BIM技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

竇存杰，董錦坤，賈 君

BIM技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

竇存杰1，董錦坤1，賈 君2

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102206）

以BIM技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，對BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用優(yōu)勢、BIM技術(shù)二次開發(fā)后的研究成果、BIM技術(shù)與傳統(tǒng)信息管理模式相結(jié)合的創(chuàng)新方法進(jìn)行了系統(tǒng)的整理歸納，并展望了BIM技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

BIM技術(shù)；工程；二次開發(fā)；信息管理

Building Information Modeling(BIM)即建筑信息模型，該概念是由美國喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授于1975年提出的[1]。目前，BIM技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)建筑、民用建筑、市政工程、水利工程等領(lǐng)域。BIM技術(shù)具有協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、模擬性、可出圖性、可視化等優(yōu)點(diǎn)，既可以保證工程進(jìn)度，又提高了工程質(zhì)量，降低了施工成本[2]，而且能夠解決傳統(tǒng)施工模式面臨的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及專業(yè)多、實(shí)施周期長、對各施工組織之間協(xié)調(diào)能力要求高等問題[3]。將BIM技術(shù)與實(shí)際工程施工相結(jié)合，根據(jù)實(shí)際需求對BIM技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，對控制項(xiàng)目投資、提高管理效率與工程質(zhì)量、減少返工和浪費(fèi)等方面均起著積極作用。

國內(nèi)外學(xué)者對BIM技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)方面進(jìn)行了大量的研究，如今已碩果累累。本文將其研究成果進(jìn)行分析、總結(jié)，為學(xué)者提供參考。

1 BIM技術(shù)國內(nèi)研究

BIM技術(shù)在全球化浪潮下穩(wěn)步發(fā)展，我國也順應(yīng)時(shí)代潮流，發(fā)行BIM有關(guān)政策，實(shí)施相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，積極推動BIM技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，國內(nèi)學(xué)者也對BIM技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)進(jìn)行了大量研究。

田會靜等[4]為解決水利工程中專業(yè)技術(shù)上的問題，通過研究BIM技術(shù)在宜良老青龍水庫建設(shè)中的應(yīng)用，介紹BIM技術(shù)在水利工程中進(jìn)行地形清基放坡、曲面創(chuàng)建、模型整合、三維可視化和土石方量計(jì)算的應(yīng)用；得出BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程中的整套操作過程，提高了工程效率與質(zhì)量。

鄢江平等[5]為提高工程管理效率與工程質(zhì)量，在楊房溝水電站工程中，研發(fā)出大壩工程質(zhì)量智慧管理系統(tǒng)。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用于大壩工程中的質(zhì)量管理、智能溫控、智能振搗、智能灌漿等方面，實(shí)現(xiàn)了工程質(zhì)量信息實(shí)時(shí)采集、分析和決策的動態(tài)化管理，解決了傳統(tǒng)大壩工程在質(zhì)量管理上存在的施工信息感知手段不全、分析反饋滯后、施工過程不可追溯等問題。

張靜纓等[6]將3DEXPERIENCE平臺在SXK水電站中進(jìn)行應(yīng)用，就傳統(tǒng)水利工程在設(shè)計(jì)過程中存在的二維圖紙不明確、技術(shù)交底困難等問題，提出將BIM技術(shù)與管理、建模和施工相結(jié)合的方法，分析了BIM技術(shù)在傳統(tǒng)水利工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等階段中所發(fā)揮的作用，使協(xié)同設(shè)計(jì)、三維建模與施工仿真模擬在水利工程中的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，提高了設(shè)計(jì)效率，并為后期施工提供了幫助。

杜政等[7]基于水利工程中IFC與WebGL相結(jié)合的BIM輕量化應(yīng)用研究，就BIM技術(shù)在水利工程中數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)傳輸效率低、硬件設(shè)備要求高等問題，提出在水利工程中將BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化和可視化的基本思路，最終在水利工程中實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)源、多平臺和大場景的BIM數(shù)據(jù)共享與交互，推動了水利工程中BIM技術(shù)的發(fā)展。

