建筑信息模型BIM概论第1章-BIM基本知识课件.ppt

1、第1章 BIM基本知识本章内容本章内容1.1 概述1.2 BIM发展背景 1.3 BIM概念和内涵 1.1 概述1.1 1.1 概述概述2004年以来，中国建筑市场得到了迅猛地扩张，超高层、超大跨度建筑以及特大跨度桥梁等复杂土木工程相继发展，中国已成为世界上最大的建筑市场。图1-1为建筑业十年的总产值发展趋势。图1-1 2004-2014年中国建筑业总产值发展趋势1.1 1.1 概述概述 建筑行业规模的快速增长也为建筑企业带来良好的发展机遇，企业整体收入和盈利水平快速增长，图1-2为2005-2012年中国建筑业企业总收入发展趋势。图1-2 2005-2012年中国建筑业企业总收入发展趋势1.

2、1 1.1 概述概述 图1-3为2004-2013年建筑业利润总额发展趋势，利润总额年复合增长率达到20%左右。图1-3 2004-2013年中国建筑业利润总额发展趋势1.1 1.1 概述概述 建筑业高速发展的同时，行业内各种生产环节之间协同工作并不完善，信息共享与交流不畅等问题随着生产规模迅猛发展也愈发突出，成为制约行业良性发展的瓶颈。美国国家标准和技术协会的研究表明，由于缺乏互协作以及各种“信息隔阂”引起的单向信息流动等问题，美国建筑业每年约有158亿美元的损失。研究还表明，建筑业约消耗了全球40的原材料、40的能量，全球大气污染排放量的40来自于建筑业，土地供应的20%用于建设。1.1

3、1.1 概述概述 图1-4所示为国际制造业和建筑业投入资金流向比较，从图中可以清楚地看出，制造业价值增值为62%，所产生的浪费为26%；而建筑业的情况正好相反，价值增值仅占10%，却有高达57%资金浪费。图1-4 制造业和建筑业投入资金流向比较1.2 BIM发展背景 1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.1 建筑业信息技术的发展 近三十年来，随着人工智能技术、多媒体技术、可视化技术、网络技术等新型信息技术的飞速发展及其在工程领域中的广泛应用，使得其已成为建筑业在二十一世纪持续发展的命脉。当前，工程领域计算机应用的范围和深度也在不断发展。建筑工程CAD正朝着智能化、集成化和信息化的

4、BIM方向发展，实现异地设计、协同工作，信息共享正受到广泛地重视。计算机的应用已不再局限于辅助设计，而是扩展到了工程项目全生命期的每一个方向和每一个环节。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.1 建筑业信息技术的发展 过去二十多年来，世界一些发达国家正在加速研究建筑信息技术，用以提升本国建筑业的可持续发展。例如，美国十分重视信息技术在行业中的应用，美国斯坦福大学早在1989年就成立了跨土木工程学科和计算机学科的研究中心CIFE(Center for Integrated Facility Engineering)。欧盟投巨资组织了ESPRIT（欧洲信息技术研究与开发战略规划），完

5、成了COMMIT、COMBINE、ATLAS等多项著名的研究项目，发表了富有成效的研究成果，为建筑业向信息化方面发展打下了牢固的基础。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.1 建筑业信息技术的发展 日本是世界上第一个在建设领域系统地推进信息化的国家，早在1996年，日本建设省就作出了关于针对公共建设项目推进信息化的决定。按照该决定，公共建设项目的信息化分两步走：第一步，于2004年前首先在建设省直属的国家重点项目中实现信息化；第二步，于2010年前在全部公共建设项目中实现信息化。目前，这些目标已经基本实现。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.1 建筑业信息技术的发

6、展 在促进和运用信息化标准方面，一些发达国家相继建立了各种组织和标准。比如国际开放性组织BuildingSMART（早期为IAI）所制定的IFC标准，已经成为各国广泛采纳和推广的建筑工程信息交换标准。美国建筑科学研究协会制定和建立了国家建筑信息模型标准NBIMS（National BIM Standard）和智能建筑联盟BSA（Building Smart Alliance）组织，并相继于2007、2011、2015年发布NBIMS初始版、第二版本、第三版本。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.1 建筑业信息技术的发展 中国大陆BIM标准的制定是从2012年年初开始的，提出了分

