BIM技术在建筑行业的地位及应用

20世纪末，身着“非线性”“参数化”两件外衣的数字技术再次跃入建筑师的工作。近年来，从北京奥运到上海世博会，从广州亚运到西安世园会，各种复杂、重要的建筑中都能看到数字化技术的应用。在走可持续发展道路及低碳理念普及的大背景下，数字技术又举起BIM（建筑信息化模型）的大旗，登上建筑业的舞台。与之前仅提供技术支持并单纯影响建筑行业不同的是，BIM能搭建一个或多个综合性系统平台，向项目投资者、规划设计者、施工建设者、监督检查者、管理维护者、运营使用者乃至改扩建者、拆除回收者等不同业内从业者提供涵盖工程项目的整个周期各类信息，并使这些信息具备联动、实时更新、动态可视化、共享、互查、互检等特点。在数字技术的支持下，不同的技术研发者编写出不同的软件来收集、分类、管理和应用这些建设项目信息，为规划师、建筑师、建造师提供技术支持与保证。伴随着一个个工程案例的实施及新的行业标准和规范的制定，BIM全方位、多维度地影响着建筑业，开始了建筑行业的又一次变革（见图2-2）。

图2-2　BIM的工程变革影响图

目前，BIM在我国的应用尚处于起步阶段，现主要运用在设计方面。事实上，BIM可以应用于规划、招投标、施工、监理、运营等方面。住房和城乡建设部印发的《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》指出，“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设。BIM应用是“十二五”期间及今后长时期内施工企业实施管理创新、技术创新，提升核心竞争力的有力保障。BIM技术是未来十年我国建筑业行业发展和科技提升面临的重点问题。

中国建筑业协会工程建设质量管理分会针对目前的工程建设BIM应用研究报告调查问卷表明，从对BIM的了解和应用情况来看，听过BIM的人很多，达到受访者的87%；使用BIM的人很少，只有6%。就BIM使用计划而言，促使企业应用BIM的最主要原因是投资能够得到回报，导致企业不用BIM的最主要原因是缺乏BIM人才。

调查问卷结果显示，在项目设计阶段，施工、运营等传统后期参与方应该在设计早期就参与项目；在施工阶段，BIM有助于质量控制、安全控制、成本控制、进度控制、专业分包管理、资料管理等。受访者设计阶段做过的BIM应用包括碰撞检查、设计优化、性能分析、图纸检查、三维设计、建筑方案推敲、施工图深化和协同设计；施工阶段做过的BIM应用包括工程量统计、碰撞检查、施工过程三维动画展示、预演施工方案、管线综合、虚拟现实、施工模拟、模板放样和备工备料。

2010年，“BIM技术在设计、施工及房地产企业协同工作中的应用”国际技术交流会上，美国Tocci施工公司董事长John Tocci表示美国30%的项目缺乏计划和预算评估，92%的业主对设计师的图纸精准程度表示怀疑，37%的材料浪费是来自建筑行业，10%的成本耗费在项目建设期间因沟通不畅而造成的返工上面。这一数据已让人诧异，但在粗放式管理的中国，相信数据会更让人触目惊心。

建筑业产品的单一性、项目的复杂性、设计的多维度、生产车间的流动性、团队的临时性、工艺的多样性等给建筑业的精细化管理带来极大的挑战，且多年来国家对固定资产投资的青睐，使得建筑业成为长期利好行业之一。无生存之忧的建筑企业主观上缺乏提升管理水平的动力，直接造成建筑业生产能力的落后。目前，项目管理面临的挑战主要包括：更快的资金周转、更短的工期带来工期控制困难；三边工程，图纸问题多，易造成返工；工程复杂，技术难度高；投资管理复杂程度高；项目协同产生较多错误，且效率低下；施工技术、质量与安全管理难度大。这些挑战的根源之一是建筑业普遍缺乏全生命周期的理念。建筑物从规划、设计、施工、竣工后运营乃至拆除的全生命周期过程中，建筑物的运营周期一般都达数十年之久，运营阶段的投入是全生命周期中最大的。尽管建筑竣工后的运营管理不在传统的建筑业范围内，但是建筑运营阶段所发现的问题大部分可以从前期规划、设计和施工阶段找到原因。由于建筑的复杂性以及专业的分工化的发展，在传统建筑业生产方式下，规划、设计、施工、运营各阶段存在一定的割裂性，整个行业普遍缺乏全生命周期的理念，存在着大量的返工、浪费与其他无效工作，造成了巨大的成本与效率损失。

