《地下空间工程智能建造概论》课件 2-BIM的技术及应用

1随着建筑行业的快速发展，传统的建筑设计、施工和管理方法已经无法满足日益复杂和多变的工程需求。在这种背景下，建筑信息模型（BIM：BuildingInformationModeling）应运而生。BIM（建筑信息建模）起源于计算机辅助设计（CAD）的发展。在20世纪80年代，CAD软件开始在建筑和工程行业中得到广泛应用，但无法提供对建筑模型的全面理解和分析。为了解决这一缺陷，BIM概念应运而生。

2BIM的发展离不开计算机硬件和软件技术的提升。随着计算机性能的不断提高和云计算技术的广泛应用，BIM的应用范围逐渐涉及到建筑设计、施工管理、运维维护等全生命周期的各个环节。此外，BIM的发展还与建筑行业的需求有关。BIM的引入，可以提高建筑项目的信息共享和协作效率。同时，BIM还有助于提高建筑项目的质量和可持续性，优化建筑物的能源利用和碳排放，实现可持续发展的目标。3根据不同部门和行业，归纳起来有以下几种定义：

（1）国际标准组织信息委员会。在开放的工业标准下对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息可计算或可运算的表现形式。

（2）美国国家标准委员会。BIM是工程建设项目兼具物理特性和功能特性的建筑数字化模型。

（3）Autodesk公司。建筑信息模型是指建筑物在设计和建造过程中，创建和使用的“可计算数字信息”。4

（4）英国标准协会。建筑物或基础设施设计、施工或运维，应用面向对象的电子信息的过程。

（5）我国《建筑信息模型应用统一标准》。（GB／T51212-2016）在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。

综合以上定义，BIM是以三维数字技术为基础，集成了建设工程项目规划、勘察、设计、建造、运维、废弃全生命周期的协同与互用信息模型。5以下为BIM的定义示意图。图2-1BIM的定义6一、BIM在国外的应用与发展

美国是最早提出BIM技术概念的国家。

2003年起，建立建筑信息模型指引。2007年起，美国总务署所有大型项目都需要应用BIM，最低要求是空间规划验证和最终概念展示都需要提交BIM文件，所有GSA的项目都被鼓励采用BIM技术，并根据采用这些技术的项目承包商的应用程序不同，给予不同程度的资金支持。7二、BIM在国内的应用与发展（1）2003年，建设部发布了《2003-2008年全国建筑业信息化发展规划纲要》，明确提出了建筑业信息化的内容。

（2）2011年，住房城乡建设部颁布的《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》第一次将BIM纳入信息化标准建设内容。（3）2013年5月，中国建筑标准设计研究院获得国际权威BIM标准化机构buildingSMART组织认可。（4)2016年，住房城乡建设部发布的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》。8在应用方面，BIM技术已经涉及到建筑、交通、水利、环保等多个领域。（1）在设计阶段，BIM技术可以实现参数化建模、效果图实时渲染等高效率操作，帮助设计师更好地进行设计和优化。（2）在施工阶段，BIM技术可以进行施工过程模拟、实时监测和管理，提高施工效率和质量。（3）在运营阶段，BIM技术可以将建筑物的信息集成在一起，方便运营方进行设备维护和管理。9一、BIM的特点(一)可视化

可视化是基于传统CAD技术所提出的，可视化的最大特征是所见即所得。BIM模型实现了三维立体可视，工程项目设计、建造、运维等全过程、全生命周期可视。当前，可视化在工程建造过程和建造行为中主要表现为一下三个方面的作用。101.碰撞检查，减少返工行为

BIM的最大特点是实现了工程项目建造过程的可视化。利用BIM所提供的的三维技术可以在工程实际建造开工前进行碰撞检查，优化工程设计，提高设计工作质量，减少工程项目在施工建造阶段可能存在的错误损失和返工可能性，优化建筑净空和管线排布方案。11

2.虚拟施工，有效协同三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工，实施施工组织的可视化。3.三维渲染，宣传展示维渲染动画，给人以真实感和直接的视觉冲击，建好的BIM模型可二次渲染，制作漫游、VR展示，提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的视觉感受，提高中标率。12(二)协调性

