浅析建筑信息模型系统BIM在工程建设中应用.doc

论文题目：浅析建筑信息模型系统（BIM）在工程建设中应用 目 录摘 要3第一章 BIM体系概述41.1 BIM的概述41.2 BIM核心体系特征：41.3 BIM的发展前景：4第二章 BIM软件介绍及建筑节能的应用价值52.1 BIM的相关软件52.1.1 BIM建模核心软件52.1.2 BIM方案设计软件62.1.3 和BIM接口的几何造型软件62.1.4 BIM可持续分析软件62.1.5 BIM模型框架分析软件62.1.6 BIM模型检查软件62.1.7 BIM模型碰撞检查软件62.1.8 BIM运行维护软件72.1.9 BIM发布审查软件72.2 基于BIM技术的建筑节能应用价值72.2.1建筑节能设计的现状72.2.2 基于BIM技术的建筑节能设计7第三章 BIM在工程建设中的应用及保障措施93.1 BIM在工程建设中的各阶段应用93.1.1可行性研究阶段93.1.2设计工作阶段93.1.3建设实施阶段103.1.4竣工结算阶段103.1.5运维管理阶段103.2 BIM系统实施的保证措施113.2.1建立BIM系统运行保障措施体系113.2.2编制BIM系统运行工作计划113.2.3建立BIM系统运行例会制度113.2.4建立BIM系统运行检查机制12第四章 BIM技术在未来建筑工程应用的展望12参考文献1213摘 要近些年来数字技术的发展，数字化信息集成下的建筑创作变得越来越为大众所熟知。然而作为数字化设计的集合化应用建筑信息模型集成化管理系统（BIM）在国内的规模化推进却依旧艰难，与国外先进水平差距有进一步扩大的趋势。对目前国内普遍应用以及主流的BIM 平台进行了总结，为BIM 在我国设计院的有效推进与本土化实现提供良好的理论基础。本文的研究将原有大量分散的 BIM 策略进了系统性的串联。对BIM 在中国的实践进行了一个完整的梳理。为未来的BIM 实践提供了一个系统性的理论构架和方向性的操作指南。自20世纪80年代的个人电脑革命和90年代的互联网革命及其普及作用，计算机网络使得信息化所包含的信息收集、传递与共享具备了实现的技术条件。信息技术近十几年来的飞速发展和广泛应用，其重要意义和对人类的深远影响举世公认。在工程建设领域，计算机应用和数字化技术已展示了其特有的潜力，成为工程技术在新世纪发展的命脉。关键词: BIM 系统论 数字技术 信息化协同设计 建筑节能第一章 BIM体系概述1.1 BIM的概述BIM的全拼是Building Information Modeling，即:建筑信息模型。BIM 是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。在整个系统的运行过程中，要求业主、设计方、监理方、总包方、分包方、供应方多渠道和多方位的协调，并通过网上文件管理协同平台进行日常维护和管理。BIM发源于美国，美国联邦管务署发布了3D-4D-BIM方案，还有一系列的BIM技术指导书。在2003年BIM技术进入我国工程建设业，当前主要用于大型设计院，大型施工企业，BIM培训公司、咨询公司，政府层面和各行业逐渐认识到BIM技术的意义和价值。先后举办了“面对面庄家数字信息专家交流会”、 “勘察设计行业信息技术交流大会”的BIM主题研讨会、BIM建筑设计大赛”、“勘察设计行业BIM技术高级培训班”等。1.2 BIM核心体系特征：模型信息的完备性：除了对工程对象进行3D 几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，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。模型信息的关联性：信息模型中的对象是可识别且相互关联的，系统能够对模型的信息进行统计和分析，并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型的完整性和健壮性。