BIM的意义在于完善了整个建筑行业从上游到下游的各个管理系统和工作流程间的纵横向沟通和多维性交流，实现了项目全生命周期的信息化管理。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，包含贯穿于设计、施工和运营管理等整个项目全生命周期的各个阶段，并且各种信息始终是建立在一个三维模型数据库中。BIM能够使建筑师、工程师、施工人员以及业主清楚全面地了解项目：建筑设计专业可以直接生成三维实体模型；结构专业则可取其中墙材料强度及墙上孔洞大小进行计算；设备专业可以据此进行建筑能量分析、声学分析、光学分析等；施工单位可根据混凝土类型、配筋等信息进行水泥等材料的备料及下料；开发商可取其中的造价、门窗类型、工程量等信息进行工程造价总预算、产品订货等。BIM在促进建筑专业人员整合、改善设计成效方面发挥的作用与日俱增，它将人员、系统和实践全部集成到一个流程中，使所有参与者充分发挥自己的智慧和才华，可在设计、制造和施工等所有阶段优化项目成效，为业主增加价值，减少浪费，并最大限度地提高效率。

提到BIM，不得不说的就是“协同”。实施BIM的最终目的是要提高项目质量和效率，从而减少后续施工期间的返工，保障施工工期，节约项目资金。BIM的价值主要体现在五个方面：可视化、协调性、模拟性、优化性、出图。

可视化在建筑业中的作用非常大，如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上采用线条绘制表达，但其真正的构造形式仍需要建筑业参与人员去自行想象。BIM提供了可视化的思路，将以往线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们面前，使得设计师和业主等人员对项目需求是否得到满足的判断更加明确、高效，使决策更为准确。在设计时，常常由于各专业设计师之间的沟通不到位而出现各种专业之间的碰撞问题。BIM的协调性就可以帮助处理这种问题。也就是说，BIM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。

模拟性表现为，BIM将原本需要在真实场景中实现的建造过程与结果，在数字虚拟中预先实现。BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，如节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等。在招投标阶段和施工阶段可以进行4D模拟，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。同时，可以进行5D模拟，实现成本控制。后期运营阶段可以进行紧急情况处理方式的模拟，如地震时人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。

在优化性方面，目前基于BIM的优化主要包括项目方案优化和特殊项目的优化。项目方案优化是指把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来。还可以对施工难度比较大和问题比较多的方案进行优化。(www.xing528.com)

出图，更是BIM相比于CAD的最大优势。操作者可随机同步提供、阅读BIM模型内任一专业、任一节点、任一时间段的图纸、技术资料和文件。

推动BIM的应用，需要政府的引导、相关行业协会的推动、企业的积极参与、市场的认可及BIM技术研发和电脑硬件、软件的发展支撑。用一句话来描述国内建筑业3个主要参与方——业主、设计单位、施工单位——使用BIM的情况：受益最大的是业主，贡献最大的是设计，动力最大的是施工。

BIM可以简单地形容为“模型+信息”，模型是信息的载体，信息是模型的核心。同时，BIM又是贯穿规划、设计、施工和运营的建筑全生命周期，可以供全生命周期的所有参与单位基于统一的模型实现协同工作。目前，BIM的应用尚属初级阶段，除施工阶段BIM应用点基本可以形成体系外，设计阶段主要体现在某些点的应用，还未能形成面，与项目管理、企业管理有一段距离，运维阶段的BIM处于探索阶段。但BIM的价值已经被行业所认可，BIM的发展与推广将势不可挡。

BIM是数据的载体，通过提取数据价值，可以提高决策水平，是企业成功的关键要素。同时，BIM模型中的数据是海量的，大量BIM模型的积累构成了建筑业的大数据时代，通过数据的积累、挖掘、研究与分析，总结归纳数据规律，形成企业知识库，在此基础上形成智能化的应用，可以有效用于预测、分析、控制与管理等。

未来，企业要想从激烈的竞争中获得领先优势，就必须借助信息技术改变原有建筑业靠大量资本、技术和劳动力投入的状况。也就是说，形成产业链竞争力的核心价值就在于BIM技术让信息形成了资产的改变，改变后的资产会带来超额的利润。这也正好暗合了信息化的内在实质：以低成本的方式实现高水平的管控，实现信息共享，实现上下左右的无缝对接。而最先要做的就是要提高建筑企业的重视度。有的企业将BIM等信息化建设作为“面子工程”，没有务实推进的打算及长远规划，对信息化在企业发展中发挥的重要作用缺乏应有的认识。事实上，提高建筑企业对BIM应用的意识至关重要，这是目前提高BIM应用范围和水平的先决要素。