在建设工程全生命周期内，建设工程各参与方基于BIM互操作，通过统一的建筑信息模型，将建设工程的不同专业、不同工种、不同阶段的工程信息有机结合在一起，并协调数据之间的冲突，生成协调数据或协调数据库，实现信息建立、修改、传递和共享的一致性。131.设计阶段协调不同专业的技术人员根据本专业需求从事各自的设计活动，基于传统CAD平台设计。利用BIM三维模型，可快速在统一模型下建立、添附、变更不同专业内容，不同专业在统一模型平台上协同工作。BIM有效地解决了传统设计可能遇到的设计缺陷，提高了设计质量，提升了设计品质。14图2-2BIM的三维模型152.施工阶段协调

在施工阶段，施工人员可以通过BIM的协调性清楚地了解本专业的施工重及相关的施工注意事项。3.运维阶段协调

BIM建筑信息模型的引入，有效解决了文字报表的部分缺陷。当BIM建筑信息模型导入运维阶段后，能够直观看到模型中基于BIM的各类设施之间的空间关系及各类建筑设备的具体模型信息。16(三)模拟性

模拟是利用模型复现建设工程全生命周期可能发生的各种工况，利用BIM模型来模拟建设工程系统的运行，本质是数字实验，包括设计阶段模拟、施工阶段模拟、运维阶段模拟等。

1.

设计阶段模拟根据建筑物理功能需求建立数学模型，基于模型的功能仿真分析软件，可完成建筑能耗分析、日照分析、声场分析、绿色分析、力学分析等建筑性能、功能的模拟。172.施工阶段模拟在施工过程模型中融入功能仿真技术，数字模拟施工方案、工期安排、材料需求规划等。3.运维阶段模拟

用BIM提供的几何、物理、功能、过程、设备信息，构造运维环境，模拟运维场景。运维阶段模拟的主要内容包括:

（1）互动场景模拟；

（2）租售体验模拟；（3）紧急情况处理模拟。

18(四)优化性

项目规划、施工和运维过程中，BIM提供的工程项目模型能够提供几何信息、物理信息、功能信息和资源信息等，BIM技术可以对项目方案进行优化。在设计的优化过程中，利用BIM技术进行建筑形体、日照、景观、室内、交通流线、工程管线等方面的分析，从而实现设计的优化。项目设计管线优化图如下图所示。19

图2-3项目设计管线优化在项目的施工阶段，BIM技术也可以实现项目的方案优化。BIM技术也可以对工程项目全寿命周期进行优化，包括项目方案优化、设计优化、施工方案优化、运维优化和重要环节、重要部位优化等。20(五)可出图性

BIM技术可以出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。(六)信息完备性

BIM模型中包含了建筑物全生命周期中的各种信息，如几何信息、物理信息、空间信息等，这些信息都是经过精心组织的，并且可以在项目的不同阶段进行提取和更新，从而为项目的决策和管理提供全面的支持。21

二、BIM的优势提高效率和精度。通过BIM技术，可以实现建筑项目的三维建模，提高设计、施工和管理的效率和精度。优化设计和施工方案。BIM技术可以在项目设计阶段进行碰撞检测，发现设计中可能存在的问题，及时进行优化调整。提高协同合作能力。BIM技术可以提供一个统一的信息平台，使项目的各方参与者能够在同一个模型上进行协同工作。22

二、BIM的优势增强项目管理能力。BIM技术可以实现项目信息的集成和共享，使项目管理者能够实时掌握项目的进度和质量等信息。降低风险和成本。BIM技术可以在项目早期进行风险识别和评估，提前制定相应的应对措施，降低项目风险。支持可持续发展。BIM技术可以为绿色建筑和可持续发展提供支持。23

三、BIM的价值提升管理水平。BIM技术通过其全面信息优势，可以极大地提升项目的管理水平。实现资源有效利用。BIM技术能够将资源有效整合，为设计、施工等过程中有效运用。降低维护成本。BIM技术使得维护的流程及其基本信息能够精确地模拟，从而减少工作时间，降低维护成本。24

