BIM技术的应用与探索.docx

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BIM技术的应用与探索

BIM技术的应用与探索

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一．BIM的理念以及应用背景。

1.BIM概述---------------------------------------4

2.BIM给我们带来的好处---------------------------5

3.BIM应用的社会背景----------------------------5

4.BIM在国内外的应用及发展概况------------------6

5.国内外BIM应用软件分析-----------------------8

二．BIM在全过程造价管理中的应用

1.BIM技术在投资造价的估算与方案比选------------9

2.BIM技术在设计阶段的应用----------------------9

3.BIM在招投标阶段的应用------------------------10 

4.BIM在施工过程中造价控制的应用----------------12

5.BIM在工程竣工结算中的应用--------------------12

6.BIM在工程造价管理全过程的应用趋势------------13

三．BIM应用实际案例分析。

1.BIM在上海中心大厦工程中的应用----------------16

2.BIM在中央音乐学院音乐厅项目中的应用----------20

3.BIM的设计可视化技术在上海世博会德国馆中的应用-24

四．影响3DBIM普及的主要因素

1.机制不协调-----------------------------------28

2.任务风险-------------------------------------28

3使用要求高，培训难度大------------------------28

4.BIM技术支持不到位---------------------------29

5.软件体系不健全-------------------------------31

五．结论与展望----------------------------------31

1.结论------------------------------------------31

2.展望------------------------------------------31

六．参考文献------------------------------------33

一．BIM的理念及应用背景

1.BIM的概述

BIM的全拼是BuildingInformationModeling，即:

建筑信息模型。

BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。

一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。

BIM具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。

建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。

BIM一般具有以下特征：

模型信息的完备性：

除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。

模型信息的关联性：

信息模型中的对象是可识别且相互关联的，系统能够对模型的信息进行统计和分析，并生成相应的图形和文档。

如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型的完整性和健壮性。

模型信息的一致性：

在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的，同一信息无需重复输入，而且信息模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展而无需重新创建，避免了信息不一致的错误。

2.BIM给我们带来的好处

BIM是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用，将为建筑业界的科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。

同时，也为建筑业的发展带来巨大的效益，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低。

3.BIM应用的社会背景

BIM作为一种创新性的建筑设计、施工和管理方法，通过对项目流程的有效整合，提升效率、降低风险、同事减少对环境的影响、实现绿色的可持续设计。

BIM在复杂性形体的创建与加工中的优势，也为设计带来的更多的可能性。

BIM是建筑业的信息革命，它作为一个重要项目，已经被列入我国科技部“十一五”期间国家科技攻关计划。

住房和城乡建设部在《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》中提出：

“十二五”期间，要“加快建筑信息模型（BIM）,基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用”。

此外，BIM作为当今建筑界整合设计的一种全新方式，已被国际建筑师协会（UIA）作为建筑师职业实践政策导则之一在全球推广。

BIM技术日渐成为行业发展的风向标，越来越多的企业积极参与研究、应用与推广。

同时，BIM理念和技术的多领域应用和多渠道传播，使其社会需求度也不断提高。

4.BIM在国内外的应用及发展概况

BIM应用始于美国，美国总务管理局（GeneralServicesAdministration，GSA）于2003年推出了国家3D-4D-BIM计划，并陆续发布了系列BIM指南[7]。

美国联邦机构美国陆军工程兵团（UnitedStatesArmyCorpsofEngineers，USACE）在2006年制定并发布了一份15年（2006~2020年）的BIM路线图[8，9]。

美国建筑科学研究院于2007年发布NBIMS，旗下的BuildingSMART联盟（BuildingSMARTAlliance，BSA）负责BIM应用研究工作[10]。

2008年底，BSA已拥有IFC（IndustryFoundationClasses）标准、NBIMS、美国国家CAD标准（UnitedStatesNationalCADStandard）以及BIM杂志（JouanalofBuildingInformationModeling，JBIM）等一系列应用标准。

2009年，美国威斯康辛州成为第一个要求州内新建大型公共建筑项目使用BIM的州政府，德克萨斯州设施委员会也宣布对州政府投资的设计和施工项目提出应用BIM技术的要求。

