1 概述

　　1.1 手工繪圖到計算機(jī)2D繪圖，實現(xiàn)第一次革命

　　2000年，CAD(Computer Aided Design)技術(shù)推廣及應(yīng)用使建筑設(shè)計從手工繪圖走向2D數(shù)據(jù)的電子繪圖，即“甩圖板”運動，可以說是建筑工程設(shè)計領(lǐng)域第一次革命。2D CAD技術(shù)使傳統(tǒng)的設(shè)計方法和生產(chǎn)模式發(fā)生了深刻變化。這不僅把工程設(shè)計人員從傳統(tǒng)的設(shè)計計算和手工繪圖中解放出來，可以把更多的時間和精力放在方案優(yōu)化、改進(jìn)和復(fù)核上，而且提高設(shè)計效率，大大縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計質(zhì)量。

　　1.2 3D效果圖的應(yīng)用

　　2D圖紙應(yīng)用的局限性較大，不能直觀體現(xiàn)建筑設(shè)計的各類信息，因此一些復(fù)雜項目采用制作實體模型的辦法在整個設(shè)計過程中溝通設(shè)計意圖，以彌補(bǔ)單一方式的不足。在計算機(jī)普遍應(yīng)用后，設(shè)計人員開始進(jìn)行3D建模、進(jìn)行3D實體造型。但這種模型過于簡化，僅僅滿足了幾何形狀和尺寸相似的要求。后來出現(xiàn)了3DS、FormZ等用于建筑三維建模和渲染的軟件，可以給建筑表面賦予不同的顏色以代表不同的材質(zhì)，再配上光學(xué)效果，可以生成具有照片效果的建筑效果圖。

　　1.3 BIM實現(xiàn)建筑全生命周期的信息化，助推建筑工程實現(xiàn)第二次革命

　　建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術(shù)創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項目進(jìn)行設(shè)計、建造和運營管理[1]。在美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)中,BIM的定義由三部分組成：(1)BIM是一個設(shè)施(建設(shè)項目)物理和功能特性的數(shù)字表達(dá);(2)BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;(3)在項目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

　　BIM為建筑工程設(shè)計領(lǐng)域帶來了第二次革命，從二維圖紙到三維設(shè)計和建造的革命。同時，對于整個建筑行業(yè)來說，BIM也是一次真正的信息革命。最初,BIM只是應(yīng)用于一些大規(guī)模標(biāo)志性的項目當(dāng)中，除了堪稱BIM經(jīng)典之作的上海中心大廈項目外，上海世博會的一些場館也應(yīng)用了BIM。僅僅經(jīng)過兩三年，BIM現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到一些中小規(guī)模的項目當(dāng)中。以福建省建筑設(shè)計研究院為例，全院70%～80%的項目都是使用BIM完成的。據(jù)介紹，就BIM的應(yīng)用而言，3年前，美國領(lǐng)先中國7年;3年后的今天，中國已將這一差距縮小到了3年。

　　BIM在中國的全面應(yīng)用將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高。BIM將直接促使建筑行業(yè)各領(lǐng)域的變革和發(fā)展;它將使建筑行業(yè)的思維模式及習(xí)慣方法產(chǎn)生深刻變化;使設(shè)計、建造和運營的過程產(chǎn)生新的組織方式和新的行業(yè)規(guī)則。

　　2 BIM的技術(shù)特點[5]

　　(1)可視化及參數(shù)化設(shè)計

　　可視化即“所見所得”的形式，BIM提供了可視化技術(shù)，對以往以線條形式表現(xiàn)的構(gòu)件采用三維立體圖形進(jìn)行展示，與效果圖不同，這種立體圖是通過構(gòu)件的信息自動生成的，能夠反應(yīng)出構(gòu)件之間的互動性和反饋性。在BIM中，由于整個過程都是可視化的，不僅可以展示三維效果，自動生成各類報表，更重要的是項目設(shè)計、建造、運營和維護(hù)過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

