國外BIM的發(fā)展及其對我國土木工程專業(yè)教學改革的啟示

楊勇++李友彬

摘要：通過對國外BIM發(fā)展應用的介紹，結(jié)合中國建筑業(yè)所面臨的機遇和挑戰(zhàn)，分析中國建設行業(yè)信息化現(xiàn)狀及BIM技術(shù)的應用，指出基于BIM技術(shù)的工程項目信息管理模式與發(fā)展趨勢，并闡述其對中國高校土木工程專業(yè)BIM人才培養(yǎng)模式改革的啟示，提出從課程設置、應用技術(shù)、應用管理層面建立符合BIM發(fā)展所需要的人才隊伍。

關(guān)鍵詞：BIM；建筑信息模型；土木工程專業(yè)；教學改革

中圖分類號：G6420；TU文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03004604Building Information Modeling（BIM）中文譯為建筑信息模型。美國在BIM的發(fā)展和應用方面積累了豐富經(jīng)驗。根據(jù)美國的定義一般理解為：BIM是用數(shù)字表達建設項目的物理和功能特性；BIM為該建設項目從概念設計、施工運營，直到拆除的全生命周期的所有共享的數(shù)字化信息，這些信息可以為建設項目決策、投資、設計、施工和運營提供可靠依據(jù)；在建設項目的不同階段，不同參與者通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以更好實現(xiàn)共同建設目標[1]。

BIM貫穿建設工程項目的全生命周期，即項目的可研、立項、決策、建設準備、實施和運營等全過程所有階段；同時，BIM要在不同階段由建設項目參與者提供相關(guān)數(shù)據(jù)，建立與實際情況一致的建設工程信息庫數(shù)字模型。建設工程信息庫的數(shù)字模型是建設工程的完全數(shù)字化，即將建設環(huán)境、建設組成、設計、施工、建筑材料、建筑構(gòu)造、建筑工藝等轉(zhuǎn)化為實際的數(shù)據(jù)，形成生態(tài)網(wǎng)絡，構(gòu)成建設工程全生命過程。總之，BIM對中國建設行業(yè)發(fā)展的重要性已毋庸置疑。

目前，中國高?；緵]有開展BIM教學。本文認為教授學生BIM的相關(guān)知識和應用技能，培養(yǎng)BIM建設人才，是土木工程專業(yè)教學改革的重要方向，應引起高度重視。在高等教育越來越國際化的趨勢下，通過借鑒國外BIM發(fā)展應用的經(jīng)驗，結(jié)合中國BIM的現(xiàn)狀，推進中國高校土木工程專業(yè)BIM相關(guān)教學和改革，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、BIM在發(fā)達國家的做法及優(yōu)勢

各國政府和相關(guān)建設行業(yè)非常重視BIM的應用價值。從美國相關(guān)資料可知，國外BIM應用主要建立專業(yè)的BIM 團隊，使用相關(guān)軟件REVIT等完成BIM數(shù)據(jù)建模，在不同階段由BIM團隊引導建設項目參與者，將BIM 中的各方建設數(shù)據(jù)共享到數(shù)據(jù)模型中，隨數(shù)據(jù)的完善構(gòu)建完整的建設項目。目前，在建設工程領(lǐng)域里，BIM的優(yōu)勢體現(xiàn)在可視化設計、優(yōu)化施工進度、管理項目費用、進行碰撞檢測、能耗分析等方面[2]。

（一）設計可視化

建設項目的設計階段，現(xiàn)有做法主要是將2D平面CAD圖形出圖用以指導施工。而BIM的可視化設計即BIM軟件3D技術(shù)的運用，可以把2D平面CAD圖形轉(zhuǎn)化為3D模型，使整個項目直觀、形象、立體地展現(xiàn)在項目參與各方面前。每個模型都由數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)非常豐富，在項目設計階段就可以綜合考慮各方面因素，最大可能減少施工中的設計變更。即使需要設計變更，所需要的時間和工作量也不到原來2D設計的一半，大大提高了工程建設效率。

