BIM技术和软件简介

1.BIM技术简介

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是近年来出现在建筑领域的新名词，BIM技术的出现促进了建筑业信息化水平的提高。BIM技术是以三维数字技术为基础，以信息数据为核心，以清晰地描述工程项目全过程的逻辑关系为目标的一种技术；其大大提高了建筑工程的集成化程度，为建筑业的发展带来新的机遇。《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中提出：到2020年年末，建筑行业甲级勘察、设计单位及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用；到2020年年末，以国有资金投资为主的大、中型建筑，申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比率达到90％。

由于建筑信息模型需要支持建筑工程全生命周期的集成管理环境，因此，建筑信息模型的结构是一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。其除包含与几何图形及数据有关的数据模型外，还包含与管理有关的行为模型，如模拟建筑的结构应力状况、围护结构的传热状况。

应用建筑信息模型可以进行建筑的楼层净高分析、碰撞检测、能耗分析等（图2-12），使各个专业工种配合得更好和减少图纸出错的风险；为建筑物的运行、维护和设施管理提供信息数据，可以支持建设项目各种信息的连续应用及实时应用，信息质量高，可靠性强，集成程度高而且完全协调，大大提高设计乃至整个工程的质量和效率，显著降低成本。

图2-12　某医院全科医生楼净高分析、碰撞报告

仪征中医院漫游动画

Graphisoft公司的ArchiCAD、Bentley公司的Triforma、Autodesk公司的Revit及斯维尔的建筑设计（Arch）等国内外建筑设计软件系统，都是应用了建筑信息模型技术开发的。它们可以支持建筑工程全生命周期的集成管理。

BIM技术作为建筑业信息化的重要组成部分，具有三维可视化、数据结构化、工作协同化等特点，给行业发展带来了强大的推动力，有利于推动节能减排和绿色建设，优化绿色施工方案和项目管理，提高工程质量，降低成本和安全风险，提升工程项目的管理效益。一方面，BIM技术的普及将彻底改变整个行业信息不对称所带来的各种根深蒂固的弊病，用更高程度的数字化整合优化全产业链，实现工厂化生产、精细化管理的现代产业模式；另一方面，BIM在整个施工过程全面应用或施工过程的全面信息化，有助于形成真正高素质的劳动力队伍。

BIM技术的原理是将建筑工程项目的所有信息数据当作模型的基础，创建建筑模型，然后通过数字信息仿真模拟建筑工程的真实信息。仿真模拟信息不仅仅包括三维几何状信息，还包括非几何状信息，如施工进度、价格、质量、材料等，由BIM构成的信息仿真模拟工程具有可出图性、优化性、模拟性、协调性及可视化等众多优点，并且能够贯穿建筑工程的整个生命周期，这对提高建筑工程项目传递、理解项目信息的效率及降低出错概率，提高建筑项目质量、降低成本及控制工期具有至关重要的作用。

在过去的20年中，CAD（Computer Aided Design）技术的普及推广使建筑师、工程师们从手工绘图走向电子绘图。甩掉图板，将图纸转变成计算机中2D数据的创建，可以说是工程设计领域第一次革命。由于CAD二维图纸不能直观体现建筑物的各类信息，其应用的局限性非常大。而BIM技术可以帮助所有工程参与者提高决策效率和正确性，提高了建筑工程信息化水平。

B代表整个建筑领域，也就是BIM的广度，小到一个分项工程或者是单项工程，大到一个城市甚至是人和自然的关系。

I可以分为三块。第一块是I的含义，I又有两种含义，一个是名词“信息”，就是所能接触到的所有和建设有关的信息，另一个是动词“信息化”，就是信息化的途径和措施将会得到应用；第二块是I的广度，就是以整个建设项目为基础的全生命周期的信息化过程；第三块是I的深度，也是基于建筑全生命周期管理即BLM（Building Lifecycle Management）的信息化过程。

M也需要分为三块。第一块是M的含义，Modeling更多情况下有一种“模拟”和“塑模”意思，这是一个过程；第二块是M代表了一种工作模式，就是IPD（Integrated Project Delivery，综合项目交付）模式，在施工前各方一起做出一个BIM模型，各方将以这个模型为依据进行实际建设；第三块是M代表了一种力量，这种力量终将引起行业的变革。

总的来说，BIM就是建设信息化，就是以建设领域为对象，基于建筑全生命周期（规划、设计、建造、运营、退役）的信息化、智能化方法与过程。

2.BIM建模环境及应用软件体系

BIM设计类软件在市场上主要有五家主流公司，分别是Autodesk、Bentiey、Graphisoft、Gery Technology及Tekla公司。BIM系列软件具体介绍如下：

（1）Autodesk公司的Revit Architecture等。Revit是运用不同的代码库及文件结构区别于AutoCAD的独立软件平台。其特点如下：

1）该软件系列包含了绿色建筑可扩展标记语言模式（GBXML），为能耗模拟、荷载分析等提供了工程分析工具；与结构分析软件ROBOT、RISA等具有互用性；能利用其他概念设计软件、建模软件（如Sketch Up）等导出的DXF文件格式的模型或图纸输出BIM模型。

