何文杰，惠 丕

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京市100088；2.中交瑞通路橋養(yǎng)護(hù)科技有限公司，陜西 西安 710500）

1 BIM概念

BIM（Building Information Modeling）- 建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)，將建筑系統(tǒng)內(nèi)所有的現(xiàn)實(shí)、虛擬、可視化及非可視化信息融入三維建筑模型，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的多維度集中化管理。

BIM并不是一款軟件，而是一系列軟件集多種信息協(xié)同工作的方式及平臺(tái)。它是工程建設(shè)領(lǐng)域繼“手工繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)槎S計(jì)算機(jī)繪圖”之后的又一次信息技術(shù)革命，已經(jīng)成為工程建設(shè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。

圖1 工程建設(shè)領(lǐng)域的信息技術(shù)革命圖示

2 國(guó)外BIM發(fā)展

BIM（建筑信息模型）源自于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。他們?cè)贐IM技術(shù)領(lǐng)域的研究與實(shí)踐起步較早，很多建設(shè)工程項(xiàng)目已采用BIM技術(shù)。不少地區(qū)在政策和經(jīng)濟(jì)方面給予支持，制定了相關(guān)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，不斷推動(dòng)BIM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

2.1 歐美國(guó)家

美國(guó)對(duì)BIM的研究與應(yīng)用最為領(lǐng)先，并且在政府層面給予大量的引導(dǎo)與推動(dòng)。例如，美國(guó)總務(wù)署GSA（負(fù)責(zé)美國(guó)聯(lián)邦設(shè)施建造和運(yùn)營(yíng)）鼓勵(lì)其管轄范圍內(nèi)的項(xiàng)目均采用BIM技術(shù)，并根據(jù)承包商所采用的BIM程序，給予不同程度的資金支持。美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)USACE，也發(fā)布了為期15 a的BIM發(fā)展規(guī)劃，承諾未來(lái)所有軍事建筑工程項(xiàng)目均采用BIM技術(shù)。

在BIM標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)building SMART alliance開(kāi)發(fā)并維護(hù)了IFC標(biāo)準(zhǔn)和openBIM標(biāo)準(zhǔn)。此外，該聯(lián)盟還發(fā)布了NBIMS-US標(biāo)準(zhǔn)。

英國(guó)內(nèi)閣辦公室部長(zhǎng)發(fā)布的“政府建設(shè)戰(zhàn)略”文件中提到“將實(shí)施一個(gè)為期四年的BIM推動(dòng)計(jì)劃，以開(kāi)啟一個(gè)全新的高效的協(xié)同工作模式。通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的推廣使用，使英國(guó)成為數(shù)字化建設(shè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者”。

在BIM標(biāo)準(zhǔn)方面，英國(guó)于2009年11月發(fā)布了AEC（UK）BIM標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，又發(fā)布了適用于不同BIM軟件（如Autodesk Revit）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 亞太地區(qū)

日本是亞太地區(qū)較早使用BIM的國(guó)家之一，并且在政府層面做了很多的探索和研究。2014年3月，日本國(guó)土交通省（MLIT，Minisrty of Land，Infrastructure，Transport and Tourism）發(fā)布了 BIM 應(yīng)用方針和標(biāo)準(zhǔn)，明確了BIM建模和應(yīng)用的相關(guān)事項(xiàng)和內(nèi)容，制定模型的精度標(biāo)準(zhǔn)。

2012年6 月，澳大利亞的Buliding SMART組織發(fā)布了一份《國(guó)家BIM行動(dòng)方案》（National Building Information Modelling Intiative）。該方案建議：從2016年7月1日起，所有澳大利亞政府的建筑采購(gòu)應(yīng)使用基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的全三維協(xié)同BIM進(jìn)行信息交換。

2012年5 月，新加坡國(guó)家發(fā)展部署下建設(shè)局（BCA，Building&Consrtuction Authority） 發(fā)布了新加坡BIM應(yīng)用指南（Singapore BIM Guide）。逐步要求以BIM提交藍(lán)圖方案，到2014年，所有5 000平方公尺以上項(xiàng)目的建筑及工程藍(lán)圖都必須以BIM提交。