　　(2)協(xié)調(diào)性及構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計

　　建筑工程全生命周期是一個復(fù)雜的過程。一旦項目的實施過程中出現(xiàn)了問題，參建各方就需要開協(xié)調(diào)會，查找問題原因，提出解決辦法，然后出具變更。例如暖通專業(yè)中的管道布置，可能會和結(jié)構(gòu)設(shè)計的梁柱等構(gòu)件產(chǎn)生空間重疊，這就是施工中常遇到的碰撞問題。通過BIM的協(xié)調(diào)性服務(wù)就可以在設(shè)計階段處理碰撞問題，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，供參建各方進(jìn)行討論協(xié)調(diào)。BIM的協(xié)調(diào)作用還可以解決更多問題，例如電梯井布置與其它設(shè)計布置及凈空要求的協(xié)調(diào)、防火分區(qū)與其它設(shè)計布置的協(xié)調(diào)、 地下排水布置與其它設(shè)計布置的協(xié)調(diào)問題等。

　　(3)模擬性和執(zhí)行性

　　通過BIM可以提取建筑物模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬計算、模擬演習(xí)等。在設(shè)計階段，BIM可以對建筑模型進(jìn)行模擬計算和實驗，例如：節(jié)能模擬、日照模擬、熱能傳導(dǎo)模擬和緊急疏散模擬等;在招投標(biāo)和施工階段可以進(jìn)行4D模擬(基于三維模型的施工控制，附加時間維)，也就是根據(jù)施工組織設(shè)計模擬實際施工，優(yōu)化施工方案來指導(dǎo)施工;還可以進(jìn)行5D模擬(基于三維模型的造價控制，附加造價維)，從而來實現(xiàn)成本控制;后期運營階段可以模擬日常緊急情況的處理方式的模擬，例如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等。

　　(4)協(xié)作設(shè)計及優(yōu)化性

　　隨著建筑工程復(fù)雜性的增加，跨學(xué)科的合作成為建筑設(shè)計的趨勢。BIM為傳統(tǒng)建筑工種提供了良好的技術(shù)協(xié)作平臺，提供了建筑物的實際存在信息，包括幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，還提供了建筑物變化以后的存在狀態(tài)。例如，結(jié)構(gòu)工程師改變柱子的尺寸時，建筑模型中的柱子也會立即更新。BIM還為不同的生產(chǎn)部門、管理部門提供了一個良好的協(xié)作平臺，例如施工企業(yè)可以在建筑信息模型基礎(chǔ)上添加時間參數(shù)進(jìn)行施工虛擬，控制施工進(jìn)度，政務(wù)部門可以進(jìn)行電子審圖等等。BIM不僅改變了建筑師、結(jié)構(gòu)工程師傳統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)模式，而且還使業(yè)主、政府部門、制造商和施工企業(yè)都可以基于同一個三維參數(shù)的建筑模型協(xié)同工作。

　　BIM及其配套的各種優(yōu)化工具提供了對復(fù)雜項目進(jìn)行優(yōu)化的可能。目前基于BIM的優(yōu)化可以做下面的工作：

　　1)項目方案優(yōu)化：把項目設(shè)計和投資回報分析結(jié)合起來，設(shè)計變化對投資回報的影響可以實時進(jìn)行計算，使業(yè)主能夠綜合評價設(shè)計方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。

　　2)特殊項目的設(shè)計優(yōu)化：例如裙樓、幕墻、屋頂、大空間等多采用異型設(shè)計，對這些施工方案進(jìn)行優(yōu)化，可以帶來顯著的工期和造價改進(jìn)。

　　(5)可出圖性

　　BIM不僅能夠出常規(guī)建筑設(shè)計圖和構(gòu)件加工圖，而且還能在對建筑物進(jìn)行可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化以后，輸出：

　　1)綜合管線圖(經(jīng)過碰撞檢查和設(shè)計修改，消除了相應(yīng)錯誤以后)。

　　2)綜合結(jié)構(gòu)留洞圖(預(yù)埋套管圖)。

　　3)碰撞檢查偵錯報告和改進(jìn)方案。

　　3 BIM的標(biāo)準(zhǔn)化狀況

　　3.1 發(fā)達(dá)國家搶灘研究BIM，出臺應(yīng)用層面的標(biāo)準(zhǔn)

