浅谈BIM的基本情况、应用现状及发展研究

摘要：本文介绍了三维设计理念：建筑信息模型（Building Information Modelling），英文缩写为BIM的一些基本情况，介绍了BIM的来源、发展、BIM在建筑设计领域发挥的作用、BIM在建筑设计中应该具有的一些基本特点、BIM在桥梁工程中的应用、以及BIM在我国发展会面临的难题。

关键词：三维设计；建筑设计；建筑信息模型；BIM

Abstract： this paper introduces the concept of three-dimension design： Building Information Modelling， whose English abbreviation is BIM and the basic condition of it：the origin， the development and the role of Building Information Modelling， introducing the role of BIM in construction design field， the application in bridge engineering， the basic characteristics of BIM and the issues of development in China.

Key words： three-dimension design； construction design； bridge engineering； Building Information Modelling；BIM

1 前言

BIM的英文全称是Building Information Modelling，即建筑信息模型，这是近十年前出的新概念，其目的是识别信息丰富的三维建筑和传统的二维图纸。BIM是一套建筑设计方法，在相关建设项目的设计和施工过程中创建和使用协调且内部稳定的可计算的信息参数赋予这套方法更独特的特点。

2 基本情况

2.1 BIM的起源

众所周知，查尔斯M伊士曼是BIM这条道路上的先驱者。他在乔治理工大学创造了BIM这个概念。这一理论的发展认为BIM建筑信息模型实际上和建筑产品模型这一概念基本相同，而且自上世纪70年代末以来，伊士曼在他的著作和论文中主泛的使用了建筑产品模型这一概念。（在工程中，产品模型的意思是数据模型或信息模型）。身为美国建筑师协会成员、建筑师以及Autodesk建筑业分析师的菲尔伯恩斯坦，首次使用了更准确的术语BIM建筑信息模型。杰里莱瑟灵随后在建筑过程中促进了这一数字表示法的推广和规范，随后这一方法主要由Bentley，Autodesk和Graphisof研究使用，并且加快了数字设计中的信息交换和互用性的发展。据他自己和别人所述，BIM是在1987年Graphisoft's ArchiCAD的首次亮相所提出的虚拟建筑理念下第一次投入应用。当进入二十一世纪，BIM的应用和研究发展的非常迅速。随着计算机软件和硬件技术的迅速发展，世界上三大建筑软件开发商已经分别推出了自己的BIM软件。

2.2 BIM的作用

BIM是基于相关建设项目的信息文件，而这些信息文件将会在构建建筑模型方面有所帮助。这些和建筑信息模型相关的数据的建立得依靠各种数字技术，因此，为了使相关工作更有效的进行，这种数字信息模型被认为是每一个工程建设项目的基础。和这些项目相关的建筑工程和工作都可以根据需要从BIM中提取相关的信息，这不仅可以更好的指导工作，而且还可以把工作中得到的相关信息放回模型中。

BIM并不仅是数字信息的简单整合，也是数字信息的实现，并作为设计、建设和管理的数字方法而被使用，以此来支持建筑工程管理的环境一体化，其目的也是为了节省时间和金钱，以及减少设计错误，提高生产力和获得新商机。在建设项目整个寿命周期中，BIM可以实现一体化管理，因此，该模型包括建筑信息模型以及建筑工程管理行为的模型，并将它们完美地结合在一起。此外，在一定程度上，BIM可以像建筑工程一样模拟实际的施工行为，如建筑的透射比、外部维护结构的热传导等。

此外，在设计工作中，BIM还可以精确模拟四维建筑，从而可以预测到在施工后期会发生的实际的问题。BIM可以为设计的决定、高质量的施工文件的制作、建设规划、和性能预测和成本估算提供可以使用的可靠的数字表示。BIM能够提供最新的信息并且可以方便地访问复杂的数字平台，这将给所有的建筑师、工程师和业主提供相当清晰的工程蓝图。

2.3 BIM的特点

现如今，建筑业已经进入了新的阶段，引进并推广了新的计算机辅助软件如CAD，它解决了计算机制图的问题。而且，这种新产品和理念受到了整个建筑行业的强烈欢迎，为适应建筑市场的需要，它不需要设计者手工绘制图形。同时，BIM可以改善因为手工绘图和修改而容易造成错误的弊端。这些CAD图形可以在不同的行业中交互应用，使工作方式更加便捷，工作强度也大大降低。因此，大多数人喜欢用计算机绘制图形。

