建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是近兩年來出現(xiàn)在建筑界中的一個新名詞。其實，它是引領建筑業(yè)信息技術走向更高層次的一種新技術，它的全面應用，將為建筑業(yè)界的科技進步產(chǎn)生無可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。同時，也為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設計乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高，成本降低。
1 從三維建模到信息建模
模型，從本義上講，是原型(研究對象)的替代物，是用類比、抽象或簡化的方法對客觀事物及其規(guī)律的描述。由于表達方式的不同，就產(chǎn)生不同類型的模型。例如，數(shù)學模型，是運用符號或數(shù)學公式，對原型予以模擬表述；圖形模型，是運用曲線、柱狀圖、餅圖等反映事物的變化規(guī)律；實體模型，參照實物制作，從形狀和尺寸上應當符合幾何相似的要求。模型的概念被廣泛應用于包括自然科學、工程技術、經(jīng)濟、藝術等不同的領域。模型所反映的客觀規(guī)律越接近、表達原型附帶的信息越詳盡，則模型的應用水平就越高。
在建筑設計中，制作實體模型也是經(jīng)常使用的建筑表現(xiàn)手段。應用計算機后，設計人員一直在探索如何使用軟件在計算機上進行三維建模。最早實現(xiàn)的是用三維線框圖去表現(xiàn)所設計的建筑物，但這種模型過于簡化，僅僅是滿足了幾何形狀和尺寸相似的要求。后來出現(xiàn)了諸如3DStudioVIZ、FormZ這類專門用于建筑三維建模和渲染的軟件，可以給建筑物表面賦予不同的顏色以代表不同的材質(zhì)，再配上光學效果，可以生成具有照片效果的建筑效果圖。但是這種建立在計算機環(huán)境中的建筑三維模型，僅僅是建筑物的一個表面模型，沒有建筑物內(nèi)部空間的劃分，更沒有包含附屬在建筑物上的各種信息，造成很多設計信息缺失。建筑物的表面模型，只能用來推敲設計的體量、造型、立面和外部空間，并不能用于施工。對于一個可以應用于施工的設計來說，附屬在建筑物上的信息是非常多的，以墻體為例，設計人員除了需要確定墻體的幾何尺寸、所用的材料外，還需要確定墻體的重量、施工工藝、傳熱系數(shù)、……等很多信息。如果不確定這些信息，建筑概預算、建筑施工等很多后續(xù)的工作就無法進行。而原有的建筑物三維表面模型，是無法做到在模型上附加這么多信息的。
學術界早就察覺到原有三維建模方法的局限性，一直在探討在計算機輔助建筑設計中如何進行信息建模。在上個世紀九十年代，正在蓬勃發(fā)展的面向?qū)ο蠓椒ū灰氲浇ㄖO計軟件的開發(fā)中，出現(xiàn)了ADT、天正建筑等用面向?qū)ο蠓椒ㄟM行二次開發(fā)的建筑設計軟件。這些軟件把建筑上的各種構件(墻、柱、梁、門、窗、設備等)定義為不同的對象，把與建筑設計有關的數(shù)據(jù)與操作封裝在建筑對象中。這樣，在計算機上完成的設計圖不再是由線段、弧線、圓等基本圖元構成的幾何圖形來合成，而是由具有屬性的建筑構件對象構成。由于應用了面向?qū)ο蠹夹g，使得三維建模與平面圖可以同步完成，實現(xiàn)了三維模型和平面圖雙向聯(lián)動，修改平面圖(三維模型)時，三維模型(平面圖)上的對應構件也同時被修改。此外，還可以實現(xiàn)關聯(lián)構件的智能聯(lián)動、視算一體化、……等。如果更進一步，還可以在建筑對象中封裝更多的屬性數(shù)據(jù)，例如建筑材料及其密度、導熱系數(shù)等物理參數(shù)等，這就為同時進行結構計算、節(jié)能計算等創(chuàng)造了條件，使系統(tǒng)具有為優(yōu)化設計提供實時計算分析的能力。
這樣，通過應用面向?qū)ο蠹夹g在計算機輔助建筑設計中實現(xiàn)了信息建模。
實踐表明，光是在建筑設計中實現(xiàn)信息建模是遠遠不夠的。雖然，前面提及的ADT、天正建筑這類建筑設計軟件的具有一定的信息建模能力，但由于它們是以諸如AutoCAD這樣的計算機繪圖軟件為平臺開發(fā)的，由于繪圖軟件所用技術的局限性，因此無法確保能獲取高質(zhì)、可靠、集成和完全協(xié)調(diào)的信息，更無法支持建筑工程全生命周期的管理。
