建立完整BIM软件体系概念

建立完整BIM软件体系概念摘要：BIM技术应用于国内建设工程至今天已经进入一个快车道，但是大量的从业者对于BIM技术的印象还是停留在一款软件应用上，认为BIM技术不过就是一个碰撞检测软件。这是一个很大的误解，BIM技术实质上是一个软件体系，可以把BIM应用软件划分为从建模软件到运维软件的九大类别，这九类软件分别对应着BIM不同的应用阶段，每类软件都有几种到几种到几十种不同国家、不同公司开发的应用软件，它们互相竞争又互相补充。关键词：BIM技术；精细化模型；软件体系EstablishacompleteconceptofBIMsoftwaresystemsAbstract：Nowadays,theapplicationofBIMtechnologyindomesticconstructionprojectshasbeenenteringafastlane.However,alargenumberofprofessionalsstillhavetheimpressionthatBIMtechnologymeansasoftwareapplication,whichisusedtodoacollisiondetection.Thisisabigmisunderstanding.Essentially,BIMtechnologyisasoftwaresystem.WecandividetheBIMapplicationsoftwareintoninecategories,formmodelingtooperationandmaintenance,thesecategoriesarecorrespondingtodifferentsoftwareapplicationstages.Amongthem,eachkindofsoftwarehasvarioustypes,whicharedevelopedbydifferentcountries,differentcompanies.Therefore,thesesoftwarearecompetitiveandcomplementary.Keywords：BIMtechnology；Refinementmodel；Softwaresystem引言国内建筑市场上的BIM应用现在正处于一个历史上最好的开展时期，得到了各界的一致认同和推广。笔者也参加了大量工程的BIM咨询工作，与建设方、施工方有过很多沟通，也参加了很多的BIM交流会议。发现在很多人的头脑里对于BIM的印象存着一个很大的误区，他们认为BIM就是一个专业的建模软件，应用这个软件就可以把BIM的全部流程囊括其中。其实BIM不是一个软件的事，也不是一类应用软件的工作内容，BIM应用其实是一个不同的应用面集合在一起的软件体系，不同的应用层面那么该用不同的应用软件来实现。1、综述BIM应用软件分类目前常用BIM软件数量已有几十个。但对这些软件，却很难给予一个科学的、系统的、精确的分类，目前国内几种流行分类法也不是完全严谨的分类规那么。笔者拟在本文中根据自己自己多年的从业经验进行一个简单的分类概括，希望能为读者提供一个了解BIM技术的新的视角。按照在BIM应用中不同的应用层面，可以在狭义的BIM应用领域内把国内的BIM软件体系划分为以下几类：BIM核心建模软件，B1M分析软件，BIM模型检查软件，BIM轻量化软件，BIM动画演示软件，BIM算量和预算软件，BIM管理协同平台软件，BIM二次开发软件，BIM运维软件这九大类别。这九类软件应用于不同的层面，其中核心建模软件是整个体系核心，其他各类软件均以此为根底进行工作，或者形成相对独立的工作成果，或者反应给核心建模软件进行修正和展示。其实，广义的BIM软件还应该包括各类专业建模软件、深化软件，不过这类应用在同内市场上并不多见，故本文就不做阐述了。2、核心建模软件BIM核心建模软件〔英文叫BIMAuthoringSoftware〕是BIM赖以生产和开展的前提换句话说，正是因为这些软件是整个BIM链条的根底，也是从事BIM的业者第一个要接触碰到和熟练应用的BIM软件。其他各类的BIM软件均是在BIM核心建模软件的根底上进行的不同层度上的信息交换和延伸，最后形成一个完整的BIM工作体系。这一类软件，目前欧美建筑业已经普遍使用AutodeskRevit系列、BenetlyBuilding系列、ArchiCAD、Catia等数量达上百种专业软件，这些都属BIM技术的核心建模软件，其中主要的有以下几种，见图1。