BIM

定义

BIM 指把建筑或设施的物理特性、功能特性及其相关工程信息以数字化形式表达出来,形成可共享的信息模型,并在项目全生命周期中用于管理与决策^[1]。国内团体标准把它描述为集合三维空间信息、工程物理信息、成本、资源与时间等附属信息的模型,与传统二维图纸设计相比,可扩展至四维(空间加时间)乃至更多维度^[1]。

有资料进一步把 BIM 解释为三层含义:设施物理与功能特性的数字表达、为全生命周期决策提供依据的共享知识资源、以及各方在项目中插入和提取信息的协同作业过程^[3]。按国家标准《建筑信息模型应用统一标准》的术语表,其英文对应 building information modeling 与 building information model 两种写法^[4]。

原理

BIM 软件以对象方式表达设计,每个对象携带自身的几何、相互关系与属性;同一对象的定义被复用于平面图、立面图、剖面图等不同视图,因而各视图之间自动保持一致^[5]。对象还可以用参数和约束来描述,当某个相关对象的参数被修改时,依赖它的对象会同步更新^[5]。

由于一个项目往往由不同专业、不同软件完成,信息交换依赖中间数据标准。由 buildingSMART 维护的工业基础类(IFC)用于描述建筑构件与资源,已被转化为 ISO 国际标准,软件可据此导出与读入交换文件^[6]。在此基础上,还有面向术语定义的 IFD(后称 bSDD)与面向信息交付流程的 IDM 等配套规范,共同构成开放 BIM 的方法体系^[6]。

graph LR

A[各专业建模软件] --> B[IFC 等中间数据标准]

B --> C[整合后的协同模型]

C --> D[碰撞检查与性能模拟]

C --> E[工程量与成本提取]

C --> F[施工与运维交付]

发展历程

BIM 的思想可追溯到 1974 年,美国卡内基梅隆大学的查尔斯·伊斯曼等人提出「建筑描述系统」的构想,主张以计算机数据库取代图纸来存储和操作设计信息,并按属性对数据分类检索。也有文献将 1975 年他在期刊上发表的同类文章视为这一概念的开端^[7]。

1990 年代中期,美国多家 CAD 企业发起成立了推动建筑业数据交换的组织,即后来的 buildingSMART,其提出的 IFC 标准自 1997 年发布首版之后持续修订,并于 2013 年作为 ISO 16739 成为国际标准^[8]。2007 年,美国发布首个国家 BIM 标准 NBIMS 第一版,业界开始把 BIM 视为一套技术体系^[9]。

中国方面,2012 年住房和城乡建设部启动《建筑信息模型应用统一标准》等国家标准的编制,该标准编号 GB/T 51212-2016,于 2016 年 12 月 2 日批准发布,2017 年 7 月 1 日起实施^[2][10]。2019 年 4 月 1 日,「建筑信息模型技术员」被列入新职业信息,2021 年 6 月相关国家职业技能标准开始征求意见^[1]。

应用

在设计阶段,BIM 可用于三维可视化呈现、管线综合与碰撞检测,提前发现构件之间的空间冲突,减少施工阶段的返工^[11]。模型还可用于日照、能耗、疏散等性能模拟,以及直接从模型提取工程量和构件加工图^[11]。

在施工与运维阶段,模型可与进度、成本信息关联,用于施工方案模拟、数字化测量与质量检测、预制构件生产,以及空间、资产和设施设备管理^[12]。上海市 2025 年发布的技术应用指南把相关应用项从 2017 年版的 39 项扩展到 62 项,并新增了智能审图、预制构件数字预拼装和碳排放计算分析等内容^[12]。

应用范围也已从房屋建筑扩展到公路、桥梁等基础设施。公路工程具有区域范围广、与周边环境结合紧密的特点,相关行业与地方标准针对线性工程另行规定了建模要求与数据存储要求^[6]。

局限

不同软件之间的数据互操作仍是主要技术障碍。IFC 标准对部分实体的定义尚不完善,行业应用时常需自行扩展,而各开发商扩展方式不同,加上对纹理等信息支持有限,难以保证交换过程的完整与保真^[13]。有研究指出,IFC 文件本身也存在交互时信息丢失、文件体积过大等问题^[14]。

国内一项面向从业者的调查显示,只有约 14.75% 的受访者经常使用 IFC,超过半数的受访者遇到过属性丢失等互操作问题,能够量化互操作成本的仅约 16.13%,返工往往要占用项目协调人员相当比例的工作量^[15]。此外,成本、造价信息在不同阶段和不同参与方之间的定义与解释并不统一,即使实现了技术层面的数据交换,也不必然形成一致的造价管理依据^[16]。

国内推广还面临人员与流程方面的制约。相关技术人才数量有限,部分施工单位对 BIM 仍较陌生,常沿用 CAD 方式作业,项目推进未达预期^[11]。在部分项目中,BIM 仅用于碰撞检查等局部环节,未覆盖全过程,其进度与成本控制作用难以体现。

模型与现场之间也存在落差。有从业者指出,工具学习曲线较陡、模型与现场之间的信息反馈环节多为人工多步骤转换,协调完成的模型不一定能在施工现场落地^[17]。

参见

• 工业基础类 —— BIM 信息交换所用的开放数据标准。

• 建筑信息模型应用统一标准 —— 中国 BIM 领域的国家标准。

• buildingSMART —— 提出并维护 IFC 等开放 BIM 标准的国际组织。

• 建筑信息模型技术员 —— 与 BIM 应用直接相关的新职业。

• 数字孪生 —— 与 BIM 理念相关、面向设施运行状态的技术概念。