2010年，俄亥俄州政府颁布BIM协议，日本的国土交通省宣布推行BIM技术。

目前日本BIM应用已扩展到全国范围，并上升到政府推进的层面[11]。

欧洲、韩国也已有多家政府机关致力于BIM应用标准的制定[12，13]。

在建筑这项集体“运动”的事业中，BIM正引发一次史无前例的彻底变革。

我国工程建设行业从2003年开始引进BIM技术，目前的应用以设计公司为主，各类BIM咨询公司、培训机构，政府及行业协会也开始越来越重视BIM的应用价值和意义。

先后举办了“全国勘察设计行业信息化发展技术交流论坛”、“与可持续设计专家面对面”的BIM主题研讨会、“BIM建筑设计大赛”、“勘察设计行业BIM技术高级培训班（第一期）”等；Autodesk也正式推出基于BIM的AutodeskRevitArchitecture2010、RevitStructure2010、RevitMEP2010、AutoCADCivil3D2010以及AutodeskNavisworks2010等软件；中建国际设计顾问有限公司（CCDI）、上海现代建筑设计集团、KlingStubbins国际建筑设计中国分部以及美国Aedis建筑与规划设计中国公司等都在不同项目的不同程度上使用了BIM技术[3]。

国家“十一五”科技支撑计划和“十二五”建筑信息化发展纲要中也将BIM技术纳入研究内容。

现阶段BIM的使用者以设计单位为主，就应用广度和深度而言，BIM在中国的应用还只是刚刚开始，但会逐步推广和深入到建筑行业各个领域。

从全球化的视角来看，BIM的应用已成主流。

复杂项目，但同时也存在诸多问题。

研究表明，BIM作为支撑建设行业的新技术，涉及不同应用方、不同专业、不同项目阶段的应用，绝非一个或一类软件可以解决的，BIM的发展离不开软件的支持[16~19]。

美国BuildingSMART联盟主席DanaK.Smitnz指出“依靠一个软件解决所有问题的时代已经一去不复返了”[15]。

因此有必要分析BIM应用软件，从而更深层次了解BIM的应用。

5.国内外BIM应用软件分析

基于目前具有国际和行业影响力并应用于中国市场的32款BIM软件的分析，软件功能分类和相互间信息交互性分析如图1所示。

图1清晰反映出BIM软件间的信息交互性，可见在项目运营阶段BIM技术并未得到充分应用，使得运营阶段在建设项目的全寿命周期内处于“孤立”状态。

然而，在建设项目全寿命周期管理中理应以运营为导向实现建设项目价值最大化[20]。

如何使得BIM技术最大限度符合全寿命周期管理理念，提升我国建设行业生产力水平，值得深入研究。

进一步分析，就某一个阶段BIM技术而言，应用价值也未达到充分的实现，比如设计阶段中“绿色设计”、“规范检查”、“造价管理”三个环节仍出现了“孤岛现象”。

如何统筹管理，实现BIM在各阶段、各专业间的协同应用，是未来研究的关键。

此外，BIM技术并未实现建筑业信息化的横向打通。

对目前在设计阶段与设施运营阶段应用全球最具影响力的两款软件Revit、Archibus进行交互性分析，如表2所示。

两款软件之间具有一定的交互性，但是在实际BIM的运用中两者并未产生沟通。

RandyDeutsch指出，BIM是10%的技术问题加上90%的社会文化问题。

而目前已有研究中90%是技术问题[21]，这一现象说明，BIM技术的实现问题并非技术问题，而更多的是统筹管理问题。

二．BIM在全过程造价管理中的应用 

1、BIM技术在投资造价的估算与方案比选 

　　BIM技术的应用，有利于历史数据的积累，并基于这些数据提取造价指标，快速指导工程估算价格，并可迅速做出最优方案的选择。

2、BIM技术在设计阶段的应用 

　　设计阶段是控制造价的关键。

传统手工算量和计价，做好限额设计是很困难的，运用BIM技术，在设计过程中，利用同一的BIM模型和交换标准，通过指标库的应用，根据指标的匹配，来帮助设计人员随时提供参数，在设计过程中随时发挥作用。