模型信息的一致性：在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的，同一信息无需重复输入，而且信息模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展而无需重新创建，避免了信息不一致的错误。1.3 BIM的发展前景：在全球范围内BIM技术已经得到业界的认可。国内的一些研究所，以设计公司为主、培训机构、BIM咨询公司锋芒逐现，BIM理念也逐渐得加深认识。业内的资深人士已经跨越BIM发展的第二阶段，向着更深层次发展，早期在实践中的BIM项目向人们证实：跨越BIM的第二阶段会有很大益处。对于跨越之后出现的新事物我们需要保持清醒的头脑，做出简单的了解，在这种情况下才可以不断完善现有的方法论。当然，在所有位置问题明确之前，对于第三阶段保持开放心态还是不可或缺的。第三阶段是一个全面综合的模型，内部之间的个体相对独立，并不是简单松散的联合体，设定为iBIM。这充分体现每个单一做出贡献的人员都会按照一定的规则相互结合起来，形成连续一致的信息模型，最终会发布到云端上。云服务的其中的一种方式，可能是促使用户使用相关的软件，第三阶段的前途也可能会取决于云技术。对生命周期短，工作室高端的要求都将会得到消除，解决以年度计费软件的成本问题：用户需要付费在使用软件之后。为了保证管理上的安全性，云技术工作模式的相关协议制定并出台。智能化代理应用，满足设计方面的要求，可以查询资料通过查询网站。相关的研究报告，BIM在欧、亚等地区虽然刚刚兴起，但是其未来的三维信息技术必然是一道光景。中国的建筑业会在其推进大规模乡镇过渡到城市的过程，迎接前所未有的机遇和发展。由于BIM技术在可持续设计、协调设计、住宅商业化、成本管理、实现数字信息城市有着天然的优势，因此未来对建筑环境、质量和舒适度有着高层次的要求，这些BIM技术的应用都有光明的发展前景。第二章 BIM软件介绍及建筑节能的应用价值2.1 BIM的相关软件2.1.1 BIM建模核心软件BIM的核心其实就是信息，而信息的表达是需要通过建模来表达。所以说，BIM便应运而生一种核心建模软件。相反由于BIM软件的出现也促进了BIM技术快速的发展，从事BIM这个行业首先碰到的软件。这类软件称之为“BIM核心建模软件”，简称为“BIM建模软件。 Autodesk公司在建筑民用市场中依靠CAD打下坚实的基础，研发Revit软件用于建筑、机电和结构，展现出其强大之处。Revit软件是一种技术成熟的“建模软件”，基于CAD对象系统以三维、智能化、参数化为特点。除了Revit之外还有研发用于建筑、设备和结构的Bentley，Bentley产品的先进之处，在基础设施（桥梁、市政、公路、水利等）和工厂设计（发电、药厂、化工、核能等）方面的能力无可厚非。Gery Technology公司研发一款用于工程建设业的软件Digital Project，是以为基础进行研发的，属于二次开发软件但其本质不变。相当于将CATIA进行某些方面的升级，类似于天正与AutoCAD的关系。当前在中国BIM核心建模软件，应该可以说AutoCAD使用最多也是最熟悉的，同时CAD也是被打造成一款全球应用的产品，拥有强大的市场影响力。但是中国没有统一的BIM标准，因此要想扩展业务成为一个难题。选择建模软件时，除了考虑软件本身对专业的适用性还要考虑建设方与其他成员的要求作为确定BIM技术路线的重要因素。2.1.2 BIM方案设计软件BIM方案设计软件用在设计初期，其主要功能是把业主设计任务书里面基于数字的项目要求转化成基于几何形体的建筑方案，此方案用于业主和设计师之间的沟通和方案研究论证。目前主要的BIM方案软件有Onuma PlanningSystem和Affinity等。2.1.3 和BIM接口的几何造型软件在初期设计阶段，对于模型的形体或者很繁杂的建筑造型，使用几何造型软件比建模软件更专业、有效率还有可能在某些方面超越它达到意想不到的效果。