BIM软件调研分析及煤炭工程BIM软件选型

随着BIM在我国的逐渐发展，公路、铁路、轨道交通、水利水电等行业的信息化、自动化水平逐渐提升，但煤炭工程BIM应用案例并不多。煤炭作为我国的主体能源，有力地支撑了国民经济和社会长期平稳较快发展[1]。为了能够实现煤炭工程BIM的全面应用，充分发挥BIM优势，BIM软件选型是必不可少的。

煤炭工程的建设分为地上部分和地下部分，包括矿建、土建、安装3类，其主要特点包括：长周期、大投资，大部分工程的建设周期长达数年甚至十几年；平均开采深度500m，地质条件复杂多变，施工过程中突发事件多；地下矿建工程为地下作业，工作面狭窄，增加了运输调度的难度和资源的消耗量。近年来，随着自动化、现代信息和通信技术的发展，传统采矿业也深受影响，煤炭开采已从传统的人力矿山、机械矿山发展到信息矿山、数字矿山，并逐步迈向智能矿山[1]。

BIM技术为解决信息孤岛问题，实现数字化、自动化和智能化带来了新的机遇。目前，国内外BIM技术在建筑工程中的研究与应用已经较为成熟，并且正在逐渐向其他工程领域延伸。桥梁、公路、铁路、轨道交通、水利水电等工程领域已经出现了与BIM相关的研究、标准与应用案例[2]-[7]。对于煤炭工程，BIM技术可以在工程全生命期各阶段为各参与方带来显著利益，但也面临着一系列的挑战，其中之一便是软件支持不配套[8]。

目前，国内外BIM技术的研究与应用主体为一般建筑工程，尚未出现专门针对煤炭工程建设的BIM软件。在煤炭行业中全面应用BIM，需要对目前BIM主流软件产品进行分析，并结合煤炭工程建设的实际情况，制定可行的软件选型解决方案。本文研究了目前国际市场中的主流BIM软件厂商及相应的BIM解决方案，并以BIM全生命期应用过程中的关键软件特征为依据，对这些厂商以及产品进行了对比分析。以此为基础，结合煤炭工程的项目特征，为不同目标的BIM应用提供了软件选型的整体解决方案。

BIM主流软件厂商

目前，在BIM国际市场，主流软件厂商包括Autodesk、Bentley、Dassault Systemes、Nemetschek、Trimble、Beck Technology、Synchro、Asite[9]。这些软件厂商为工程建设相关各方的工作需求提供完整或部分解决方案。各厂商的软件产品因数据和功能的精心设计，其内部是自洽的，从而形成了以厂商为划分依据的软件体系。各体系中包含了针对建设全生命期中各阶段主要需求的一系列软件，并且各体系数据互通，形成了可指导用户使用的完整解决方案。

Autodesk

Autodesk整体BIM解决方案，覆盖了工程建设行业的众多应用领域，涉及建筑、结构、水暖电、土木工程、地理信息、流程工厂、机械制造等专业。Autodesk针对不同领域的实际需要，提供了建筑设计建模软件Revit、土木工程设计建模软件Civil 3D、建筑性能分析软件Ecotect Analysis、施工管理与模拟软件Navisworks等支持企业的BIM应用。

Bentley

Bentley产品以支持协同工作及数据共享为原则，其综合解决方案以用于建筑及基础设施设计的MicroStation图形环境，用于项目团队协同工作的ProjectWise工程管理环境，以及用于资产管理、运营管理的AssetWise资产信息管理环境等3大环境为基础，通过专业应用模块的有机结合，形成适用于不同领域的综合解决方案。Bentley公司在2012年推出了以AECOsim Building Designer（ABD）及相应的能耗计算系统AECOsim Energy Simulator（AES）为主的基于BIM的建筑行业解决方案，关注建筑项目的协同设计及工程信息存储、设计、建造、运营维护等BIM在整个生命周期的应用。

Dassualt Systems

Dassault Systems提供了全流程BIM/PLM解决方案，包括项目协同管理模块ENOVIA、设计建模模块CATIA、建筑性能分析模块SIMULIA、施工模拟模块DELMIA、虚拟现实交互模块3DVIA等，满足建筑全生命期各参与方、各阶段的应用需求。Dassault平台各大模块之间采用统一的底层数据，实现了BIM数据的无缝连接，避免了通过中间格式进行数据传递而导致数据丢失的问题。

Nemetschek

Nemetschek是BIM的先驱，早在上世纪80年代，Nemetschek就以数据库驱动平台的概念来参与整个施工过程的优化。Nemetschek是BIM解决方案的领导厂商，推出了很多代表作品，如Allplan、ArchiCAD、Solibri Vectorworks等。Nemetschek可以兼容大部分市场上的主流BIM软件，并且大力发展和实施了BIM应用标准，为工程项目全面应用BIM提供了可能。

Trimble

Trimble公司创立于1978年，致力于GPS（Global Positioning System，全球定位系统）设备发展与技术开发，于1982年开始涉猎建筑工程相关产业。Trimble于2011年7月收购了Tekla，于2013年收购了Google的sketchup，通过这两个软件来加强自身在项目管理方面的能力。