（二）施工具體化

建設項目的特點是工期緊、成本投入多、質(zhì)量要求嚴格等，以致建設項目合同管理、信息管理、質(zhì)量管理等工作量大而又復雜，傳統(tǒng)的橫道圖、代號網(wǎng)絡時標圖等難以清晰表達建設項目的各種復雜關(guān)系，施工動態(tài)管理更是無從談起，使施工往往難以順利進行。BIM可充分利用施工BIM軟件提供的各種數(shù)據(jù)，直觀、準確地反映整個建設項目的施工過程，使施工具體化，即可視的4D（3D+時間）模型。BIM施工具體化是利用計算機模擬項目建設的過程，按照施工組織設計進行預演，不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，優(yōu)化施工方案，提高施工方案的可操作性，加強施工的安全性，合理加快施工進度，縮短日歷工期，以保質(zhì)按期完成建設項目。

（三）成本透明化

目前建設項目管理方式在成本控制方面存在很多問題，尤其是在成本資金時間價值方面做不到動態(tài)控制。建設工程中需要不斷根據(jù)調(diào)整后的設計方案更新模型，調(diào)整施工方案，進而重新編制資金成本計劃。BIM的成本透明化即將成本資金信息，利用BIM的建筑工程信息庫，快速形成可視的5D（3D+時間+成本）模型。該模型可以用于前期設計階段的費用估算、不同設計方案的成本比較、施工階段的工程量計算和工程量復核，動態(tài)地反映施工過程中的資金需求量，比較不同進度計劃的資金需求量，有利于工程成本費用的有效控制。

二、中國BIM現(xiàn)狀

（一）中國建筑業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展歷程

2001年住房和城鄉(xiāng)建設部制定了《建設事業(yè)信息化“十五”計劃》，明確闡述了建筑業(yè)信息化的發(fā)展趨勢，提出行業(yè)信息化的總體規(guī)化，即面向建筑行業(yè)，集成多項信息化技術(shù)，提高企業(yè)管理一體化、可視化和網(wǎng)絡化程度，為中國BIM研究奠定了政策基礎(chǔ)。

中國BIM的研究與實踐相對國外發(fā)達國家落后很多，雖然很多設計人員意識到BIM的重要意義，但真正去研究和實踐BIM的工程技術(shù)人員很少。有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前建筑行業(yè)31.6%的公司還不了解BIM技術(shù)，23.7%的公司是2006 年以后才開始注意BIM 技術(shù)的。在50 家建筑設計研究院的專業(yè)人士中，應用過 BIM 技術(shù)的被調(diào)查人員只占4%，而68%的被調(diào)查者只聽說過 BIM，28%的被調(diào)查者從未聽說過BIM。所以，現(xiàn)在中國BIM的發(fā)展及應用面臨著眾多問題[3]。

（二）中國BIM驅(qū)動模式

1.設計方主導使用BIM

中國BIM應用主要以設計方為主導，由設計方驅(qū)動BIM在建設項目的應用。在建筑行業(yè)整體萎縮的情況下，為了獲得項目，設計方有選擇地應用BIM部分技術(shù)，向潛在業(yè)主展現(xiàn)自己的設計。特別是大型復雜的建設項目，通常采用 3D 技術(shù)進行建筑設計與展示，以期贏取設計投標。目前，各大設計院要求學習和應用BIM技術(shù)則是和中國的政府行為相關(guān)。

2.承包人主導使用BIM

對承包人而言，BIM的應用是具有實際作用的。項目承包人主導使用BIM有兩個目的：輔助投標和輔助施工管理。在中國競爭激烈的建設市場，采用 BIM 技術(shù)可以把初步制定的施工方案可視化，并根據(jù)可視化施工方案制定投標方案參與投標，采用 BIM 技術(shù)可以模擬展示自己施工方案的可行性及優(yōu)勢，間接體現(xiàn)承辦人的技術(shù)水平，以期獲得項目承包權(quán)。BIM的設計可視化、BIM的施工具體化、BIM的成本透明化更有利于施工管理，包括施工工序、資源調(diào)配等信息，承包人可以清楚地了解整個施工過程。另外，在大型復雜建筑工程施工過程中，承建人采用BIM技術(shù)對施工方案的模擬與分析，對實體施工有重要意義。