几何造型软件导出的结果可以作为外部数据导入到建模软件中。在市场中，常用到的造型软件主要有Rhin ，Sketchup和FormZ4。2.1.4 BIM可持续分析软件目前BIM可持续分析软件国内有PKPM和国外的Echo-tect,Green Building Studio,IES。其主要作用是通过模型包含的实际信息对项目的日照情况、热量传递情况、通风情况、外围生态环境等分析。2.1.5 BIM模型框架分析软件作为一个与BIM建模软件集成度很高的软件，BIM模型框架分析软件可以通过建模软件中附加的信息进行模型框架分析，当然从这可以看出，BIM模型框架分析软件与建模软件之间可以进行信息相互交换，分析的结果同时反馈到建模软件中，及时更新建模模型。国外框架分析软件ETABS , Robot，STAAD等 和国内软件PKPM等可以与BIM建模软件交互使用，效果比较理想。2.1.6 BIM模型检查软件要检查模型自身的完整性和质量，则需用到BIM模型检查软件，可以用来检测如空间有没有交叉重叠、构件之间有没有相互冲突、空间有没有封闭等等。当然，也可以检测是否符合业主的要求 以及相关的规范要求等。当前Solibri Model Checker霸占了检测软件市场。2.1.7 BIM模型碰撞检查软件BIM模型碰撞检查软件能够出现的根本原因有下面两个：(1) 由于实际项目和很多专业有关，创建模型时也会涉及分专业问题，不同专业人员都要建立与自己专业有关的模型。当所有专业的模型建立完后，需要将所有的模型放在同一个平台下进行分析、模拟，只用BIM建模软件是无法完成的。(2) 在一个文件下，当前技术条件还无法将大型项目用BIM核心建模软件打开，还必须分开创建局部模型最后组合研究整体的设计、施工、运维管理。通过三维软件创建模型后，使用模型碰撞检测软件进行三维检测并改进，加入时间刻度进行4D动态模拟。目前常用的模型综合碰撞检测软件主要有Autodesk Navisworks 、Solibri Model Checker等。2.1.8 BIM运行维护软件假如把BIM视为建设工程的DNA，根据相关资料，运营阶段占整个建筑物生命周期的75%,占整个生命周期25%成本却只是建设阶段。在BIM为建筑物运营服务所建设的模型中，美国的运营管理软件ArchiBUS是最具权威的软件之一，运营服务也是BIM发展的动力和目标。2.1.9 BIM发布审查软件AutodeskDesign Review,Adobe PDF和Adobe 3D PDF这几个软件的作用是把BIM最终成果转化成特定的格式，这种格式的特点是静态的、含有大量模型智能信息、压缩度较高、未授权无法进行修改但可以标注审查意见、供更多人访问，这种格式有PDF/DWF/3D PDF等，项目参与方可以对其进行访问和审查。成果发布时，用户可以根据自己的意愿，对成果进行加密以保护自己劳动成果。2.2 基于BIM技术的建筑节能应用价值2.2.1 建筑节能设计的现状节能建筑设计的推广还远远达不到发展的要求，这一现象在我国更是突出。大多数的设计师参考其他生态建筑设计案例和套用己经有的技术手法，而且没有对所设计的方案和工程进行分析与计算，以检验设计的效果是否节能、是否经济、是否“绿色”等。目前，中国的建筑设计更多的是侧重于建筑的外观和功能，而忽视建筑的能效设计即通过被动设计的方法，在建筑设计的初始阶段，就开始进行建筑能效设计，从而选择最优化的设计方案。2.2.2 基于BIM技术的建筑节能设计利用BIM技术，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量设计信息，包括几何信息、糍料性能、构件属性等等，只要将模型导人相关的能量分析软件，就可以得到相应的能量分析结果。原本需要专业人士花费大量时间揄入大量专业数据这个过程，如今利用先进的计算机技术就可以自动完成，建筑师不需要额外花费精力。