Beck Technology

Beck Technology是建筑、工程和AEC行业的软件和服务公司，成立于1996年。20多年来，通过应用技术和突破性思维为企业提供建筑概念建模和概预算评估，从而为企业创造更大价值。其主要产品包括DESTINI Estimator、DESTINI Profiler、DESTINI Optioneer，旨在将跨学科的数据集成到创新的软件解决方案中，让项目团队做出更好、更明智的决策。

Synchro Software

Synchro软件针对工程建设主要需求提供了完整的解决方案，目前产品有Synchro PRO、Synchro Workgroup Project、Synchro SITE。它们可以为整个项目的各参与方（包括业主、建筑师、结构师、承包商、分包商、材料供应商等）提供实时共享的工程数据。工程人员可以利用Synchro 4D软件进行施工过程可视化模拟、施工进度计划安排、高级风险管理、设计变更同步、供应链管理以及造价管理。目前的4D工程模拟大部分是针对大型复杂工程项目的建设及管理而开发使用的。

Asite

Asite有限公司为建设公司及工程项目提供基于云平台的协同工作解决方案。其云平台名为Adoddle，该平台支持全面的协同工作，如文档管理、项目管理、成本管理、采购管理等，同时，也为运维管理中的资产管理、计划管理等需求提供相应功能模块。Asite在Revit、SAP、Sage、EMC、Bentley等BIM及工程管理软件中研发了配套插件，从而支持BIM以及关联数据的共享并以此为基础进行协作。此外，Adoddle的AppBuilder功能支持基于图形界面的研发环境，允许用户通过二次开发实现自定义功能。

各类BIM软件特征对比

煤炭工程通常具有周期长、范围广、地质条件复杂、难以精细化管控等特征，因此，对BIM软件的应用需求涵盖了从设计建模到施工管理再到运维管理的全过程。此外，由于BIM软件大多针对建筑和部分基础设施工程提供较为友好的功能，而对煤炭工程的支持较弱，因此，良好的二次开发能力也是煤炭工程BIM软件选型中的重要考虑因素。基于以上分析，本文选择设计与建模、施工管理、运维管理、二次开发4个方面对煤炭工程BIM软件进行选型。

设计与建模

多数传统CAD软件厂商如Autodesk、Bentley已推出替代CAD制图软件的BIM建模软件，为建筑设计由二维制图向全面的信息化建模提供了有力支持。在工程建设全生命期信息化过程中，BIM建模软件奠定了数据基石，是不可缺少的重要组成部分。BIM实施团队选择BIM建模软件，应考虑其厂商所能提供的全部BIM建模与设计分析工具。对于不同专业，如建筑、结构、机电；不同工程类型，如建筑、公路交通、轨道交通、工业厂房、水利设施等，建模软件应支持其进行完备的模型建立。软件厂商应分别针对不同的模型内容要求，提供不同的建模产品，或者提供通用性较高的统一建模软件。

目前，BIM主流软件厂商的解决方案中，各类设计软件的对比，如表1所示。

另外，对多专业协同设计的支持是影响BIM设计效率、保证BIM可带来效益的重要特性。各BIM厂商均提供了用于协同设计的软件，这类软件的评价主要包括：支持的文件格式、BIM共享方式、主要功能等。其中，文件格式以尽可能支持多厂商的BIM建模软件为优；BIM共享方式主要包括基本的文件共享方式以及BIM数据库共享方式。各厂商的协同设计软件对比，如表2所示。

施工管理

工程建设施工阶段，BIM可作为项目管理的数据基础，用以支持各参与方、各目标的流程管理，如进度管理、质量管理、安全管理、成本管理、合同管理、数字工地、施工协同等。同时，由于施工过程的复杂性，协助施工管理的BIM工具也较多。各厂商的施工管理软件，如表3所示。

表1 各厂商BIM设计软件对比表

表2 各厂商BIM协同设计软件对比表

运维管理

工程竣工并进入运营阶段时，BIM数据可用于运维管理，如状态监测、分析与可视化、业务支持、资产管理等。各厂商运维管理软件，如表4所示。

二次开发

考虑到工程的复杂性，若需要进行大规模BIM应用，现有的BIM软件已无法完全满足功能需求。对于具有一定软件开发能力的BIM实施团队来说，BIM软件对于二次开发的支持是需要重点考虑的方面。各厂商BIM软件对二次开发的支持能力，如表5所示。

煤炭工程BIM软件选型

背景

煤炭工程建设地上部分包括运输、选煤勘探、办公建筑等，与一般建筑工程差异不大，目前，主流BIM厂商与软件均能满足BIM实施的需求，因此，煤炭工程BIM软件选型应重点考虑能够满足地下矿建工程的应用需求。

