BIM的应用现状与发展趋势

张江波

[摘 要] 通过对BIM技术的产生与发展的研究，对国内外的BIM技术研究与应用现状进行了总结，对现阶段国际、国内BIM技术在设计、施工、运维等不同阶段的应用情况、国内外BIM标准的进化等内容进行归纳整理，提出了在未来的建筑工程领域BIM技术的发展趋势和设想。

[关键词] BIM；应用现状；发展趋势

[中图分类号] TU205 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2016）01-83-4

Application Status and Development Trend of BIM

Zhang Jiangbo

（Shanghai Research Institute of Building Science，Shanghai 200032）

Abstract：By studying the emergence and development of BIM technology，the research and application status of international and domestic BIM technology are summarized，the application situation of international and domestic BIM technology at different stages of design，construction，operation and maintenance and so on，the evolutionof BIM standard athome and abroad and other contents are summed up， the development trends and ideas of BIM technology in the future construction engineering field are proposed.

Keywords：BIM；application status；development trend

1 BIM的概念与特点

自从1975年美国佐治亚理工大学的Chuck Eastman教授提出了建筑物计算机模拟系统（Building Description System，BDS）的概念以来，建筑信息模型既BIM技术的理念有着迅速的发展建筑信息模型（BIM）的概念最开始在美国得以推广应用，随后欧洲、日本、新加坡等国家也得到了积极的推广。Eastman博士也被称为“BIM之父”。美国国家建筑科学研究院对BIM的定义体现在NBIMS标准（美国国家BIM标准），BIM被描述为三个层次的含义：

第一，BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达。

第二，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，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。

第三，在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。

根据BIM的定义，结合工程建设实践，总结出BIM具有以下五个特点：可视化；协调性；模拟性；优化性；可出图性[1]。

2 BIM应用现状

2.1 BIM发展情况

建筑业信息化技术的研究在美国开展较早，其研究与应用都走在全球前列。根据麦格劳·希尔公司的商业调研，美国工程建设行业应用BIM技术的比例从2007年的28%增长到2012年的71%。其中74%的承包商已经在实施BIM，超过了建造师（70%）及机电工程师（67%）。

2011年，新加坡BCA与一些政府部门合作确立了示范项目。BCA将强制要求提交建筑BIM模型（2013年起）、结构与机电BIM模型（2014年起），并且最终在2015年前实现所有建筑面积大于5 000平方米的项目都必须提交BIM模型目标。BCA于2010年成立了一个600万新币的BIM基金项目，用于激励新加坡的高等院校开设BIM课程以及为面临就业的毕业生组织培训课程、并为行业人士特别建立了BIM专业学位体系。

韩国公共采购服务中心（PPS）于2010年4月发布了BIM路线图，内容包括：2010年在1-2个大型工程项目应用BIM；2011年，在3～4个大型工程项目应用BIM；2012-2015年，超过50亿韩元大型工程项目都采用4D·BIM技术（3D+成本管理）；2016年前，全部公共工程应用BIM技术。并于2010年12月发布《设施管理BIM应用指南》，针对设计阶段和施工阶段的BIM应用进行指导。

自2006年起，香港房屋署率先使用BIM技术并自行设计BIM标准和用户指南，还组建资料库。有效地进行BIM的规划和管理，为用户之间的沟通创造了良好的环境。，香港房屋署于2009年11月发布了BIM应用标准。预计在2016年BIM技术将覆盖香港房屋署所管辖的所有项目。

在宝岛台湾，台湾大学在2007年与Autodesk签订了产学研合作战略协议，研究BIM模型设计及工程动态模型的设计。台大土木工程系在2009年成立了“工程信息仿真与管理研究中心”，并出版了《工程项目应用建筑信息模型之契约模板》，高雄应用科技大学土木系也于2011年成立了BIM研究中心。

我国住房与城乡建设部2011年发布了《2011-2015建筑业信息化发展纲要》，2012年住建部《关于印发2012年工程建设标准规范制定修订计划的通知》正式宣告中国BIM标准制定工作的启动。国内著名的高等院校和科研院所在BIM的科研上也做了很多探索，如清华大学参考NBIMS，结合调研提出了中国建筑信息模型标准框架（CBIMS），中国建筑科学研究院提出专业BIM理论（P-BIM）。部分高校开展了BIM方向的本科教学及工程硕士的培养。