中国建筑业协会工程建设质量管理分会有关专家认为，企业成功实施BIM可以分为四个阶段。第一阶段制定战略：根据企业总体目标和资源拥有情况，确定企业BIM实施的总体战略和计划，包括确定BIM实施目标、建立BIM实施团队、确定BIM技术路线、组织BIM应用环境等工作。第二阶段是重点突破：选择确定本企业从哪些BIM重点应用开始切入，对于已经选择确定的BIM重点应用逐个在项目中实施，从中总结出每个重点应用在企业的最佳实施方法。第三阶段是推广集成：首先，对已经实践过的BIM重点应用按照总结出来的最佳方法进行推广；其次，尝试不同BIM应用之间的集成应用及BIM和企业其他系统之间（例如ERP、采购、财务等）的集成应用，总结出集成应用的最佳方法。第四阶段是行业标准：推广集成应用和参与行业标准制定。中国建筑业协会工程建设质量管理分会秘书长李菲表示，大力推广应用包括BIM在内的先进质量技术和方法，将是今后分会工作的重点。

目前，还没有一套适合我国的BIM标准，这大大限制了BIM技术在国内的推广和应用。因此，构建BIM的标准成为一项紧迫与重要的任务。值得欣慰的是，政府已逐渐地重视BIM的应用。《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》要求，“十二五”期间，在工程总承包类、勘察设计类、施工类企业均应加强信息基础设施建设，提高企业信息系统安全水平，初步建立知识管理、决策支持等企业层面的信息系统。同时，要加快推广BIM、协同设计、移动通讯、无线射频、虚拟现实、4D项目管理等技术在勘察设计、施工和工程项目管理中的应用。技术的创新也将推动BIM的应用。目前，研究成果大多停留在论文、非商品化软件、示范案例上，对影响行业未来提升转型的信息化核心技术的核心工具BIM软件，必须有一个非常明确的战略以及相应的行动路线，使软件更好地推进BIM的应用。

BIM的理论基础主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM是近十年在原有CAD技术基础上发展起来的一种多维（三维空间、四维时间、五维成本、N维更多应用）模型信息集成技术，可以使建设项目的所有参与方（包括政府主管部门、业主、设计、施工、监理、造价、运营管理、项目用户等）在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和在信息中操作模型，从而从根本上改变从业人员依靠符号文字、形式图纸进行项目建设和运营管理的工作方式，实现在建设项目全生命周期内提高工作效率和质量以及减少错误和降低风险的目标。

CAD技术将建筑师、工程师们从手工绘图推向计算机辅助制图，实现了工程设计领域的第一次信息革命。但是此信息技术对产业链的支撑作用是断点的，各个领域和环节之间没有关联，从整个产业整体来看，信息化的综合应用明显不足。BIM是一种技术、一种方法、一种过程，它既包括建筑物全生命周期的信息模型，又包括建筑工程管理行为的模型，它将两者进行完美的结合来实现集成管理，它的出现将引发整个AEC（Architecture/Engineering/Construction）领域的第二次革命：BIM从二维（以下简称2D）设计转向三维（以下简称3D）设计；从线条绘图转向构件布置；从单纯几何表现转向全信息模型集成；从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目；从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计；从单一设计交付转向建筑全生命周期支持（见图2-3）。

图2-3　BIM应用领域

由此可见，BIM带来的不仅是激动人心的技术冲击，而更加值得注意的是，BIM技术与协同设计技术将成为互相依赖、密不可分的整体。协同是BIM的核心概念，同一构件元素，只需输入一次，各工种即可共享该元素数据，并于不同的专业角度操作该构件元素。从这个意义上说，协同已经不再是简单的文件参照。可以说，BIM技术将为未来协同设计提供底层支撑，大幅提升协同设计的技术含量，它带来的不仅是技术，也将是新的工作流及新的行业惯例。

那么，BIM是在什么背景下出现的呢？BIM在整个工程建设行业中处于什么样的位置呢？而工程建设行业又赋予了BIM怎样的使命呢？