BIM在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用阻礙

劉潤紅 曾媛 申貴珍 肖茁良

摘要：本文對BIM的產(chǎn)生、定義以及特點等進行概述，并總結(jié)BIM在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及在國內(nèi)的應(yīng)用阻礙，了解BIM從產(chǎn)生至今的發(fā)展程度；最后得出結(jié)論并提出展望。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型、項目生命周期、云計算技術(shù)

0 引言

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是當今建筑行業(yè)信息化過程中的備受關(guān)注的概念。BIM是一個包含了建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、管線設(shè)備設(shè)計、工程量統(tǒng)計、成本計算、物業(yè)管理等信息的數(shù)據(jù)庫，其目的是從根本上消除項目生命周期中的規(guī)劃、設(shè)計、施工、維護管理等各階段及應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層，從而實現(xiàn)全過程的、實時的、準確的工程信息管理。

BIM的出現(xiàn)和興起是為了突破建筑行業(yè)生產(chǎn)效率低的情況，使建筑行業(yè)進一步發(fā)展。建筑行業(yè)的歷史悠久，而近代隨著人類社會的高速發(fā)展，建筑行業(yè)使用的新材料和新技術(shù)對自然環(huán)境的破壞可謂越來越嚴重。除此以外，美國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率沒有隨著經(jīng)濟的發(fā)展而提高，反而有所下降[1]。我國年建筑量世界排名第一，建筑行業(yè)也是我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，是重要的產(chǎn)業(yè)。因此，提高建筑行業(yè)的其信息化程度，成為亟需解決的難題。BIM在當今的中國建筑業(yè)是個很熱的概念，建立以BIM應(yīng)用為載體的項目管理信息化，有望提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本、支持生命周期運營。BIM被寄予厚望。

1 BIM的產(chǎn)生及定義

1.1 BIM的產(chǎn)生

任何技術(shù)的產(chǎn)生都源于社會需求并為之服務(wù)，正在快速發(fā)展并逐漸普及應(yīng)用的BIM技術(shù)也不例外，它在外部市場需求和建筑行業(yè)自身發(fā)展需要下萌芽并不斷發(fā)展。BIM理念的啟蒙，受到了1973年全球石油危機的影響，美國全行業(yè)需要考慮提高行業(yè)效益的問題，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的課題“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，以便于實現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析，提高工程建設(shè)效率[2]。

1982年，Graphisoft公司提出虛擬建筑模型（Virtual Building Model，VBM）理念，并在兩年之后推出ArchiCAD軟件，緊接著芬蘭的學者提出了一種基于計算機的智能模型系統(tǒng)，并將其命名為為“Product Information Model”。在1986年，美國學者Robert Aish提出了“Building Modeling”的概念，一年之后，Graphisoft公司在ArchiCAD虛擬建設(shè)的概念指導(dǎo)下第一次實現(xiàn)了BIM。1992年，在G.A.VanNederveen和R P.Tolman共同發(fā)表的一篇論文里首次出現(xiàn)了“建筑信息模型”這個詞[3]。然而，“建筑信息模型（包括英文縮寫B(tài)IM）”并沒有被普遍使用，直到2002年，行業(yè)分析家Wang Xin和Jerry Laiserin第一次完整地提出BIM的概念，同年，Autodesk公司發(fā)布了題為"建筑信息模型”的白皮書，從此，BIM作為一個專有名詞開始在建筑行業(yè)被廣泛使用[4]。

1.2定義

BIM（建筑信息模型）不是簡單的將數(shù)字信息進行集成，而是一種數(shù)字信息的應(yīng)用，并可以用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司處長對BIM作出了解釋：BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，為設(shè)計團隊以及包括建筑運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

2009年，美國McGraw-Hill公司在題為“BIM的商業(yè)價值（The Business ValueofBIM）”的市場調(diào)研報告中對BIM是過程給出了更貼切的定義：“BIM是創(chuàng)建并且使用數(shù)字化模型對建設(shè)項目進行設(shè)計、施工和運營管理的過程[5]?！?/p>

