BIM在国内的研究现状及应用阻碍

刘润红 曾媛 申贵珍 肖茁良

摘要：本文对BIM的产生、定义以及特点等进行概述，并总结BIM在国内外的研究现状以及在国内的应用阻碍，了解BIM从产生至今的发展程度；最后得出结论并提出展望。

关键词：建筑信息模型、项目生命周期、云计算技术

0 引言

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是当今建筑行业信息化过程中的备受关注的概念。BIM是一个包含了建筑设计、结构设计、管线设备设计、工程量统计、成本计算、物业管理等信息的数据库，其目的是从根本上消除项目生命周期中的规划、设计、施工、维护管理等各阶段及应用系统之间的信息断层，从而实现全过程的、实时的、准确的工程信息管理。

BIM的出现和兴起是为了突破建筑行业生产效率低的情况，使建筑行业进一步发展。建筑行业的历史悠久，而近代随着人类社会的高速发展，建筑行业使用的新材料和新技术对自然环境的破坏可谓越来越严重。除此以外，美国的统计数据表明，建筑行业的生产效率没有随着经济的发展而提高，反而有所下降[1]。我国年建筑量世界排名第一，建筑行业也是我国支柱产业之一，是重要的产业。因此，提高建筑行业的其信息化程度，成为亟需解決的难题。BIM在当今的中国建筑业是个很热的概念，建立以BIM应用为载体的项目管理信息化，有望提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本、支持生命周期运营。BIM被寄予厚望。

1 BIM的产生及定义

1.1 BIM的产生

任何技术的产生都源于社会需求并为之服务，正在快速发展并逐渐普及应用的BIM技术也不例外，它在外部市场需求和建筑行业自身发展需要下萌芽并不断发展。BIM理念的启蒙，受到了1973年全球石油危机的影响，美国全行业需要考虑提高行业效益的问题，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，以便于实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率[2]。

1982年，Graphisoft公司提出虚拟建筑模型（Virtual Building Model，VBM）理念，并在两年之后推出ArchiCAD软件，紧接着芬兰的学者提出了一种基于计算机的智能模型系统，并将其命名为为“Product Information Model”。在1986年，美国学者Robert Aish提出了“Building Modeling”的概念，一年之后，Graphisoft公司在ArchiCAD虚拟建设的概念指导下第一次实现了BIM。1992年，在G.A.VanNederveen和R P.Tolman共同发表的一篇论文里首次出现了“建筑信息模型”这个词[3]。然而，“建筑信息模型（包括英文缩写BIM）”并没有被普遍使用，直到2002年，行业分析家Wang Xin和Jerry Laiserin第一次完整地提出BIM的概念，同年，Autodesk公司发布了题为"建筑信息模型”的白皮书，从此，BIM作为一个专有名词开始在建筑行业被广泛使用[4]。

1.2定义

BIM（建筑信息模型）不是简单的将数字信息进行集成，而是一种数字信息的应用，并可以用于设计、建造、管理的数字化方法。

住房和城乡建设部工程质量安全监管司处长对BIM作出了解释：BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

2009年，美国McGraw-Hill公司在题为“BIM的商业价值（The Business ValueofBIM）”的市场调研报告中对BIM是过程给出了更贴切的定义：“BIM是创建并且使用数字化模型对建设项目进行设计、施工和运营管理的过程[5]。”

2 BIM的特点

BIM是应用于建筑工程项目中的，因此BIM的特征也体现了建筑工程管理的基本理论和方法，包括建筑工程的全生命周期管理以及全方位管理[6]。

现从项目生命周期、项目的参与人员以及BIM的应用深度三个方面分析BIM的特征。

（1）BIM的应用是贯穿于项目生命周期的建筑工程项目的建设周期较长，而且不同时期的工作内容和重点都不同。同时，不同建筑工程项目由于具有不同的特点，其生命周期的阶段划分不尽相同。但工程项目的生命周期通常有规划与计划、设计、施工、运营与维护、拆除等阶段。在规划与计划阶段，业主需要对现有的设施和地理位置等相关的因素进行考虑，从而作出是否要启动项目或者改造项目的决定。而且有时候，业主并不是单一的，出现多个业主的情况是非常可能的。接下来的设计阶段是把上一阶段的要求表达出来，这个阶段的信息量是非常大的。而且，这些信息的传递效率对项目最终的效果和质量有决定性的作用。施工阶段是把上一阶段的信息转变成实物的阶段。上一阶段的设计错误很容易导致施工阶段中的超工期、超预算等现象。项目的运营和维护阶段应该是项目生命周期里时间最长的一个阶段，涉及出租、维护以及设备更新等事务。以上所提到的项目生命周期里各个阶段的任务的特点都有所不同，但是表达的方式基本上都是文本以及图纸。然而，建筑毕竟是三维实体，文本以及二维的图纸很难直观准确地表达建筑。BIM的三维展示能力以及信息整合能力都能在项目生命周期里的各个阶段发挥作用。