7、专业、分阶段、分项目的P-BIM概念，将BIM标准的制定分为三个层次，并由标准承担单位中国建筑科学研究院牵头筹资千万元成立了“中国BIM发展联盟”，旨在全面推广BIM技术在中国的应用。为了推动中国建筑业信息化的发展，住房与城乡建设部在2011-2015 年建筑业信息化发展纲要中明确提出，在“十二五”期间基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）等新技术在工程中的应用。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 与国外发达国家和其他行业相比，中国建筑业信息化发展还处于中下等水平。除了在管理体制、基础设施、资金投入和技术人才等方面的问题以外，直

8、接影响信息化应用效果和发展水平的几个主要方面表现如下。1.工程生命期不同阶段的信息断层 设计阶段信息交流还是以纸介质为主，所生成的数据文档在建筑、结构、施工、监理、物业管理等专业间未能或很少得到利用。导致不同阶段信息断层，许多基础工作不断重复，降低生产效率，增加了成本。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 2.建设过程中信息分布离散 工程项目的参与者涉及多个专业，包括勘测、规划、设计、施工、造价、管理等专业，众多参与专业各自独立，而且各专业使用的软件并不完全相同。这种分散的操作模式和按专业需求进行的松散组合，使工程项目实施过程中产生的信息来自众多参与方，

9、形成了多个工程数据源。目前，建筑领域各专业之间的数据信息交换和共享是很不理想的，从而不能满足现代建筑信息化的发展，阻碍了行业生产效率的提高。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 3.应用软件中的信息孤岛 一项工程从规划开始到最后报废，都是属于生命期范围内，这个过程一般持续几十年甚至上百年。在这个过程中免不了业主更替、软件更新、规范变化等情况出现，而目前行业应用软件只是涉及工程生命期某个阶段的、某个专业的局部应用，计算机的应用系统都是相互孤立的。这就难以实现项目初期建立的建筑信息数据随着生命期的发展能达到全面的交换和共享，从而导致严重的信息孤岛现象。1.2

10、 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 4.交流过程中的信息损失 当前的设计方法主要是使用抽象的二维图形和表格来表达设计方案和设计结果，仅仅依赖这些二维图表难以全面描述设计对象的工程信息，更难以表述设计对象之间复杂的关系。同时这些抽象的二维图表所代表的工程意义也难以被计算机语言识别，给计算机自动化处理带来了很大的困难。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 4.交流过程中的信息损失 在工程项目不同阶段传输和交流时，非常容易导致信息歧义、失真和错误，会不可避免地产生信息交流损失，如图1-5所示。图1-5 交流过程中的信息损失1

11、.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.2 信息化发展存在的问题 5.缺少统一的信息交换标准，信息集成平台落后 目前，建筑领域的应用软件和系统基本上都是一些孤立和封闭的系统，在开发时并没有遵循统一的数据定义和描述规范，而以其系统自定义的数据格式来描述和保存系统处理结果。由于缺乏统一的信息交换标准和集成的协同工作平台，信息很难直接再利用，需要消耗大量的人力和时间来进行数据转换，造成了很长的集成周期和较高的集成成本。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.3 BIM发展背景 基于CAD的二维图形信息格式容易导致交换过程中大量的非图形信息的丢失，如图1-6所示。这对提高建筑业的

12、生产效率、减少资源浪费、开展协同工作等方面是很大的障碍。图1-6 基于二维图形格式交换的缺陷1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.3 BIM发展背景 1995年9月，在北美建立了国际互协作组织IAI（International Alliance for Interoperability），其最初目的是研讨实现行业中不同专业应用软件协同工作的可能性。在2005年挪威举行的IAI执行委员会会议上，IAI被正式更名为BuildingSMART，致力于在全球范围内推广和应用BIM技术及其相关标准。1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.3 BIM发展背景 BuildingSM

13、ART组织的目标是提供一种稳定发展的、贯穿工程生命期的数据信息交换和互协作模型，如图1-7所示，图中箭头方向为从规划阶段到运维管理等阶段的各种数据信息的发展。图1-7 BuildingSMART目标1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.3 BIM发展背景 其最终宗旨是在建筑全生命期范围内改善信息交流、提高生产力、缩短交付时间、降低成本以及提高产品质量，如图1-8所示。业主/开发商建筑师项目经理绘图员结构工程师设备工程师供应商总承包商施工出图分包商物业管理BIM图1-8 BuildingSMART数据共享环形图1.2 BIM1.2 BIM发展背景发展背景1.2.3 BIM发展背景