2 BIM的特點

BIM是應(yīng)用于建筑工程項目中的，因此BIM的特征也體現(xiàn)了建筑工程管理的基本理論和方法，包括建筑工程的全生命周期管理以及全方位管理[6]。

現(xiàn)從項目生命周期、項目的參與人員以及BIM的應(yīng)用深度三個方面分析BIM的特征。

（1）BIM的應(yīng)用是貫穿于項目生命周期的建筑工程項目的建設(shè)周期較長，而且不同時期的工作內(nèi)容和重點都不同。同時，不同建筑工程項目由于具有不同的特點，其生命周期的階段劃分不盡相同。但工程項目的生命周期通常有規(guī)劃與計劃、設(shè)計、施工、運營與維護、拆除等階段。在規(guī)劃與計劃階段，業(yè)主需要對現(xiàn)有的設(shè)施和地理位置等相關(guān)的因素進行考慮，從而作出是否要啟動項目或者改造項目的決定。而且有時候，業(yè)主并不是單一的，出現(xiàn)多個業(yè)主的情況是非?？赡艿?。接下來的設(shè)計階段是把上一階段的要求表達出來，這個階段的信息量是非常大的。而且，這些信息的傳遞效率對項目最終的效果和質(zhì)量有決定性的作用。施工階段是把上一階段的信息轉(zhuǎn)變成實物的階段。上一階段的設(shè)計錯誤很容易導(dǎo)致施工階段中的超工期、超預(yù)算等現(xiàn)象。項目的運營和維護階段應(yīng)該是項目生命周期里時間最長的一個階段，涉及出租、維護以及設(shè)備更新等事務(wù)。以上所提到的項目生命周期里各個階段的任務(wù)的特點都有所不同，但是表達的方式基本上都是文本以及圖紙。然而，建筑畢竟是三維實體，文本以及二維的圖紙很難直觀準確地表達建筑。BIM的三維展示能力以及信息整合能力都能在項目生命周期里的各個階段發(fā)揮作用。

（2）BIM由各方項目人員參與的BIM適合于項目不同的參與方，能為他們帶來無限的利益。業(yè)主使用BIM能獲得物業(yè)的綜合信息，以及確保項目按時、按量、按質(zhì)完成。通過BIM，業(yè)主可以獲得物業(yè)的綜合信息，以確保項目順利完成并交付；規(guī)劃師和建筑師可以把場地信息和業(yè)主的要求結(jié)合起來，并從模型中獲得良好的視覺感受；結(jié)構(gòu)工程師和施工承包商可以將建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分類、數(shù)量、材料以及施工要求等信息儲存到模型里，并且能容易地對這些信息進行管理；成本預(yù)算師能智能地獲取工程量清單，并有效得控制成本；預(yù)制加工商可以利用模型進行數(shù)控加工以及安排制造的工藝流程。不管目前項目各參與方應(yīng)用BIM的水平如何以及BIM能為項目各參與方帶來的利益多少，BIM的信息儲存以及調(diào)用功能都能為項目各參與方服務(wù)，并達到協(xié)同工作的作用。

（3）BIM的應(yīng)用是具有層次的NBIMS創(chuàng)造了一套評價BIM的體系，該體系可以量化地判斷BIM是否在項目生命周期中對信息交換和使用的能力大小。此評價體系選擇了十一個要素作為評價BIM能力成熟度的指標：數(shù)據(jù)豐富性、生命周期、變更管理、角色或?qū)I(yè)、業(yè)務(wù)流程、及時性/響應(yīng)、提交方法、圖形信息、空間能力、信息準確度以及互用性/IFC支持[7]。而每一個評價指標都設(shè)定了一個從不成熟到成熟的應(yīng)用程度，總共有10個等級。如“生命周期”的1到10級的應(yīng)用成熟程度為：沒有完整的項目階段-規(guī)劃和設(shè)計-加入施工/供應(yīng)-包括施工/供應(yīng)-包括施工供應(yīng)和預(yù)制-加入有限的運營和維護-包括運營和維護-加入財務(wù)-完整的設(shè)施生命周期收集-支持外部系統(tǒng)。由此可見BIM技術(shù)的應(yīng)用是一個循序漸進的過程。因為建筑工程項目本身就是一個龐大的綜合體，目前市場上單一的BIM軟件不足以涵蓋建筑項目的每個專業(yè)以及每個階段。另外，BIM的應(yīng)用并不是單純地使用BIM軟件，而是把BIM工具與項目運行的方式結(jié)合起來從而高效地完成項目。所以，BIM的使用也是一個不斷放棄舊的工作方式而采用新的工作方式的過程?，F(xiàn)今BIM技術(shù)主要是被應(yīng)用于建筑工程項目的某些階段，如設(shè)計階段使用BIM軟件以達到協(xié)同工作，施工階段使用BIM軟件進行項目成本和進度的管理等。隨著BIM軟件的不斷成熟以及標準數(shù)據(jù)接口的發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以覆蓋建筑工程項目的設(shè)計施工等主要階段，如上海中心大廈項目中在設(shè)計和施工階段都應(yīng)用了BIM技術(shù)。而BIM技術(shù)應(yīng)用的終極目標是實現(xiàn)項目全生命周期的應(yīng)用。

