1 概述

　　1.1 手工繪圖到計算機2D繪圖，實現第一次革命

　　2000年，CAD(Computer Aided Design)技術推廣及應用使建筑設計從手工繪圖走向2D數據的電子繪圖，即“甩圖板”運動，可以說是建筑工程設計領域第一次革命。2D CAD技術使傳統的設計方法和生產模式發生了深刻變化。這不僅把工程設計人員從傳統的設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化、改進和復核上，而且提高設計效率，大大縮短了設計周期，提高了設計質量。

　　1.2 3D效果圖的應用

　　2D圖紙應用的局限性較大，不能直觀體現建筑設計的各類信息，因此一些復雜項目采用制作實體模型的辦法在整個設計過程中溝通設計意圖，以彌補單一方式的不足。在計算機普遍應用后，設計人員開始進行3D建模、進行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，再配上光學效果，可以生成具有照片效果的建筑效果圖。

　　1.3 BIM實現建筑全生命周期的信息化，助推建筑工程實現第二次革命

　　建筑信息模型(BuildingInformationModeling，簡稱BIM)技術創建并利用數字模型對項目進行設計、建造和運營管理[1]。在美國國家BIM標準(NBIMS)中,BIM的定義由三部分組成：(1)BIM是一個設施(建設項目)物理和功能特性的數字表達;(2)BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設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的過程;(3)在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。

　　BIM為建筑工程設計領域帶來了第二次革命，從二維圖紙到三維設計和建造的革命。同時，對于整個建筑行業來說，BIM也是一次真正的信息革命。最初,BIM只是應用于一些大規模標志性的項目當中，除了堪稱BIM經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用了BIM。僅僅經過兩三年，BIM現在已經應用到一些中小規模的項目當中。以福建省建筑設計研究院為例，全院70%～80%的項目都是使用BIM完成的。據介紹，就BIM的應用而言，3年前，美國領先中國7年;3年后的今天，中國已將這一差距縮小到了3年。

　　BIM在中國的全面應用將為建筑業的發展帶來巨大的效益，使設計乃至整個工程的質量和效率顯著提高。BIM將直接促使建筑行業各領域的變革和發展;它將使建筑行業的思維模式及習慣方法產生深刻變化;使設計、建造和運營的過程產生新的組織方式和新的行業規則。

　　2 BIM的技術特點[5]

　　(1)可視化及參數化設計

　　可視化即“所見所得”的形式，BIM提供了可視化技術，對以往以線條形式表現的構件采用三維立體圖形進行展示，與效果圖不同，這種立體圖是通過構件的信息自動生成的，能夠反應出構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，更重要的是項目設計、建造、運營和維護過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。

　　(2)協調性及構件關聯性設計

　　建筑工程全生命周期是一個復雜的過程。一旦項目的實施過程中出現了問題，參建各方就需要開協調會，查找問題原因，提出解決辦法，然后出具變更。例如暖通專業中的管道布置，可能會和結構設計的梁柱等構件產生空間重疊，這就是施工中常遇到的碰撞問題。通過BIM的協調性服務就可以在設計階段處理碰撞問題，生成協調數據，供參建各方進行討論協調。BIM的協調作用還可以解決更多問題，例如電梯井布置與其它設計布置及凈空要求的協調、防火分區與其它設計布置的協調、 地下排水布置與其它設計布置的協調問題等。

　　(3)模擬性和執行性

　　通過BIM可以提取建筑物模型數據，進行模擬計算、模擬演習等。在設計階段，BIM可以對建筑模型進行模擬計算和實驗，例如：節能模擬、日照模擬、熱能傳導模擬和緊急疏散模擬等;在招投標和施工階段可以進行4D模擬(基于三維模型的施工控制，附加時間維)，也就是根據施工組織設計模擬實際施工，優化施工方案來指導施工;還可以進行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)協作設計及優化性

　　隨著建筑工程復雜性的增加，跨學科的合作成為建筑設計的趨勢。BIM為傳統建筑工種提供了良好的技術協作平臺，提供了建筑物的實際存在信息，包括幾何信息、物理信息、規則信息，還提供了建筑物變化以后的存在狀態。例如，結構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還為不同的生產部門、管理部門提供了一個良好的協作平臺，例如施工企業可以在建筑信息模型基礎上添加時間參數進行施工虛擬，控制施工進度，政務部門可以進行電子審圖等等。BIM不僅改變了建筑師、結構工程師傳統的工作協調模式，而且還使業主、政府部門、制造商和施工企業都可以基于同一個三維參數的建筑模型協同工作。