　　近幾年來，BIM 技術(shù)在美國、英國、日本、香港和新加坡等國家和地區(qū)的建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果，這些國家也較早研究了BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。1997年1月，IAI(Industry Alliance for Interoperability)組織發(fā)布了IFC(IndustryFoundationClasses)信息模型的第一個完整版本[2]。經(jīng)過十余年的努力，IFC信息模型的覆蓋范圍、應(yīng)用領(lǐng)域、模型框架都有了很大的改進(jìn)，并已經(jīng)被ISO標(biāo)準(zhǔn)化組織接受。IFC標(biāo)準(zhǔn)是面向?qū)ο蟮娜S建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，其在建筑規(guī)劃、建筑設(shè)計、工程施工、電子政務(wù)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

　　美國基于IFC標(biāo)準(zhǔn)制定了BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)——NBIMS(National Building Information Model Standard)[3-4]。NBIMS是一個完整的BIM指導(dǎo)性和規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了基于IFC數(shù)據(jù)格式的建筑信息模型在不同行業(yè)之間信息交互的要求，實現(xiàn)信息化促進(jìn)商業(yè)進(jìn)程的目的，目前該系列標(biāo)準(zhǔn)在2011年又有版本升級。

　　日本建設(shè)領(lǐng)域信息化的標(biāo)準(zhǔn)為CALS/EC(Continuous Acquisition and Lifecycle Support/ Electronic Commerce)標(biāo)準(zhǔn)，日本在制定標(biāo)準(zhǔn)方面做出了一些努力，包括建立建設(shè)領(lǐng)域信息化框架、研制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)、進(jìn)行示范應(yīng)用、進(jìn)行實際應(yīng)用。日本建設(shè)領(lǐng)域信息化框架的主要內(nèi)容包括工程項目信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、電子招投標(biāo)、電子簽約、設(shè)計和施工信息的電子提交、工程信息在使用和維護(hù)階段的再利用、工程項目業(yè)績數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)研制和系統(tǒng)開發(fā)基本已經(jīng)完成，并投入使用，原先制定的階段性目標(biāo)已經(jīng)如期實現(xiàn)。BIM標(biāo)準(zhǔn)的建立不僅實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)競爭力的提升，也帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　3.2 我國BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究

　　我國也針對BIM在中國的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了一些基礎(chǔ)性的研究工作。2007年，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院提出了JG/T198-2007標(biāo)準(zhǔn)，其非等效采用了國際上的IFC標(biāo)準(zhǔn)(《工業(yè)基礎(chǔ)類IFC平臺規(guī)范》)[6]。該標(biāo)準(zhǔn)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。它適用于建筑物生命周期中各個階段內(nèi)以及各階段之間的信息交換和共享，包括建筑設(shè)計、施工、管理等。水利、交通和電信等建設(shè)領(lǐng)域的信息交換和共享可參考該標(biāo)準(zhǔn)。2008年，由中國建筑科學(xué)研究院、中國標(biāo)準(zhǔn)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)[7]。此標(biāo)準(zhǔn)等同采用IFC，在技術(shù)內(nèi)容上與其完全保持一致，僅為了將其轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)的制定要求，在編寫格式上作了一些改動。香港房屋署B(yǎng)IM應(yīng)用推動有力且較深入，招標(biāo)文件中明確要求用BIM提交文擋，配套研究也很深入，已經(jīng)編制房屋署內(nèi)部BIM標(biāo)準(zhǔn)。

　　2012年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下達(dá)了國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的編制任務(wù)，中國建筑科學(xué)研究院為主編單位，該標(biāo)準(zhǔn)為推進(jìn)我國建筑工程領(lǐng)域重大技術(shù)進(jìn)步提供了有力支持，為實現(xiàn)中國自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM系統(tǒng)工程奠定了堅實基礎(chǔ)。《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》貫穿于建筑物全生命期的規(guī)劃、勘察設(shè)計、施工和運維等四個階段，涉及BIM標(biāo)準(zhǔn)制定、BIM技術(shù)開發(fā)、BIM技術(shù)應(yīng)用以及BIM項目管理的基本準(zhǔn)則，是專業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)庫、工作流程及支撐系統(tǒng)、專業(yè)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)交換及協(xié)同等多領(lǐng)域、多學(xué)科的研究與開發(fā)應(yīng)用。