RevitArchitectureRevitArchitectureRevitStructureRevitMepAutodeskBenetlyArchitectureBenetlyNemetschekGraphisoftGeryTechnologyDassaultBenetlyStructureBenetlyBuildingMechanicalSystemssysArchiCADAllPLANDigitalProjectCATIAVectorworks2.1Autodesk公司RevitRevit是Autodesk于2002年收购的三维设计软件，收购后Autodesk提出了BIM的概念，可以说BIM一词的诞生与Revit紧密相关，这也造成行业“BIM就是Revit，Revit就是BIM〞的误解。Autodesk公司的Revit建筑、结构和机电系列软件，借助于Autodesk公司二维施工图设计软件AutoCAD的强大的市场占有率，其Revit软件在国内的民用建筑市场上占据着主流的位置，Revit与Autodesk的其他工程软件产品一样，主要定位于建筑设计阶段BIM，优势在于三维设计能力以及通用化能力。通过Revit强大的三维建模能力将实际施工工程在电脑中进行一遍虚拟建造〔图2〕，并将整个工程的建筑、结构、机电、景观、幕墙等等各类的完整信息表达在模型中，为BIM软件体系的其他类软件提供根底的模型信息，是BIM的核心根底软件。2.2Bentley公司microstationBentley建筑、结构和设备系列，Bentley最大的优点就是其二维与三维的CAD图形平台都是microstation，这样就保证了在二维三维之间可以自由转换，形成连续一贯的统一平台、模型和数据。同时Bentley公司也自行研发或收购了大量的专业软件整合到了自己的平台中，统一的格式和数据体系使得Bentley产品在工厂设计和根底设施领域有无可争辩的优势。由于推广和易用度稍嫌缺乏等各方面原因，Bentley国内市场虽然在工业和市政领域处于领先地位，但是在民用建筑领域应用较少。2．3Graphisoft公司ArchiCADArchiCAD是Graphisoft公司的旗舰产品，也是优秀的三维建筑设计软件之一，它是一款偏重方案设计的建筑专业BIM应用软件。他内置的日照分析，能量分析，风荷载、热损耗等等分析工具，渲染工具效果出色，拥有VR演示和动画直接生成等功能，为建筑设计人员提供了一款强大的建筑设计工具，但设备专业需要借助其他插件才能完成。然而，在国内市场上由于其专业配套的功能仅限于建筑专业，适合的公司也仅仅限于专业的建筑师事务所，与多专业一体的设计院体制并不匹配，在国内市场份额较少。图2应用Revit建模的建筑内景2.4Dassault公司的CATIADassault公司的CATIA是全球最高端的机械设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域具有接近垄断的市场地位，应用到工程建设行业无论是对复杂形体还是超大规模建筑其建模能力、表现能力和信息管理能力都比传统的建筑类软件有明显优势，与工程建设行业的工程和人员特点的对接问题是其缺乏之处。DigitalProject是GeryTechnology公司在CATIA根底上开发的一个面向工程建设行业的应用软件(二次开发软件)，其本质还是CATIA，就跟天正的本质是AutoCAD一样。2.5Rhino及扩展插件Grasshopper核心建模软件除以上几种外，还包括几种专门的复杂曲面建模软件，目前国内主要应用的是Rhino(犀牛)以及它的扩展插件Grasshopper。Rhino又叫犀牛，是美国RobertMcNeel&Assoc．开发的PC上强大的专业3D造型软件，它可以广泛地应用于三维动画制作、工业制造、科学研究以及机械设计等领域。它能无阻碍地整合3DMAX(主要应用于建筑模〕Softimage(主要应用于动画)的模型功能局部。同时它也可以与建筑界的主流概念设计软件——Sketchup建筑草图大师兼容，给建筑业界人士提供了一种自由体建模的优秀工具(图3)。Rhino是一款基于NURBS【非均匀有理B样条曲线(Non—UniformRationalB—Splines)】为主三维建模软件。NURBS是专门做曲面物体的一种造型方法。NURBS造型总是由曲线和曲面来定义的，所以要在NURBS外表里生成一条有棱角的边是很困难的。就是因为这一特点，我们可以用它做出各种复杂的曲面造型和表现特殊的效果，如人的皮肤，面貌或流线型的跑车等，具体到工程建设领域，就是复杂曲面的设计应用必须借助它。Rhino可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体，不受复杂度、阶数以及尺寸的限制。