表3 各厂商BIM施工协助或管理软件列表

表4 各厂商BIM运维管理软件列表

表5 各厂商BIM软件二次开发支持能力

中国神华国际工程有限公司重点关注，当前煤炭工程造价及施工管理面临的工程量清单计价未全面推广、海量的工程变更影响结算、缺乏造价数据积累等问题，以典型煤炭工程为案例，研究了煤炭工程标准模板库与BIM建模技术，并以BIM模型为基础，研究BIM工程量自动提取、工程变更管理、5D施工模拟技术，实现设计、施工BIM集成应用，减少信息重复录入，提高工作效率与管理水平。该研究过程中，对BIM厂商与软件的选择是一项关键工作。

选型原则

选型原则包括基本“应用选型原则”和“深度应用选型原则”。

基本应用选型原则主要包括三部分内容：一是根据建模需求缩小范围；二是确定BIM应用阶段并根据具体功能需求进行筛选；三是综合协同管理与数据共享方式进行统一考虑。

深度应用选型原则主要包括两部分内容：一是判断通过二次开发是否能够满足BIM应用需求；二是分析二次开发支持是否与BIM实施团队适应。

同时，由于软件选型不仅与应用需求有关，因此成本、厂商服务等也需纳入最终需要考虑的因素。

煤炭工程BIM软件选型因素

由于煤炭工程BIM研究需要进行多BIM软件选型，所以需要尽可能选择同一软件厂商的产品，以降低数据交换的损失。产品如果实在无法满足需求，再考虑同时应用多厂商软件。该研究考虑的选型因素主要包括：

（1）参数化建模。煤炭工程中的人工构筑物类型较少，结构简单，但数量众多，因此，采用参数化BIM模板可显著提高信息建模效率。目前，主要厂商的BIM建模软件基本可以满足该要求。

where superscript U represents the upper wall,Dx is the spacing between two adjacent microphones,and J must be not less than 2N.Note that Eq.(7)includes both forward and backward acoustic modes,and superscript?has been omitted.

（2）地理信息建模。矿山的地表、地质信息是煤矿的主要建模元素， BIM建模软件需要支持便捷的地理信息建模。

（3）跨专业协同设计。由于涉及地理信息、结构等不同专业同时设计与建模，因此，需要有协同设计产品支持模型集成与共享。

（4）数据存储安全性。不考虑公有云，选择私有云或私有数据库存储工程数据。

（5）工程变更。需要工作流引擎支持设计与施工过程中频繁发生的变更流程。

（6）成本管理。需要支持工程量提取、成本估计、5D集成与模拟等。其中，成本信息通过自定义的工程量清单数据载入模型，一般需通过二次开发的方式实现。

选型评价结果

综合上述各选型因素，通过分析各厂商产品对这些因素的支持，可得出选型评价结果。（见表6）

针对设计与建模的需求，首选厂商要有BIM建模产品，并且同时支持结构与地理信息建模。完全满足该要求的厂商主要包括Autodesk、Bentley、Dassault System及Trimble。Nemetschek并没有地理信息建模产品，而Beck Technology、Synchro以及Asite均没有BIM建模产品。

协同设计方面，对于数据集成与共享，Autodesk、Bentley、Dassault System、Nemetschek、Trimble以及Asite均有相关产品。但是Autodesk和Nemetschek并无产品可支持工程变更工作流。而关于BIM共享方式，Trimble的Trimble Connect仅支持公有云数据存储与共享，不能满足安全性要求。

施工管理方面，对于工程量提取、5D数据集成与模拟等，大部分厂商都能够支持，但是对于自定义的清单数据，除了Trimble Vico Office可以提供较为完善的解决方案，其余产品均需要进行二次开发将其载入软件并附加至模型上。

运维管理方面，可基本满足煤炭工程应用需求的厂商主要有Autodesk、Bentley、Dassualt System、Trimble、Asite。其中，Bentley仅具有资产管理功能，对煤炭工程复杂的运维管理需求的匹配程度较低。

表6 BIM软件选型评价表

二次开发方面，主流厂商均能够通过二次开发完全实现功能需求，但是只有Autodesk、Bentley和Dassault System的产品支持.Net或C++语言进行自主开发。

经过比选可见，Bentley与Dassault System是能够满足所有功能需求的推荐软件。而在商务评估程序之后，该研究最终选择了Dassault System的一系列产品作为软件平台，包括基础服务平台、CATIA、ENOVIA、GEOVIA、DELMIA等，并考虑基于CATIA软件进行关于BIM工程量自动提取的二次开发。该研究目前已顺利完成，成果丰硕。

结论

目前，全球各大BIM软件厂商已经各自形成了可以覆盖各行业工程专业BIM全生命期的解决方案。如何在众多BIM软件中选择适合自己使用的产品，是一个复杂的问题。本文广泛研究了国际市场上的主流BIM软件厂商以及他们的BIM解决方案，并针对其各类特征进行了总结分析，为BIM软件选型提供了数据基础，最终提出了BIM软件选型原则。中国神华国际工程有限公司某BIM课题研究过程中应用了该选型原则，并成功选择、应用了Dassault System的一系列软件产品。