建筑信息模型与工程仿真技术的融合

建筑信息模型的概念最早起源于20 世纪70 年代的美国。佐治亚理工学院的查克·伊士曼（Chuck Eastman）教授被誉为“BIM 之父”，于1975 年提出了一个被称作“Building Description Eastman”（建筑描述系统，BDS）的工作模式，成为BIM 的雏形。对于BIM 的定义，不同研究人员侧重点略有不同，目前相对完整且认可度较高的是美国国家BIM 标准（National Building Information Modeling Standard，NBIMS）的定义：BIM 是设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；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，为该设施从概念设计到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自职责的协同作业。

BIM 技术共包含3 个关键词，其中信息（Information）是核心，模型（Modeling）是载体，建筑（Building）是对象，即通过数字化手段为模型创建与实际情况对应的建筑工程信息库。信息库中包括建筑物每一构件的空间属性、几何尺寸等基本物理信息，还包括构件的材料、生产厂家、价格等其他信息，多维度数据为工程管理提供决策依据。以虚拟三维模型为载体，项目各参与方向模型中载入进度、成本、质量、材料等信息，以实现各管理部门的工作协同与信息共享，使数据能及时响应时空维度的变化，包含建筑工程信息的三维模型可大大提高建筑工程的信息化集成能力，也为项目各参与方提供了信息流转、交换和共享的平台。简而言之，BIM 技术是一种应用于建筑工程全生命周期的可视化工具，涵盖设计、建造、运维等主要阶段。通过对建筑项目信息的有效集成和整合，可以使项目参与方实现共享、传递和添加数据等操作，从而保证工程基础数据能及时、准确地提供，为设计、施工、运维等各方建设主体提供协同工作的基础，提高决策的时效性和有效性。

1）BIM 技术的特征

BIM 技术为建筑业的发展带来了巨大变革，尤其是生产方式的转变。通过信息模型实现无障碍、无损耗的信息传递，可为生产活动和管理决策提供依据和保障。结合BIM 的定义可知，BIM 技术具有下述6 大特征。

（1）操作的可视化

三维模型是BIM 的基本表现形式，因此可视化是BIM 最明显的特征。传统的CAD 技术只能绘制2D 平面图纸，为了给非专业人士增加可读性，会配合少量外立面的3D 渲染效果图。而BIM 技术可将建筑、结构、暖通、给排水等各专业的平面图纸整合到一个三维数字模型中，使得建筑各部分的结构关系以可视化的形式直接呈现，很大程度上提高了建设工程各参与方的沟通效率，有利于减少工程变更。

（2）信息的完备性

在BIM 技术下的3D 模型中，除了各建筑构件的几何尺寸信息之外，还包括完整的工程信息，如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。

（3）信息的关联性

信息模型中的对象都是可操作且互相关联的，如果某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之改变，并自动更新，以保证模型各部分的逻辑关系不变。关联性主要体现在两个方面：一是模型各部分构件的关联，如门窗洞口是开在墙上的，如果把墙平移，那么墙上的门窗也会随之平移；如果将墙删除，那么墙上的门窗也会相应地被删除，不会出现门窗悬空的情况。二是模型与信息数据库的关联，无论是在平面图、立面图上，还是在剖面图上对模型进行修改，数据库中相应的信息也会同步修改，并在关联的视图或图表中更新呈现。

（4）信息的一致性(www.xing528.com)

在建筑全生命周期中，每项信息只需在模型里一次性采集或输入，即可实现建设项目不同阶段的信息一致，并进行共享、流通和交互，避免了对数据的重复录入，有利于提高生产效率。同时，信息模型还能够进行自动演化，可以在不同阶段对模型对象进行简单的修改和扩展，从而降低出现信息不一致的概率。

（5）信息的动态性

BIM 可对建设项目全生命周期进行管理，涵盖设计、施工、运维等各个阶段，其间信息模型可以随着项目的建设进度进行动态输入和输出，并自动演化。在建设过程中可以根据实际情况不断完善、优化模型，进行动态调整，从而为项目管理和决策提供及时可靠的信息基础。

（6）信息的可扩展性

BIM 模型可将各专业图纸整合为一体，并贯穿项目全生命周期，因此涉及众多不同阶段、不同主体的人员。他们对模型深度与信息深度的需求各不相同，往往会在建设过程中不断修改模型，增减部分信息。通常，人们把不同阶段的模型和信息的深度称为“模型深度等级”（level of detail，LOD），包括5 个级别，分别为LOD 100、LOD 200、LOD 300、LOD 400和LOD 500。

2）BIM 技术与智慧建造的关系

BIM 是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目全生命周期信息的工程数据模型，其核心是数据信息。通过对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，形成完善的BIM信息模型，可以连接建筑项目全生命周期中不同阶段、不同利益相关方的数据、过程和资源。与其他广泛应用于社会生产各个领域的信息技术不同，BIM 是建筑领域初探信息化的重要成果，也具备特有的信息化优势，其可视化、完备性、关联性、一致性、动态性、可扩展性等特征可以让建设工程项目的生产和管理更加高效和精益求精。

智慧建造是利用新一代信息化技术进行建设管理作业的新型生产方式，其中数据信息是技术应用基础。以BIM 为支撑，并将其作为应用集成和多元数据融合的载体，在云平台中结合大数据、区块链、虚拟现实、增强现实、3D 打印、物联网和人工智能等技术，打造“BIM+”智慧建造生态，持续改进和提升管理模式，使工程建设过程更加可视、可测、可控、可管，是实现智慧建造的重要解决方案。在建设过程数字化、云端化、智慧化的进程中，BIM 是最底层的技术支撑，为虚拟现实、增强现实、3D 打印等可视化手段提供模型基础，为大数据、区块链、人工智能等数据分析、处理手段提供数据保障，为物联网提供物理世界与数字世界的连接通道。信息化技术需要与BIM 融合，形成“BIM+”的智慧建造模式，从而支撑建设工程生产方式变革的技术需要。

图2.13　BIM技术与智慧建造的关系