俞利春，廖福權，查健明

中國建筑第四工程局有限公司，江西 南昌 330000

0 引言

近年來，隨著科學技術和社會經濟的發(fā)展不斷進步，建筑行業(yè)在我國獲得了迅猛發(fā)展，人們不再僅僅追求建筑的外觀以及質量，人們開始注重節(jié)省人力物力財力，用更高效的手段更少的資源打造更安全更美觀的建筑。尤其近些年來數字化技術高度發(fā)展，被應用在各個領域，BIM技術在建筑行業(yè)由此衍生了。BIM技術是信息技術高速發(fā)展下的產物，能有效地推動建筑行業(yè)的進步與發(fā)展。BIM技術其主要是通過數字信息模擬所建設建筑物中的實操過程以實現對建設工作的推動作用，可見BIM技術能讓時代的發(fā)展與建筑行業(yè)緊密的結合，有效地推動了建筑行業(yè)的發(fā)展與進步。本文主要是講述BIM的發(fā)展歷程和特點，BIM技術在國內和國外的應用現狀和BIM技術在建筑設計的應用過程中出現的一些問題，以及BIM技術在未來建筑業(yè)應用前景。

1 BIM的起源

BIM中文的全名是建筑信息模型。早在1970年，Charles Eastman教授已經提出建筑信息模型的概念，從而開啟了BIM的源頭［1］。

1999年，Charles Eastman教授出版了《建筑產品模型：支撐設計和施工的計算機環(huán)境》?？梢哉f，這為建筑信息建模打開了大門，該書中他解釋了20多年來散布在各種期刊、會議論文集和互聯(lián)網上的研究工作，介紹了建模的概念，并提出了開發(fā)用于土木工程和建筑施工、建筑設計的數字化表達方法的新的概念、技術和方法［2］。

2002年，歐特克建筑業(yè)戰(zhàn)略與關系副總裁兼美國建筑學會會員Phil Bernstein開始使用BIM來介紹公司的建筑，工程學和建筑工程的功能設計概念，相關軟件。后來，建筑行業(yè)分析師Jerry Laiserin開始推廣BIM的概念，幫助在行業(yè)中推廣BIM的概念，并提出了一種標準化的信息交換格式，這促使Graphisoft、Bentley和Autodesk公司的3D繪圖軟件開發(fā)商率先引進BIM概念和技術并融入自己的自家產品中，使異構軟件的BIM信息可以在彼此之間傳播。

建筑信息建模的概念，隨著信息技術在建筑行業(yè)中的廣泛應用而產生和發(fā)展，該概念的提出者常常從多個方向理解相關問題。因此，建筑物信息模型的概念通常出現以不同的名稱，比如：集成建筑物模型（Generic Building Model/ GBM）、單個建筑物模型（Single Building Model/ SBM）和虛擬建筑物模型（Virtual Building Model/ VBM，Graphisoft））等等。近年來，隨著各方意見逐漸趨同，BIM它已被廣泛接受。

2 BIM在國外的發(fā)展歷程

在過去的這三十年中，BIM技術從引進到逐步使工程建筑行業(yè)普遍接受的這一發(fā)展過程使建筑從業(yè)者重新思考建設項目信息共享和創(chuàng)新方法在生成和管理建筑數據這一周期過程的方式。BIM技術最初由幾個較小的開拓性國家主導，如芬蘭、挪威和新加坡，其次是一些早期的美國從業(yè)者。經過長時間的發(fā)展，BIM已經逐漸成為國外一些國家建筑領域的主流。

2.1 美國BIM發(fā)展概述

美國率先應用BIM技術，美國總務管理局（GSA）在2003年啟動了國家3D-4D-BIM計劃，并明確規(guī)定BIM技術應用于所有公共建筑服務項目。該項目的目標是：首先，實現技術創(chuàng)新，為客戶提供更高效、更經濟、更安全以及更美觀的聯(lián)邦建筑；第二，支持和推動開放標準的應用。根據該計劃，BIM技術將應用在整個項目生命周期中，包括決策支持，4D進度控制以及建筑設備分析，能源分析，激光掃描，流量和安全驗證和空間規(guī)劃驗證。

2.2 英國BIM發(fā)展概述

英國政府在2011年發(fā)布了“BIM報告”和“政府建筑行業(yè)戰(zhàn)略”。為實現節(jié)省20%采購成本的政府建設戰(zhàn)略目標，英國政府規(guī)定，從2016年4月開始，所有英國建設項目必須使用BIM技術，并達到BIM應用的第二級。國家統(tǒng)計局2016年第六次全國BIM調查報告顯示，英國BIM的采用率達到54%，高于2015年的48%。與此同時，超過80%的受訪者聲稱將來會采用BIM。該報告還指出，英國政府在2014-2015年為現有計劃節(jié)省了8.55億英鎊，從根本上促進了對新計劃的投資。