三、BIM的价值提高生产效率。BIM可以对建筑的结构、管线、车间、建材等信息进行全面分析，从而更全面地控制建筑物，提高生产效率。促进信息交流和共享。BIM技术使得工程项目各参与方使用单一信息源，确保信息的准确性和一致性。支持全生命周期管理。BIM技术可以支持建筑的全生命周期管理，包括设计、施工、运营和维护等阶段。25BIM软件体系框架主要包括建模软件、建模插件和模型辅助工具软件三个主要部分。建模软件：AutodeskRevit，AutodeskCivil3D，Bentley

OpenBuildingDesigner。建模插件：MagiCAD，建模大师，Tekla。模型辅助工具软件：Fuzor，Lumion，Twinmotion。26

BIM建模软件是一种用于创建、管理和分析建筑、基础设施和设备物理和功能特性的数字化工具。以下是对BIM建模软件的一般操作步骤的概述：（1）选择一款适合项目的BIM建模软件。（2）熟悉软件界面。（3）创建新项目。（4）建立项目模板。（5)绘制建筑元素。27（6）创建组件和族。可以创建自定义的组件和族。（7）建立空间关系。用软件提供的工具来确保元素之间的正确

对齐、连接和碰撞检测。（8）应用材质和贴图。（9）进行分析和模拟。（10）导出和共享模型。（11）文档和交付。28

BIM展示软件是用于呈现和可视化BIM数据的工具。这些软件通常允许用户查看、交互和探索3D建筑模型，以更好地理解和评估建筑设计的各个方面。以下是一些常见的BIM展示软件：（1）AutodeskRevit（2）Navisworks（3）BentleyView（4）SolibriModelChecker（5）Adober3DPDFConverter29

BIM分析软件是用于对BIM模型进行深入分析和优化的工具。这些软件可以对建筑物的物理性能、结构行为、能源效率等方面进行计算和模拟。以下是一些常见的BIM分析软件：（1）AutodeskAnalysisServices（2）SketchUpPro（3）AECOsimBuildingDesigner（4）ArchiCAD（5）NavisworksSimulate30

BIM管理软件是用于有效地管理和协调建筑项目中的BIM数据和流程的工具。这些软件提供了各种功能，从模型协同、数据管理和项目监控到沟通协作和报告生成等。以下是一些常见的BIM管理软件：（1）AutodeskBIM360（2）ProjectWise（3）DELMIAApriso（4）TrimbleConnect（5）ArchiCADBIMManager31BIM软件的硬件要求可以根据不同的软件和应用场景有所变化，以下是一些常见的BIM软件硬件要求：（1）处理器（CPU）：建议使用多核处理；（2）内存（RAM）：建议至少安装16GBRAM；（3）存储：使用至少500GB的硬盘或固态硬盘。（4）显卡（GPU）：建议使用具有专用图形处理单元的显卡；（5）显示器：推荐使用高分辨率的大尺寸显示器；（6）输入设备：建议使用高精度鼠标和舒适的键盘；（7）网络连接：建议使用稳定的高速网络连接。32

