建筑信息模型系統(tǒng)（BIM）的策略研究

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1 BIM核心體系的發(fā)展

工程設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的龍頭。在過(guò)去的20年中，CAD（Computer Aided Design）技術(shù)的普及推廣使建筑師、工程師們從手工繪圖走向電子繪圖。甩掉圖板，將圖紙轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)中2D數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，可以說(shuō)是工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域第一次革命。建筑信息模型給工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了第二次革命，從二維圖紙到四維設(shè)計(jì)和建造的革命，同時(shí)，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，建筑信息模型（BIM）也是一次真正的信息革命。建筑信息模型是建筑學(xué)，工程學(xué)及土木工程的新工具。建筑信息模型或建筑資訊模型一詞由Autodesk所創(chuàng)[1]。

2 建筑信息模型的設(shè)計(jì)方式

2.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)從實(shí)質(zhì)上講是一個(gè)構(gòu)件組合設(shè)計(jì)，建筑信息模型是由無(wú)數(shù)個(gè)虛擬構(gòu)件拼裝而成，其構(gòu)件設(shè)計(jì)并不需要采用過(guò)多的傳統(tǒng)建模語(yǔ)言，如拉伸、旋轉(zhuǎn)等，而是對(duì)已經(jīng)建立好的構(gòu)件（稱為族）設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并使參數(shù)可以調(diào)節(jié)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)構(gòu)件形體發(fā)生改變，滿足設(shè)計(jì)的要求。而參數(shù)化設(shè)計(jì)更為重要的是將建筑構(gòu)件的各種真實(shí)屬性通過(guò)參數(shù)的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。

2.2 構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)

構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的衍生。當(dāng)建筑模型中所有構(gòu)件都是由參數(shù)加以控制時(shí)，如果我們將這些參數(shù)相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，那么我們就實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)。換言之，當(dāng)建筑師修改某個(gè)構(gòu)件，建筑模型將進(jìn)行自動(dòng)更新，而且這種更新是相互關(guān)聯(lián)的。例如，我們?cè)趯?shí)際工程中經(jīng)常會(huì)遇到修改層高的情況，在建筑信息模型中，我們只要修改每層標(biāo)高的數(shù)值，那么所有的墻、柱、窗、門都會(huì)自動(dòng)發(fā)生改變，因?yàn)檫@些構(gòu)件的參數(shù)都與標(biāo)高相關(guān)聯(lián)，而且這種改變是三維的，并且是準(zhǔn)確和同步的，我們不再需要去分別修改平立剖。關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)它不僅提高了建筑師的工作效率，而且解決了長(zhǎng)期以來(lái)圖紙之間的錯(cuò)、漏、缺問(wèn)題，其意義是顯而易見(jiàn)的。

2.3 參數(shù)驅(qū)動(dòng)建筑形體設(shè)計(jì)

參數(shù)驅(qū)動(dòng)建筑形體設(shè)計(jì)是指通過(guò)定義參數(shù)來(lái)生成建筑形體的方法，當(dāng)建筑師改變一個(gè)參數(shù)，形體可以進(jìn)行自動(dòng)更新，從而幫助建筑師進(jìn)行形體研究。參數(shù)驅(qū)動(dòng)建筑形體設(shè)計(jì)仍然可以采用定義構(gòu)件的方法實(shí)現(xiàn)。如果我們要設(shè)計(jì)一個(gè)形體復(fù)雜的高層建筑，我們可以將高層建筑的每一層作為一個(gè)構(gòu)件，然后用參數(shù)（包含一些簡(jiǎn)單的函數(shù)）對(duì)這一層的幾何形狀進(jìn)行定義和描述，最后將上下兩層之間再用參數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，例如設(shè)定上下兩層之間的扭轉(zhuǎn)角度，這樣就可以通過(guò)修改所定義的角度來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，生成一系列建筑形體。這種模式對(duì)于生成一些有規(guī)律的，但卻很復(fù)雜的建筑形體是十分有用的[2]。