2.3 日本BIM發(fā)展概述

盡管2009年經常被描述為日本BIM技術應用的第一年，但Yasui Architects＆Engineers公司自2007年以來一直全面參與BIM設計。2010年，日本國土交通省正式宣布實施BIM技術，目前已在日本范圍內擴大了在全國范圍內使用的BIM技術，并已升至政府推動的水平。

3 BIM在國外工程項目施工及管理中的應用

3.1 英國高鐵二號線(HS2)

英國高鐵二號線(HS2)是英國正在建設的高速鐵路，建成后將直接連接倫敦，伯明翰，東米德蘭茲，利茲和曼徹斯特。該項目估計耗資560億英鎊，比2010年初期預測的327億英鎊增長71%。HS2是一個復雜的技術系統(tǒng)，涉及電力，通信，土方工程，結構，軌道，控制系統(tǒng)，噪聲緩解等等。鑒于其國家范圍及其對城市和農村的影響，該項目還擁有比大多數更多的利益相關者。如此龐大而復雜的項目，按時和按預算交付是一項重大挑戰(zhàn)。建筑信息模型（BIM）被視為交付工作的核心，允許項目通過與詳細視覺模型相關聯(lián)的數據進行收集和通信［3］。HS2由High Speed Two（HS2）Ltd開發(fā)，該公司是由英國政府設立的擔保有限公司。High Speed Two Ltd致力于使用建筑信息模型（BIM）進行電子存儲和數字數據的使用，采用最低BIM二級標準，以實現清晰一致的數據管理方法。這有助于在整個HS2計劃中提供協(xié)作，并優(yōu)化制造和裝配機會的設計。這種數據驅動方法涉及使用通用數據環(huán)境來存儲圖形和非圖形數據，允許直接從中心位置繪制數據，以開發(fā)2D和3D計劃，以及準確和高度詳細的任務和材料名單。對于高速鐵路項目規(guī)模的基礎設施項目，BIM技術的應用具有以下幾方面優(yōu)勢：

（1）從事該項目的每個人，包括設計師，承包商和供應商，都有清晰的數據和規(guī)范。

（2）EIR提供的清晰指示意味著正確的數據可以在需要時準確獲得，并且所有工具和材料都可以在合適的時間由合適的人員使用。

（3）利用公共數據環(huán)境中的所有可用數據，所有必要的信息都可以做出良好的設計決策，從而允許更多的設計創(chuàng)新和優(yōu)化的建筑材料選擇。對于HS2規(guī)模的項目，這可以轉化為顯著節(jié)省，減少碳足跡，以及更好，更友好的設計。

4 BIM在國內的發(fā)展歷程

2004年左右，基于BIM技術的工程軟件進入我國，國家“十五”科技支撐計劃對該技術的研究給予了大力支持。2008年，國內有關科研單位起草了工業(yè)基礎平臺規(guī)范（國家指導技術文件），其內容和技術與國際工業(yè)基礎類別（IFC）數據模型標準相一致。住建部在2011年5月20日發(fā)布的《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中將BIM技術首次納入信息化標準建設的重要內容，并明確指出：推進BIM技術從設計階段向施工階段的應用延伸，在施工階段開展BIM技術的研究與應用，降低信息傳遞過程中的衰減；研究大型復雜項目的建設4D項目管理信息系統(tǒng)的基礎上BIM技術的應用，建設項目實現有效的可視化管理。住建部于2012年1月發(fā)布《關于印發(fā)2012年工程建設標準規(guī)范制訂修訂計劃的通知》，公布中國的BIM標準制定工作正式啟動，這其中包含了五項和BIM相關的標準：《建筑工程信息模型應用統(tǒng)一標準》、《建筑工程設計信息模型交付標準》、《制造工業(yè)工程設計信息模型應用標準》、《建筑工程設計信息模型分類和編碼標準》、《建筑工程信息模型存儲標準》。2013年，我國發(fā)布了《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，確定了BIM技術具體的發(fā)展推進目標。2014年7月1日，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布了建市［2014］ 92號文件《住房，城鄉(xiāng)建設部關于促進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》。重點推廣工程設計中的建筑信息模型（BIM）等信息技術應用在施工和運維的全過程，提高整體效益，推廣隔震技術的建設項目。搜索并執(zhí)行用白色圖片替換藍圖并以數字方式查看圖紙的工作。同時，國內各省市響應了住房和城鄉(xiāng)建設部關于BIM技術的呼吁，有效推動了建筑業(yè)的發(fā)展和改革，并發(fā)布了有關BIM技術的政策要點。住房和城鄉(xiāng)建設部于2016年8月23日再次發(fā)布了《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，BIM技術成為“十三五”期間的建筑業(yè)領域率先推廣的五個主要的信息技術。住房和城鄉(xiāng)建設部2016年12月2日發(fā)布的《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》（GB/ T51212-2016）將從2017年7月1日起開始實施。2018年，“兩會”提出將BIM技術課程教學成體系納入專業(yè)教育評估工作。

