2 BIM 相关理论介绍
2.1BIM 技术的概念及特性
2.1.1 BIM 的定义及内涵
BIM 是“建筑信息模型”（Building Information Model）的缩写，较为完整的定义是：通过对对象属性信息的表达、转换，使得建立在三维数字基础上的对象，集成起各种相关信息，从而实现在整个生命周期中信息协调一致、共享升华的工程数据可视化模型。它涵盖了美国卡耐基梅隆大学的查理伊斯特曼（ChuckEastman）教授关于“建筑描述系统”的描述：“所有建筑构成元素都是相关联的，牵一发而动全身，这个关联可以实现任何一个变更的发生所引起相关图纸的自动更新，材料消耗量的自动评估，结构计算或造价核算与系统的自动链接，文件资料的自动归类保存，甚至足不出户就能检查是否符合建筑规范”.对于大型项目而言，施工方在确定进度或者在材料选购时，BIM 技术具有非常明显的优势。
BIM 不是一个或一种软件，建立也不限于建筑模型。BIM 是把建筑物全生命周期的信息分门别类、条理清晰有机地汇集起来，实现信息共享、上下左右环节自动对接友好互动，这与传统的作业形式、协同管理形式大相径庭，总而言之，如果说二十世纪的 CAD 技术，使设计师们甩掉笨重的手工绘图板，使设计工作变得快捷高效，充其量算作是一场技术革命的话，那么，二十一世纪的 BIM 技术，则是将建筑行业由传统粗放型向精密、高效，合并转换的一场行业革命。
2.1.2 BIM 技术的特性
BIM 技术具有五个主要的特性，他们是：
⑴ 关联性；⑵协调性；⑶模拟性；⑷优化性；⑸可出图性。
下面将分而述之。
（1）关联性
BIM 技术是用于对建筑进行数字描述，面向建筑设计，同时是基于对象的 CAD技术。BIM 技术的使用可以存储在一个数据模型，建立完整的模型信息。
BIM 软件操作目标不再是几何，如：点、线、面；而是建筑物实实在在的构件；在软件上随便修改一处，与它关联的将自动修改，不需要人为地一点点去检查。在 BIM 软件的使用中，建筑构件被数字化，经过编码去描绘真正的建筑构件，构成完备的、有层次的信息系统。一个对象需要有一系列的参数来描述其特性。
如：墙与墙的所有对象的属性的对象，不仅包含几何属性信息，还包括墙体材料，表面处理，墙体的保温性能，规格，价格等[39]
（2）协调性
BIM 技术的协调性，是指其对建筑项目管理活动的干预性。我们大家都知道，对于一个在建的建筑项目而言，其管理协调工作占据着参与各方管理人员的绝大部分时间，诸如施工过程中管线冲突、前后工序接洽及材料进场时机等等，头绪繁多，如何才能科学有效的协调起来，提高工作效率、工作质量并且尽可能地规避风险事件的发生，便成为了每一个管理者的追求目标。
在传统的模式下，施工中遇到问题时，管理者首先是召集相关人员来开会，查找问题症结所在，制订解决方案，再监督执行。似乎这一套程序走下来就完美无暇了，其实不然，有人对此做过统计分析，发现传统模式下需要进行协调活动工作量，竟有高达 85%的问题缘自于前期工作过程中的沟通协调不到位引起。沟通协调不到位现象从规划设计就已经开始了，由于各专业设计师彼此间沟通不够，才会引起这一最为常见的管线冲突问题，需在施工过程中给予协调。增加变更、造成浪费、造价增高、耽搁工期自然是其带来的恶果。
运用 BIM 技术，就可以将绝大多数需要后期协调的问题，给予前置规避。例如对设计结果可提前执行碰撞检测，而不是要等到施工过程中问题暴露出来之后才去协调。当然，BIM 技术的协调性特质，并不局限于解决以上问题，它还可以对施工过程中经常碰到的诸如：需预留的洞口未留或尺寸不对、净空不够、灯光设置等问题进行检测。
（3）模拟性