3 研究現(xiàn)狀

國外對BIM技術(shù)的研究和開發(fā)起步早，應(yīng)用開展早，已驗證了BIM技術(shù)的應(yīng)用潛力。從應(yīng)用領(lǐng)域看，目前已將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計、招投標、施工以及運維階段，相應(yīng)的應(yīng)用軟件逐步成熟；從應(yīng)用范圍看，BIM技術(shù)已成為設(shè)計和施工企業(yè)承接項目的必要能力，大企業(yè)一般已具備了應(yīng)用BIM技術(shù)的能力；從應(yīng)用模式看，在美國，BIM應(yīng)用已結(jié)合IPD（項目集成交付）管理模式，將參建各方形成利益共同體，大大提高了項目集成交付能力；從應(yīng)用環(huán)境看，美國、韓國、新加坡等國家已制定了BIM標準和相關(guān)政策，形成各種BIM協(xié)會、BIM標準，在配套環(huán)境上給予有力支撐。

目前中國建設(shè)量大，建筑業(yè)發(fā)展快，但同時建筑業(yè)需要可持續(xù)發(fā)展，施工企業(yè)也面臨更嚴峻的競爭。在這個背景下，我們看到了國內(nèi)建筑業(yè)與BIM結(jié)緣的必然性。我國的BIM應(yīng)用雖然剛剛起步，但發(fā)展速度很快。許多企業(yè)有了非常強烈的BIM意識，出現(xiàn)了一批BIM應(yīng)用的標桿項目，特別是在一些大型復(fù)雜的超高層項目中得到了成功應(yīng)用。“中國尊”項目作為我國工程建筑行業(yè)的重要工程，BIM在其中應(yīng)用的廣泛程度和復(fù)雜程度在國內(nèi)尚屬少見。如何在應(yīng)用BIM模型輔助設(shè)計，達到高完成度目標的同時，確保模型及其數(shù)據(jù)庫的可延續(xù)性，滿足施工和運營維護階段的需要，是目前整個建筑界所面臨的課題。設(shè)計團隊希望通過“中國尊”項目的BIM實踐，最終形成一套與協(xié)同設(shè)計相結(jié)合的BIM工作方法和標準，讓BIM模型及其數(shù)據(jù)庫隨著項目進程不斷深化與完善，最終應(yīng)用于建筑的全生命周期。

另一方面，BIM的發(fā)展也逐漸得到了政府的大力推動。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出，將BIM作為設(shè)計和施工企業(yè)信息化發(fā)展的核心技術(shù)，并要求施工企業(yè)將“在施工階段開展BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用”作為首要的戰(zhàn)略目標。

4 應(yīng)用阻礙

BIM在實際應(yīng)用中也遇到了一些問題和困難，主要體現(xiàn)在以下6個方面：

（1）在BIM應(yīng)用軟件方面。目前，市場上的BIM軟件很多，但大多用于設(shè)計和招投標階段，施工階段的應(yīng)用軟件相對匱乏。大多數(shù)BIM軟件以滿足單項應(yīng)用為主，集成性高的BIM應(yīng)用系統(tǒng)較少，與項目管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用更是匱乏。此外，軟件商之間存在的市場競爭和技術(shù)壁壘，使得軟件之間的數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)交互困難，制約了BIM的應(yīng)用與發(fā)展。

（2）在BIM數(shù)據(jù)標準方面。隨著BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，數(shù)據(jù)孤島和數(shù)據(jù)交換難的現(xiàn)象普遍存在。作為國際標準的IFC（建筑對象的工業(yè)基礎(chǔ)類）數(shù)據(jù)標準在我國的應(yīng)用和推廣不理想，而我國對國外標準的研究也比較薄弱，結(jié)合我國建筑工程實際對標準進行拓展的工作更加缺乏。在實際應(yīng)用過程中，不僅需要像IFC一樣的技術(shù)標準，還需要更細致的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用標準。

（3）在BIM應(yīng)用模式方面。一方面，BIM的專項應(yīng)用多，集成應(yīng)用少，而BIM的集成化、協(xié)同化應(yīng)用，特別是與項目管理系統(tǒng)結(jié)合的應(yīng)用較少；另一方面，一個完善的信息模型能夠連接建設(shè)項目生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，為建設(shè)項目參與各方提供了一個集成管理與協(xié)同工作的環(huán)境，但目前由于參建各方出于各自利益的考慮，不愿提供BIM模型，不愿協(xié)同，不愿精確和透明，無形之中為BIM的深入應(yīng)用和推廣制造了障礙。

（4）在BIM人才方面。BIM從業(yè)人員不僅應(yīng)掌握BIM工具和理念，還必須具有相應(yīng)的工程專業(yè)或?qū)嵺`背景，不僅要掌握一兩款BIM軟件，更重要的是能夠結(jié)合企業(yè)的實際需求制訂BIM應(yīng)用規(guī)劃和方案，但這種復(fù)合型BIM人才在我國施工企業(yè)中相當匱乏。