3.建設單位主導使用BIM

建設單位主導使用BIM，是目前中國BIM應用的主要原因。建設單位決策階段啟用BIM，大量項目相關(guān)數(shù)據(jù)提供給決策層參考。建設單位在設計階段采用BIM ，一方面，BIM應用使得設計可視化，建設項目能直觀、形象、立體地展現(xiàn)，BIM成為建設單位與設計方溝通的平臺。另一方面，BIM能使得設計方案更加完善，減少施工中的設計變更。在招標階段，建設單位借助BIM數(shù)據(jù)可以更準確計算編制工程量清單，使招標價的訂立更科學，也更符合實際。BIM的可視化功能對投標方案的評審起到重要作用，確保了投標方案的可行性。在施工階段，建設單位利用BIM作為平臺，全過程參與施工過程。承包人采用BIM進行施工方案模擬和優(yōu)化，控制施工進度和成本，確保施工質(zhì)量，也更有利于建設單位在施工階段的管理。建設單位在運營期采用 BIM 技術(shù)的操作流程，便于輔助物業(yè)進行管理。

（三）中國BIM存在的問題

中國BIM的發(fā)展和應用存在很多問題，本文認為這是新生事物還未發(fā)展成熟的正常階段，只要正視問題，不斷去研究和改進，中國BIM的應用必將越來越廣泛。

BIM應用的主體不明確導致應用BIM意義不大。中國BIM的研究和應用在政府層面雖然進行了引導，但受建設行業(yè)各因素影響，還沒有制定統(tǒng)一完善的標準。BIM應用標準沒有統(tǒng)一完善，以致BIM應用的主體也就不明確，建設單位、設計單位、承包單位不能協(xié)調(diào)一致地使用BIM來完成項目，BIM平臺也就不能發(fā)揮作用，項目不同階段、不同專業(yè)及不同參與方就不能實現(xiàn)信息共享，BIM也就失去其意義[4]。

BIM優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮嚴重制約了BIM的應用。BIM是建設項目全過程的建設生態(tài)系統(tǒng)，貫穿項目全壽命周期。BIM 的精髓就在于將信息貫穿項目的全壽命期，具有集成管理和全壽命周期管理的優(yōu)勢，對項目的建造以及后期運營管理綜合集成意義重大。目前，中國BIM的應用主體不明確，就無法充分發(fā)揮BIM信息全壽命周期集成優(yōu)勢，也不能真正實現(xiàn)BIM深層次的應用。

三、BIM應用對土木工程專業(yè)教學改革的啟示

BIM的理念和技術(shù)在中國部分項目得到實踐應用，比如中國尊項目是目前最全面介紹和應用BIM的典型代表。但其應用也帶有很大的局限性，無法實現(xiàn)BIM的應用規(guī)模化。但是，建設項目BIM應用是未來發(fā)展趨勢，中國高校應及時進行課程改革，拓展土木工程專業(yè)學生BIM素質(zhì)和能力，培養(yǎng)BIM人才，推動BIM 在中國建筑業(yè)更廣泛更深入的應用。

（一）高校土木工程專業(yè)設置BIM相關(guān)課程

BIM推進全球一體化和信息的交流，實現(xiàn)信息交互與共享，政府應積極引導制定和完善BIM 統(tǒng)一標準，整體推動BIM 應用工作。目前，中國建設行業(yè)工程技術(shù)人員、管理人員等對與BIM理念和應用相關(guān)的信息了解不多，因此，為了有效地將BIM 技術(shù)應用于建設行業(yè)，高等院校土木工程專業(yè)應設置相應的BIM教學計劃、教學大綱和教學實踐項目，更新相關(guān)知識，跟上BIM發(fā)展的步伐，加快培養(yǎng)具備BIM相關(guān)知識和應用技能的師資隊伍，開設BIM課程或講座，拓展土木工程專業(yè)學生知識層面，有目的地培養(yǎng)BIM方面的人才[5]。