（2）BIM由各方项目人员参与的BIM适合于项目不同的参与方，能为他们带来无限的利益。业主使用BIM能获得物业的综合信息，以及确保项目按时、按量、按质完成。通过BIM，业主可以获得物业的综合信息，以确保项目顺利完成并交付；规划师和建筑师可以把场地信息和业主的要求结合起来，并从模型中获得良好的视觉感受；结构工程师和施工承包商可以将建筑物结构构件的分类、数量、材料以及施工要求等信息储存到模型里，并且能容易地对这些信息进行管理；成本预算师能智能地获取工程量清单，并有效得控制成本；预制加工商可以利用模型进行数控加工以及安排制造的工艺流程。不管目前项目各参与方应用BIM的水平如何以及BIM能为项目各参与方带来的利益多少，BIM的信息储存以及调用功能都能为项目各参与方服务，并达到协同工作的作用。

（3）BIM的应用是具有层次的NBIMS创造了一套评价BIM的体系，该体系可以量化地判断BIM是否在项目生命周期中对信息交换和使用的能力大小。此评价体系选择了十一个要素作为评价BIM能力成熟度的指标：数据丰富性、生命周期、变更管理、角色或专业、业务流程、及时性/响应、提交方法、图形信息、空间能力、信息准确度以及互用性/IFC支持[7]。而每一个评价指标都设定了一个从不成熟到成熟的应用程度，总共有10个等级。如“生命周期”的1到10级的应用成熟程度为：没有完整的项目阶段-规划和设计-加入施工/供应-包括施工/供应-包括施工供应和预制-加入有限的运营和维护-包括运营和维护-加入财务-完整的设施生命周期收集-支持外部系统。由此可见BIM技术的应用是一个循序渐进的过程。因为建筑工程项目本身就是一个庞大的综合体，目前市场上单一的BIM软件不足以涵盖建筑项目的每个专业以及每个阶段。另外，BIM的应用并不是单纯地使用BIM软件，而是把BIM工具与项目运行的方式结合起来从而高效地完成项目。所以，BIM的使用也是一个不断放弃旧的工作方式而采用新的工作方式的过程。现今BIM技术主要是被应用于建筑工程項目的某些阶段，如设计阶段使用BIM软件以达到协同工作，施工阶段使用BIM软件进行项目成本和进度的管理等。随着BIM软件的不断成熟以及标准数据接口的发展，BIM技术的应用可以覆盖建筑工程项目的设计施工等主要阶段，如上海中心大厦项目中在设计和施工阶段都应用了BIM技术。而BIM技术应用的终极目标是实现项目全生命周期的应用。

3 研究现状

国外对BIM技术的研究和开发起步早，应用开展早，已验证了BIM技术的应用潜力。从应用领域看，目前已将BIM技术应用于建筑工程的设计、招投标、施工以及运维阶段，相应的应用软件逐步成熟；从应用范围看，BIM技术已成为设计和施工企业承接项目的必要能力，大企业一般已具备了应用BIM技术的能力；从应用模式看，在美国，BIM应用已结合IPD（项目集成交付）管理模式，将参建各方形成利益共同体，大大提高了项目集成交付能力；从应用环境看，美国、韩国、新加坡等国家已制定了BIM标准和相关政策，形成各种BIM协会、BIM标准，在配套环境上给予有力支撑。

目前中国建设量大，建筑业发展快，但同时建筑业需要可持续发展，施工企业也面临更严峻的竞争。在这个背景下，我们看到了国内建筑业与BIM结缘的必然性。我国的BIM应用虽然刚刚起步，但发展速度很快。许多企业有了非常强烈的BIM意识，出现了一批BIM应用的标杆项目，特别是在一些大型复杂的超高层项目中得到了成功应用。“中国尊”项目作为我国工程建筑行业的重要工程，BIM在其中应用的广泛程度和复杂程度在国内尚属少见。如何在应用BIM模型辅助设计，达到高完成度目标的同时，确保模型及其数据库的可延续性，满足施工和运营维护阶段的需要，是目前整个建筑界所面临的课题。设计团队希望通过“中国尊”项目的BIM实践，最终形成一套与协同设计相结合的BIM工作方法和标准，让BIM模型及其数据库随着项目进程不断深化与完善，最终应用于建筑的全生命周期。