2006年，中國(guó)香港房屋委員會(huì)（房委會(huì)）在公屋發(fā)展項(xiàng)目中率先試用BIM。至2015年，已有超過(guò)19個(gè)公屋發(fā)展項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和施工的不同階段應(yīng)用了BIM。同時(shí)為推動(dòng)與規(guī)范BIM的應(yīng)用，房委會(huì)也制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括應(yīng)用指南、組件庫(kù)設(shè)計(jì)指南和參考資料。

bimSCORE組織統(tǒng)計(jì)的2012年BIM應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，歐美國(guó)家在BIM成熟度方面處于絕對(duì)領(lǐng)先位置，而亞太國(guó)家在BIM應(yīng)用上還有不小的差距（見(jiàn)圖 2）。

圖2 國(guó)外BIM應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)柱狀圖

3 國(guó)內(nèi)BIM發(fā)展

得益于中國(guó)巨大的建筑開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，近幾年來(lái)BIM發(fā)展突飛猛進(jìn)，形成了一股BIM熱潮，同樣也得到了政府層面的大力扶持。

2011年5 月，住建部頒布的《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確提出要“加快建筑信息化模型（BIM）基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動(dòng)信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)”。這是中國(guó)最早在國(guó)家政策層面，對(duì)BIM的最明確支持。

2012年，BIM相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作開(kāi)始有序推進(jìn)，先后啟動(dòng)了《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》等一系列國(guó)家級(jí)的BIM標(biāo)準(zhǔn)。

2014年7 月，住建部再次發(fā)文《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見(jiàn)》，明確指出“推薦建筑信息模型（BIM）等信息技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程的應(yīng)用，提高綜合效益。”

各省市地區(qū)也相繼制定了BIM應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)，如廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2014年9月發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展建筑信息模型BIM技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知》。

2014年10 月，上海市人民政府辦公廳印發(fā)了《關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)》，選擇部分項(xiàng)目試用BIM技術(shù)，且在特定區(qū)域內(nèi)的工程全面采用BIM技術(shù)。

2014年9 月，北京市率先發(fā)布了中國(guó)大陸的第一部BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，《北京市地方標(biāo)準(zhǔn)-民用建筑信息模型（BIM）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》。而上海、四川、重慶、遼寧等地，也都在積極推進(jìn)BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

目前，BIM技術(shù)已不斷深入到應(yīng)用階段，《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》的出臺(tái)，對(duì)整個(gè)建筑領(lǐng)域繼續(xù)推進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用，起到了積極的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。

同時(shí)也相信，作為國(guó)家一項(xiàng)重大的歷史性工程-河北雄安新區(qū)的建設(shè)，也必將通過(guò)BIM技術(shù)融合更多的創(chuàng)新理念來(lái)構(gòu)建真正意義上的“智能交通”、“智能建筑”和“智慧城市”。

綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)BIM應(yīng)用起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速，正在逐步縮小與國(guó)外的差距，大有迎頭趕上之勢(shì)。

4 橋梁BIM技術(shù)分析

4.1 橋梁BIM發(fā)展

橋梁最初是為跨越障礙物或河流河谷所設(shè)，滿足行人的基本通行。現(xiàn)代特大型橋梁一般是由道路（如高速公路）線位決定，服務(wù)于現(xiàn)代交通需求，當(dāng)路線所經(jīng)地區(qū)為江河或被交道路等障礙物時(shí)，橋梁建設(shè)便應(yīng)運(yùn)而生。公路橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 a，一座橋梁從建設(shè)初期的場(chǎng)地選擇，經(jīng)過(guò)方案比選及技術(shù)難題攻克，直到設(shè)計(jì)施工完成后的后期運(yùn)營(yíng)，無(wú)論從時(shí)間角度還是從空間角度看，整個(gè)過(guò)程繁瑣而又銜接緊密。于是，橋梁BIM技術(shù)的應(yīng)用亟不可待。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外橋梁建設(shè)中相繼出現(xiàn)了BIM技術(shù)的案例，具體如表1、表2所列。

表1 國(guó)內(nèi)橋梁BIM應(yīng)用案例一覽表

表2 國(guó)外橋梁BIM應(yīng)用案例一覽表

4.2 BIM分析軟件

類似于BIM技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)70年代。類似于BIM技術(shù)的應(yīng)用起始于20世紀(jì)90年代，即1994年6月12日第1架波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程采用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CATIA來(lái)實(shí)現(xiàn)。此軟件來(lái)自達(dá)索系統(tǒng)公司（Dassault Systemes）。2002年12月16日，行業(yè)分析家Jerry Laiserin發(fā)表了一篇文章“Comparing Pommes and Naranjas”，從此，BIM開(kāi)始成為一個(gè)專門(mén)術(shù)語(yǔ)，被工程建設(shè)行業(yè)廣泛使用。