BIM模型集3D模型、工程量、成本、价格等各个工程信息和业务信息于一体，有效的解决了设计概算对设计以及后续造价的控制作用。

　　在设计概算阶段，利用BIM的计算能力，快速分析工程量，通过关联BIM历史数据，分析造价指标，能帮助我们快速准确分析设计概算，大幅提升设计概算的精度。

　　利用BIM技术，能很好的解决设计中遇到的问题。

例如可以把各专业整合到统一平台，进行三维碰撞检查，可以发现大量设计错误和不合理之处，为项目造价管理提供有效支撑。

3、BIM在招投标阶段的应用 

　　在招投标阶段，工程量计算是造价人员耗费时间和精力最多的工作，BIM技术的推广与应用，将是对招投标程序的一次革新。

建设单位或者造价咨询单位可以根据设计单位提供的含有各种数据信息的BIM模型快速短时间抽调出工程量信息，结合项目具体特征编制准确的工程量清单，有效地避免漏项和错算等情况，最大限度减少施工阶段因工程量问题而引发的纠纷。

在招投标过程中，建设单位也可以将拟建项目BIM模型以招标文件的形式发给投标单位，以方便施工单位利用设计模型，快速获取正确的工程量信息，与招标文件的工程量清单比较，可以制定更好的投标策略。

4、BIM在施工过程中造价控制的应用 

（1）基于BIM的5D计划管理 

　　建筑信息模型的5D应用是指建筑三维数字模型结合项目建设时间轴与工程造价控制的应用模式，即3D模型+时间+费用的应用模式，利用该项技术可以直观地按月、按周、按日观看到项目的具体实施情况并得到该时间节点的造价数据，方便项目的实时修改调整，实现限额领料施工，最大的体现造价控制的效果。

（2）基于BIM的进度计量与支付 

　　BIM技术的推广与应用在进度与支付方面为我们带来便利。

BIM5D可以将时间与模型进行关联，根据所涉及的时间段，如月度、季度等，软件可以自动统计该时间段内容的工程量汇总，并形成进度造价文件，为工程进度计量与支付工作提供技术支持。

（3）基于BIM的工程变更管理 

　　BIM技术可以通过将变更的内容在模型上进行直观调整，自动分析变更前后模型工程量（包括混凝土、钢筋、模板等工程量的变化），为变更计量提供可靠的数据。

（4）基于BIM的签证、索赔管理 

　　BIM的可视化和强大的计算能力在进行签证管理的应用，通过虚拟与现实的比对，可以更快速高效、准确的处理变更签证，减少争议。

（5）基于BIM的材料成本控制 

　　材料费在工程造价中往往占据了很大的比重，一般占整个预算费用的70%左右，因此，材料成本的控制是工程成本控制的重中之重。

利用BIM5D软件的多维模拟施工计算，快速、准确地拆分、汇总并输出任一细部工作的消耗量标准，真正实现了限额领料。

可以让材料采购计划、进场计划、消耗控制的流程更加优化，并对材料计划、采购、出入库等进行有效管控。

（6）基于BIM的分包管理 

　　作为施工单位，需要与分包单位进行结算。

根据分包合同的要求，建立分包合同清单与BIM模型的关系，明确分包范围和分包工程量清单，按照合同要求进行过程算量，为分包结算提供支撑。

（7）基于BIM的多算对比分析 

　　造价管理中的多算对比对于及时发现问题并纠偏，降低工程费用至关重要。

而传统的造价管理模式很难做到，要实现快速、精确地多维度多算对比，只有基于BIM处理中心，使用BIM相关软件才能实现。

因为只有BIM模型集成了构件、时间、流水段、预算、实际成本等信息，可以根据时间、空间、工序、区域等维度对数据进行汇总统计，整理成相应的报表。

再根据现场实际发生的材料等数据量和资金量进行分析对比，实现多维度的多算对比。

5、BIM在工程竣工结算中的应用 

　　基于BIM的结算管理不但提高工程量计算的效率和准确性，对于结算资料的完备性和规范性还具有很大的作用。

在造价管理过程中，BIM模型数据库也不断修改完善，模型相关的合同、设计变更、现场签证、计量支付、材料管理等信息也不断录入与更新，到竣工结算时，其信息量已完全可以表达竣工工程实体，BIM模型的准确性和过程记录完备性有助于提高结算的效率。

同时，BIM可视化的功能可以随时查看三维变更模型，并直接调用变更前后的模型进行对比分析，避免在进行结算时描述不清楚而导致索赔难度增加，减少双方的扯皮，加快结算和审核进度。