（二）充分利用中國高?？蒲心芰Ω倪M和創(chuàng)新BIM應用技術(shù)

與歐美發(fā)達國家相比較，在BIM 應用技術(shù)層面，中國現(xiàn)在正在使用的BIM 應用軟件之間缺乏交互性，軟件沒有兼容性[6]。為此，應該充分利用中國高校的科研能力，針對兼容性等BIM相關(guān)問題進行攻關(guān)，創(chuàng)新技術(shù)工具，實現(xiàn) BIM 同平臺對話。

（三）更新觀念，擴大土木工程專業(yè)在BIM應用管理層面的外延

BIM應用實踐過程中，應進行統(tǒng)籌管理。在項目執(zhí)行的不同階段，BIM 技術(shù)發(fā)揮著不同的作用。高校應更新觀念，擴大土木工程專業(yè)在BIM管理層面的外延。BIM在管理層面的應用已不再是簡單的理念和方法問題，更重要的是管理和實踐問題。在高校土木工程專業(yè)教學中，應推行BIM 輔助設計、指導施工、支持后期運營管理，實現(xiàn)項目全壽命期綜合應用。為平衡各方的利益關(guān)系，BIM 的投入與利益應從項目全生命周期的角度來分析，制定較合理的成本和利益分配策略。只有這樣才能激勵各方切實有效地將BIM技術(shù)應用于項目建設的各階段，從而產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。

四、結(jié)語

有政府、建設單位、設計單位、施工企業(yè)、運營單位等的共同參與和大力推動，BIM在工程建設領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應用，使BIM真正貫穿建設工程項目的全生命周期。中國高校土木工程專業(yè)應結(jié)合中國BIM的現(xiàn)狀，設置BIM相關(guān)知識和應用技能的課程，培養(yǎng)BIM人才，這對推進土木工程專業(yè)BIM相關(guān)教學和改革具有重要意義。

參考文獻：

[1]張泳，付君.從新、美兩國經(jīng)驗看我國 BIM 發(fā)展戰(zhàn)略[J].價值工程，2013，23（1）：41-44.

[2]何關(guān)培.BIM 在建筑業(yè)的位置、 評價體系及可能應用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2（1）：109-116.

[3]李恒，郭紅領(lǐng)，黃霆，陳鏡源，陳景進.BIM在建設項目中應用模式研究[J].工程管理學報，2010，24（5）：525-529.

[4]潘佳怡，趙源煜.中國建筑業(yè) BIM 發(fā)展的阻礙因素分析[J].工程管理學報，2012，26（1）：6-11.

[5]何清華，錢麗麗，段運峰，李永奎.BIM 在國內(nèi)外應用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學報，2012，26（1）：11-16.

[6]王曉彤，劉澤洲.BIM 技術(shù)在國內(nèi)結(jié)構(gòu)設計中應用的可行性分析[J].工程管理學報，2015，29（2）：11-16.

Abstract： Through analyzing the development and application of BIM， this paper sums up the successful experience in building projects abroad in the BIM development strategy. With China condition， BIM is urgently needed by China building industry to meet its opportunities and challenges. In order to establish China construction project information management mode and develop strategy based on BIM，the status of China construction industry in information management is analyzed，a construction project information management mode based on BIM and information integration system are presented. The results may be helpful to improve information management level in construction industry. These measures can not only help students with enhancing independent thinking and active practicing BIM ability，but also improve the level of our schools BIM teaching reform.

Keywords： BIM； civil engineering； teaching reform

（編輯王宣）