隨著建筑工程規(guī)模越來越大，附加在建筑工程項目上的信息量也越來越大。當代社會對信息的日益重視，使人們認識到與建筑工程項目的有關信息會對整個建筑工程周期乃至整個建筑物生命周期都會產(chǎn)生重要的影響。例如，建筑物用地的地質(zhì)資料、所用的建筑材料以及材料的各種數(shù)據(jù)對項目的施工方式、生產(chǎn)成本及工期、使用后的維護都密切相關。對這些信息利用得好、處理得好，就能夠節(jié)省工程開支，縮短工期，也可以惠及使用后的維護工作。因此，十分需要在建筑工程中廣泛應用信息技術，快速處理與建筑工程有關的各種信息，合理安排工期，控制好生產(chǎn)成本，盡量消滅建筑項目中由于規(guī)劃和設計不當甚至是錯誤所造成的工程損失以及工期延誤。鑒于此，就必須在整個建筑工程周期乃至整個建筑物生命周期中，實現(xiàn)對信息的全面管理。建筑設計作為建筑工程的龍頭專業(yè)，也是整個建筑工程信息的源頭，在建筑業(yè)信息化中肩負十分重要的責任。
在整個建筑工程周期中，信息量應當如同圖1上面那條曲線那樣，是隨著時間不斷增長的；而實際上，在目前的建筑工程中，各個階段的信息并不能夠很好的銜接，使得信息量的增長如同圖1下面那條曲線那樣，在不同階段的銜接處出現(xiàn)了斷點，出現(xiàn)了信息“回流”的現(xiàn)象。造成這樣的原因有很多，其中一個重要原因，就是在信息的源頭——建筑設計階段，沒有建立起科學的、能夠支持建筑工程全生命周期的建筑信息模型以及相應的集成管理環(huán)境。
2 建筑信息模型的概念
建筑信息模型，是以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對該工程項目相關信息的詳盡表達。建筑信息模型是數(shù)字技術在建筑工程中的直接應用，以解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設計人員和工程技術人員能夠?qū)Ω鞣N建筑信息做出正確的應對，并為協(xié)同工作提供堅實的基礎。
建筑信息模型同時又是一種應用于設計、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率和大量減少風險。
由于建筑信息模型需要支持建筑工程全生命周期的集成管理環(huán)境，因此建筑信息模型的結構是一個包含有數(shù)據(jù)模型和行為模型的復合結構。它除了包含與幾何圖形及數(shù)據(jù)有關的數(shù)據(jù)模型外，還包含與管理有關的行為模型，兩相結合通過關聯(lián)為數(shù)據(jù)賦予意義，因而可用于模擬真實世界的行為，例如模擬建筑的結構應力狀況、圍護結構的傳熱狀況。當然，行為的模擬與信息的質(zhì)量是密切相關的。
應用建筑信息模型，可以支持項目各種信息的連續(xù)應用及實時應用，這些信息質(zhì)量高、可靠性強、集成程度高而且完全協(xié)調(diào)，大大提高設計乃至整個工程的質(zhì)量和效率，顯著降低成本。
應用建筑信息模型，馬上可以得到的好處就是使建筑工程更快、更省、更精確，各工種配合得更好和減少了圖紙的出錯風險，而長遠得到的好處已經(jīng)超越了設計和施工的階段，惠及將來的建筑物的運作、維護和設施管理。并導致可持續(xù)地節(jié)省費用。
建筑信息模型，是應用于建筑業(yè)的信息技術發(fā)展到今天的必然產(chǎn)物。事實上，多年來國際學術界一直在對如何在計算機輔助建筑設計中進行信息建模進行深入的討論和積極的探索。可喜的是，目前建筑信息模型的概念已經(jīng)在學術界和軟件開發(fā)商中獲得共識，Graphisoft公司的ArchiCAD、Bentley公司的TriForma以及Autodesk公司的Revit這些引領潮流的建筑設計軟件系統(tǒng)，都是應用了建筑信息模型技術開發(fā)的，可以支持建筑工程全生命周期的集成管理環(huán)境。
3 建筑信息模型的技術特點
雖然已經(jīng)有一些建筑設計軟件是基于建筑信息模型開發(fā)的（以下把這類軟件簡稱為BIM軟件），但由于不同軟件公司在技術上的差異，所以采用的技術不盡一致。這里介紹的建筑信息模型技術特點是對現(xiàn)有軟件所采用的建筑信息模型技術的一個歸納。