仿真是 BIM 技术的另一大特点。在设计阶段，它不仅可以模拟建筑模型图，也可以用于能耗、紧急疏散，日照分析、热传导的模拟。而到了施工阶段，可进行 4D 仿真（在 3D 模型基础上，增加发展时间维度），通过对施工进度进行模拟，便可更加科学、合理规划指导施工的全过程。若再加入造价信息维度，我们还可进行 5D 模拟，实现对工程造价有效的管控。在运行阶段，借助 BIM 技术，可以进行对地震逃生及火灾疏散等日常紧急情况的处理方式的计算机模拟，从而找出合理路径、制定出科学的应急计划。
（4）优化性
利用 BIM 模型中提供的各种信息，如几何尺寸信息、规格材质信息、物理化学信息、规则信息以及与建筑物变化以后相对应的进度与工序相关信息，就可以和其配套的各种优化工具对复杂程度高的建筑进行优化。BIM 的这一优化特性，所带来的好处表现在以下两个层面：
a）方案的优化层面
BIM 技术能够把项目的设计方案与造价、效果分析三者联动起来，通过实时计算，更快捷、更直观地演示出方案的变化对投资回报的影响。使得投资者就会把眼光放在更有利于自己的东西上，最大限度地减少高成本的风险，而不只是停留在方案模型上。
b）设计的优化层面
对于一些特殊的项目或有些项目的特殊细节要求，如幕墙，球形网架屋顶和其他异形结构，通常施工难度很大、关联构件多，如果运用 BIM 技术对各构成要素进行设计优化处理，便可收到缩短工期和降低造价的显着效果。
（5）可出图性
BIM 技术的应用价值并不仅仅是为了可以快速的设计出高质量的相关三维模型和图纸，其主要价值还在于通过有效的利用 BIM 的可视化特性以及模拟优化等特性可以为参与施工的工程人员，随机同步提供、阅读 BIM 模型内任一专业、任一节点、任一时间段的图纸、技术资料和文件，帮助业主解决日常工作中的一系列问题，并可以帮助业主生成以下图纸[40] :
a） 综合管线图（完成碰撞检测后并做了设计修改和验证后的综合管线图纸）；b） 不同管线和构筑物的预留安装孔洞图纸（还包括预埋套管的相关图纸）；c） 各专业建筑物和构筑物的碰撞结果报告以及修改方案的建议等。
2.1.3 BIM 的两种思想及软件
BIM 技术针对的是建筑物全生命周期，故而要求其软件系统应具备以下两种思想特质：一是存储于数据库中的建筑数字信息，应能更加便捷地实现更新和共享；二是存储于数据库中的建筑数字信息，应具有超强的关联性，即所谓牵一发而动全身，一个数字信息发生了变化，就会导致与之相关信息自动连锁改变。鉴于此，正如我们在前面所阐述的那样它在为建筑行业带来一场革命，这已不单单是计算机辅助设计上的一次重大变革。
正是基于这两种思想特质的指导，Autodesk 公司开发了诸如设计文档阅读、建筑工程规划、共享网站等等一系列软件。尤其值得一提的是其在 2002 年以后，将基于BIM技术的Revit和NavisWorks软件成功地应用到了施工阶段及运维阶段。
而另外一家公司--Bentley 公司，也开发出了 BentleyArchitecture 软件，则在工厂设计、基础设施领域大放异彩。
2.2 BIM 技术的应用贯穿于全建筑生命周期
建筑物亦如有鲜活生命的人类或动植物一样，都有一个生命周期的轮回。即生命的准备期--建筑方案规划、可行性研究；生命的孕育期--建筑设计及施工；生命的成长期--建筑的运行与维护；生命的结束期--实体建筑物被拆除，只剩下保存在档案馆的资料向世人诉说，有这样一幢建筑物曾存在过着。
在 BIM 技术中，为了使所描述的信息尽可能的准确，故而将这个生命周期的每一个阶段都给予了明确的界定，它们分别是：规划阶段、设计阶段、施工阶段、运营阶段、管理阶段、维护阶段、改造阶段、拆除阶段。尽管不同阶段中人们活动的侧重点不同，但有一点却都是相同的：那就是撷取建筑物中准确、有益的信息，来确保圆满完成本阶段工作，负责任地交付给下一阶段。