劉黎溪等[8]以天水曲溪供水工程地質(zhì)建模為例，就水利工程施工區(qū)域大、地質(zhì)條件復(fù)雜和BIM技術(shù)應(yīng)用困難等特點(diǎn)，提出將試驗(yàn)數(shù)據(jù)、虛擬數(shù)據(jù)和屬性信息相結(jié)合的建模思路，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)建模、實(shí)時(shí)交互和多版本管理，并建立了BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，探索出復(fù)雜地質(zhì)體的建模方法和三維渲染等技術(shù)，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)和管理提供了便利。

任海文等[9]為解決堤防工程運(yùn)維管理方式單一、效率低和信息落后的問題，引入BIM技術(shù)，并與堤防運(yùn)維基礎(chǔ)、巡檢養(yǎng)護(hù)、工情水情等信息相結(jié)合，運(yùn)用于南京市某二級河道堤防工程中，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理信息的可視化。

羅凱等[10]以某節(jié)制閘工程為例，介紹了BIM技術(shù)在水閘工程中的應(yīng)用，基于Revit軟件對水閘工程樣板的開發(fā)進(jìn)行研究，通過參數(shù)化建模與水閘樣板設(shè)計(jì)的方法，建立了標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫和樣本文件，提高了水閘建模和三維設(shè)計(jì)效率。

申玉民等[11]針對BIM圖紙多人協(xié)同創(chuàng)作存在的問題，通過區(qū)塊鏈技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合，將區(qū)塊鏈去中心化、可溯源和防篡改的功能應(yīng)用于BIM技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫之中，解決了BIM圖紙版本混雜、難以溯源、數(shù)據(jù)缺失等問題，為版權(quán)劃分提供參考。

李潔等[12]針對工程中電纜算量存在的問題，提出電纜建模和工程量統(tǒng)計(jì)的方案，基于Revit內(nèi)置插件Dynamo數(shù)據(jù)驅(qū)動和可視化編程的功能，實(shí)現(xiàn)了電纜快速建模和工程量自動統(tǒng)計(jì)，并通過實(shí)例驗(yàn)證了該技術(shù)方案的可行性。

侯學(xué)良等[13]為了將施工模擬與施工現(xiàn)場相結(jié)合，提出施工圖像與BIM模型配準(zhǔn)疊加方法，構(gòu)建了映射模型，實(shí)現(xiàn)了圖像疊加。通過實(shí)例驗(yàn)證，得出該方法可清晰反映出實(shí)際施工與計(jì)劃施工之間的誤差，提高了管理水平與效率。

杜鳴曲等[14]以京哈高速改擴(kuò)建工程為例，探究了BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了施工圖紙復(fù)核、設(shè)計(jì)優(yōu)化與可視化管理，提高了安全、質(zhì)量、進(jìn)度的管理效率，為BIM技術(shù)在橋梁施工階段及后期運(yùn)維階段的應(yīng)用提供參考。

李謐等[15]通過BIM與GIS融合的方法，獨(dú)立開發(fā)了市政規(guī)建管一體化平臺，解決了市政工程工期短、數(shù)據(jù)雜、管理困難等難題，實(shí)現(xiàn)了信息、數(shù)據(jù)、資源共享的智能化管理，提高了市政工程智能管理水平。

齊成龍[16]為克服傳統(tǒng)BIM建模效率低下和數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的缺陷，在達(dá)索系統(tǒng)中，利用CAA語言研發(fā)出一種橋梁基礎(chǔ)模型批量創(chuàng)建及審核工具，該工具具有單獨(dú)修改特征結(jié)果、IFC屬性賦值與批量更新、輸出結(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等功能，為達(dá)索系統(tǒng)二次開發(fā)提供參考。

宋永嘉等[17]為提高水閘消能工消能效率，將Revit進(jìn)行二次開發(fā)，并與FLUENT相結(jié)合，通過VOF模型和RNG k-ε紊流模型對水閘消力池進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果表明，在消力池內(nèi)增加消力墩可以明顯提高消能效率，并加強(qiáng)了BIM與仿真模擬的協(xié)同性，可為水閘消能工優(yōu)化提供參考。

