BIM技术在PKPM建筑工程软件系统中的应用

1、第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集 上海.2011PAGE 啊BI半M笆技术疤在疤PKP案M版建筑工程软件系统版中的应用岸杨志勇疤 暗张志绊远柏 伴姜罢立啊 百张雷疤中国建筑科学研究哀院昂【捌摘拌 半要】跋随着计算机运算速岸度、图形处理能力摆及图形学理论的发阿展搬，碍CA凹D凹软件已经有了质的阿飞跃罢，跋CA拔D巴技术正在从原来简凹单的辅助绘图安（百Draftin爸g暗）向成为真正能够坝辅助设计绊（笆Desig吧n巴）的工具发展，网癌络化、集成化、智艾能化和标准化已成袄为新一蔼代拜CA阿D靶软件的重要特征，邦而三维建筑信息模碍型癌（俺BI扳M般）正是实现以上目隘标的基础巴。扳PKP爸M奥通

2、过核心三维数据隘模型，将建筑项目半的各个环节连接起爸来，率先实现了信矮息数据化、数据模隘型化、模型通用化绊的熬BI昂M翱理念，进而实现了靶建筑模型数据在全案寿命周期的充分利耙用。爱PKP袄M癌系统涵盖了规划、拌建筑、结构、设备拔以及算量造价、施耙工管理、乃至企业扳管理各个方面。在拜建筑全生命周期内八，实现了建筑各个绊专业之间的信息充盎分互用，提高建筑摆信息的复用率，从拜而达到降低建筑成吧本，提高生产效率摆的目的。把【关键词】捌 扮BI拔M埃技术芭 罢PKP奥M蔼软件系统阿 挨 拔全寿命暗期巴 熬 啊协同设计引言哀住建部爸凹2011-201爸5半年建筑业信息化发碍展纲要中提出：唉加快推靶广半BI

3、胺M袄、协同设计、虚拟矮现实跋、绊4奥D爸项目管理等技术在拔勘察设计、施工和肮工程项目管理中的拔应用，改进传统的八生产与管理模式，爸提升企业的生产效扒率和管理水平。懊重点研究与应用智阿能化、可视化、模伴型设计、协同等技敖术，集成主要工程暗设计软件，创建工皑程设计协同工作平罢台；积极推进协同按设计技术的普及应矮用，通过协同设计俺技术改变工程设计蔼的沟通方式，减扮少柏“靶错、漏、碰、疤缺拔”八等错误的发生，提高设计产品质量。袄BI办M矮即建筑信息模型氨（坝Building版 Informa袄tion Mod唉elin叭g颁），是以三维数字耙技术为基础，集成伴建筑工程项目各种背相关信息的工程数案据模

4、型，是对工程矮项相关信息详尽的柏数字化表达。耙BI啊M班是整个团队共同工八作的对象，可供不霸同参与方从不同角俺度反复利用，提升瓣各参与方在各个阶暗段的工作效率和数百据一致性（图盎1般）耙。因此碍，BI凹M颁的本质是实现建筑疤行业的各个专业之背间的信息充分互用邦，提高建筑信息的拜复用率，从而达到降低建筑成本，提啊高生产效率的目的白。靶图暗1 扒建筑信息模型耙（癌BI百M办）架构图百BI摆M癌技术的优势体现在半以下方面：暗（伴1敖）全面完整的建筑跋信息芭（靶2摆）打通建筑的全生捌命周期罢（安3捌）数据共享，所有瓣信息协调、一致、坝联动摆（耙4柏）实现各专业协同佰设计（5）可持续设计（6）三维可视化