在建筑设计的方案阶段，能充分利用建筑信息模型和能量分析工具，简化能量分析的操作过程，是建筑师进行绿色建筑设计迫切需要解决的闻题。目前，美国的Green Building Studio可以满足建筑师的这一需求。GBS直接从BIM软件中导入建筑模型，利用其中包含的大量建筑信息来建立一个准确的热模型（其中包括合理的分区和方位），并将其转换成XML格式（gbXML是一种开放的XML格式，已被HVAC软件业界迅速接受，成为其数据交换标准）。并根据当地建筑标准和法规，对不同的建筑空间类型进行智能化的假定。最后结合当地典型的气候数据，采用DOE2.2模拟引擎（一个被广泛接受的建筑分析程序）进行逐时模拟。每年能量消耗、费用以及一系列建筑采暖制冷负荷、系统（诸如照明、HVAC、空间供暖的主要电力和天然气的能源使用）数据都能立刻展现出来MJ。而整个过程中，建筑师只需在Green Building Studio中手动的输入建筑类型和地理位置即可。GBS还能输出gbXMl.、3D VRML、DOE一2.2等文件格式，可以利用其他工具诸如Trane的Trace 700，或eQuest、EnergyPlus等对建筑能效进行进一步的分析。在建筑设计基本完成之后，需要对建筑物的能效性能进行准确的计算、分析与模拟。在这方面，美国的Energy Plus软件是其中的佼佼者。EnergyPlus是一个建筑全能耗分析软件（whole building energy analysist001），是个独立的没有图形界面的模拟软件，包含上百个子程序，可以模拟整个建筑的热性能和能量流、计算暖通空调设备负荷等，并可以对整个建筑的能量消耗进行分析。在2D CAD的建筑设计环境下，运行EnergyPlus进行精确模拟需要专业人士花费大量时间，手工输入一系列大量的数据集，包括几何信息、构造、场地、气候、建筑用途以及HVAC的描述数据等。然而在BIM环境中，建筑师在设计过程中创建的建筑信息模型可以方便地同第三方设备例如BsproCom服务器结合，从而将BIM中的IFC文件格式转化成EnergyPlus的数据格式。另外，通过GBS的gbXML也可以获得EnergyPlus的IDF格式。BIM与EnergyPlus相结合的一个典型实例是位于纽约“911”遗址上的自由塔（Freedom Tower）。在自由塔的能效计算中，美国能源部主管的加州大学“劳伦斯伯克利国家实验室”（LBNL）充分利用了Archi-CAD创建的虚拟建筑模型和EnergyPlus这个能量分析软件。自由塔设计的一大特点是精致的褶皱状外表皮。LBNL利用ArchiCAD软件将这个高而扭曲的建筑物的中间（办公区）部分建模，将外表几何形状非常复杂的模型导入了EnergyPlus，模拟了选择不同外表皮时的建筑性能，并且运用EnergyPlus来确定最佳的日照设计和整个建筑物的能量性能，最后建筑师根据模拟结果来选择最优化的设计方案。除以上软件以外，芬兰的Riuska软件等，都可以直接导人BIM模型，方便快捷的得到能量分析结果。第三章 BIM在工程建设中的应用及保障措施3.1 BIM在工程建设中的各阶段应用BIM 是一种全新的理念，它涉及到从规划、设计理论到施工、维护技术的一系列创新和变革，是建筑业信息化的发展趋势。BIM 的研究对于实现建筑生命期管理，提高建筑行业设计、施工、运营的科学技术水平，促进建筑业全面信息化和现代化，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。3.1.1 可行性研究阶段BIM对于可行性研究阶段建设项目在技术和经济上可行性论证提供了帮助，提高了论证结果的准确性和可靠性。在可行性研究阶段，业主需要确定出建设项目方案在满足类型、质量、功能等要求下是否具有技术与经济可行性。但是，如果想得到可靠性高的论证结果，需要花费大量的时间、金钱与精力。