總的來說，基于建筑信息模型的建筑設計軟件系統(tǒng)融合了以下兩種主要思想：
1．將設計信息以數(shù)字形式保存保存在數(shù)據(jù)庫中，以便于更新和共享；
2．在設計數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實時的、一致性的關聯(lián)，對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的任何更改，都馬上可以在其他關聯(lián)的地方反映出來，這樣可以提高項目的工作效率和保證項目的工程質(zhì)量。
正是這非常重要的兩種思想，是計算機輔助建筑設計工作發(fā)生了本質(zhì)上的變化。
應用BIM軟件來進行建筑設計時，就會發(fā)現(xiàn)和原來應用繪圖軟件搞設計會有很大的區(qū)別。BIM建模工具不再提供低水平的幾何繪圖工具，操作的對象不再是點、線、圓這些簡單的幾何對象，而是墻體而是墻體、門、窗、梁、柱等建筑構件；在屏幕上建立和修改的不再是一堆沒有建立起關聯(lián)關系的點和線，而是由一個個建筑構件組成的建筑物整體。整個設計過程就是不斷確定和修改各種建筑構件的參數(shù)，全面采用參數(shù)化設計方式。
應用BIM建模需要大量建筑領域中的具體知識，許多建模的操作都需要建筑師應用建筑設計相關的知識，例如門的設計就需要懂得根據(jù)使用條件選擇門的類型、材質(zhì)、大小、開啟方式等，而不是畫幾條線就算了。在應用繪圖軟件搞設計時，對設計內(nèi)容無需交代得很清楚，而應用BIM軟件的設計則相反。當你要放置一個建筑構件到一個模型中，你必須告訴模型這是什么，而不是它像什么。
BIM軟件立足于數(shù)據(jù)關聯(lián)的技術上進行三維建模，模型建立后，可以隨意生成各種平、立、剖二維圖紙。無需畫一次平面圖后，在分別去畫立面圖、剖面圖，避免了不同視圖之間出現(xiàn)不一致現(xiàn)象。而且在任何視圖上對設計的任何更改，都馬上可以在其他視圖上關聯(lián)的地方反映出來，這種關聯(lián)互動是實時的。
由于建筑信息模型包含了所代表的建筑物的詳盡信息，因此，要生成各種門窗表、材料表以及各種綜合表格都是十分容易的事。這樣就為建筑信息模型的進一步應用創(chuàng)造了條件。例如，應用這些表格進行概預算、向建筑材料供應商提供采購清單等。實際上，BIM的應用范圍已經(jīng)超出了建筑設計的范疇。
建筑信息模型的建立，為進行各種可視化分析（空間分析、體量分析、效果圖分析、結構分析、傳熱分析、……等）提供了方便，同時還為其他專業(yè)要進行的設計分析（結構分析、傳熱分析、……等）創(chuàng)造了條件。
為了達到以上的目的，BIM軟件建模必須符合以下要求：
1．必須保證建筑產(chǎn)品信息的完整性，能夠?qū)Σ煌某橄髮哟紊系慕ㄖa(chǎn)品信息進行描述和組織；
2．不同的應用能夠根據(jù)它提取所需的信息，衍生出自身所需的模型，且能添加新的信息到建筑產(chǎn)品模型，保證信息的可重復使用性和一致性；
3．應該支持自頂向下設計，特別是概念設計和設計變更。
建筑設計需要涉及到許多不同的專業(yè)，如建筑、結構、設備等。由于BIM具有承載各種信息的能力，整個建筑相關的信息和一整套設計文檔存儲在集成數(shù)據(jù)庫中，所有信息都已數(shù)字化，完全相互關聯(lián)。這樣就可以在BIM上構建各個專業(yè)協(xié)同工作的平臺。這不但消除了以前各個專業(yè)設計軟件互不兼容的現(xiàn)象，還實現(xiàn)了各專業(yè)的信息共享。例如設計的修改或變更、施工計劃安排以及施工進度的可視化模擬、各種文檔協(xié)同管理、施工變更管理等都可以在這個協(xié)同工作平臺上實現(xiàn)。
正是BIM的應用，一種新的建筑業(yè)管理思想應運而生，這就是建筑物生命全周期管理(Building LifecycleManagement,BLM)。BLM是一種以BIM為基礎，創(chuàng)建、管理、共享信息的數(shù)字化方法，能夠大大減少資產(chǎn)在建筑物整個生命周期（從構思到拆除）中的無效行為和各種風險。BLM是建筑工程管理的最佳模式。