5、把（奥7叭）自动生成工程图邦纸和统计报表哎（袄8爸）各专业碰撞检查哎（敖9板）精确统计，造价哎管控罢2敖 敖BI拜M矮技术伴在挨PKP唉M败建筑工程软件系统靶中的应用捌中国建筑科学研究袄院拔PKPMCA拔D柏工程部是我国建筑案行业计算机技术开岸发应用的最早单位扒之一，拔自氨198哎8暗年创立以来，业务凹范围已涵盖规划、背建筑、结构、设备笆、概预算昂、施工管理奥等颁多个专业扮领域，拥版有疤PKP熬M耙、鞍AB板D绊等知名全国的软件伴品牌，自主知识产皑权图形平台案，把5绊0扮多个专业软件。在坝国内设计单位拥有班上万家用户，市场扮占有率达芭到扒95扒%柏，开发的英文版软翱件已在东南亚国家盎（新加坡、

6、马来西半亚、越南）和香港瓣、台湾等地区推广稗使用。矮PKP扒M百建筑工程软件系统背从诞生的那天起，佰就已按阿照瓣BI岸M伴的方式进行设计，安经历坝了胺2岸0耙多年的发展，形成扳了具有自主知识产扳权的全系埃列败BI扳M翱系统澳PKP伴M办系统涵盖了建筑设爱计、结构设计、设哎备设计板以及叭算量造价、施工管芭理、乃至企业管理袄各个方面。所有各巴专业模型数据全部碍通过统一的建模模捌块生成，一次建模叭，各专业通用袄，一模多算颁。埃模型把数据完全是三维的澳、面向对象的、参蔼数化的，非常便于版修改查询，任何对绊于对象的修改，视岸图均可实时刷新。罢PKP半M般通过核心三维数据安模型，将建筑蔼项目的俺概念设计、

7、建筑设安计、结构设计、班设备设计、傲施工图设计、翱工程量计算与造价挨报表跋、施工管理等环节扳连接起来，率先实拔现了信息数据化、芭数据模型化、模型袄通用化笆的颁BI班M扳理念，进而实现了哀建筑模型数据在全阿寿命周期的充分利哎用（靶图稗2绊）。叭图稗2芭 捌PKP哀M矮建筑工程软件系统扒在建筑项目全疤全寿命周期的矮应用情况扳PKP啊M佰各专业软件阿的柏BI俺M耙技术应用昂PKP岸M绊的各专业模块在数熬据核心与数据驱动蔼、三维设计可视化拜、参数化设计、模疤型与施工图双向链般接、数据可扩展、拌智能化统计、碰撞岸检查、虚拟漫游伴等跋BI敖M邦技术的方面均进行凹了广泛的研究和应澳用盎。稗BI俺M拜技术应用

8、涵盖多个懊领域的专业软件。 规划设计摆PKP吧M佰中的三维居住规划稗设计软件可用于居霸住区规划设计、城拔市规划设计、城市捌景观分析以及房地唉产前期方案评估等罢方面。它采用三维版建模技术以及专业鞍分析手段，提供三拔维地形模拟和改造叭、道路及地块设计稗、建筑布局、建筑笆信息处理、绿化设鞍计、动态设计数据白统计计算、日照评昂估、设计分析结果爱真实感模拟表现等把功能。软件采用三芭维建模技术、数字白地形模型构建技术奥、建筑信息模型技氨术、指标动态监控唉技术、返回光线计翱算、动态阴影模拟白技术以及瞬时渲染扳技术等众多关键技邦术，实现了高效的昂设计数据管理与直班观的三维效果展示（半图澳3百）。疤图稗3 肮

9、昂规划设计软件建筑设计瓣PKP班M敖的建筑设计软办件半AP班M唉是基胺于哎BI办M碍技术开发哀的艾建筑软件。它从模扒型输入入手建立建哎筑模型核心数据，般各个功能模块均以鞍核心数据为基础，爸以数据为核心驱动艾，各类施工图均是翱由核心数据自动产蔼生的成果。靶AP耙M肮的建模方式采用数背据核心驱动，图形吧为数据的表象，袄二维施工图仅仅是矮三维模型的二维表佰达肮。癌APM翱核心数据和图形紧扳密结合，数据一旦巴改变，图形随即改斑变。图面上的所有袄图素均是参数化的肮专业构件对象，可矮以修改、查询、删邦除、创建。对构件瓣的任何操作都是面捌向建筑构件的直接肮操作。核心数据模败型的建立是在布置蔼构件的同时进行的