2.2 国内企业BIM主要的应用内容

我国的BIM技术应用刚刚起步，起点较低，但发展速度快，国内大多数大型建筑企业都有非常强烈的应用BIM提升生产效率的意识，并逐渐在一些项目上开展了试点应用，各级政府不断推出BIM应用推广的政策，呈现政府和企业双管齐下，多渠道推动的态势。

目前设计企业应用BIM的主要内容：第一，方案设计：使用BIM技术能进行造型、体量和空间分析外，还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性。第二，扩初设计：建筑、结构、机电各专业建立BIM模型，利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析，进行各种干涉检查和规范检查，以及进行工程量统计。第三，施工图：各种平面、里面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到。第四，设计协同：设计有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划，互提资料、校对审核、版本控制等。第五，设计工作重心前移：目前设计师50%以上的工作量用在施工图阶段，BIM可以帮助设计师把主要工作放到方案和扩初阶段，使得设计师的设计工作集中在创造性劳动上。

目前施工企业应用BIM的主要内容：第一，错漏碰缺检查，最大程度减少返工。利用BIM的三维模型在设计成果未完全固化之前进行错漏碰缺的检查，能够直观的解决建筑物空间关系上的冲突，检查出设计中存在的错误，并利用专业知识查勘缺失项目，从而优化工程设计，减少在正式施工时可能存在的问题，最大程度避免返工。同时可以通过BIM模型进行空间标高的优化，对装修完成面和管线排布方案进行调整和美化。施工单位利用错漏碰缺优化后的方案，进行施工交底和施工模拟，能够大大提高施工质量，同时也提高了与项目参建方的沟通水平。第二，模拟施工方案，有效协同参建方。在BIM模型三维可视化的基础上增加时间维度，结合施工组织设计和施工方案，能够进行施工进度的模拟。即时将计算机里的模拟施工进展与施工现场的实际进展进行对比，同时有效地将项目参建方进行空间、时间维度上的多维协同，所有参建方都能对工程项目实际进展存在的各种问题详细掌握。有效地减少了建筑施工过程中存在的安全、质量、进度甚至投资等问题。有效地减少返工和整改。第三，三维模型渲染，VR宣传展示。通过对三维模型进行渲染，可通过VR技术（虚拟现实）让客户能够代入到实体建筑，进行虚拟体验，在建筑物未交付前就可以具备真实感较高的体验，为客户带来直接的视觉冲击，参建方可以在虚拟现实环境中体验和检验工程施工的内容，以便于即时调整设计方案和施工实施方案。第四，进行知识管理，降低学习曲线。通过引入“知识管理”理念，对施工过程中难以积累的知识和技能、工艺和工法进行数字化的存储，通过轻量化的动画进行展示，可以为施工单位长期积累的知识库带来不断地更新，降低施工项目的学习难度，有效提升项目管理的水平。

目前运维阶段BIM的应用主要有：第一，空间管理。空间管理主要应用在设备系统和办公系统。在为各系统进行空间位置信息的编码后，将原来编号或者文字表示的内容变成三维图形位置，能够非常直观的查找设施、设备的位置，提升空间管理的效率。第二，设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。美国国家标准与技术协会（NIST）于2004年进行了一次研究，业主和运营商在持续设施运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的2/3。可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失。此外还可对重要设备进行远程控制。第三，隐蔽工程管理。在建筑设计阶段会有一些隐蔽的设备或者管线信息是施工单位不关注的，这些管线或者设备可能被隐蔽在封闭的吊顶上方，或者不太被关注的某个角落里，只有设计师和少数物业管理人员知道。随着建筑物使用年限的不断增加，物业管理人员更换频繁，这些隐蔽的信息便成了安全隐患，有时因为缺乏关注甚至直接导致悲剧酿成。通过BIM模型可以将隐蔽的管线或者设备的信息进行可视化的共享，内部管理人员可以通过共享的信息，查看随时可能发生的调整，并及时更新这些信息，从而确保信息的完整性和准确性，最大概率的降低安全风险。第四，应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。通过BIM技术的运维管理对突发事件管理包括：预防、警报和处理。可以迅速定位设施设备的位置，避免了在浩如烟海的图纸中寻找信息，避免酿成灾难性事故。第五，节能减排管理。BIM模型通过与物联网技术的结合，可以方便地进行日常能源管理监控。通过传感器采集到的建筑能耗数据，实现数据的实时传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并实时的在BIM模型上进行显示，进行数据的可视化处理。