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

　　1)項目方案優化：把項目設計和投資回報分析結合起來，設計變化對投資回報的影響可以實時進行計算，使業主能夠綜合評價設計方案，達到優化設計的目的。

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

　　(5)可出圖性

　　BIM不僅能夠出常規建筑設計圖和構件加工圖，而且還能在對建筑物進行可視化展示、協調、模擬、優化以后，輸出：

　　1)綜合管線圖(經過碰撞檢查和設計修改，消除了相應錯誤以后)。

　　2)綜合結構留洞圖(預埋套管圖)。

　　3)碰撞檢查偵錯報告和改進方案。

　　3 BIM的標準化狀況

　　3.1 發達國家搶灘研究BIM，出臺應用層面的標準

　　近幾年來，BIM 技術在美國、英國、日本、香港和新加坡等國家和地區的建筑工程領域取得了大量的應用成果，這些國家也較早研究了BIM的相關標準。1997年1月，IAI(Industry Alliance for Interoperability)組織發布了IFC(IndustryFoundationClasses)信息模型的第一個完整版本[2]。經過十余年的努力，IFC信息模型的覆蓋范圍、應用領域、模型框架都有了很大的改進，并已經被ISO標準化組織接受。IFC標準是面向對象的三維建筑產品數據標準，其在建筑規劃、建筑設計、工程施工、電子政務等領域獲得廣泛應用。

　　美國基于IFC標準制定了BIM應用標準——NBIMS(National Building Information Model Standard)[3-4]。NBIMS是一個完整的BIM指導性和規范性標準，它規定了基于IFC數據格式的建筑信息模型在不同行業之間信息交互的要求，實現信息化促進商業進程的目的，目前該系列標準在2011年又有版本升級。

　　日本建設領域信息化的標準為CALS/EC(Continuous Acquisition and Lifecycle Support/ Electronic Commerce)標準，日本在制定標準方面做出了一些努力，包括建立建設領域信息化框架、研制相應的標準、開發相應的系統、進行示范應用、進行實際應用。日本建設領域信息化框架的主要內容包括工程項目信息的網絡發布、電子招投標、電子簽約、設計和施工信息的電子提交、工程信息在使用和維護階段的再利用、工程項目業績數據庫應用等。相應的標準研制和系統開發基本已經完成，并投入使用，原先制定的階段性目標已經如期實現。BIM標準的建立不僅實現了產業競爭力的提升，也帶來了顯著的經濟效益。

　　3.2 我國BIM標準的研究

　　我國也針對BIM在中國的應用與發展進行了一些基礎性的研究工作。2007年，中國建筑標準設計研究院提出了JG/T198-2007標準，其非等效采用了國際上的IFC標準(《工業基礎類IFC平臺規范》)[6]。該標準規定了建筑對象數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以及各階段之間的信息交換和共享，包括建筑設計、施工、管理等。水利、交通和電信等建設領域的信息交換和共享可參考該標準。2008年，由中國建筑科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了《工業基礎類平臺規范》(國家指導性技術文件)[7]。此標準等同采用IFC，在技術內容上與其完全保持一致，僅為了將其轉化為國家標準，并根據我國國家標準的制定要求，在編寫格式上作了一些改動。香港房屋署BIM應用推動有力且較深入，招標文件中明確要求用BIM提交文擋，配套研究也很深入，已經編制房屋署內部BIM標準。

　　2012年住房和城鄉建設部下達了國家標準《建筑工程信息模型應用統一標準》的編制任務，中國建筑科學研究院為主編單位，該標準為推進我國建筑工程領域重大技術進步提供了有力支持，為實現中國自主知識產權的BIM系統工程奠定了堅實基礎?！督ㄖこ绦畔⒛Ｐ蛻媒y一標準》貫穿于建筑物全生命期的規劃、勘察設計、施工和運維等四個階段，涉及BIM標準制定、BIM技術開發、BIM技術應用以及BIM項目管理的基本準則，是專業數據標準及數據庫、工作流程及支撐系統、專業應用軟件、數據交換及協同等多領域、多學科的研究與開發應用。