另一方面，BIM和CAD是否相同，作为一个绘画或绘图软件，知道BIM是如何工作，这对人们了解什么是真正的BIM这点至关重要。真正的BIM应具备以下五个特点：

1、可视性：在建筑行业中，可视性在这一领域中有着非常重要及广泛的应用；例如，普通施工图纸中各组成部分的信息是由线简单表示出来的，但真正的结构是需要专家考虑决定的。对于简单的事物，这种考虑是可以尝试的。然而，建设标准现在相当复杂，新的理念被不断引进，因此光靠人类大脑简单的想象是不现实的。因此，BIM带来的可视性的新理念，让三维图形展示在人们的面前。BIM的可视性是指在建筑信息模型中同类组件之间的交互和反馈，因为整个过程是可见的，可见的成果不仅用于图形绘制的表现，而且还有报表的生成。更重要的是，项目设计、建设和运营过程中的交流、讨论和决定都是在可视的情况下进行的。

2、协调：这是在建筑行业中的关键方面，无论是谁，建筑师、业主和工程师都要互相协调和相互合作。一旦在过程中碰见问题，所有相关人员都会集合起来去寻找失败和问题的原因，以及解决问题的方法，然后做出更好的决定来修复错误。然而，事实上，这种情况并不可能像这样被解决。BIM的协调性可以帮助人们顺利解决这类问题，即，BIM可以协调在建设、数据生成和展示的早期阶段产生的问题。而且这并不是BIM唯一可以协调的问题。

3、模拟：它不仅可以模拟设计好的建筑模型，而且还可以模拟不能在现实世界中的操作的事情或事物。在设计阶段，BIM可以做一些设计所需要的实验；例如，节能模拟，传热模拟等。四维模拟（三维模型+项目开发时间）可以在招投标阶段和施工阶段进行。在此期间，五维模型可以实施（基于三维模型的制造成本控制）从而实现资本控制；在工程建设阶段的后期，日常应急处理是可以模拟的，如地震、火灾逃生疏散演练。

4、优化：其实设计、建设和运营全过程实际上是优化过程。优化和BIM之间没有实质性的关系存在，但如果优化是基于BIM则会更好。优化由三个因素制约：信息，复杂性和时间。没有确切的信息，没有合理的优化结果，BIM提供了建筑的真实信息，包括几何信息，物理信息和空间信息以及建设演变的最终形态。如果项目异常复杂，那么参与项目的人就不能获得所有信息，因此，一定的科学技术和设备的协助是必不可少的。因此，BIM为人们提供优化是有可能的。基于BIM技术，一些优化工作是可实现的：（1）项目方案优化：结合工程设计及投资回报，预估可以对投资回报有作用的变动的影响。即是，业主在设计方案方面的选择并不局限于方案的评估，而是让业主知道该项目的设计方案是否是最适合自己的需要的。（2）具体项目设计的优化：如在屋顶、大空间，经常可以看到特殊设计，这些特殊结构在整个建设中是不会占太多比例的，但在投资和工作量方面扮演着更为重要的角色，通常也是在建设中会出现更多的困惑与问题的地方。上面提到的这些设计方案优化可以大大缩短施工时间和降低施工成本。

5、BIM并不是仅仅设计人们常常可以在建筑设计机构看到的图纸，而是通过项目的可见性、协调性、模拟以及优化，从而可以在建设方面帮助业主获得一定的基本情况。

3 BIM在桥梁工程上的应用

桥梁作为交通工程中一个节点，在工程中扮演着极其重要的角色，因此BIM技术能应用到桥梁工程中具有重大意义。

国外同行已经将BIM技术应用到了桥梁工程中，本章节将介绍BIM技术在西成线中的应用与研究：十岔沟中桥作为一个重要对象，研究BIM技术在其中的应用情况具有重大参考价值。

3.1 十岔沟中桥基本情况

十岔沟中桥为（2*44）m预应力混凝土连续刚构桥。1号主墩采用9根桩径150cm、桩长16m的钻孔灌注桩，9m*9m*3m矩形承台，高15m的双线矩形实体桥墩。两桥台均采用明挖基础、双线矩形空心桥台。该桥位于R=7000m的圆曲线上，梁体顺线路平曲线设计，墩台径向布设。十岔沟中桥全桥总布置图如下图：

3.2 针对十岔中桥的BIM模型研究

首先使用Revit建立BIM族库：桩基、承台、桥墩、箱梁梁段、锯齿块、钢束、锚具、明挖基础、空心桥台、遮板、竖墙等。再将建立好的族组装起来，就形成了全桥的模型。十岔沟Revit模型具体情况见下图：

在建模过程中，遇到了很多难题，最主要的就是钢筋的建模，因为Revit在钢筋建模方面并不是很擅长，因此我们就需要应用其它的三维设计软件来配合Revit的工作，这也从一定程度上说明了，BIM软件之前的协同工作的重要性。比如应用Bentley的BridgeMaster、MicroStation、ProConcrete等软件完成钢筋及钢束的建模，以及Inventor完成钢轨弹条、支座的建模等。