2.4 協(xié)作設(shè)計(jì)

在以往，我們理解的協(xié)作設(shè)計(jì)通常是建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)水暖電的專業(yè)協(xié)作。而今天，隨著建筑工程復(fù)雜性的增加，跨學(xué)科的合作成為建筑設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。在二維CAD 時(shí)代，協(xié)作設(shè)計(jì)缺少一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)，但建筑信息模型為傳統(tǒng)建筑工種提供了一個(gè)良好的技術(shù)協(xié)作平臺(tái)，例如，結(jié)構(gòu)工程師改變其柱子的尺寸時(shí)，建筑模型中的柱子也會(huì)立即更新，而且建筑信息模型還為不同的生產(chǎn)部門，甚至管理部門提供了一個(gè)良好的協(xié)作平臺(tái)，例如施工企業(yè)可以在建筑信息模型基礎(chǔ)上添加時(shí)間參數(shù)進(jìn)行施工虛擬，控制施工進(jìn)度，政務(wù)部門可以進(jìn)行電子審圖等等。這不僅改變了建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師傳統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)模式，而且業(yè)主、政府政務(wù)部門、制造商、施工企業(yè)都可以基于同一個(gè)帶有三維參數(shù)的建筑模型協(xié)同工作。

3 BIM的價(jià)值

具體而言，BIM 的應(yīng)用具有以下價(jià)值。

建立單一工程數(shù)據(jù)源。工程項(xiàng)目各參與方使用的是單一信息源，確保信息的準(zhǔn)確性和一致性。實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參與方之間的信息交流和共享。從根本上解決項(xiàng)目各參與方基于紙介質(zhì)方式進(jìn)行信息交流形成的“信息斷層”和應(yīng)用系統(tǒng)之間“信息孤島”問(wèn)題。推動(dòng)現(xiàn)代CAD 技術(shù)的應(yīng)用。全面支持?jǐn)?shù)字化的、采用不同設(shè)計(jì)方法的工程設(shè)計(jì)，盡可能采用自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。促進(jìn)建筑生命期管理，實(shí)現(xiàn)建筑生命期各階段的工程性能、質(zhì)量、安全、進(jìn)度和成本的集成化管理，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目生命期總成本、能源消耗、環(huán)境影響等進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和控制。

4 BIM的應(yīng)用

BIM是一種全新的理念，它涉及到從規(guī)劃、設(shè)計(jì)理論到施工、維護(hù)技術(shù)的一系列創(chuàng)新和變革，是建筑業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)。BIM的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑生命期管理，提高建筑行業(yè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的科學(xué)技術(shù)水平，促進(jìn)建筑業(yè)全面信息化和現(xiàn)代化，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)家體育場(chǎng)、青島海灣大橋、廣州西塔等工程項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)4D 施工動(dòng)態(tài)集成管理，并獲2009 年、2010 年華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。上海中心項(xiàng)目工程總承包招標(biāo)，明確要求應(yīng)用BIM 技術(shù)。上海金融交易廣場(chǎng)和廣聯(lián)達(dá)信息大廈項(xiàng)目都已規(guī)劃面向建筑生命期的BIM 應(yīng)用整體方案，并在方案設(shè)計(jì)階段就引入了BIM 技術(shù)。這些大型工程項(xiàng)目對(duì)BIM 的應(yīng)用與推廣，引起了設(shè)計(jì)、施工企業(yè)的關(guān)注，勢(shì)必對(duì)我國(guó)建筑業(yè)BIM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到重要示范作用[3-5]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)正在進(jìn)行著世界最大規(guī)模的基本建設(shè)，工程項(xiàng)目規(guī)模日益擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)形式愈加復(fù)雜。然而，當(dāng)前的管理模式和信息化手段都無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以從根本上解決建筑生命期各階段和各專業(yè)系統(tǒng)間信息斷層問(wèn)題，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)到管理全面提高信息化水平和應(yīng)用效果，已成為建設(shè)企業(yè)的迫切需求