BIM技術在發(fā)展過程中，吸納了學術界進多年研究的一些成果，融匯入自身之中。例如，門和窗是開在墻上的，門、窗和墻的關系是緊密相連的。有不少關于智能CAD的研究指出，在修改設計時平移墻體，墻上的門和窗應當自動地跟著移動，刪除墻體，墻上的門和窗也就自動地跟著刪除，應當把這些列為設計專家系統(tǒng)里的規(guī)則?，F(xiàn)在這些功能在已經(jīng)在BIM軟件上實現(xiàn)了。
4 建筑信息模型的應用
BIM技術一問世，就得到建筑界的青睞，并在建筑界的多個方面迅速得到應用。
4.1 Eureka大廈
以正在興建中的坐落在澳大利亞墨爾本的Eureka大廈為例，大廈共92層，總高度300米(984英尺)。它不僅是世界上最高的住宅建筑，也是世界上應用BIM的概念、方法和步驟進行設計的最大的工程項目之一。該項目始建于2002年，并將于今年內(nèi)建成。
承擔該工程的FKA公司以前一直采用2DCAD軟件出圖，由于軟件的局限性，導致在工程中出過一些差錯，使他們吃了不少苦頭。FKA公司在承接Eureka大廈這個項目時，決定采用BIM技術并引進了ArchiCAD，結果吃到了很多甜頭。例如，大部分該工程的施工文件，包括大約1000張A1大小的施工圖都是從基于BIM的3D模型直接生成的。由于每一張圖都是來源于模型，模型上的任何修改都會使這些施工圖自動更新，包括尺寸標注的更新。在這樣一個規(guī)模巨大的工程項目中，從這樣節(jié)省下來的時間和減少施工文件的錯誤所獲得的利益比以前增加了很多倍。使用BIM技術后，使公司的多層管理結構減少了層次，趨于平面化，還減少了設計負責人和年輕的技術人員之間的矛盾。公司在經(jīng)濟上獲益的同時，還獲得了許多非技術的收益。
4.2 建筑節(jié)能分析
BIM中保存了建筑物的詳盡信息，因此以BIM為基礎開展各種建筑節(jié)能分析是非常方便的事。美國一間從事建筑設計、室內(nèi)設計和規(guī)劃設計的ArchitecturalResources公司（位于布法羅和紐約）承接了紐約的皇后社區(qū)精神病服務中心這一項目，該服務中心是一個有45000平方英尺的教育、康復機構。ArchitecturalResources公司被要求在不增加原來預算的前提下降低能耗的預算費用20%。為此，他們將BIM技術應用到節(jié)能分析上。
以往要做這方面的分析，都要委托專業(yè)的工程顧問公司來做，需要耗費數(shù)周時間，而且還需要支付一筆費用?，F(xiàn)在采用BIM技術之后，進行建筑節(jié)能分析就方便得多。
該公司采用的是Revit的BIM技術。由于Revit可以直接通過網(wǎng)絡連接到GBS (Green Building Studio,綠色建筑工作室，美國建筑業(yè)界建筑節(jié)能分析工具和網(wǎng)上解決方案的引領者)，設計人員通過使用Revit和GBS，將建筑物模型輸入到工程分析軟件中，十分鐘后就可以得到基本的分析結果。設計人員根據(jù)分析結果，改進采暖、通風和空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)整建筑設計以及建筑材料的熱阻值，然后又再次使用Revit和GBS的計算過程，驗證改進設計后的節(jié)能效果。如此反復進行，不用一個星期，就能夠得到理想的節(jié)能設計。
5 以建筑信息模型作為推廣信息化技術的切入點
建筑信息模型是科技進步的產(chǎn)物，同時它又反過來推動著建筑業(yè)的科技進步和建筑業(yè)的發(fā)展。長期以來，我國建筑業(yè)信息化技術的應用水平比較低，目前，政府正在建筑行業(yè)加速推廣信息化技術的應用。在這一時刻，應當以推廣建筑信息模型這一新的概念、新的技術和新的方法作為加速推廣信息化技術的切入點，以迅速提升建筑企業(yè)的管理水平和技術水平，提高工程質(zhì)量和效率，降低成本，增強我國建筑業(yè)在國際上的競爭力。
參考文獻
1 葛雁平姜衛(wèi)杰. 面向?qū)ο蠹夹g在建筑信息模型中的應用. 山東建筑工程學院學報. 1995.(2)
2 Khemlani L. The Eureka Tower: A Case Study of Advanced BIM Implementation. http://www.aecbytes.com
3 http://www.audesk.com
4 http://www.bentley.com
|
|
/1 
QQ好友和群