　　為編制《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，引入P-BIM概念，將BIM分為三個層次，分別為專業(yè)BIM(Professional BIM)、階段BIM(Phase BIM，包括工程規(guī)劃、勘察與設(shè)計、施工、運維階段)和項目BIM(Project BIM)或全生命期BIM(Lifecycle BIM)，上述三個層次的BIM均簡稱為P-BIM。基本思路是以中國建筑工程專業(yè)應(yīng)用軟件與BIM技術(shù)緊密結(jié)合為基礎(chǔ)，首先開展專業(yè)BIM技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的課題研究，用BIM技術(shù)和方法改造專業(yè)軟件，形成專業(yè)BIM;將專業(yè)BIM集成，形成階段BIM;最后將各階段BIM連通，形成項目全生命期BIM，成功實現(xiàn)中國BIM。在上述BIM課題成果(技術(shù)和軟件)達(dá)到完全可實施的基礎(chǔ)上，再編制《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，在該標(biāo)準(zhǔn)基本準(zhǔn)則的統(tǒng)領(lǐng)下再制定其它各層次的BIM標(biāo)準(zhǔn)。

　　4 BIM支持軟件

　　4.1 BIM軟件分類

　　美國AGC(Associated General Contractors of American美國總承包商協(xié)會)把BIM以及BIM相關(guān)軟件分成八個類型：

　　(1) 概念設(shè)計和可行性研究(Preliminary Design and Feasibility Tools);

　　(2) BIM核心建模軟件(BIM Authoring Tools);

　　(3) BIM分析軟件(BIM Analysis Tools);

　　(4) 加工圖和預(yù)制加工軟件(Shop Drawing and Fabrication Tools);

　　(5) 施工管理軟件(Construction Management Tools);

　　(6) 算量和預(yù)算軟件(Quantity Takeoff and Estimating Tools);

　　(7) 計劃軟件(Scheduling Tools);

　　(8) 文件共享和協(xié)同軟件(File Sharing and Collaboration Tools)

　　4.2 如何選擇BIM支撐軟件

　　BIM支撐軟件包括：方案設(shè)計軟件、幾何造型軟件、可持續(xù)分析軟件、機(jī)電分析軟件、結(jié)構(gòu)分析軟件、可視化軟件、模型檢查軟件、深化設(shè)計軟件、模型綜合碰撞檢查、造價軟件、運營管理軟件、發(fā)布和審核軟件。一般情況下可進(jìn)行如下的選擇：

　　① 民用建筑選用Autodesk公司的Revit系列。

　　②工廠設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施選用Bentley公司的Bentley Architecture系列。

　　③單專業(yè)建筑事務(wù)所選擇Graphisoft公司的ArchiCAD、Revit、Bentley可能成功;

　　④項目完全異形、預(yù)算比較充裕的可以選擇Gehry Technologies公司的Digital Project或CATIA.

　　可視化軟件可選用AutoDesk公司推出的三維可視化實體模擬軟件Autodesk InventorProfessional(AIP)。

　　可持續(xù)或者綠色分析軟件可利用BIM模型的信息對項目進(jìn)行日照、風(fēng)環(huán)境、熱工、景觀可視度、噪音等方面的分析，主要軟件有國外的Echotect、IES、Green building studio以及國內(nèi)的PKPM(可以互相進(jìn)行信息傳遞)BIM機(jī)電分析軟件、水暖電等設(shè)備和電氣分析軟件國內(nèi)產(chǎn)品有鴻業(yè)、博超等，國外產(chǎn)品有Designmaster、IESVirtual Environment、Trane trace等，可以互相進(jìn)行信息傳遞。