Rhino也支援多边形网格和点云。Rhino是一个相对“平民化〞的高端软件，Rhino所需配置很低，并且安装控件需求极小，应用的门槛低。图3应用Rhino建模的建筑造型Grasshopper是一款在Rhino环境下运行的采用程序算法生成模型的参数化设计插件。Grasshopper不需要太多任何程序语言的知识就可以通过一些简单的流程方法到达设计师所想要的模型，它以自己独特的方式完整地记录起始模型和最终模型的建模过程，从而到达通过简单改变起始模型或相关变量就能改变模型最终形态的效果。当方案逻辑与建模过程联系起来时，它还可以通过参数的调整直接改变模型形态。Grasshopper中提供的矢量功能是Rhino中没有的慨念。在Rhino中制作模型，比方画曲线，拉控制点，移动，阵列物体等等几乎所有的手工建模都是在反复地做定义距离和方向的工作。而在以程序建模(参数化建模)的软件中，这个工作是以输入数据和程序自动计算的方式来完成，以替代传统的手工去画的方式，软件中用来完成这个工作的工具就是矢量。3BIM分析软件BIM分析软件是以BIM核心建模软件提供的建筑模型为根底进行各类的专业建筑分项分析的工具软件。它包括了建筑、机电和结构等类的专业分析软件。3.1BIM可持续〔绿色〕分析软件可持续〔或绿色〕分析软件可使用BIM模型信息，对工程进行日照、风环境、热工、景观可适度、噪音等方面的分析和模拟。主要软件有国外的Echotect〔生态建筑大师〕、IES〔光域网制作〕、GreenBuildingStudio〔建筑性能模拟〕以及国内的PKPM等。3.2BIM机电分析软件水暖电或者电气分析软件，国内产品有鸿业、博超等，国外产品有IESVirtualEnvironment〔建筑能耗模拟〕、TraneTrace〔能源和热力加载分析应用程序〕等。3.3BIM结构分析软件结构分析软件是目前与BIM核心建模软件配合度较高的产品，根本上可实现双向信息交换，即：结构分析软件可使用BIM核心建模软件的信息进行结构分析，分析结果对于结构的调整，又可反应到BIM核心建模软件中去，自动更新BIM模型。国外结构分析软件有ETABS〔美国CSI公司开发研制的房屋建筑结构分析与设计软件〕、STAAD〔美国REI公司结构分析软件〕、Robot〔法国Robobat公司结构分析软件〕以及国内的PKPM、盈建科均可与BIM核心建模软件配合使用。4BIM模型检查软件在BIM模型搭建过程中，不同专业人员使用各自建模软件，来建立与自己专业相关的BIM模型，而这些模型需在同一个环境里面集成起来，才能完成整个工程的设计、分析及模拟，这些不同专业建模软件，本身是无法实现这一点：而对于大型工程而言，因硬件限制而使BIM核心建模软件往往无法在一个文件里操作整个工程模型，但是又必须把这些分开创立的局部模型整合在一起，进而才能研究整个工程的设计、施工及其运营状态。模型综合碰撞检查软件根本功能就包括集成各种三维软件创立的模型，并进行3D协调、4D方案、可视化、动态模拟等一系列运作，其实也属于一种工程评估、审核软件，常见模型综合碰撞检查软件有AutodeskNavisworks、BentleyProjectwiseNavigator和SolibriModelChecker等。这些模型检查软件都是各BIM软件公司与自己的核心建模软件相互搭配开发或收购的。各软件工程根本类似，这里仅针对Navisworks进行简单的介绍，NavisWorks主要功能包括三位模型的实时漫游、模型整合〔将多种三维的3D模型合并到一个模型中进行不同专业间的碰撞校审〕、碰撞校审〔物理意义上的碰撞校审、时间上的碰撞校审、间隙碰撞校审、空间碰撞校审等〕、模型渲染、4D模拟〔导入进度方案和模型直接关联，通过3D模型和动画能力直观演示出建筑和施工的步骤〕等。NavisWorks通过模型合并、3D漫游、碰撞检测和4D模拟等为工程行业设计数据提供了完整的设计审核方案，延伸了设计数据工程用途〔图4〕。其3D漫游和检视技术为设计和施工图的直观化体验提供了极大便利。在模型搭建过程中可以实时浏览和检查整个大AutoCADDWGAutoCADDWGNWCNavisWorksNWFNWDRevitRevitAutoCADNWC图4NavisWorks与Revit文件格式转换关系5BIM轻量化软件轻量化软件分为两种，第一种所指的轻量化软件是指的在BIM模型的移动端来展示和轻量化应用的软件。它可以使得工程人员无需借助笨重的电脑终端来进行操作，而可以在和iPad等终端上快捷展示和浏览。这类BIM轻量化软件有BIMX、BIM360等软件。