10、敖，图面显示的构件拌也同时计入了核心爸数据库。斑图百4 爸 扒建筑设计软件叭构件定义完全参数挨化，对异形构件的瓣定义采用了用户交碍互绘制截面的方式八，并以参数化方式罢存入核心数据库，坝以最少的数据实现霸了异形截面构件（般如异形门窗、梁、奥柱、挑檐、楼板等暗）的存储。对同一佰构件对象，三维和岸平面采用不同的显巴示方式，三维下显板示立体模型，平面办下显示更接近平面隘施工图的表达方式巴。通过建筑信息模靶型随时切换到各个八标准层观察，也可芭以随时看到全楼建疤筑模型，实现了设斑计过程的三维可视扒化，并可以随时制芭作渲染图和动画片耙（背图办4熬）。疤AP氨M颁中各施工图均围绕巴核心数据自动产生靶，用户建立

11、模型后盎，施工图中大部分皑标注基本可以自动爱完成。模型与施工奥图实现了双向链接熬，从模型和施工图稗均可修改核心数据隘，模型与施工图同氨步调整（搬图扳5艾）。昂图唉5 芭 埃三维模型与施工图昂双向链接、同步修般改哎AP佰M拔建立的建筑信息模肮型不仅可以自动生哀成各种建筑施工图昂，还可以即时进行肮各类统计和计算，佰如门窗表、构件表绊、房间面积、墙面胺积、混凝土量、窗傲墙比、体形系数等拜。结构设计靶与建筑软件相同扮，般PKP柏M蔼的结构设计软懊件班PMCA岸D般也基瓣于坝BI癌M矮技术开发，并采用扒与建筑软件相同的隘核心数据架构。从啊上部结构到基础的敖各个功能模块均以斑核心数据为基础，百并以数据为核

12、心驱肮动。罢结构设计各模块中叭大量采用参数化三坝维设计方式，设计艾过程中随时可以看柏到模型的三维效果扒。翱PKP氨M扮既提供了适应量大半面广的建筑形式的柏按标准层输入方式芭的建模工具，也提叭供了快速搭建复杂蔼结构形式的复杂空安间模型软件（半图邦6颁）。根据用户需要昂随时切换到各个标扒准层观察，也可以拜随时查看全楼建筑叭模型八。吧构件定义完全参数板化，构件参数的修拜改可即时反映在全斑楼模型中。哀对结构设计中广泛皑使用的斜支撑、层哎间梁、楼梯、斜板挨、错层等均可直观安表达实际的空间关瓣系，避免了设计方袄案的错误发生，为哎结构空间分析提供扳了准确的计算模型奥。懊图艾6 班 懊复杂结构空间建模袄和分析

13、摆根据实际工程的需唉要，结构分析可以肮采用二维框架模型柏或三维分析模型；拌三维分析的核心是爱通用有限元程序，蔼可适应任意结构形八式，对多塔、错层捌、转换层、楼板局伴部开洞以及体育场半馆、大跨结构等复靶杂空间结构形式作叭了着重考虑（耙图埃6笆）。可以进行弹性安分析、弹塑性静力敖和动力分析；可以半进行整体结构分析暗，也可进行结构局拜部细化分析。可考邦虑三向地震波的弹碍性时程分析，并可板完成整体建筑在不阿同地震波作用下的挨三维动态模拟。笆钢结构软件可以完罢成钢结构三维参数邦化建模，截面优化爱，结构分析和构件板验算，节点三维设办计与施工图绘制，爸适用于门式刚架、半多高层框架、桁架叭、支架、空间杆系盎钢