2.3 BIM应用中存在的问题

BIM为建筑行业带来了很多好处，但是，在实践过程中也遇到了很多问题，主要问题如下：

2.3.1 缺乏复合型的BIM人才。BIM从业者不仅应熟练掌握BIM的理念和实际操作的工具，还必须具备工程专业背景和工程项目实践经验。不仅要掌握核心的多种BIM软件，还要能够结合企业和项目的实际需求制订BIM应用方案和技术标准。总的来说要做好BIM，需要复合型BIM人才，然而在当下在我国建筑业企业中是相当匮乏的。

2.3.2 在BIM应用模式及深度不够。目前大多数项目的BIM应用是专项应用多，集成应用少，而BIM所具备集成化、协同化特点在专项应用中很难发挥出优势。此外BIM与项目管理系统结合的应用较少，也不利于发挥BIM的最大价值。一个完善的BIM系统能够连接建设工程全生命周期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与方提供一个集成管理、协同工作、科学决策的环境。BIM的深入应用和推广还需要在这方面努力。

2.3.3 在BIM应用软件相对匮乏。市场上的BIM建模软件有很多种类型，但大多用于设计和施工阶段的建模，在性能分析、施工管理、协同建造、进度分析、成本管控等方面的应用软件相对匮乏。大多数BIM软件仅仅能够满足单项应用，集成化程度高的BIM应用往往不能满足，与项目管理系统进行集成管理应用的软件更是匮乏。

2.3.4 在BIM数据标准缺乏。随着BIM技术的深入应用，基于BIM的信息系统对数据交换的要求越来越高，目前数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。而国际组织所推行的IFC数据标准在我国建筑领域的应用和推广不甚理想，而国内对国际标准的研究能力也欠缺，很难结合我国建筑工程实际情况进行标准的拓展和制定。这在一定程度上制约了BIM技术的深入应用。

3 国内外BIM标准及政策发展情况

为了促进BIM技术的快速发展，很多国家和地方组织制定了相关的BIM标准。

2006美国总承包商协会发布《承包商BIM使用指南》；2008年美国建筑 师学会颁布了BIM合同条款 E202-2008《Building Information Modeling（BIM）Protocol Exhibit》；2009年美国洛杉矶大学制定了面向DBB工程模式的BIM实施标准《LACCD Building Information Modeling Standards For Design- Bid Build Projects》。

英国在2009、2010、2011年陆续发布了《AEC（UK）BIM Standard》和 《AEC（UK）BIM Standard for Autodesk Revit》《AEC（UK）BIM Standard for Bentley Building》。

挪威于2009和2011年发布了 《BIM Manual1.1》和《BIM Manual1.2》。

新加坡在2012年发布了 《Singapore BIM Guide》。

韩国国土海洋部在2010年1月颁布了《建筑领域BIM应用指南》；虚拟建造研究院在2010年3月制定了《BIM应用设计指南—三维建筑设计指南》；调达厅2010年12月颁布了《韩国设施产业BI应用基本指南书—建筑BIM指南》。

此外，很多国家和地方组织也制订了比较具体的BIM技术推动政策。

美国GSA（美国总务管理局）推出了国家3D-4D-BIM计划，鼓励所有GSA的项目采用3D-4D-BIM技术，并给予不同程度的资金资助。

韩国公共采购服务中心建设事业局制定了《BIM实施指南和路线图》，明确试点应用，然后逐步扩大应用规模，力求在2012-2015年500亿韩元以上建筑项目全部采用3D+Cost的设计管理系统，计划到2016年实现全部公共设施项目使用BIM技术的目标。

2012年6月，building SMART澳洲分会受澳大利亚工业、教育等部门委托发布了一份《国家BIM行动方案》，制订了按优先级排序的“国家BIM蓝图”，准备全行业应用BIM技术。

我国专业技术人员在1998年就开始接触和研究IFC标准，并于2000年与IAI组织接触，全面了解了IAI的目标、组织规程、IFC标准应用等问题。确立了IFC标准作为国内建筑信息技术的数据标准的基本方针，借鉴了国际产品数据标准STEP标准的技术，保持该技术所具备的先进性和开放性。国家863计划项目所提出《数字社区信息表达与交换标准》就是一个基于IFC标准制定的计算机可识别的社区数据表达与交换的标准，提供社区信息的表达以及可使社区信息进行交换的必要机制和定义。通过一系列的实践，探索了IFC标准结合我国建筑行业的实际情况进行必要扩充的主要问题。目前主要的研究方向是：第一是深入透彻的研究IFC标准，第二是基于IFC标准开发一个BIM设计系统，第三是基于IFC标准研发建筑工程4D施工管理系统。