2）该软件易上手，用户界面友好；具备由第三方开发的海量对象库，方便多用户操作；支持信息全局实时更新，可提高准确性且避免了重复作业；根据路径实现三维漫游，方便项目各参与方交流与协调。

3）不足之处：Revit软件的参数规则（Parametric Rules）对于由角度变化引起的全局更新有局限性；软件不支持复杂的设计如曲面等。

（2）Bentley公司的Bentley Architecture等。Bentley公司最早开发的3D建筑模型制作软件是MicroStation Triforma，于2004年推出Bentley Architecture（建筑）、Bentley Structural（结构）、Bentley Interference Manager（碰撞检查）等系列软件。除此之外，Bentley公司还提供了支持多用户、多项目的管理平台Bentley Project Wise，其管理的文件内容包括：工程图纸文件（DGN/DWG/光栅影像）；工程管理文件（设计标准/项目规范/进度信息/各类报表和日志）；工程资源文件（各种模板/专业的单元库/字体库/计算书）。其特点如下：

1）Bentley Architecture是功能强大的BIM模型工具，涉及工业设计和建筑与基础设施设计等，包括建筑设计、机电设计、设备设计、场地规划、地理信息系统管理（GIS）、污水处理模拟与分析等。基于MicroStation的优秀图形平台涵盖了实体、b-spline曲线、曲面、网格面、拓扑、特征参数化、建筑关系和程序式建模等多种3D建模方式，完全能替代市面上各种软件的建模功能，满足用户在方案设计阶段对各种建模方式的需求。

2）不足之处：该系列软件具有大量不同的用户操作界面，不易上手；各种分析软件之间需要配合工作，其多样化的功能模型包含了不同的特征行为，很难短时间学习掌握；相比Revit软件，其对象库的数量有限；其互用性差，各种不同功能的系统只能单独被应用。

（3）Graphisoft/Nemetschek公司的ArchiCAD。ArchiCAD软件是历史最悠久的且至今仍被应用的BIM建模软件。ArchiCAD软件与一系列软件均具有互用性，包括利用Maxon创建曲面和制作动画、利用ArchiFM进行设备管理、利用Sketch Up创建模型等。除此之外，ArchiCAD软件和其他的能耗与可持续发展软件都有互用接口，如Ecotect、Energy等；ArchiCAD软件包含了广泛的对象库供用户使用。其特点如下：

1）ArchiCAD软件界面直观，相对容易学习；具有海量对象库；具有丰富多样的支持施工与设备管理的应用；其是唯一可以在Mac操作系统运用的BIM建模软件。

2）不足之处：ArchiCAD软件的参数模型对于全局更新参数规则有局限性；该软件采用的是内存记忆系统，对于大型项目的处理会遇到缩放问题，需要将其分割成小型的组件才能进行设计管理。(www.xing528.com)

（4）Gery Technology公司的Digital Project。Digital Project软件能够设计任何几何造型的模型，且支持导入特制的复杂参数模型构件，如支持基于规则的设计复核的Knowledge Expert构件；根据所需功能要求优化参数设计的Project Engineering Optimizer构件；跟踪管理模型的Project Manager构件。另外，Digital Project软件支持强大的应用程序接口；对于建立了建设工程项目编码体系的许多发达国家，如美国、加拿大等，可将建设工程项目编码如美国所采用的UniFormat和Master Format体系导入Digital Project软件，以方便工程预算。其特点如下：

1）Digital Project软件具有强大且完整的建模功能；能直接创建大型复杂的构件；其对于大部分细节的建模过程都是直接以3D模式进行。

2）不足之处：用户界面复杂且初期投资高；其对象库数量有限；其建筑设计的绘画功能有缺陷。

（5）Tekla公司的Tekla Structures（Xsteel）。Xsteel软件是Tekla公司最早开发的基于BIM技术的施工软件，于20世纪90年代面世并迅速成长为世界范围内被广泛应用的钢结构深化设计软件。其特点如下：

1）该软件可以使用BIM核心建模软件的数据，对钢结构进行针对加工、安装的详细设计，生成钢结构施工图（加工图、深化图、详图）、材料表、数控机床加工代码等。为顺应欧洲及北美对于预制混凝土构件装配的需求，Tekla公司将Xsteel软件的功能拓展到支持预制混凝土构件的详细设计，如结构分析，与有限元分析具有互用性，增加开放性的应用程序接口。Tekla公司还开发了输出信息到数控加工设备及加工设备自动化软件，如Fabtrol（钢结构加工软件）及Eliplan（预制件加工软件）。

2）该系列软件可用于设计与分析各种不同材料及不同细节构造的结构模型；支持设计大型结构，例如，温哥华会展中心扩建工程即利用Tekla Structures软件设计与分析3D模型；支持在同一工程项目中多个用户对于模型的并行操作。

3）不足之处：该软件学习难度大，不易掌握；其不能从外界应用中导入多曲面复杂形体；且购买软件费用昂贵。

BIM应用软件包含了从设计到运维的很多软件，只有真正符合我国现行国家标准的软件，才能在国内BIM市场获得认可和推广。需要充分了解各类软件的优、缺点，综合灵活运用，才能发挥BIM技术的优势，获得良好的工程实践效果。BIM应用软件按照功能可分为以下三类：