14、结构等结构类型岸（鞍图拌7疤）。重型工业厂房百三维设计软件达到笆国际领先水平。钢哎结构详图设计软件熬为钢结构制造加工颁、施工、设计单位挨提供了三维设计辅扮助工具。邦图叭7 摆 拌钢结构三维设计软艾件靶基础三维设计软件背适应多种类型基础跋的设计，可自动或爸交互完成工程实践傲中常用诸多类基础靶设计，可设计的各哀类基础中包含多种盎基础形式（图碍8背）。基础定位参照皑上部结安构扮BI暗M皑模型的轴网、柱、疤墙等，并可接力上昂部结构计算生成的艾荷载，以及考虑上暗部结构刚度的计算埃，实现基础与上部暗结构共同作用。八图挨8 俺 芭基础三维设计软件哎由于结构分析与设叭计是基于建筑物的疤整体结构模型的，澳所以上

15、述结构分析昂与设计模块必然背以啊BI版M颁技术为依托，并成澳为挨BI俺M俺技术发展的重要一佰环版。败PKP胺M爸结构设计软件自动暗根皑据扮BI蔼M碍模型抽象出结构分佰析模型，其技术水鞍平为广大设计人员奥认可，也得到海外凹用户的首肯。设备设计笆PKP隘M翱设备系列软件由采啊暖、通风空调、建巴筑电气，建筑室内败给排水、室外给排凹水、室外热网等设办计软件组成。各软八件数据共享，均采颁用三维参数化设计搬，可以爸在佰PKP唉M癌建筑软件和结构软邦件哎的艾BI唉M白模型上直接进行设氨备设计，交互完成班管线及插件布置，癌并实现计算绘图一埃体化（跋图爸9）。伴鞍图败9 皑 熬设备三维设计软件霸管道跋综合碰撞蔼

16、检查按软件拔为工程设计的各专蔼业协同工作提供辅绊助手段。根柏据霸BI罢M按模型半可检查管道与管道拜、管道与设备、管版道与结构构件之间翱的关系，确定碰撞拌位置，实现单专业碍或多专业间的碰撞巴检查。在三维图上笆显示碰撞位置和碰哀撞实体，三维漫游霸各专业的综合实体暗，以动画的形式显皑示安装效果，建有靶设备图形数据库（癌图邦1唉0爸）。昂图跋10 颁管道岸综合碰撞半检查袄节能与绿色建筑设绊计板基袄于绊BI百M叭模型数据癌的澳PKP蔼M靶节能与绿色建筑系奥列软件由建筑节能笆、日照分析、室外耙风环境、室内通风罢、节水设计、环境跋噪声、自然采光、班土石方工程、环境奥绿化等众多模块组芭成，均采用统一的氨建筑模

17、型数据进行疤各类建筑性能分析跋（矮图邦1艾1伴）。搬图摆11 耙 吧室外风环境与室内扒自然通风分析哀PKP蔼M邦节能软件按照最新耙国家和地方标准编邦制，适应公共建筑、住宅建筑、各类办气候分区，同时提颁供民用建筑能效测邦评及居住建筑节能白检测计算。败PKP办M白日照分析软件作为芭绿色建筑设计中的氨重要环节，与规划艾设计和建筑设计数佰据相结合，特点是白计算速度快，计算吧结果准确可靠，并矮具有坡地日照分析绊（芭图罢1斑2柏）、遮阳板优化设吧计、拟建区域极限叭容积计算等扩展功皑能。叭图半12 唉 霸香港九龙新区坡地癌日照分析概预算氨PKP耙M岸建筑设计环节的建氨筑信息模型可以在啊造价（概预算）分阿析环

18、节复用。在设敖计环节中输入的建筑信息模型包含了耙建筑物的基本信息搬，这些信息也是造疤价师所关心的。因耙此，建筑信息模型摆的复用可以大大节败省造价师的工作量扳。当然，这些信息败并不完整，需要进霸一步补充。凹PKP败M伴概预算软件在建筑绊结构设计模型基础绊上补充概预算所需板的信息，如补充各啊房间以及外墙的装碍修做法，选择定额阿库，输入脚手架信捌息等。程序自动套板取相应的定额或清扮单编码，完成各楼埃层、各构件的工程肮量和钢筋量的计算扒，进行工料分析，坝生成造价师需要各扳种表格和数据办（蔼图氨1叭3疤）埃。佰图哎13 百 跋钢筋量自动统计凹考虑到一些造价工八程师拿到设计数据稗比较困难，程序还瓣提供了转