上海申通地铁集团、广州地下铁道集团等国内大型国企陆续发布了自己的企业级BIM标准，如申通地铁发布的《城市轨道交通BIM应用系列标准》，包含：轨道交通工程建筑信息模型建模指导意见、交付标准、应用技术标准、族创建标准、设施设备分类与编码标准等5个分册。

深圳工务署2015年5月4日发布了全国首例政府公共工程的BIM标准：《政府公共工程BIM应用实施纲要、BIM实施管理标准》，包括BIM应用的形势与需求、政府工程项目实施BIM的必要性、BIM应用的指导思想、BIM应用需求分析、BIM应用目标、BIM应用实施内容、BIM应用保障措施和BIM技术应用的成效预测等8章内容。

4 BIM技术的应用趋势

BIM未来的目标非常清晰，将对建筑行业带来革命性的影响，随着BIM技术的深入应用和研究，将进一步细化建筑行业的分工，并能够实现三维环境下的协同设计、协同管理、协同运维。空间模型与环境资源信息深入整合，形成完整的建筑信息模型。不远的将来将实现高水平的虚拟现实技术，以统一的模型贯穿于建筑使用年限，实现全生命周期管理。

而未来BIM技术在未来的发展必须结合先进的通信技术和计算机技术才能够大大提高建筑工程行业的效率，预计将有以下几种发展趋势：

4.1 移动终端的应用

随着互联网和移动智能终端的普及，人们现在可以在任何地点和任何时间来获取信息。而在建筑领域，将会看到很多承包商，为自己的工作人员都配备这些移动设备，在工作现场就可以进行设计。

4.2 无线传感器网络的普及

现在可以把监控器和传感器放置在建筑物的任何一个地方，针对建筑内的温度、空气质量、湿度进行监测。然后，再加上供热信息、通风、信息、供水信息和其他的控制信息。这些信息通过无线传感器网络汇总之后，提供给工程师就可以对建筑的现状有一个全面充分的了解，从而对设计方案和施工方案提供有效的决策依据。

4.3 云计算技术的应用

不管是能耗，还是结构分析，针对一些信息的处理和分析都需要利用云计算强大的计算能力。甚至，我们渲染和分析过程可以达到实时的计算，帮助设计师尽快地在不同的设计和解决方案之间进行比较。

4.4 数字化现实捕捉

这种技术，通过一种激光的扫描，可以对于桥梁、道路、铁路等等进行扫描，以获得早期的数据。设计师可以在这种沉浸式交互式的三维方式来进行工作，直观地展示产品开发的未来

4.5 协作式项目交付

BIM的完美实施，必须通过制定协作式的工作流程来保障，这种流程的再造改变了传统的设计方式，也改变了项目执行的方法，它通过协作将设计师、工程师、承包商、业主的合作变成扁平化的管理方式，通过成果分享，汇聚所有参建方参与其中，在项目的全生命周期过程中实现BIM的最大价值。

5 结语

BIM改变了传统的建设工程生产模式，为项目的生产和管理提供了大量的数据信息，并作为大数据载体，在信息管理系统的协助下对企业的运营和项目管理提供有价值的决策依据。同时对信息系统的计算能力和存储能力提出较高的要求，相信随着信息技术的不断发展，BIM终将成为建设工程高效率的增长模式，提升建筑行业的效益，增加建筑行业从业人士的幸福指数。

参考文献：

[1] 美国建筑科学学会.第一版第一部分： National Institute of Buiding Sciences ， United States National Building Information Modeling Standard， Version1-Part 1[R]美国国家BIM标准.2007.

[2] 何关培.BIM总论[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 美国总务管理局.General Services Administration（GAS）3D-4D BIM Program[EB/OL]. http：//www.gsa.gov/portal/ category/21062.

[4] 李云贵，BIM技术与中国城市建设数字化[C].上海中心-欧特克BIM战略合作签约仪式暨行业论坛，2010.

[5] 过俊，陈宇，赵斌.BIM在建筑全寿命周期中的应用[J].建筑技艺，2011（1）：209-215.