第一类：基于绘图的BIM系列软件。Drawing-based BIM，这类软件的代表为Autodesk出品的Revit等软件，该种BIM应用等同于增加了Z向量的CAD。Autodesk也开发了几款适用于建筑设计、结构设计、暖通设计的专业软件，多半是基于Revit绘图平台的。目前，Autodesk公司出品的AutoCAD软件和Revit软件应用最为普遍。

第二类：基于专业的BIM系列软件。Speciality-based BIM，该类软件非常多，区分不同的专业应用。建筑设计专业有Graphisoft（图软）公司的ArchiCAD（该款BIM软件是于20世纪80年代推出的），国产软件有天正建筑。结构设计专业有中国建科院的PKPM系列软件，该软件以结构设计作为核心，是世界上产品线最全的BIM软件体系，其声学、光线、能耗、暖通水电弱电监控等也都有各自的专业软件。造价专业软件有广联达和鲁班软件。效果图专业制作软件有3ds Max、Sketch Up等，国内水晶石公司主要应用3ds Max软件为客户建模。

第三类：基于管理的BIM系列软件。Management-based BIM，这个属于设施管理（全生命周期管理）领域，注重全生命周期管理。广联达公司开发的BIM5D平台是一款基于BIM的施工过程的管理工具，可以通过BIM模型集成进度、预算、资源、施工组织等关键信息，对施工过程进行模拟，及时为施工过程中的技术、生产、商务等环节提供准确的形象进度、物资消耗、过程计量、成本核算等核心数据，提升沟通和决策效率，帮助客户对施工过程进行数字化管理，从而达到节约时间和成本，提升项目管理效率的目的。目前，BIM的三维可视化运维管理（FM）系统的流程是：通过三维BIM图形平台整合BIM建筑模型、BIM机电模型、施工资料、运维资料、设备信息、监控信息、规范信息等图形及信息数据。在三维图形平台基础上，基于SOA体系进行设计开发，实现基于BIM的三维可视化运维管理（FM）系统。

另外，国内建筑项目管理门户系统也有很多供应商，国外软件以Buzzsaw（也是Autodesk的产品）、Archibus为典型代表。

3.节能分析软件介绍

为贯彻执行国家节约能源，开发利用新能源和可再生能源、保护环境的法规和政策，改善建筑室内热环境，提高冬季采暖和夏季空气调节的能源利用效率，发展节能省地型建筑，建设节约型和谐社会。配合现有建筑节能设计标准的实施，开发了建筑节能设计分析软件。

建筑节能设计分析软件根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2010）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2012）、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2018）、《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）、《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—2016）及全国主要省市的实施细则编制，进行建筑和建筑热工节能设计计算，判断设计建筑是否满足节能标准的要求，可用于新建、改建和扩建的居住与公共建筑的节能设计，可供设计单位、审图单位和项目审批单位使用。

各种建筑节能设计分析软件的开发立足于帮助建筑师快速方便地对居住建筑和公共建筑实施建筑节能设计，完成建筑物的能耗分析，最终生成详尽的设计说明和计算报告；并且能以多种直观方式将建筑物能耗和经济指标分析结果显示出来。目前，节能分析软件主要有欧特克仿真分析CFD软件、建筑环境模拟软件TRNSYS、建筑能耗模拟软件eQUEST、建筑环境模拟软件EnergyPlus、建筑环境模拟软件DOE2、斯维尔节能设计软件BECS、天正建筑节能分析软件-TBEC、建筑节能分析软件-Archicad。

下面以PKPM的节能分析软件（PBECA）为例介绍具体应用，其基本界面功能如图2-13所示。

图2-13　界面示意

节能分析软件（PBECA）的操作主菜单如图2-14所示，在导入建筑图纸模型后，可以计算建筑各个构件的节能指标，做出适当的改进建议进行模型修改，最终生成节能报告。

具体PKPM节能操作面板如图2-15所示。如果用户想查看某一楼层的具体信息，包括墙、窗、门、房间编号、屋顶，或者在计算完毕后查看最不利墙体的位置，可以单击“筛选器”功能中的“选择层”按钮。当模型文件数据生成之后（即墙体、门窗均赋值为默认材料，每个房间均有编号和默认名称），利用该项按钮可以进行标准层切换显示。

利用软件进行节能分析的操作流程为：在初步或施工图设计阶段，直接从AutoCAD中设计或建模，完成建筑数据的输入→根据节能标准规定性指标选择建筑类型设计窗、墙、楼板等围护结构的节能构造→该软件根据节能设计标准的规定性指标自动核算建筑物的体形系数、围护结构热工参数、窗墙面积比和热惰性指标等→用户选择、划分空调区域、设计空调系统和机组，系统将对建筑物进行能耗模拟分析→进行软件计算→生成建筑围护结构计算报告书和节能设计报告、能耗指标分析报告和节能设计报告。节能分析操作的具体流程如图2-16所示。

图2-14　节能分析操作主菜单

图2-15　节能操作面板

图2-16　节能分析操作流程