19、图功能。笆程序可以根昂据俺DW蔼G或班T八格式的施工图文件胺分析出建筑模型、澳钢筋数据以及管线笆和设备，从而完耙成伴BI蔼M白数据的建立。程序扒同时具备模型输入澳的功能，由造价师鞍完成建筑信息模型班的录入工作。施工安设计阶段的建筑模哎型数据以及概预算吧阶段统计的工程量伴和钢筋量是施工项氨目管理软件的基础胺数据肮。罢PKP肮M敖的设计数据和概预啊算数据可以施工项板目软件中复用。摆施工项目管理软件叭可以根据设计软件板和概预算软件提供绊的数据进行工料分拜析，施工进度安排凹，为施工项目管理般中的进度控制可成挨本控制提供重要的澳依据。埃 把PKP捌M熬施工项目管理软件蔼可以澳读取工程概预算数盎据，自动生

20、成带有澳工程量和资源分配氨的施工工案序斑 哎，并完成埃工作信息表和单、笆双代号图（班图邦1碍4昂）摆。鞍根据工程量、工作爸面和资源计划安排绊及实施情况自动计跋算各工序的工期、捌资源消耗、成本状稗况，换算日历时间八，找出关键路径肮。盎 搬图爱14 爱 扒施工项目进度管理胺PKP矮M颁系列软件中的协同爸设计技术敖协同设计是以三维案数字技术为基础，背以三百维靶CA癌D靶设计软件为载体，啊不同专业人员组成拜的设计团队，为了佰实现或完成一个共颁同的设计目标或项隘目在一起展开工作稗，是一个知识共享吧和集成的过程，共柏同设计某一目标的艾专家们必须共享数埃据、信息和知识。皑采用该种设计方式碍，不同专业的设计鞍

21、师在同一平台下做靶同一个项目，任何八一方有修改，由此扒产生的所有结果都耙会在整个项目中自拌动协调，信息模型疤提供的自动协调更昂改功能可以消除协蔼调错误，减啊少跋“板错、漏、碰、办缺隘”鞍等错误的发生，提笆高工作整体质量。绊PKP罢M碍是国内最先强调建芭筑、结构、设备一版体化设计的软件系鞍统，各专业采用统稗一的核心数据架构靶，数据共享，数据拔互传，由于采用统熬一的核心数据架构拔，实现了专业内和百专业间的协同设计挨（柏图矮1拔5皑）稗。安 袄图白15 拔 爱建筑专业与结构专盎业协同设计懊使捌用靶PKP氨M鞍软件，建筑、结构凹、机电、暖通等专澳业在同一碍个碍BI爸M熬数据模型下的协同皑工作，在做自己

22、工懊作的同时，可以看半到项目团队其他人佰员对方案的修改，叭及时调整自己的设蔼计。建筑软件建立百的哀BIM罢 瓣模型相关信息可以扳导入到结构软件进按行结构分析计算，半结构设计后调整的翱构件可以自动反映埃在建筑软件中；拜在柏BI斑M佰模型上可以完成水疤、电、暖通、空调坝等设计，模拟设备啊的安装，进行机电艾设备之间、管道之伴间、管道与建筑结叭构之间的碰撞检查哎；绊在岸BI笆M拜模型上可以进行日耙照、能耗、采光、澳人流疏散等分析建伴筑性能计算，完成绿色建筑设计；捌从岸BIM癌 绊模型还可以生成建坝筑、结构、设备等澳专业的施工图。按支敖持岸BI板M摆技术颁的哎PKP巴M埃三维图形平台凹PKP隘M颁长期依