14、自2002年以来，随着IFC（Industry Foundation Classes）标准的不断发展和完善。国际建筑业兴起了以围绕BIM为核心的建筑信息化的研究。在工程生命期的几个主要阶段，比如规划、设计、施工、运维管理等，BIM对于改善数据信息集成方法，加快决策速度，降低项目成本和提高产品质量等发面起到了非常重要的作用。同时，BIM可以促进各种有效信息在工程项目的不同阶段、不同专业间实现数据信息的交换和共享，从而提高建筑业的生产效率，促进整个行业信息化的发展。1.3 BIM概念和内涵 1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 建筑信息模型BIM的相关理念，早在二

15、十世纪七十年代，就由美国乔治亚技术学院查克伊斯特曼（Chuck Eastman）博士提出：“建筑信息模型集成了所有的几何模型信息、功能要求和单元性能，将一个建筑项目整个生命期内的所有信息集成到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等过程信息”。图1-9所示诠释了BIM理念从1970年代到2010年代的发展演变过程。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 图1-9 BIM理念发展和演变过程1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 2002年，由美国Autodesk公司第一次使用BIM这个称呼来表达上述理念。200

16、6年，BuildingSMART将BIM定义为用于管理和提升工程品质的一种新的方法体系，并采用开放式的IFC标准定义数据模型。表1-1罗列了BIM发展演变过程中不同阶段产品模型的适用范围。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 表1-1 1975-2013年BIM发展演变分析发展演变施工阶段功能描述施工前施工施工后BDS设计GLIDE设计、评估BPM设计、评估、施工过程GBM设计、评估、施工过程BIM设计、评估、施工过程、建筑生命期、性能和技术1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 BIM的内涵是用一个数据库作为存放工程几何、非几

17、何数据的唯一知识库，使得工程的规划、设计、施工、管理各个阶段的相关人员都能从中获取他们所需的数据，并且是连续、即时、可靠、一致的数据，且从工程诞生开始，为其整个生命期提供可信赖的信息共享的知识资源。因此，BIM可以理解为涵盖工程生命期中不同阶段的数字模型以及针对这些模型的信息集成和协同处理的过程，称呼为“建筑信息模型处理过程”更为贴切。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 可以从四个角度来诠释BIM。（1）一种多维数据信息模型。在将BIM理解为多维数据信息模型时，表达工程信息的模型有不同的形式，这包括：整个工程和某个单元形状的3D几何模型，由时间和几何维度组合

18、而成的4D模型，表达工程价值（在某一时间点或全生命期）的5D成本模型，成本模型与其他维度所形成的6D、7D、直至nD模型。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 可以从四个角度来诠释BIM。（2）一种协同工作过程。设计阶段的数据模型可以随时随地快速地传递到下游的施工阶段进行有效的协同，施工阶段的数据模型又可以无缝传递到运营维护阶段进行智能动态地维护和物业管理。通过整体协同工作提高工作效率和产品的质量，最终节约成本和资源，提升工程建设的精细化管理水平。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 可以从四个角度来诠释BIM。（3）一种信息

19、模型集成工具。工程建设行业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据以及不同阶段不同专业数据信息的脱节和孤立，BIM集成技术可以让相关专业快速准确地获取所需的数据信息，大大减少由于信息交流不畅所带来的效率低下，重复工作不断的问题。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.1 BIM概念 可以从四个角度来诠释BIM。（4）一种可视化设计和分析技术。具有强大的可视化展示及分析功能，可以清晰分析设计和施工过程中可能产生的问题，比如规范协调检查、碰撞分析、施工过程预监测等。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.2 BIM主要特征 BIM具有完备性、关联性和一致性三个