目前，有关 BIM 技术在建筑全生命周期的应用研究方面，已取得较大的成绩。
我在这里先简要梳理一下，一方面彰显研究 BIM 技术的重要意义，另一方面也是为读者便于理解本课题相关研究的几个方面之间的相互关系。
在规划阶段，在可行性研究及方案论证时，借助 BIM 技术，通过数据对比和模拟分析，业主就可以直观的观看到每个方案的投资回报问题，从而迅速地确定一个最有利的方案，而不是仅仅着眼于建筑面积、建筑结构外形细节等等。通过BIM 连贯的信息传递或追溯属性，实现了设计师与业主之间较高的互动效应，从而大大提高工作效率以及减少不必要的浪费。待建筑投入运行阶段后，可对前期的有关信息数据重新审视与评估，设计师们就可以修正信息数据库中数据信息的偏差、为其以后做好其它建筑的前期规划奠定基础。
在设计阶段，运用 BIM 技术，由于信息数据的沿承与关联性，使得将来自规划阶段的信息直接转换成施工图成为可能，其更大的好处还在于，目前所司空见惯的设计变更和修改问题，成为举手之劳，不仅可以在图纸前期阶段能及时给予消除，即使是在设计后期，也不必担心相关专业因未能及时跟进而产生冲突。
此外，借助 BIM 技术、使得业主在招投标中的造价信息、设备材料的订购、及施工进度计划的制定上变更快捷从容不迫。且随着施工变更问题的消除，造价问题也能够得到有效的管控。
在施工阶段，通过运用 BIM 技术，不单是可对施工进度进行模拟，优化使用施工资源以及对施工现场进行科学管理，而且也可以对施工组织进行模拟，从而达到克服施工难点，保证工程质量、施工进度，减少返工，降低成本的目的。这一点尤其对大型复杂建筑（诸如幕墙、球型网架结构屋顶等），更为有益。
到了运营、管理、维护改造阶段，建筑物能得以正常运营的管理活动，皆以上一阶段所传递过来的建筑信息数据是否真实可靠为基础。建筑数据库不仅仅存储记载的是建筑结构方面的信息，更大一部分存储的是诸如设备设施、管道阀门、电缆开关、材料配件以及隐蔽工程内的设备信息。这些完整准确可靠的信息为运维人员提供了日常工作指南，使一切工作（比如维护计划、资产管理、节能管理、安全应急管理）都有针对性而不是盲目行动，从而使得建筑物的“生命”得到精心的呵护，最大限度地延长建筑物的寿命。
在生命周期的最后一个阶段--拆除阶段，完整准确有效的建筑物的历史信息为拆除队伍或定向爆破拆除专家提供安全行动的保障。
从以上的介绍不难看出，建筑信息模型（BIM）技术，是一种可贯穿建筑全生命周期的一项技术。随着它的诞生与应用，必将为建筑业带来一种全新的运作模式：使得项目团队的决策能力与效率更高；使得施工现场的进度、安全、成本管理更加科学严谨；使得运维人员日常工作更有计划性、针对性。
BIM 技术之所以能够在以上各阶段展现得如此优异，主要是因为它所使用的建筑信息模型（3D 模型），已先期植入各个阶段相关的数据及管理方法的缘故。
从而使得每个阶段的工作人员，都能享有完整精确的数据信息帮助。
2.3 BIM 相关标准介绍
2.3.1 IFC 标准简介
IFC （Industry Foundation Classes）标准是国际协作联盟（IAI）组织制定的建筑工程数据交换标准，犹如人们日常交谈中的语言标准一样。若没有一个统一的标准，对于人类而言则无法听懂对方的意思，对于数据而言则无法被识别和接受，即无从谈起交换。这一标准，对于需要若干个软件来共同协作完成一项任务的情形，显得尤为重要。