BIM技术在桥梁工程中的应用，是多个软件共同合作工作的成果，因为没有一个软件是可以解决桥梁工程中遇到的所有问题，所以就需要我们学习更多的BIM软件，并将它们有效利用，比如说利用Inventor作为Revit的辅助软件完成桥梁工程的设计。如下图：

这只是BIM技术在桥梁工程应用中的冰山一角，想要更高效，更完美的解决所有问题，就需要工程师对BIM的理念有更深层的理解，并对BIM技术以及BIM软件有更全面的认知，因为单从桥梁专业来讲，Revit不能满足我们专业的全部需求，有些问题Revit解决不了，所以我们就得寻找其它的BIM设计软件，Revit作为桥梁设计的核心软件，配合以其它不同的软件，便可以解决不同的问题，才会使我们获得最大的成功，这样才能合理并有效的将BIM技术应用到桥梁工程中。

4 BIM应用存在的问题

BIM技术在下一代的计算机辅助设计领域占有很重要的地位。我国目前正在进行着大规模建设，同时，如果能有效的将BIM技术的应用进行推广，便可以大大促进现在化建筑工程技术的更新换代。

然后，想要顺利得推广应用BIM技术，还需要解决以下三个方面的难题。

首先是应用软件问题。在发达国家，BIM技术的软件已经相当成熟，我国也引入了其中多数软件，但仅仅这样还是不够的。一方面，这些软件目前还不能很好地满足我国的设计规范，另一个重要的方面，我们必须研制出具有自主知识产权的BIM应用软件，这样不仅可以创造新的经济增长点，也可以避免受制于国外BIM软件。

其次是标准问题。作为BIM数据标准的IFC标准在国际上已日趋成熟，以此为契机，美国提出了NBIMS标准。在美国，像Autodesk这样的大型软件开发商提供了成套的软件，所以这些软件之间可以直接交换数据，所以人们并没意识这种标准的重要性。因为BIM数据将在建筑工程的全生命周期内发挥作用，时间跨度大多均为50年以上，从长远目标看，单单依靠某一个厂商支持的数据标准是不可行的。而我国却没有像Autodesk这样的大型软件开发商，所以就需要更多的软件参与到基于BIM的应用软件开发中，为此颁布数据标准可以保证数据在软件中可以互相交换。目前，我国仅仅引进了IFC标准的平台部分，对国外标准的研究还不是很全面，结合我国建筑工程的实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。同时，应该意识到，在实际建设过程中，不仅需要像IFC一样的技术数据标准，还需要较高层次的应用标准，例如三维建筑设计标准，才能更好地满足BIM技术的应用需求。

第三是应用模式问题。可以在划分为两个方面：一方面是技术模式，现实使用BIM技术容易出现两个极端，一个只是在建筑工程的某个阶段应使用BIM技术，例如，只将其应用于进行动画制作，这样不能充分的利用BIM技术带来的好处，比如共享三维模型数据。另一个是，总是追求一个软件或者就几个软件就可以解决建筑工程施工阶段、甚至全生命周期的所有问题。这完全没有可能也没有必要，因为任何事情都不可能尽善尽美，任何软件都不是完美的，我们需要去实践，并找出解决问题最合适的方法，比如说进行二次开发，在原有基础上将软件优化，只要能解决实际需求，那就是好方法、好技术。

通过上面提到的，可以获得一些关于BIM的基本信息。在一些国家已经形成了成熟的标准和法规。BIM是否可以很好的融入到中国的建筑环境，决定了BIM在中国是否可以顺利长久的发展下去。如果BIM可以满足建筑市场的特殊需求，毫无疑问，这将给社会带来巨大的变化。

3 结束语

综上所述，BIM并不是简单的技术应用，这将是提出建筑全寿命周期的全新方法。BIM可以把一些利益相关的重要团体集合在一起，比如建筑师，工程师，建筑承包商和业主，在早期，更迅速的在建设有关的问题上得到交流合作，并且共享信息，克服困难，因此，节约了成本，并且极大的避免了错误的发生。BIM是一个相对较新的技术，所以很难适应变化，但是BIM是未来，是趋势，虽然目前还有很多不足之处，但是需要坚持。从BIM的独特的特性来看，相信BIM技术将会在建筑行业发挥更重要的作用。

参考文献

[1] Chuck Eastman. What is BIM？ 2009

[2] 刘彦明 桥隧处BIM技术研究. 2014

[3] 洪磊 BIM技术在桥梁工程中的应用研究 2009