6.BIM在工程造价管理中的应用趋势 

（1）基于BIM的造价软件整合 

　　造价软件在整个造价管理中作用明显，它提高了造价编制工作的工作效率，也逐渐成为了造价人员之间的协作平台。

随着BIM技术在建设工程中运用的不断深入，以往基于二维图纸的造价算量、计价软件已无法满足新时期造价管理的需求，需要研制新一代的造价系列软件。

算量软件可以将原有的按专业划分的土建、安装、钢筋等算量软件整合一下，基于完整BIM信息模型为基础的多专业协同算量软件，可以整合组成项目主体多专业的建模技术形成集成的建模平台，保证项目多专业的后期集成，分离各个专业的专业计算特性，通过专业计算特性集成的方式与模型平台有效整合，这样既保证了模型的完整集成又保证了计算特性的分离，使建模与计算更高效，模型显示更直观，同时也保持了与BIM模型数据之间相互关联性与统一性。

　　计价软件可以考虑与算量软件的协同集成。

需要整合算量和计价软件，实现基于BIM编制造价的需求，不仅提高了造价编制的工作效率以及信息描述的准确性、一致性和规范性，而且为基于建筑模型的清单项目编制建立数据信息通道，使得清单与模型实现有效挂接，清单信息成为模型信息的输入，为实时查询、统计、分析提供数据信息，同时为后期造价指标数据积累和应用提供可视化的模型信息基础，使指标运用合理化，为基于BIM的投资估算、项目指标分析提供充分的后台数据支撑。

（2）BIM标准的统一化 

　　目前，不同BIM软件相互之间的数据传输与交换上无法实现有效的互通互联。

特别是针对造价管理的工程量计算，目前设计阶段的BIM模型很难得到复用，往往是施工单位根据图纸重新建立算量模型，即使现在很多算量软件已经能够导入CAD或三维模型，但是依然要进行大量的修改整合工作。

BIM软件相互交换标准的统一显得很重要。

这就需要将所有的信息进行标准化，只有这样，在众多的BIM应用和交换过程中，才不会因为不同软件、不同专业、不同语言引起的信息转化错误的问题。

目前，BIM技术在造价管理上的应用取得了很大的进步。

但总得来看，这些软件大部分还聚焦在招投标阶段的工程量计算和计价上。

BIM在整个工程造价的全过程管理中的应用依然有很大潜力可挖。

、随着BIM技术和应用环境的成熟，BIM技术在工程造价管理上的应用将会更加广泛，从应用趋势上也逐渐向BIM标准的统一化、BIM应用的集成化和BIM与IPD的结合的方向发展。

BIM技术在工程造价管理中的不断深入应用，必然会带来造价管理历史性的革命，也将带来造价管理工作方式的根本性变化。

未来的工程造价管理必将是全过程、精细化、低成本、高效透明的管理。

三．BIM在实际案例中的应用。

我国近年来BIM典型应用案例

1.BIM在上海中心大厦工程中的应用

（1）简单介绍这个项目的大致概况。

上海中心大厦地理位置位于陆家嘴金融Z3地块，到了陆家嘴以后大家可以直接的看到旁边是金茂大厦和环球金融中心。

当上海中心建成之后将和这两个建筑物形成“品”字型的超高型建筑群，从而形成陆家嘴金融中心制高点的区域。

这个项目的最高高度是632米，路面高度是580米，总共面积接近57万平方米。

这个项目地下有3-5层，可以容纳1700个车位。

从绿色环保的角度考虑，增加了自行车车位空间。

地下1-2层是主题商业，地面是多功能会议中心和下沉式的市民广场。

塔楼部分总共是121层，由下往上分成了九个区段，第一个区段是精品商业；2-6区段是24小时甲A级办公区；7-8区段是超五星级酒店以及精品办公；第9区段是观光平台。

这个项目施工开始时间是2008年10月29日，我们预计的完工时间是2014年12月30日。

这个项目团队当中，建设单位是上海中心大厦建设发展有限公司，还有设计单位，Gensler是做建设，Thornton  Tomasetti做的结构，同济大学建设设计研究院负责施工图。

设计管理是现代咨询，投资监理是利比，施工监理是上海建科，上海建工是做这个施工的总方，在项目团队当中由增加了一个环节就是BIM咨询，我们邀请Autodesk公司作为上海中心BIM项目顾问。