BIM可以为业主提供概要模型(Macro or schematic model)对建设项目方案进行分析、模拟，从而为整个项目的建设降低成本、缩短工期并提高质量。3.1.2 设计工作阶段1.可视化设计以BIM为基础的可视化设计与汽车拼装相似，操作人员可以通过已经定好位置的轴网和标高将构件载入到模型中，然后修改已载入构件的模型参数形成设计尺寸。可视化设计由于特定的族之间能够相互适应，因此不光可以设计三维，还可以设计生成各专业图纸，保证二维图纸和三维模型实时联系。简单来说就是，无论是修改二维图纸还是修改三维图纸，相互之间都会有联动修改。可视化模型的优势发挥的淋漓尽致，使得协作有效简便。2.协同设计一个实际项目的设计会涉及到多个专业，因此一个不可避免的问题出现了，就是协同设计。Revit平台允许相关的多个专业在其同一平台下同时工作，及时发现问题并改正。“中心模型”提前定好统一坐标和使用规则的系统模型，上传到服务端，取得授权的操作人员都可以将其下载到电脑中，以此为模板建立自己的模型。在没有版权人授权的情况下只可以引入但不可以修改，使用同步功能实时与“中心模型”保持一致。软件提供此功能无疑会专业较多的地铁项目设计起来更有效率，大大降低错误的工作模式。3.1.3 建设实施阶段1.施工前的查漏补缺及管线综合布线在传统CAD时代，各系统间的冲突碰撞极难在2D图纸上识别，往往直到施工进行了一定阶段才被发觉，不得己返工或重新设计；而BIM模型将各系统的设计整合在了一起，系统间的冲突一目了然，在施工前改正解决，加快了施工进度、减少了浪费、甚至很大程度上减少了各专业人员间起纠纷不和谐的情况。以土建模型为基础，然后在其上面进行给排水、环控、电器设备管线的设计。各专业系统可以通过设置不同颜色加以区分，管线按照系统不同进行建模。由于地铁管线设置复杂程度难以想象，相对于传统单项专业会审很难发现问题，而BIM模型却可以再三维状态下对整个设计进行全面检查，发现问题及时并改正。2.虚拟现实及模拟施工虚拟现实可以使建筑信息模型在仿真环境中实现漫游，在没有BIM时要想展现项目建成之后的效果必须去专业的动画公司做三维展示过程。出现BIM之后，利用其自带的漫游技术可以随时随地的进行漫游。BIM技术在此的强大之处，是在于可以提供与实际项目完全一致精确的信息，将制作好的动画上传到云端亦可以通过手机、平板等移动设备进行可视化项目沟通。BIM技术将与BIM模型具有互用性的4D软件、项目施工进度计划与BIM模型连接起来以动态的三维模式模拟整个施工过程与施工现场，能及时发现潜在问题和优化施工方案(包括场地、人员、设备、空间冲突、安全问题等)。同时，4D施工模拟还包含了临时性建筑如起重机、脚手架、大型设备等的进出场时间，为节约成本、优化整体进度安排提供了帮助。3.1.4 竣工结算阶段软件Revit带有明细表统计功能，软件可以以族的种类或者族式样自动进行统计工程量。只要修改参数都会触发修改引擎自动修整相关的工程量明细表，无论是在三维还是二维视图中。3.1.5 运维管理阶段运维管理顾名思义就是对BIM模型整合以及应用。在BIM的数据库中，包含信息有设计、施工、后期运行阶段，为管理运维阶段提供实际性帮助。当工程出现问题时，提前利用管理系统进行定位然后在维修、检测故障，及时解决问题。在运维现场快速定位，通过手提设备进行查找电器、环控、给排水等设备和设施的位置。可以将运维管理信心上传到云端实现信息共享，在发生火灾时救援人员可以访问BIM数据库提前确定出事位置，协助救援人员快速准确救急。此外，BIM可同步提供有关建筑使用情况或性能、入住人员与容量、建筑已用时间以及建筑财务方面的信息；同时，BIM可提供数字更新记录，并改善搬迁规划与管理。BIM还促进了标准建筑模型对商业场地条件(例如零售业场地，这些场地需要在许多不同地点建造相似的建筑)的适应。有关建筑的物理信息(例如完工情况、承租人或部门分配、家具和设备库存)和关于可出租面积、租赁收入或部门成本分配的重要财务数据都更加易于管理和使用。