綜上所述，自BIM技術進入我國本土以來，政府和相關科研單位高度重視該技術，不懈努力的開展相關研究，不斷出臺相關政策和標準，旨在發(fā)展好、利用好BIM這一尖銳利器，使其應用到建筑行業(yè)的利益得到最大化。

5 BIM在國內工程項目施工及管理中的應用

在國家重大工程項目上，國家牽頭引導一些資金實力和技術實力較為雄厚的設計單位使用BIM技術。如上海中心大廈等多個超高層結構、復旦大學正大體育館、國家游泳中心等多個大跨度空間結構均實現BIM技術的成功應用，這里只詳細介紹上海中心大廈。

上海中心大廈（圖1所示）位于上海浦東的陸家嘴地區(qū)，是中國上海的超高層地標摩天大樓，該建筑在六年內完工，主樓118層，結構高度580米，總高度632米。大廈在建筑設計上突破了傳統(tǒng)的層疊式功能結構高層建筑理念，在空中設置九個垂直社區(qū)，每一個社區(qū)分段中設置三個空中花園，營造了一個可容納30000多人工作和活動的垂直城市的空間。

在大廈項目建設過程中，團隊提出建立基于BIM的工程信息管理系統(tǒng)，從建設工程項目的建筑設計、施工管理及運營等建筑全生命周期出發(fā)，基于現代信息技術，突破傳統(tǒng)建筑模式，成功研發(fā)了基于三維建模和數值分析的全過程數字建造技術方法，率先建立了集結構建造虛擬仿真、可視化智能控制、結構健康監(jiān)測、協(xié)同管理平臺、運維管理系統(tǒng)于一體的超高層數字化建造技術體系。通過與設計方，施工方和專家項目合作，進行數字化設計，數字化施工全過程，并在工程和施工的各個主要方面進行有效的數字化運維，從而顯顯著提高了工程建造成效，極大地提高了工程建造水平。并且，上海中心大廈項目以其超高層數字化建筑技術獲得了中國勘察設計協(xié)會“創(chuàng)新杯”建筑信息模型（BIM）設計大賽特等獎。

上海中心大廈建設項目全面規(guī)劃和實施BIM技術過程中，（1）開發(fā)了結構混凝土成型模架裝備標準模塊化集成的設計施工技術，模架裝備重復周轉使用率達90%以上；（2）發(fā)明了模架裝備桁架層施工新技術，開發(fā)了模架裝備鋼板剪力墻層自動滑移安裝技術，復雜結構模架裝備柔性變換技術取得重大突破，改變了傳統(tǒng)分體技術方法；（3）開發(fā)的超高空模架裝備遠程可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提升了風險管控能力；（4）發(fā)明了基于超高、分段、逆作工藝的懸掛曲面玻璃幕墻支撐結構安裝技術，實現了復雜工況豎向預變性控制的幕墻支撐精確安裝技術；（5）發(fā)明了模塊化裝拆式計算機自動控制的鋼結構智能升降操作平臺系統(tǒng)，解決了柔性懸掛鋼結構支撐體系懸、扭、空的安裝作業(yè)難題；（6）基于硬碰撞和精確安裝的軟碰撞控制，已經實現了14余萬平方米的2萬多塊不同大小曲面外幕墻的精確安裝。

6 當前BIM在工程應用中存在的問題

BIM在國外近些年已經得到了廣泛的應用，不可否認，國外的BIM技術遠遠領先于國內，國內在實際應用及推廣都存在著大大小小的一些問題。

6.1 BIM標準不完善

由于國內BIM技術的起步比較晚，從2018年1月1日開始，我國才正式使用《建筑信息模型施工應用標準》來作為國家標準。在前幾年中，BIM技術存在許多不同的標準，但都沒有形成一個統(tǒng)一。在工程應用中從項目初期到項目結束，不同階段對應著不同交付標準，致使BIM技術應用較為混亂。

6.2 國內BIM技術不成熟

BIM技術是基于計算機技術發(fā)展而來，雖說國內近幾年計算機技術得到高速發(fā)展，但是與建筑行業(yè)的結合發(fā)展還在初期，BIM技術是對整個項目各個階段數據進行整合，以實現更為直觀、更高效、更一體化、更節(jié)省資源的技術手段，但是這些涉及的方面太廣，數據太多，對BIM技術的發(fā)展形成了一定阻礙。