（2）为什么上海中心选择BIM的技术？

这里面我们总结了以下几方面的原因。

第一，从项目的角度来看，这个项目现在遇到一些挑战，一是项目涉及的学科非常多，分支系统非常复杂。

二是项目建设周期比较长，导致成本控制难度也会比较大。

三是信息量非常庞大，因为参与方众多，这样以来彼此之间进行信息传递的路径就变得非常复杂，导致我们这个信息的有效传递难度也会慢慢的增大。

四是行业整体生产力水平比较低。

因此我们迫切需要更多技术上的支持保证这个项目的顺利完成。

五是企业文化方面，上海中心的企业文化只有八个字，激情、融洽、创新、务实，上海中心希望通过科技的创新提高企业的市场竞争力。

（3）在科研方面，针对这个项目上海市市科委也专门成立了上海中心大厦绿色超高层建筑技术研究的课题，这个课题里面实际上分成6个小的子课题，其中一个子课题就是BIM技术在超高层项目当中的应用。

从行业的示范和推动方面，作为上海乃至全国的标志性建筑，上海中心一直有企业的使命感，有义务和责任在科技创新方面给予一个示范和推动的作用，从而带动和影响整个行业的发展。

基于上述的原因，我们决定建立基于BIM的工程管理信息系统。

将从这个项目全生命周期角度出发，通过现代化的信息技术为手段，在项目的设计、施工以及监理的全过程，有效的控制项目过程当中工程信息的采集、加工、存储、交流从而支持项目的最高决策者对项目进行合理的协调、规划、控制。

2010年5月17日，上海中心和Autodesk公司签署的战略合作协议，作为上海中心咨询顾问，Autodesk为上海中心大厦提供全方位的BIM解决方案和相关的BIM支持。

Autodesk提供服务包括BIM应用策略、BIM解决方案、实际应用的培训，还有一些相关软件操作的培训，在项目实施的全过程，Autodesk公司会对这个项目实行实BIM咨询和技术支持。

（4）在这个项目BIM应用策略方面，

针对上海中心大厦项目制订了三个大目标，更好的控制进度，更好的控制造价，更好的运维管理。

我们今后所有的工作都将围绕着三个大主题展开。

我们将从设计到采购、建造、运营，在不同的阶段充分发挥BIM在各个阶段的价值。

（图）针对上海中心大厦搭建的BIM平台，分成设计阶段、施工阶段、运营阶段，不同的阶段会应用不同的技术手段达到项目的不同需求。

另外，在项目的整体实施过程当中，我们也会应用Autodesk的Basel平台进行协同的管理。

我们在关注BIM技术实现和实施的同时，对于业主方更关注BIM的流程、BIM的标准以及BIM的制度和规范的建立，这个内容感觉起来比较虚，不像实实在在拿着BIM模型看实在，可是对于业主来讲，这些内容是必不可少的。

2.BIM在中央音乐学院音乐厅项目中的应用。

规划概述：

本项目建筑用地面积：

8493.10平方米，地上总建筑面积：

36000平方米，用地强度较高。

本项目分为音乐厅、学生宿舍两大功能子项。

其中音乐厅为一个1000个作为的可供专业音乐演奏兼歌舞剧演出的观演建筑，地上建筑面积：

5150平方米。

中央音乐学院项目内部空间关系变化繁复，坐席部分更是对是视线高度提出了精细的要求作为国内第一个利用BIM技术来完成的剧院类项目，其过程中遇到很多挑战。

下图为BIM设计图。

在项目中利用了明细表与实体模型的实时相关的特点，在对坐席位置进行调整时，通过坐席明细表对各种坐席方案进行量化比较，为池座和楼座最终形式提供有力的数据参考。

在音乐厅项目视图中，建有建筑和结构两种视图，各专业在自身的视图中工作，为二者的配合提出了先进的解决方案。

信息模型与外部网络的链接，使得投资方、设计方、生产方可在同一文件上获得各自所需的信息，提高工作效率和工作质量，真正实现建筑生产的信息化和网络化。

在工作过程中，通过简易REVITArchitecture模型转换为EcotectAnalysis模型，进行相关声学分析，并以之调整建筑设计，来完善音乐厅声学效果，减少瑕疵。

声波线与几何模型互相关联，当声源或模型构件移动时，声波线也随之自动更新。

上图为部分声波线在BIM中的散布截图

应用基于BIM技术的软件是有一定难度的，如何让设计师尽快用上BIM产品，CCDI人有自己的模式，他们收获的不止是BIM技术带来的快捷精准、信息