（5）在模型所有權(quán)方面。BIM模型主要由設(shè)計單位負責建立，由施工單位應(yīng)用并繼續(xù)擴展維護。目前關(guān)于BIM模型建構(gòu)費用標準尚未確定，模型由設(shè)計單位構(gòu)建，收益方是業(yè)主，對設(shè)計單位來說缺少構(gòu)建模型的動機，而如果由施工單位構(gòu)建則達不到全生命周期使用的目的而且業(yè)主也無法獲得BIM模型的所有權(quán)，對于后期的運營管理又存在著爭議。

（6）在BIM管理方面。BIM模型中包含著建設(shè)項目全生命周期的所有信息，模型數(shù)據(jù)量龐大，系統(tǒng)處理負擔沉重，而BIM模型數(shù)據(jù)格式不同于傳統(tǒng)CAD及文本文件，跨平臺間資料交換標準尚未全統(tǒng)一，所以就存在著數(shù)據(jù)分類命名的問題以及檔案管理的問題。傳統(tǒng)的工程編碼體系主要有兩大類，一類MasterFormat體系，它是依據(jù)項目執(zhí)行結(jié)果而不是設(shè)備產(chǎn)品分類，無法處理項目早期對象編碼問題，這種分類方法更適合項目WBS分解，而不適合用于BIM編碼。還有一類是Uniformat體系，這種分類體系是依據(jù)項目要素分類，可解決項目早期的BIM編碼。

5 總結(jié)

BIM是一種新的工程實踐方式，形象地展現(xiàn)工程項目的外形，也抽象地包含了工程項目各方面的信息，貫穿于項目的全生命周期，有不同的參與方，其實施過程是一個循序漸進的過程。BIM作為新事物新技術(shù)與歷史悠久的建筑行業(yè)結(jié)合，必須要將自身的內(nèi)涵與建筑行業(yè)合理運作的方式融合，才能健康地發(fā)展起來。

同時，BIM應(yīng)用應(yīng)始終圍繞以提升工程項目管理為核心，實現(xiàn)管理效益的提升，因此BIM技術(shù)與項目管理系統(tǒng)（PM）集成應(yīng)用是BIM應(yīng)用的趨勢之一。BIM系統(tǒng)為項目的生產(chǎn)與管理提供了大量可供深加工和再利用的數(shù)據(jù)信息，有效管理利用這些海量信息和大數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（DM）的支撐。同時，BIM各系統(tǒng)處理復(fù)雜業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的大模型、大數(shù)據(jù)，對計算能力和低成本的海量數(shù)據(jù)存儲能力提出了較高要求，而基于云計算技術(shù)的“云”服務(wù)平臺恰好可以為企業(yè)提供云端低成本、高性能、易管理的計算能力和存儲能力。云算量、云碰撞檢查等基于云計算的BIM技術(shù)的應(yīng)用，將成為BIM技術(shù)發(fā)展的又一個重要趨勢。

項目分散、人員工作移動性強、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜是制約施工行業(yè)信息化推廣應(yīng)用的主要原因，而隨著信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)最終將進入移動應(yīng)用時代。未來，通過平板電腦、手機等移動設(shè)備，可隨時隨地打開BIM模型進行質(zhì)量檢查、變更洽商等項目管理業(yè)務(wù)，以滿足項目現(xiàn)場“走動式管理”的特性。

綜上所述，以4M1C（PM、BIM、DM、Mobile、Cloud）為核心的綜合性應(yīng)用，必將是BIM應(yīng)用發(fā)展的大趨勢。

參考文獻

[1]Paul Teicholz.Labor Productivity Declines in the Construction Industry：Causes and Remedies[R].Stanford University，2004.

[2]Eastman，Charles，F(xiàn)isher David，Lafue，Gilles and others..An Outline of the Building Descripiton System[：Institute of Physical Planning，Carnegie-Mellon University，1974.

[3] G A.Van Nederveen，R P.Tolman.Modelling multiple views on buildings[J].

Automation in Construction，1992，1（3）：215-224.

[4] L.Jerry.Comparing Pommes and Naranjas[M].Architectural Creation，2011.

[5] Norbert W.Young Jr.，Stephen A.Jones，Harvey M.Bernstein，et al.The

Business Value of BIM[R].New York：McGraw-Hill Construction，2009.4.

[6]趙雪峰.建設(shè)工程全面信息管理理論和方法研究[D].北京：北京交通大學，2010.

[7]Eastman，C.，Teicholz，P.，Sacks，R.and Liston，K.，BIM Handbook：A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，and Contractors[M]，John Wiley&Sons，Inc.，2008.