6.3 國內BIM技術普及不廣泛

最能接受新技術的便是大學生以及剛工作的青年，然而國內開展BIM課程的高校很少，許多大學生并不能在校期間接受BIM相關課程，而且目前BIM軟件市場比較混亂，并不能形成一個高度統(tǒng)一。BIM技術的發(fā)展更需要一些交叉學科的人才，例如土木工程與計算機專業(yè)的交叉，而目前高校有這種交叉專業(yè)的也是少之又少。

7 BIM在工程應用中的前景

BIM技術目前在國內外工程建設領域的應用較少，現階段BIM技術是我國在工程建設領域應用的重點推廣的方向。在BIM技術平臺上，施工單位對工程施工進行項目各種專業(yè)承包商選擇、各材料供應及采購、工程分包單位的選擇、機械及設備計劃的安排、勞動力進場的安排等滿足工程施工合同要求。BIM技術可以大大降低建筑企業(yè)的成本，降低管理成本，合理分配各種資源，減少不必要的浪費。BIM技術使施工人員可以輕松理解設計意圖。如果存在施工質量問題，請及時反饋有關BIM技術信息模型的信息，設計人員根據施工情況及時調整設計，在日常安全管理中，可以執(zhí)行可視化標準管理，并協(xié)助進行精細化管理。目前，BIM技術在國內外工程建設領域的應用很少?，F階段，BIM技術在工程建設領域的應用是我國重點推廣的對象。在未來的施工領域中BIM技術的具體發(fā)展應用有以下幾點［4-5］：

（1）施工過程輔助與精細化管理。在安全管理方面，通過BIM技術而言，它可以實現可視化，管理復雜的三維模型的三維展示和動態(tài)管理，通過不斷調整和更新實現動態(tài)化管理；在規(guī)劃布置中，能夠更充分的考慮各個階段的布置，充分利用空間、避免相互的影響；安全交底中利用三維模型能夠更清楚更直觀的進行可視化交底；結合現場工程項目，將工程施工范圍內所有既有環(huán)境真實的創(chuàng)建，從各角度辨識危險源，讓危險源辨識工作更加直觀［6］。在質量管理方面，BIM技術的應用主要體現在事前控制和事中控制。BIM中的虛擬施工技術，我們能模擬出工程項目的施工過程，可以通過在計算機環(huán)境中對工程項目的建造過程進行預演，可以找到可能的重量控制點和質量風險點。

（2）智慧工地。通過BIM技術可以對工人進行實名制管理，動態(tài)監(jiān)控每天現場人員、工種、施工部位；依托三維模型和施工現場布置智慧工地的大屏，整合顯示關鍵的管理和控制信息，整合各種專業(yè)系統(tǒng)，整合決策指標和專業(yè)應用數據，來建立統(tǒng)一的決策分析展示服務平臺，通過不同的權限分配為項目現場管理團隊提供過程監(jiān)控的應用程序服務，提供智能決策和統(tǒng)一數據對接，以進行各個級別的統(tǒng)一管理。

（3）裝配式施工過程管理。對于裝配式建筑，通過吊裝模擬，能夠對吊裝方案進行核實檢驗，同時把控吊裝過程中的安全質量重難點。

（4）3D打印。通過BIM技術與3D打印的結合，客戶可以根據自己的一些想法很大程度上影響建筑設計。未來會建造出更多的奇特造型的建筑物并且不會受成本限制。3D實時打印的建筑模型即便是我們普通的老百姓也可以看懂看透建筑造型。部件拼裝等新的施工方法將減少大量的人工并節(jié)省人工成本；大大縮短了施工時間，還將節(jié)省大量的人工成本；將廢舊材料用作建筑材料將大大降低材料成本。

8 結論

BIM技術作為信息化時代高度發(fā)展的產物，憑借其協(xié)調性好、有較強的可視化、模擬程度高、有較強的數據管理能力和信息共享等優(yōu)勢，在土木工程領域中得到了推廣性使用。我國引進BIM技術主要經歷了五個階段，它們分別為基本概念引入階段、理論研究與早期摸索階段、高速發(fā)展與推廣及深度應用階段。在基本概念引入時期，主要用于研究IFC標準；在早期探索和理論研究的時期，主要針對于國外標準、軟件以及技術學習研究BIM；在高速發(fā)展與推廣以及深度應用時期，主要是進行廣泛地工程實踐、對國內的標準進行制作及圍繞“BIM+”的深度應用。我國 BIM技術正處于高速發(fā)展與推廣與深度應用時期。本文通過分析現階段我國BIM技術應用的范圍、BIM技術在國內外應用的現狀、BIM技術在國內應用的案例、在現階段發(fā)展BIM所面臨的挑戰(zhàn)、推廣BIM技術所面臨的問題等方面總結歸納出從國家層面和企業(yè)層面在我國現階段推廣BIM技術的具體建議，從而推動BIM在國內建筑領域的廣泛應用，給建筑設計帶來新的活力，促進我國建筑設計的進步。