——在建筑施工领域的应用项目施工阶段BIM技术在施工阶段可以有如下多个方面的应用：3D协调/管线综合、支持深化设计、场地使用规划、施工系统设计、施工进度模拟、施工组织模拟、数字化建造、施工质量与进度监控、物料跟踪等。碰撞综合协调在施工开始前利用BIM模型的可视化特性对各个专业（建筑、结构、给排水、机电、消防、电梯等）的设计进行空间协调施工方案分析在BIM模型上对施工计划和施工方案进行分析模拟，充分利用空间和资源整合，消除冲突，得到最优施工计划和方案数字化建造数字化建造的前提是详尽的数字化信息，而BIM模型的构件信息都以数字化形式存储通过BIM技术与3D激光扫描、视频、图片、GPS、移动通讯、RFID、互联网等技术的集成，可以实现对现场的构件、设备以及施工进度和质量的实时跟踪施工科学管理03010204四、BIM技术在智能建造的应用——在建筑施工领域的应用项目运营阶段在运营维护阶段BIM可以有如下这些方面的应用：竣工模型交付；维护计划；建筑系统分析；资产管理；空间管理与分析；防灾计划与灾害应急模拟。

空间管理

竣工模型交付与维护计划

资产管理

防灾模拟对设施和设备的状态进行跟踪设备的适用状态提前预判自动根据维护记录和保养计划提示保养对故障的设备从派工维修到完工验收、回访等对维修和保养均进行记录，实现过程化管理BIM能将建筑物空间信息、设备信息和其他信息有机地整合起来，结合运营维护管理系统可以充分发挥空间定位和数据记录的优势，合理制定运营、管理、维护计划，尽可能降低运营过程中的突发事件。基于BIM模型丰富的信息，可以将模型以IFC等交换格式导入灾害模拟分析软件，分析灾害发生的原因，制定防灾措施与应急预案。应用BIM技术可以处理各种空间变更的请求，合理安排各种应用的需求，并记录空间的使用、出租、退租的情况，实现空间的全过程管理四、BIM技术在智能建造的应用——在机械领域的应用机械工程总体布局图中的应用在机械工程总体布局图设计过程中，结合BIM中所有设计信息安排机械设备在建筑内的摆放位置、线路布局等，尤其是大型的生产线等生产设备。各专业设计师制作地形、建筑、结构、设备、管线等模型，对真实现场进行仿真，检查厂区道路、车间内部、设备之间间距和空间是否满足要求，完成各专业内的局部调整和专业间的协同，推动设计师和用户探索并优化设计，改善项目参与方之间的协作BIM三维模型中自动提取并生成项目详细工程图和平剖图，提升其质量与准确性，更快地准备图纸，并随时修订更新，消除手动统计，有效提高工作效率、节省资源、降低成本机械工艺方案模拟优化方面的应用在机械工程的工艺方案设计过程中，根据BIM中各方的设计信息，考量设备及管线的布置方案对生产效率的影响，进行合理的工艺方案设计。有的工艺方案可能会占用更大的作业空间，影响人员作业空间和作业安全和整洁美观；有的工艺方案会增加物流距离、管线、能源消耗，有的工艺方案会造成远期运维成本等。通过BIM在工艺方案模拟优化方面进行深化设计，可以直观对比不同方案中各设备、管线与建筑、空间的接口关系，检查综合管线是否出现交叉碰撞，同时也能找到故障问题存在的地方，大大降低故障发生的概率BIM技术可以将工艺方案中各个设备的数据分项，在整体的角度上进行数据分析，有效提高了设计人员的工作效率，减轻了设计人员的工作负担，同时可以综合评价各个工艺方案的优劣，为项目参与方选择最佳方案四、BIM技术在智能建造的应用——在机械领域的应用利用BIM技术获得机械设备三维模型，设计人员可直观地了解到整个机械工程设计中需要打孔、焊接和放线等位置信息，同时也方便操作人员与设计人员对图纸的理解一致。BIM技术使得实体设计理念成为了现实，利用建模软件来将整个机械工程设计进行了三维可视化优化调整，以动态地形式展示出来，使得设计人员可直观地了解到整个机械工程设计中所需要打孔、焊接以及切削等预留孔洞部分，可更正原二维设计图纸中孔洞少留、漏留、错留等现象，得到准确的预留孔洞尺寸和位置。对于实施技术操作人员来说，一些无法用语言表达清楚的内容也可通过BIM技术展示出来，让操作人员更加确切地了解到设计图纸中所有内容，确保设计方案最优并可直接应用于施工指导。机械工程建模中的应用不足之处：虽然BIM技术已经全面使用在机械工程设计领域中，不过仍有不足，例如在工艺平面布置图中，部分设备的空间位置只是符号化表达，布置方案也是原理性示意，无法直接应用于施工指导。实际作业往往依靠工人的经验进行安装，导致现场安装顺序比较混乱。发展方向：当下需要加大对BIM中的功能研究与关键技术研究，促使其向着智能化方向发展，尤其是与Revit和Navisworks等软件的融合，可以借助该机械模型分析，满足机械模型的信息管理、工程仿真及设施维护管理等功能，改善以往在机械工程设计中的问题，促进机械工程设计的有利发展。未来BIM技术的应用会以智能化与网络化为主，智能时代的到来，促使BIM技术更加全面，不仅对绘图、建模有帮助，还能实现有限元分析软件的对接。机械工程设计中的应用趋势四、BIM技术在智能建造的应用——应用实例北京冬奥会场馆“雪如意”——异性钢结构设计国家跳台滑雪中心外景图国家跳台滑雪中心组成图建造难度：作为依山而建的运动赛道，异形结构较多，设计难度大，通过传统CAD设计并利用二维图纸审图的方式，不仅无法有效直观地表达出各构件之间的空间关系，更无法直观表现出结构的具体位置和相关关系，设计方案和施工方案的表达就成为了一个难题。应用BIM优势：将BIM技术引入工程设计阶段，利用BIM相关软件可减少图纸修改对于项目进度造成的影响。通过生态化设计、加工、施工阶段应用BIM技术，实现工程精准、高效建造。BIM三维可视化交底，可实现现有进度与计划进度实时对比、多层级进度信息展示、关键线路及里程碑节点管控、轻量化三维模型施工进度管理。建筑结构：北京冬奥会国家跳台滑雪中心（简称雪如意），项目由主体建筑、训练跳台以及综合区组成，占地约62公顷。主体建筑由山上顶峰俱乐部、山下体育场以及二者之间的竞赛区组成，其中采用大量的异型钢框架结构，顶部圆环直径80米，计算总用钢量约1800吨。四、BIM技术在智能建造的应用——应用实例山体地形图建筑结构：“雪如意”主要由顶峰俱乐部、竞赛区以及看台组成，也是全球首个在顶部出发区设置大型建筑物的跳台滑雪场地。顶峰俱乐部形似“雪如意”顶端的“祥云”，采用异型钢框架结构、双层网壳结构，圆环直径达80米，四周均为悬挑，高度37.5米，作业面极其狭小。应用BIM优势：项目团队经过大量理论论证，前期采用BIM技术模拟施工，将每个大轴线分成若干小轴线来控制曲面的高度及弧度。同时将BI