BIMX是GRAPHISOFT公司2023年发布的支持iPad/iPhone以及IOS设备上的应用，BIMX功能包括实时的3D浏览、立体，渲染及隐藏线视图、重力加强、出入口识别、模型穿越、点击定位到达等浏览功能。2023年GRAPHISOFT公司发布了为BIMX增强了云储功能的BIMXPRO。BIM360那么是Autodesk公司2023年推出的基于云效劳的云端应用程序，使用户可以在工程的全生命周期中随时随地在移动终端便捷的访问BIM工程信息。AutodeskBIM 360可以与Autodesk公司其余的BIM设计、施工及运营软件配合使用。第二种那么是将庞大的的BIM模型进行信息简化，以非常快的速度进行模型演示，且可以在移动终端上演示的轻量化软件，这类软件主要是Fuzor，一款轻量化的BIM虚拟漫游软件。Fuzor是一个由美国KallocStudios开发的建筑设计及即时渲染软件它与Revit2023版本以上可以实时连结，可以即时预览设计效果。除此之外，它也可以制作建筑设计展示短片、高解析度截图、即时模拟光影变化、灯光效果、进行虚拟漫游设置等。Fuzor可以将文件生成一个EXE的执行文件，供没有安装相关软件的使用者快速审阅模型。同时Fuzor拥有外界3D接口，可以外接虚拟体验设备VR，进行虚拟体验。6BIM动画演示软件BIM动画演示软件目前主流的应用软件就是Navisworks、Lumion、Synchro等。Lumion是一个实时的3D可视化工具，用来制作工程动画和静帧作品，可以广泛的应用在建筑规划和设计领域。它可以从BIM核心建模软件、SketechUp以及其他的3D软件直接导出3D内容，进行建筑动画的输出作业。同时速度极快，通过GPU渲染技术，实时编辑3D场景，渲染和场景创立降低到最快只需几分钟的时间，同时通过其内置的视频编辑器，可以快捷的创立出很有表现力的建筑动画成果。通过Lumion软件创造出建筑视频动画可以以极低的本钱创造出效果可观的表现动画。打破了原有建筑表现动画动那么上万收费的本钱瓶颈，为建筑动画的平民化展示和大面积的应用铺平的道路。Synchro也是非常不错的制作动画的软件，它还有4D施工过程、进度模拟等功能。7BIM算量和预算软件由于国内工程造价领域的独立性，BIM算量和预算软件主要都是由国内预算软件公司基于BIM技术开发而来，包括了广联达BIM算量、鲁班BIM、iTwo等。广联达和鲁班公司是国内两大造价领域的巨头，他们针对于BIM技术开发的算量软件也是目前主流的BIM算量和预算软件。两者均是通过将BIM核心建模软件的模型导入其基于自主研发的三维算量软件，通过系统内部的土建、钢筋、安装、精装、市政、钢结构等算量子项，内置了国内工程算量的各相关标准，并依靠其丰富的常规算量软件的积累，有效地补充了BIM模型三维算量的缺乏。iTwo实际上是一款由德国RIB公司开发BIM管理软件，但是他包含了强大的BIM5D的功能。8BIM管理协同平台软件BIM管理协同平台软件是基于BIM虚拟建造模型包含的全信息模型属性，在建设工程的全生命周期过程中将设计、施工、工程工程的进度方案编制与管理等等融合在一个建筑整合模型系统中，并将建设方、设计方、施工方、造价方、运维方都对接到这个系统中，协同工作，一模管理，高度集成，将设计、建造、算量、造价与工程管理各方的协作屏障打破，采用基于互联网，云平台的技术，实现资源共享，迅速协作的功能。未来可能与企业资源管理系统〔ERP〕进行有效的整合，整合工程建设领域的各种资源有效管理。这类软件包括了BentleyProjectWise、AutodeskVault等。9BIM运维管理软件BIM运维管理软件这局部的应用，目前的方式还是以FM+BIM〔+GIS〕的解决方案为主，就是在传统的FM〔设备管理系统〕软件的根底上参加BIM和GIS〔地理信息系统〕的接口。这类做法通过把BIM模型中的各类设备尺寸、型号、口径、厂家、规格等信息转接到传统FM系统表格数据中，同时FM表格中的数据可以链接到BIM模型中的直观部位或设备管件，形成互相支持的管理体系。FM+BIM的解决方案，以引入国外成熟的FM管理平台为主，同时也有国内公司自行开发的定制FM平台。这类传统的FM管理软件主要有ARCHIBUS、IBM-Tririga、Trimble-Manhattan几种。ARCHIBUS是国际上市场占有率最高的FM管理软件，最新版本整合了BIM和GIS接口的数据链，可以在windows和web上同时支持系统管理，基于最新的网络技术进行自动管理、设施维护和应急处置的工作。ARCHBIUS同时也是国内大型运维管理工程最大的软件支持商。IBM-Tririga是IBM公司2023年收购的智能楼宇软件，其核心功能包括管理供热、供水、供电以及楼宇中的其它公用事业效劳；同时可以进行房地产战略组合规划