23、托的自主版傲权图形平按台耙CF跋G扮成熟稳定，在它上暗面已开发伴出百PKP邦M稗各专业软件，拥有拔广大的用户基础。颁历经二十多年，积巴累了大量实用技术澳，特别皑是柏GD耙I罢模式下的显示、交哎互技术已可以和任皑何国外软件抗衡。霸十一五期间昂，捌PKP柏M埃在三维图形平台领敖域进行了全面深入坝研究，已建立起成伴熟的系统架构（凹图捌1八6啊），在面向对象技昂术、三维几何造型啊核心系统、图形显鞍示技术、并行计算跋技术、图形交互技捌术、三维实体、专坝业实体造型技术及袄相关数据管理、软版件交互界面、三维埃场景真实感渲染技癌术、路径动画和关拌键帧动画技术等方翱面拥有深厚的技术斑积累。 SHAPE * ME

24、RGEFORMAT DbDatabase 数据库容器DbTableObj容器对象DbDatabaseReactor数据库反应器decDbObject实体对象decBuilder实体构造类decDbEnyity实体数据类decDbDictionary数据字典类decModifier实体修改器类decDbEntity2d二维实体类decObject数据对象CmdMgr命令管理器decObjectMgr对象ID管理器decDbEntity3d三维实体类二维建筑构件实体二维建筑构件实体建筑轴网施工网格专业标注等高线建筑墙体建筑门窗梁、柱场地模型规划建筑用地地块二次开发模块阿图按16 PKP艾M邦三维图

25、形平台架构班图PKP搬M俺在扮BI摆M瓣领域展开的科研课袄题绊研究隘国家盎在肮“碍十班五袄”摆科技攻关计划中开拜始了颁对白BI安M伴技术相关研究的支岸持，中国建筑科学啊研究院承担的科研巴课叭题拜“佰基敖于扳IF百C稗国际标准的建筑工板程应用软件研疤究鞍”班，重点放在爱对疤BI俺M昂数据标班准奥IF皑C隘和应用软件的研究芭上。通过该研究，癌将哀IF皑C皑标准的平台部分等颁同采用为行业标准败和国家标准，开发扳了基哀于傲 IF皑C伴的结构设计和施工半管理软件，从而积叭累了凹对爸BI案M矮技术的认识，为进靶一步开展研究奠定皑了基础。中国建筑班科学研究院和清华坝大学承担的国家科澳技攻关计划课袄题暗“拌基

26、于国际标俺准芭IF拔C瓣的建筑设计及施工哀管理系统研肮究扳”氨，吧对伴IF碍C挨标准的应用进行了版研究和探索，并基办于伴IF吧C袄标准开发了建筑结案构设计系统半和澳4柏D傲施工管理系统。皑“跋十一笆五按”挨科技支撑计划中，国家斑对扳BI扒M捌技术研究给予了进癌一步的支持，其中鞍在鞍“瓣建筑设计与施工一澳体化信息共享技术巴研靶究凹”熬的课题中叭对瓣BI癌M昂的基本信息模型和疤相应的信息集成平疤台等基础性内容进摆行了研究，艾与盎“搬十懊五背”凹科技攻关计划相比隘，从研究的广度和深度上都有了进一耙步的拓展。芭此外，我院承担的班国家高技术研究发瓣展计划绊（邦86爱3暗计划澳）拔“百基于国产三维核心罢的

27、工程建设行业系班列三维设计系统开癌发与应熬用笆”于矮200稗7蔼年立项，主要研究胺内容包括：分析工碍程设计行业三鞍维埃CA傲D板应用系统的需求，败研究行业三八维安CA拔D拌系统应用集成技术埃，建立工程设计行般业三办维背CA笆D应用系统的整体框斑架；在国稗家搬86八3巴计背划昂CIM皑S啊主题支持的三维数佰字化设计核心系统埃或通用平台的基础肮上，开发面向建筑爸业的三艾维疤CA背D办软件工具集，形成吧具有完全自主知识俺产权的，满足建筑背设计需要的三班维柏CA佰D斑应用系统，带百动扳PKP懊M拌多项应用软件，促班进罢CA八D矮产品的产业化；提爸出建筑三鞍维矮CA爸D败系统的应用集成方哎案并实施建筑三斑维翱CA爱D般系统的典型应用。结语随着计