稳定访问这些类型的信息可以提高建筑运营过程中的收益与成本管理水平。3.2 BIM系统实施的保证措施3.2.1 建立BIM系统运行保障措施体系1.按BIM组织架构表成立BIM系统执行小组，由BIM系统总监全权负责。经业主审核批准，小组人员立刻进场，最快速度投入系统的创建工作。2.成立BIM系统领导小组，小组成员有总包项目总经理、项目总工、BIM总监、土建施工部经理、钢结构施工部经理、机电施工部经理、装饰施工部经理、幕墙施工部经理组成，定期沟通及时解决相关问题。3.总包各职能部门设专人对口BIM系统执行小组，根据团队需要及时提供现场进展信息。4.成立BIM系统总分包联合团队，各分包派固定的专业人员参加，如果因故需要更换，必须有好的交接，保持工作的连续性。5.购买足够数量的Autodesk正版软件，配备满足软件操作和模型应用要求的足够数量的硬件设备，并确保配置符合要求。3.2.2 编制BIM系统运行工作计划1.各分包单位、供应单位根据总工期以及深化设计出土要求，编制BIM系统建模以及分阶段BIM模型数据提交计划、四维进度模型提交计划等，由总包BIM系统执行小组审核，审核通过后由总包BIM系统执行小组正式发文，各分包单位参照执行。2.根据各分包单位的计划，编制各专业碰撞检测计划，修改后从新提交计划。3.2.3 建立BIM系统运行例会制度1.BIM系统联合团队成员，每周召开一次专题会议，回报工作进展情况以及遇到的困难，需要总包协调的问题。2.总包BIM系统执行小组。每周内部召开一次工作碰头会，针对本周条线工作进展情况和遇到的问题，制定下周工作目标。3.BIM系统联合团队成员，必须参加每周的工程例会和设计协调会，及时了解设计和工程进展情况。3.2.4 建立BIM系统运行检查机制1.BIM系统是一个庞大的操作运行系统，需要各方协同参与。由于参与的人员多且复杂，需要建立健全一定的检查制度来保证体系的正常运作。2.对各分包单位，每2周进行一次系统执行情况飞行检查，了解BIM系统执行的真实情况、过程控制情况和变更修改情况。3.对各分包单位使用的BIM模型和软件进行有效性检查，确保模型和工作同步进行。第四章 BIM技术在未来建筑工程应用的展望当前我们所处的是一个技术与改革并进的信息时代。往往新的技术会在原来的基础上有但一定程度上改进和突破，这也是社会发展的规律。我们要想在这个竞争异常激烈的经济社会不被淘汰，必须学会与时俱进。虽然国内的设计行业还是以CAD软件为主，但是未来发展的潮流最终是BIM成为设计行业的主流。与传统模式相比，3D-BIM的优势明显，因为建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，可以进行各个相关工作。建筑工程与之相关的工作都可以从这个建筑信息模型中拿出各自需要的信息，既可指导相应工作又能将相应工作的信息反馈到模型中。BIM信息模型相关软件十分先进，代表着设计软件的发展方向，建筑信息模型目前正被越来越多的设计机构采用。参考文献1 隋振国，马锦明，陈东，徐伟.BIM技术在土木工程施工领域的应用进展J.2013，S1:161-165.2 何陪关.BIM究竟是什么J.土木建筑信息技术，2010,03:111-117.3 张春霞.BIM技术在我国建筑行业的应用现状及发展障碍研究J.建筑经济，贺灵童.BIM在全球的应用现状J.工程质量，2013,03:12-19.4 张建平、李丁、林佳瑞、颜钢文O.清华大学上术工程系，北京100084; 2.北京城建集团有限公司，北京.BIM在施工中的应用0008J. 2012,16:10-13.5 何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎J.工程管理学报， 2012(01):12-16.6 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