BIM的核心，是通過(guò)在計(jì)算機(jī)中建立虛擬的建筑工程三維模型，同時(shí)利用數(shù)字化技術(shù)，為建筑全生命周期提供完整的建筑工程數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息，也包括非幾何信息。借助這個(gè)建筑工程信息的三維模型，為建筑工程項(xiàng)目的各參與方提供一個(gè)工程信息交互與共享的平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)技術(shù)正在逐步向云平臺(tái)靠攏，其中代表軟件為Autodesk BIM 360 Glue產(chǎn)品。

Revit原名為Revise immediately，中文“所見(jiàn)即所得”，其源自于1997年Revit Technology公司開(kāi)發(fā)的一款三維建筑設(shè)計(jì)軟件。2002年，Revit Technology公司被當(dāng)時(shí)全球最大的二維、三維設(shè)計(jì)工程軟件公司Autodesk收購(gòu)，成為其旗下產(chǎn)品，并改名為Autodesk Revit。

Autodesk Revit作為歐特克軟件有限公司針對(duì)BIM實(shí)施所推出的核心旗艦產(chǎn)品，已經(jīng)成為BIM實(shí)施過(guò)程中不可或缺的一個(gè)重要平臺(tái)。其強(qiáng)大的功能可實(shí)現(xiàn)：協(xié)同工作、參數(shù)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、工程量統(tǒng)計(jì)、施工圖出版和三維構(gòu)件的碰撞檢查等。Revit結(jié)合其系列下的 Revit Architecture、Revit Structure和Revit MEP三款軟件，為建筑業(yè)提供了完整的協(xié)作平臺(tái)，大大提高了設(shè)計(jì)的高效準(zhǔn)確性，為后期的項(xiàng)目施工和運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了有利條件。正是基于這種全面性、平臺(tái)性和可擴(kuò)展性，Autodesk Revit完美地實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目的可視化、信息化和協(xié)同化，進(jìn)而成為市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的BIM應(yīng)用軟件產(chǎn)品。

建筑工程的全生命周期設(shè)計(jì)主要流程為：可視化設(shè)計(jì)→初步設(shè)計(jì)與擴(kuò)初設(shè)計(jì)→施工圖設(shè)計(jì)→機(jī)電深化設(shè)計(jì)→綠色節(jié)能→運(yùn)營(yíng)。其中，每個(gè)階段都可實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM的應(yīng)用。為應(yīng)對(duì)這些紛繁復(fù)雜的需求，國(guó)內(nèi)外各大軟件公司開(kāi)發(fā)了針對(duì)不同階段的BIM應(yīng)用軟件，具體見(jiàn)表3所列。

4.3 基于Autodesk BIM產(chǎn)品的橋梁設(shè)計(jì)

針對(duì)橋梁全生命周期的各個(gè)階段，現(xiàn)以國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)占有率最高、產(chǎn)品類型最豐富的Autodesk BIM產(chǎn)品軟件為例，描述橋梁設(shè)計(jì)流程。

4.3.1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)-AutoCAD Civil3D

在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，通過(guò)Civil3D與地理信息系統(tǒng)GIS的配合使用，創(chuàng)建地形模型，生成地形圖，提取路線設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行路線總體設(shè)計(jì)。該總體設(shè)計(jì)為橋梁選址、橋跨布置及高程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

4.3.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)-Infraworks

此階段，設(shè)計(jì)人員利用Infraworks來(lái)模擬自然環(huán)境和人造環(huán)境，利用二維數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維設(shè)施模型生成三維場(chǎng)景（見(jiàn)圖3）。結(jié)合Civil3D數(shù)據(jù)和橋梁模型，制作橋址位置的仿真可視化作品，在模擬環(huán)境中，更準(zhǔn)確地展示橋梁設(shè)計(jì)方案。將多個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，使項(xiàng)目預(yù)算更加合理，以便進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。此外，利用Autodesk Infrawors 360，可讓多個(gè)項(xiàng)目參與方在一個(gè)穩(wěn)定安全的云環(huán)境中共享模型和實(shí)時(shí)查看多個(gè)方案，加強(qiáng)各方參與，及時(shí)收集反饋信息。

表3 建筑全生命周期中的BIM軟件一覽表

圖3 Infraworks模型

4.3.3 初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)-Revit

設(shè)計(jì)人員可利用Revit基于模型的方法，將橋梁設(shè)計(jì)創(chuàng)意從最初的概念變?yōu)榫唧w的構(gòu)造。利用參數(shù)化族的功能，創(chuàng)建橋梁各組成構(gòu)件，如樁基、承臺(tái)、橋墩、箱梁、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力、護(hù)欄等。最終形成的三維模型包括所有的設(shè)計(jì)視圖和施工圖信息，且所有的信息之間保持著相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了“一處修改、處處更新”。實(shí)時(shí)查詢項(xiàng)目工程量等數(shù)據(jù)信息、通過(guò)格式設(shè)置，快速生成施工圖，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