我们知道，关照于建筑物生命周期全过程的 BIM 技术，迄今为止，还没有哪款软件能贯穿建筑物生命周期全过程的始终，万能而一成不变。都是在不同阶段有其相匹配的应用软件，如何实现数据共享（即上下游阶段数据的提携与支援、左右阶段数据的关联与互动），这时就需要大家统一按约定的标准转化各自的数据信息存储于开放的数据库中，方便其它软件读取转化为自己的语言而应用。因此，IFC 便应运而生，如图 2.6 所示。从图中不难看出，IFC 就象一个数据存储、交换中心，只不过要求存入时要将各自的数据转化为指定的标准格式才行、且这些数据存储在里面可自由共享。
目前，IFC 标准的最新版本为 IFC2X3 TC1.标准开发方面由 MSG（ModelSupport Group）部门负责，应用协调方面由 ISG（Implementation Support Group）部门负责，软件认证工作则由两个部门来共同承担。16据存储在里面可自由共享。
目前，IFC 标准的最新版本为 IFC2X3 TC1.标准开发方面由 MSG（ModelSupport Group）部门负责，应用协调方面由 ISG（Implementation Support Group）部门负责，软件认证工作则由两个部门来共同承担。
2.3.2 IDM 标准简介
对于那些支持 IFC 标准的软件而言，在建筑信息的传递过程中，有时会面临着诸如数据传输失真等各种风险，况这些软件的应用阶段各不相同。使用者必须能够明察秋毫，快速判断出信息的真实可靠，无论是发出的信息，还是接受的信息。为了保证信息传递的准确性和有效性，建筑全生命周期的各个阶段需要给予准确地界定才行，因此，信息交付标准（Information Delivery Manual,IDM） 就呼之而出了。
在 IDM 标准中，不单单明确界定了整个建筑物生命周期过程的每个阶段，而且明确了建立信息的节点细节，并提供了一套最基本的信息模板。更为重要的是，IDM 标准还定义了各阶段信息与整个建筑信息模型的关系，借助于此，工程技术人员就可以得到足够的相关信息而实现检测功能与自我完善功能。例如，对于设计单位而言，结构工程师只有知道建筑师赋予一个空间什么样的用途时，才能正确的计算出载荷，再进行结构设计。而满足安全需要的结构对建筑师初期赋予空间用途有无影响，应用 IDM 标准，这个问题就会自动圆满解决，而不必由两个专业的设计师在一起反复沟通来解决。其信息交换原理如图 2.7 所示。
2.3.3 IFD 标准简介
随着 BIM 技术在建筑物全生命周期的应用，IFC 也是如影随形、无处不在，建筑信息通过 BIM 软件来实现建筑信息模型的共享。这就需要对 IFC 模型进行解析，只有这样才能辨别出所看到的模型数据。为了便于理解，我们不妨举个简单的例子来予以说明。建筑设计师用 IFC 格式为数据库存储了一个建筑单元文件，即使是使用十分规范的语言，但也会存在由于每个人的拼写习惯、语法结构不同等原因而不能被他人所识别，那就是自己所要寻找的建筑单元。这就要求计算机要有确定 IFC 建筑信息模型的能力，即要求计算机具有对 IFC 建筑信息模型的翻译能力，于是便有了国际字典框架（International Framework for Dictionaries,IFD） 标准，其运行原理如图 2.8 所示。目前，由 IFD Library 资料室发布的该标准，其最新版本为 IFD LibraryAPI2.0.
2.3.4 标准之间的关系
通过以上的论述，我们不难理解 IFC 标准、IDM 标准和 IFD 标准三者之间的关系：它们都是针对数据信息，确保数据信息真实不虚、可自由交换；是相互完善、互为补充的关系，三者缺一不可，共同构筑起一个完整的 BIM 技术应用平台，如图 2.8 所示。
2.4 小结
本章主要对 BIM 的概念与原理进行概述，并指出了 BIM 模型建立的三方面标准及它们之间的关系。