另一方面，BIM的发展也逐渐得到了政府的大力推动。住房城乡建设部发布的《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》明确提出，将BIM作为设计和施工企业信息化发展的核心技术，并要求施工企业将“在施工阶段开展BIM技术的研究与应用”作为首要的战略目标。

4 应用阻碍

BIM在实际应用中也遇到了一些问题和困难，主要体现在以下6个方面：

（1）在BIM应用软件方面。目前，市场上的BIM软件很多，但大多用于设计和招投标阶段，施工阶段的应用软件相对匮乏。大多数BIM软件以满足单项应用为主，集成性高的BIM应用系统较少，与项目管理系统的集成应用更是匮乏。此外，软件商之间存在的市场竞争和技术壁垒，使得软件之间的数据集成和数据交互困难，制约了BIM的应用与发展。

（2）在BIM数据标准方面。随着BIM技术的推广应用，数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在。作为国际标准的IFC（建筑对象的工业基础类）数据标准在我国的应用和推广不理想，而我国对国外标准的研究也比较薄弱，结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。在实际应用过程中，不仅需要像IFC一样的技术标准，还需要更细致的专业领域应用标准。

（3）在BIM应用模式方面。一方面，BIM的专项应用多，集成应用少，而BIM的集成化、协同化应用，特别是与项目管理系统结合的应用较少；另一方面，一个完善的信息模型能够连接建设项目生命周期不同阶段的数据、过程和资源，为建设项目参与各方提供了一个集成管理与协同工作的环境，但目前由于参建各方出于各自利益的考虑，不愿提供BIM模型，不愿协同，不愿精确和透明，无形之中为BIM的深入应用和推广制造了障碍。

（4）在BIM人才方面。BIM从业人员不仅应掌握BIM工具和理念，还必须具有相应的工程专业或实践背景，不仅要掌握一两款BIM软件，更重要的是能够结合企业的实际需求制订BIM应用规划和方案，但这种复合型BIM人才在我国施工企业中相当匮乏。

（5）在模型所有权方面。BIM模型主要由设计单位负责建立，由施工单位应用并继续扩展维护。目前关于BIM模型建构费用标准尚未确定，模型由设计单位构建，收益方是业主，对设计单位来说缺少构建模型的动机，而如果由施工单位构建则达不到全生命周期使用的目的而且业主也无法获得BIM模型的所有权，对于后期的运营管理又存在着争议。

（6）在BIM管理方面。BIM模型中包含着建设项目全生命周期的所有信息，模型数据量庞大，系统处理负担沉重，而BIM模型数据格式不同于传统CAD及文本文件，跨平台间资料交换标准尚未全统一，所以就存在着数据分类命名的问题以及档案管理的问题。传统的工程编码体系主要有两大类，一类MasterFormat体系，它是依据项目执行结果而不是设备产品分类，无法处理项目早期对象编码问题，这种分类方法更适合项目WBS分解，而不适合用于BIM编码。还有一类是Uniformat体系，这种分类体系是依据项目要素分类，可解决项目早期的BIM编码。

5 总结

BIM是一种新的工程实践方式，形象地展现工程项目的外形，也抽象地包含了工程项目各方面的信息，贯穿于项目的全生命周期，有不同的参与方，其实施过程是一个循序渐进的过程。BIM作为新事物新技术与历史悠久的建筑行业结合，必须要将自身的内涵与建筑行业合理运作的方式融合，才能健康地发展起来。

同时，BIM应用应始终围绕以提升工程项目管理为核心，实现管理效益的提升，因此BIM技术与项目管理系统（PM）集成应用是BIM应用的趋势之一。BIM系统为项目的生产与管理提供了大量可供深加工和再利用的数据信息，有效管理利用这些海量信息和大数据，需要数据管理系统（DM）的支撑。同时，BIM各系统处理复杂业务所产生的大模型、大数据，对计算能力和低成本的海量数据存储能力提出了较高要求，而基于云计算技术的“云”服务平台恰好可以为企业提供云端低成本、高性能、易管理的计算能力和存储能力。云算量、云碰撞检查等基于云计算的BIM技术的应用，将成为BIM技术发展的又一个重要趋势。

项目分散、人员工作移动性强、现场环境复杂是制约施工行业信息化推广应用的主要原因，而随着信息技术和通信技术的发展，BIM技术最终将进入移动应用时代。未来，通过平板电脑、手机等移动设备，可随时随地打开BIM模型进行质量检查、变更洽商等项目管理业务，以满足项目现场“走动式管理”的特性。

综上所述，以4M1C（PM、BIM、DM、Mobile、Cloud）为核心的综合性应用，必将是BIM应用发展的大趋势。

参考文献

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

[2]Eastman，Charles，Fisher 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.建设工程全面信息管理理论和方法研究[D].北京：北京交通大学，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.