圖4為Revit拱橋模型。

圖4 Revit拱橋模型

4.3.4 結(jié)構(gòu)分析-Robot

此階段，設(shè)計(jì)人員利用Robot Structure Analysis無(wú)縫導(dǎo)入已完成的revit結(jié)構(gòu)模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加約束和荷載，進(jìn)行有限元計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

4.3.5 結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)-AutoCAD Structural Detailing

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)裝配式橋梁，利用AutoCAD Structural Detailing特定模塊創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)施工裝配詳圖，提供高精度的數(shù)量表和明細(xì)表。

4.3.6 施工模擬-Navisworks

橋梁結(jié)構(gòu)不同，其施工方法也相差很大。為避免橋梁施工期間各工序及組成構(gòu)件的時(shí)間及空間沖突，保證施工順利進(jìn)展，設(shè)計(jì)人員可利用Navisworks將AutoCAD和Revit等軟件創(chuàng)建的橋梁信息數(shù)據(jù)，與來(lái)自其他設(shè)計(jì)程序的幾何信息相結(jié)合，形成整體系統(tǒng)的三維可視化環(huán)境，進(jìn)行實(shí)時(shí)審閱。利用Navisworks Manage將錯(cuò)誤查找和構(gòu)件沖突管理與動(dòng)態(tài)的四維項(xiàng)目進(jìn)度仿真功能相結(jié)合，提高施工的準(zhǔn)確性和一致協(xié)調(diào)性，減少設(shè)計(jì)變更。利用Navisworks Simulate制定詳細(xì)的四維施工進(jìn)度表，超前實(shí)現(xiàn)施工可視化。利用Navisworks Review的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航漫游功能加深對(duì)項(xiàng)目的理解。

4.3.7 機(jī)電深化設(shè)計(jì)-Inventor

對(duì)于特大型橋梁，會(huì)配備相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備，利用Inventor的仿真機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能，能節(jié)省花費(fèi)在構(gòu)建物理樣機(jī)上的成本、時(shí)間和高額的咨詢費(fèi)用。通過(guò)對(duì)實(shí)際荷載和約束的模擬，驗(yàn)證部件工作協(xié)調(diào)合理性。借助應(yīng)力分析來(lái)優(yōu)化零部件設(shè)計(jì)。

4.3.8 云計(jì)算BIM平臺(tái)-Autodesk BIM 360 Glue

一個(gè)完美的橋梁設(shè)計(jì)，離不開(kāi)一個(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。Autodesk BIM 360 Glue基于云計(jì)算平臺(tái)，為各參與設(shè)計(jì)人員提供模型的整合、展示、瀏覽、管理和更新等功能。利用此功能，設(shè)計(jì)人員可在任何時(shí)間和地點(diǎn)實(shí)時(shí)接入模型進(jìn)行協(xié)同工作和溝通，確保橋梁設(shè)計(jì)順利進(jìn)展。

5 橋梁BIM展望

BIM在中國(guó)已經(jīng)從初始的萌芽和測(cè)試階段，真正步入到發(fā)展普及的實(shí)施階段。工程領(lǐng)域內(nèi)各企業(yè)的工作重心，已經(jīng)從研究學(xué)習(xí)BIM轉(zhuǎn)移到如何合理實(shí)施應(yīng)用BIM，并將其延續(xù)到整個(gè)項(xiàng)目的全生命周期中，從而實(shí)現(xiàn)效益最大化。

由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)將是今后工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)論是對(duì)現(xiàn)有橋梁的運(yùn)營(yíng)管理，還是對(duì)未來(lái)橋梁的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工，BIM技術(shù)都將貫穿于橋梁建設(shè)的整個(gè)生命周期，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與社會(huì)價(jià)值無(wú)可估量。

但由于國(guó)內(nèi)BIM起步較晚，缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和成熟的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，造成了BIM在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上缺乏規(guī)范性和統(tǒng)一性。而作為一個(gè)新的理念，BIM技術(shù)在橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步，針對(duì)橋梁工程的BIM軟件功能也不夠完善，橋梁BIM技術(shù)的二次開(kāi)發(fā)還有待發(fā)展。