　　為編制《建筑工程信息模型應用統一標準》，引入P-BIM概念，將BIM分為三個層次，分別為專業BIM(Professional BIM)、階段BIM(Phase BIM，包括工程規劃、勘察與設計、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?；舅悸肥且灾袊ㄖこ虒I應用軟件與BIM技術緊密結合為基礎，首先開展專業BIM技術和標準的課題研究，用BIM技術和方法改造專業軟件，形成專業BIM;將專業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，成功實現中國BIM。在上述BIM課題成果(技術和軟件)達到完全可實施的基礎上，再編制《建筑工程信息模型應用統一標準》，在該標準基本準則的統領下再制定其它各層次的BIM標準。

　　4 BIM支持軟件

　　4.1 BIM軟件分類

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

　　(1) 概念設計和可行性研究(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) 算量和預算軟件(Quantity Takeoff and Estimating Tools);

　　(7) 計劃軟件(Scheduling Tools);

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

　　4.2 如何選擇BIM支撐軟件

　　BIM支撐軟件包括：方案設計軟件、幾何造型軟件、可持續分析軟件、機電分析軟件、結構分析軟件、可視化軟件、模型檢查軟件、深化設計軟件、模型綜合碰撞檢查、造價軟件、運營管理軟件、發布和審核軟件。一般情況下可進行如下的選擇：

　?、?民用建筑選用Autodesk公司的Revit系列。

　?、诠S設計和基礎設施選用Bentley公司的Bentley Architecture系列。

　?、蹎螌I建筑事務所選擇Graphisoft公司的ArchiCAD、Revit、Bentley可能成功;

　?、茼椖客耆愋?、預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)。

　　可持續或者綠色分析軟件可利用BIM模型的信息對項目進行日照、風環境、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以及國內的PKPM(可以互相進行信息傳遞)BIM機電分析軟件、水暖電等設備和電氣分析軟件國內產品有鴻業、博超等，國外產品有Designmaster、IESVirtual Environment、Trane trace等，可以互相進行信息傳遞。

　　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、三維工廠設計軟件、三維機械設計軟件等)創建的模型，進行3D協調、4D計劃、可視化、動態模擬等。常見的模型綜合碰撞檢查軟件有Autodesk Navisworks、Bentleyprojectwisenavigator和Solibri Modelchecker等(整合各個軟件的設計成果并進行可視化展示)

　　5 BIM應用成功案例

　　在上海中心大廈建設項目中，在不同階段采用了適當的BIM 軟件，從而有助于設計與施工。中建國際在一批重大設計項目中采用了BIM 技術，如杭州奧體中心體育場和天津團泊湖網球中心等。銀川火車站改造工程采用基于BIM 的可視化技術構建空間實體模型，并在此基礎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系復雜、三維協同設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，更好地完善了設計、施工等多家項目參與方之間的數據共享與傳輸，提升了BIM 理念在我國典型工程中的應用水平。清華大學將基于BIM 的4D 技術引入到建筑施工期時變結構安全分析中，為時變分析理論的實際應用提供可行的途徑和方法。

　　6 建筑幕墻行業的跟進建議

　　住建部編制的建筑業“十二五”規劃明確提出要推進BIM協同工作等技術應用，普及可視化、參數化、三維模型設計，以提高設計水平，降低工程投資，實現從設計、采購、建造、投產到運行的全過程集成運用。

　　BIM引領建筑業信息技術走向更高層次，它的全面應用，將為建筑業的科技進步產生不可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。這對建筑門窗幕墻業的發展帶來良好的機遇也是巨大的挑戰。首先我們必須能夠讀取BIM數據，完成幕墻門窗的深化設計，使設計乃至整個工程的質量管理和效率顯著提高，極大降低工程成本，這是對幕墻行業的挑戰;其次幕墻行業將完善后的設計反饋給BIM，完成協同設計，提高建筑整體設計水平和工程質量。

　　為提高BIM的應用水平，共享BIM數據信息，幕墻行業應當立即行動起來，投入到BIM應用的洪流中去，目前可采?。?/strong>