20、主要特征。1.完备性 BIM的完备性是指除了包含工程对象3D几何信息和拓扑关系的描述外，更重要的是包含了完整的工程信息描述。例如，包括设计信息、施工信息、维护信息以及关联信息（对象之间的工程逻辑关系等）。另一方面，BIM将作为一个完备的单一的工程数据集，不同用户可从这个单一的数据集中获取所需的数据和工程信息。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.2 BIM主要特征 BIM具有完备性、关联性和一致性三个主要特征。2.关联性 BIM的关联性是指各个对象之间是可识别且相互关联的，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。系统能够对模型的信息进行分析和统计，并生成

21、相应的图形和文档。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.2 BIM主要特征 BIM具有完备性、关联性和一致性三个主要特征。3.一致性 BIM的一致性是指在工程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，这些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，从而减少了信息不一致的错误。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.3 BIM应用领域 1可行性研究与规划 BIM对于可行性研究阶段建设项目在技术和经济上可行性论证提供了帮助，提高了论证结果的准确性和可靠性。BIM可以为业主提供概要模型（Macro or sc

22、hematic model）对建设项目方案进行分析、模拟，从而为整个项目的建设降低成本、缩短工期并提高质量。BIM对促进未来更智能化的“数字化城市”发展具有极大的价值，将BIM引入到城市规划三维平台中，将可以完全实现目前三维仿真系统无法实现的BIM多维度的应用，特别是城市规划方案的性能分析。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.3 BIM应用领域 2设计 对于传统CAD时代存在于建设项目设计阶段的2D图纸冗繁、错误率高、变更频繁、协作沟通困难等缺点，BIM所带来的优势是巨大的。（1）保证概念设计阶段决策正确；（2）更加快捷与准确地绘制3D模型；（3）多个系统的设计协作进行、提

23、高设计质量；（4）对于设计变更可以灵活应对；（5）提高可施工性；（6）为精确化预算提供便利；（7）有利于低能耗与可持续发展设计。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.3 BIM应用领域 3施工 对于传统CAD时代存在于建设项目施工阶段的2D图纸可施工性低、施工质量不能保证、工期进度拖延、工作效率低等缺点，BIM所带来的优势也是巨大的。（1）施工前改正设计错误与漏洞；（2）4D施工模拟、优化施工方案；（3）BIM模型是预制加工工业化的基石；（4）使精益化施工成为可能。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.3 BIM应用领域 4运维管理 BIM参数模型可以为业主

24、提供建设项目中所有系统的信息，在施工阶段作出的修改将全部同步更新到BIM参数模型中形成最终的BIM竣工模型（As-built model），该竣工模型作为各种设备管理的数据库为系统的运营维护提供依据。在建筑智能物业管理方面，综合运用信息技术、网络技术和自动化技术，建立基于BIM标准的建筑物业管理信息模型，可以实现物业管理阶段与设计阶段、施工阶段的信息交换与共享。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 纵观三十多年来建筑业信息化的改革，首先是实现从手工绘图到CAD绘图的第一次革命，这在二十多年前已经完成。进入新世纪以来，正在实现从CAD几何模型到BIM集成

25、模型的转变过程，如图1-10所示。图1-10 建筑业信息化发展过程1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 图1-11分别表达了三种不同的技术在不同的发展程度（横轴）上所达到的总体有效性（纵轴）。一种是传统的CAD技术，一种是升级的面向对象的CAD技术，一种是参数化的建筑模型技术（BIM）。图1-11 三种技术及其总体有效性1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 1.CAD技术 图中虚线下方代表的是基于二维的CAD技术的应用软件。尽管这种技术在绘图方面极具能力，然而对于实现较高程度的有效性，它的应用能力有限。图1-1

26、1 三种技术及其总体有效性1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 2.面向对象的CAD技术 图中面向对象CAD技术的应用软件是在传统的CAD技术环境下增加对建筑构件的模拟，着重于建筑的3D几何信息。基于这种技术所建立的模型仅是表面模型而不是实体模型。图1-11 三种技术及其总体有效性1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 3.参数化的建筑模型技术 图中的参数化建筑模型技术采用一个关系数据库和一个行为模型来动态捕捉和表现所需的建筑信息，如3D视图、2D图纸或表格，所有建筑信息都是基于同一个数据库的管理。图1-11 三