BIM技术所需要的物联网设备主要包括传感器、RFID（无线射频识别）标签、嵌入式设备以及通信设备等。传感器：在BIM应用中，传感器是实现自动采集数据和控制的关键设备。RFID标签：在BIM中，RFID标签可以用于标识建筑物的各个部分，方便进行信息管理和跟踪。嵌入式设备：在BIM中，嵌入式设备可以用于实现各种自动化控制和监测功能，例如智能照明系统、智能空调系统等。33通信设备：在BIM中，通信设备用于实现物联网设备与BIM模型的实时数据交换和通信。除了以上设备外，BIM技术还需要高性能的计算机和网络设备来支持数据处理和传输。具体来说，中心服务器需要具有较高的处理器速度、存储容量和数据传输速率，以确保数据的快速处理和流畅传输。终端计算机则需要具有较高的配置，以满足建模、信息输入和运算等需求。34BIM作为工程领域数字化设计与管理的一种工具，正在成为行业智能化变革的核心动力。BIM技术作为工程建造实施的一种辅助工具，在整个工程项目的生命周期运行中，能在每个阶段满足不同阶段各参与者的需求，极大提高参与者的工作效率和使用便捷性。BIM应用一般遵循以下规定：35（1）BIM应用宜贯穿工程项目的全生命期，也可根据工程实际情况应用于某一阶段或某些环节。0102（2）不同阶段或环节模型创建应考虑在项目全生命期内的共享、集成和应用。03（3）在BIM创建、应用和管理过程中，应充分考虑并采取措施保证信息安全。04（4）BIM应用应事先制定BIM应用策划，并遵照策划进行BIM应用的过程管理。36（5）项目相关方应基于信息一致的模型进行协同工作，保证各阶段、各专业和各相关方的信息规范、完整和有效传递。（6）模型的更新和维护应与工程实施同步，以保证工程全生命期各阶段模型与相关成果的一致性。（7）BIM应用宜与云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链等技术相结合，实现融合创新应用。05060737随着BIM技术应用的不断成熟和行业实施标准的日趋完善，BIM进入行业平稳发展期，并不断尝试突破现有应用领域的束缚，与多专业进行交叉融合，全面助力工程行业数字化转型发展。就目前行业整体发展来看，BIM技术的应用主要体现在项目设计与规划、项目招投标、项目实施和运维管理等四个阶段，特别是在前三个阶段的使用，得到了建设方的普遍认可。而运维阶段的应用因各地区城市级BIM/CIM平台的不断建设与完善，也在快速发展中。381.BIM在项目场地规划的应用

场地分析是研究影响区域规划功能定位的主要因素，是确定构筑物的空间方位和外观、建立构筑物与周围景观的联系的基础。图2-4BIM+GIS场地分析模型392.BIM在项目策划阶段的应用

依托BIM技术的项目策划能够利用三维信息模型技术对项目决策目标所处社会环境及相关因素进行逻辑数理分析。图2-5项目策划数据模型403.BIM在方案设计阶段的应用

BIM三维可视化设计软件的出现有力地弥补了业主及最终用户因缺乏对传统建筑图纸的理解能力而造成的和设计师之间的交流鸿沟。图2-6方案设计模型414.BIM在深化设计阶段的应用

如图2-7利用BIM技术，设计师在深化设计过程中创建的三维数字模型已经包含了大量的设计信息(几何信息、材料性能、构件属性等)。图2-7空间网架分析建模425.BIM在施工图设计阶段的应用

如图2-8利用BIM技术，通过搭建各专业的BIM模型，设计师能够在虚拟的三维环境下无死角的展现全部设计细节和多样式成果表达。图2-8BIM三维模型431.BIM在招标阶段的应用

①BIM技术可以帮助招标单位更好的分析投标人的报价。

②BIM技术能够提高招标活动管理效率。

③BIM技术可以帮助招标单位更好的管理招标项目的质量2.BIM在投标阶段的应用

①基于BIM的施工方案模拟。

②基于BIM的4D进度模拟。

③基于BIM的资源优化与资金计划。

④基于BIM的风险控制441.BIM在施工准备阶段的应用

利用BIM技术的三维可视化及动态模拟特点，根据项目分部分项工程特点及不同阶段的需求进行三维交互场地方案设计。图2-9BIM场地布置452.BIM在施工阶段的应用①基于BIM的施工过程管理。②基于BIM的物料跟踪。③基于BIM的预制加工。④基于BIM的成本管理与控制。⑤基于BIM的协同管理。BIM不仅集成了建筑物的完整信息，同时还提供了一个三维的交流环境。463.BIM在竣工交付阶段的应用

BIM技术能够将项目中包括的建筑、结构和机电设备等各专业内容、包含材料、荷载、技术参数和指标等设计信息。图2-9竣工验收典型流程471.BIM在运维管理中的应用

BIM运维管理模型可以充分发挥空间定位和数据记录的优势，依据其涵盖的建筑、结构、电气、建筑智能化等专业的模型元素，在运维过程中通过将运维信息附加或关联到相关的模型元素上，以降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。2.BIM在资产管理中的应用

BIM运维模型中包含的大量项目信息能够顺利导入