　　模型綜合碰撞檢查軟件的基本功能包括集成各種三維軟件(包括BIM軟件、三維工廠設(shè)計軟件、三維機(jī)械設(shè)計軟件等)創(chuàng)建的模型，進(jìn)行3D協(xié)調(diào)、4D計劃、可視化、動態(tài)模擬等。常見的模型綜合碰撞檢查軟件有Autodesk Navisworks、Bentleyprojectwisenavigator和Solibri Modelchecker等(整合各個軟件的設(shè)計成果并進(jìn)行可視化展示)

　　5 BIM應(yīng)用成功案例

　　在上海中心大廈建設(shè)項目中，在不同階段采用了適當(dāng)?shù)腂IM 軟件，從而有助于設(shè)計與施工。中建國際在一批重大設(shè)計項目中采用了BIM 技術(shù)，如杭州奧體中心體育場和天津團(tuán)泊湖網(wǎng)球中心等。銀川火車站改造工程采用基于BIM 的可視化技術(shù)構(gòu)建空間實體模型，并在此基礎(chǔ)上完成施工方案的制訂以及效果展示等。2010 年上海世博會德國館項目中成功借助于Revit，Navisworks等一系列三維軟件，極大地解決了項目本身空間關(guān)系復(fù)雜、三維協(xié)同設(shè)計以及管線綜合等難點問題。同時，通過建筑信息模型的建立，更好地完善了設(shè)計、施工等多家項目參與方之間的數(shù)據(jù)共享與傳輸，提升了BIM 理念在我國典型工程中的應(yīng)用水平。清華大學(xué)將基于BIM 的4D 技術(shù)引入到建筑施工期時變結(jié)構(gòu)安全分析中，為時變分析理論的實際應(yīng)用提供可行的途徑和方法。

　　6 建筑幕墻行業(yè)的跟進(jìn)建議

　　住建部編制的建筑業(yè)“十二五”規(guī)劃明確提出要推進(jìn)BIM協(xié)同工作等技術(shù)應(yīng)用，普及可視化、參數(shù)化、三維模型設(shè)計，以提高設(shè)計水平，降低工程投資，實現(xiàn)從設(shè)計、采購、建造、投產(chǎn)到運行的全過程集成運用。

　　BIM引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次，它的全面應(yīng)用，將為建筑業(yè)的科技進(jìn)步產(chǎn)生不可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。這對建筑門窗幕墻業(yè)的發(fā)展帶來良好的機(jī)遇也是巨大的挑戰(zhàn)。首先我們必須能夠讀取BIM數(shù)據(jù)，完成幕墻門窗的深化設(shè)計，使設(shè)計乃至整個工程的質(zhì)量管理和效率顯著提高，極大降低工程成本，這是對幕墻行業(yè)的挑戰(zhàn);其次幕墻行業(yè)將完善后的設(shè)計反饋給BIM，完成協(xié)同設(shè)計，提高建筑整體設(shè)計水平和工程質(zhì)量。

　　為提高BIM的應(yīng)用水平，共享BIM數(shù)據(jù)信息，幕墻行業(yè)應(yīng)當(dāng)立即行動起來，投入到BIM應(yīng)用的洪流中去，目前可采取：

　　(1)積極參加BIM標(biāo)準(zhǔn)的編制。了解BIM發(fā)展動態(tài)，參與BIM規(guī)則的制定。

　　(2)建立行業(yè)可發(fā)團(tuán)隊，開發(fā)專業(yè)的幕墻BIM系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)計(包括方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算、熱工計算、日照計算等等)、加工制作、安裝施工和運行維護(hù)的各個階段的支撐軟件，開發(fā)與主流BIM建筑設(shè)計系統(tǒng)的接口系統(tǒng)。

　　(3)加強(qiáng)BIM設(shè)計人員的培訓(xùn)。培養(yǎng)階梯式人才隊伍，有經(jīng)驗?zāi)昙o(jì)較大的技術(shù)人員進(jìn)行BIM概念設(shè)計，具體的錄入工作由BIM繪圖員完成。

　　(4)推動并適應(yīng)BIM應(yīng)用進(jìn)入評優(yōu)、強(qiáng)審項目。政府部門和要求較高的業(yè)主已經(jīng)提出BIM的應(yīng)用要求，幕墻行業(yè)應(yīng)盡快適應(yīng)這種局面