27、种技术及其总体有效性1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 CAD技术是最早得到应用的，但其后期效益问题已成为其继续发展的障碍。面向对象CAD技术介于CAD技术和参数化建筑模型技术中间，而参数化建筑模型技术则一直保持高效益。从CAD技术转向面向对象CAD技术可能是一种增量变化或者演变，而转移到参数化建筑模型技术则可以称得上是信息技术运用的革命。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 总结BIM和CAD的主要区别如下：（1）BIM具有参数化建模特征，CAD不具备这种功能；（2）BIM具有关联性特征，CAD不具备这种功

28、能；（3）BIM涵盖工程整个生命期数据信息，CAD只能针对不同阶段不同专业分别建立模型；（4）CAD可以建立3D模型，但只是表面模型，BIM也不一定非要有3D表达，可以是4D、5D、6D，甚至nD；（5）BIM不代表某个软件，往往是多个软件协同工作的结果，所以才要有集成技术框架来支持BIM，CAD技术可以用某个软件来代表，比如AutoCAD等。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 表1-2总结了美国佐治亚州萨凡纳的一家建筑与规划公司Lott&Barber利用BIM技术和传统CAD技术进行设计实践的效率对比。从表1-2中可以看出，使用Revit Arch

29、itecture软件在所有主要的设计流程阶段都获得了极大生产力提升。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.4 BIM与CAD关系 表1-2 某项工程BIM技术与CAD技术设计效率对比阶段任务CAD技术（小时）BIM技术（小时）节约小时数节约百分比示意图设计1909010053%设计开发43622021650%施工文档制作102381520820%检查与协调1751615991%合计182411416861.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.5 BIM对建筑业的意义 BIM的主要作用是使工程项目数据信息在规划、设计、施工和运营维护全过程中充分共享和无损传递，为

30、各参与方的协同工作提供坚实的基础，并为建筑物从概念到拆除的全生命期中各参与方的决策提供可靠依据。图1-12所示为BIM的目标。图1-12 BIM目标1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.5 BIM对建筑业的意义 表1-3 BIM方法与传统方法对比 传统方法BIM方法备注项目团队组织有详细设计后，施工项目经理和技术咨询才参与到项目中来，也就是先设计后施工。在概念设计阶段，业主就将相关方引入项目组织，能够全面、快速地跟踪工程进展。BIM方法支持尽早地跨专业的协作，以及经验交流。信息共享以纸张（图纸、报表、技术说明等）和没有协作能力的电子文件为主，传递方式是通过邮递、传真。基于IF

31、C标准的产品建模方法，拥有一个核心项目数据库。BIM方法使数据重新录入最小化，提高数据的准确性和质量。随着模型质量和正确性的提高，使项目组能够在早期进行更多的方案比选，以及帮助引入全生命期分析方法，得出最佳方案。设计和建造质量根据标准规范的要求、个人经验进行设计，尽管有计算机辅助，也有大量的手工劳动。在设计过程中，存在大量简单重复性劳动动态的工程分析，大量的仿真软件，能够自动产生工程文档。BIM方法能够提高设计的精确性，将项目组从琐碎的工作（例如工程制图）中解脱出来，投入到更有价值的工作（例如详细设计）中。决策支持项目组通过经验、图纸、反复演算，得到决策依据。在BIM方法中，决策依据更加丰富，

32、这包括虚拟现实环境，全生命期的性能参数，多角度的动画支持等。BIM方法使项目组在项目早期能够开发多种方案进行比较，为决策者提供更有价值的全生命期性能参数。团队协作以桌面会议的形式，用静态的图纸进行协作。以动态的产品模型和可视化效果作为会议的资料。BIM方法能够加速设计协同，快速地产生解决方案。1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.5 BIM对建筑业的意义 BIM对于促进工程项目早期信息共享具有重要意义，图1-13所示对早期信息共享的意义进行了说明。图1-13 BIM早期信息共享和传统方式经济效益分析1.3 BIM1.3 BIM概念和内涵概念和内涵1.3.5 BIM对建筑业的意义 BIM在中国建筑业要顺利发展，必须将BIM和国内的行业特色相结合。同时，引入BIM也会给国内建筑业带来一次巨大的变革，积极推动行业的可持续发展，社会效益巨大，其主要作用如下。（1）有助于改变传统的设计生产方式；（2）促进建筑业管理模式的改变；（3）实现可持续发展目标；（4）促进全行业竞争力的提升。本章结束 谢 谢！