楊群等[18]為提高基坑工程的設(shè)計(jì)效率，將BIM技術(shù)應(yīng)用于某酒店基坑工程中，利用Revit建立基坑三維模型，并通過Navisworks進(jìn)行錨索碰撞檢查，避免了設(shè)計(jì)階段的潛在問題，減少了設(shè)計(jì)階段時(shí)間的浪費(fèi)，為研究者提供參考。

韋永麗[19]以杭州市富陽區(qū)某樁基工程項(xiàng)目為例，將BIM技術(shù)應(yīng)用在樁基工程施工階段，可對工程進(jìn)行質(zhì)量和資料管理，實(shí)現(xiàn)樁基跟蹤管控，有效地控制工期、降低成本、避免返工，提高工程施工效率。

任立夫[20]為解決地下管線繁雜而引起的安全隱患等問題，將BIM技術(shù)運(yùn)用到某地區(qū)地下管線項(xiàng)目中，為管理者提供三維可視化信息模型，保證數(shù)據(jù)的精確度，降低了施工與運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。

鄭明新等[21]為使框架橋下穿既有鐵路工程中施工人員有效、快速地掌握結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)信息，以框架橋下穿漳龍線鐵路工程為例，研發(fā)了基于BIM技術(shù)的智慧監(jiān)測平臺，將BIM模型信息屬性設(shè)置與監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合運(yùn)用到橋梁結(jié)構(gòu)施工中，實(shí)現(xiàn)信息化施工與數(shù)據(jù)共享，及時(shí)監(jiān)測施工狀態(tài)，提高了管理人員的管理效率，使框架橋下穿既有鐵路的施工與運(yùn)營安全得到了保障。

吉方慧等[22]基于BIM技術(shù)綠色建筑評價(jià)平臺的研究，就BIM軟件與綠色建筑信息軟件互操作性不足的問題，開發(fā)了Revit與斯維爾分析軟件交互的接口，利用BIM技術(shù)信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等優(yōu)點(diǎn)表達(dá)建筑的物理和功能特征，并將相互匹配的項(xiàng)目參數(shù)與斯維爾分析軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了建筑信息集成和共享，提高了項(xiàng)目各參與方的綠建分析效率。

張樂敏等[23]針對項(xiàng)目不同階段參與人員缺乏信息共享導(dǎo)致BIM技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展受到限制的問題，將BIM技術(shù)與視覺仿真技術(shù)VR、AR和MR相結(jié)合，對BIM技術(shù)在建筑全生命周期的性能與視覺化模擬仿真進(jìn)行探討與總結(jié)，提升了BIM技術(shù)的信息交互能力，為建筑全生命周期不同專業(yè)的參與者提供技術(shù)參考。

2 BIM技術(shù)國外研究現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在國外的研究和發(fā)展起步比較早、應(yīng)用相對成熟，已經(jīng)形成了相對完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，大部分工程的全生命周期均采用了BIM技術(shù)，并在工程的各個(gè)階段得到了應(yīng)用。國外學(xué)者對BIM技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。

Fu等[24]為使建筑信息標(biāo)準(zhǔn)化和格式化，將IFC查看器進(jìn)行二次開發(fā)，創(chuàng)造了一個(gè)集成交互環(huán)境，方便信息檢索，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲和表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化，為決策者提供準(zhǔn)確信息。

Chan-Sik等[25]為避免管理缺陷引起工程進(jìn)度慢和成本超支的問題，提出了缺陷管理框架，通過缺陷數(shù)據(jù)采集、特定缺陷匯總和AR缺陷檢測系統(tǒng)3個(gè)解決方案，將缺陷管理從被動變?yōu)橹鲃?，方便使用者之間遠(yuǎn)程交互和信息傳遞，在理論上防止施工過程中產(chǎn)生缺陷。

Beatriz等[26]為解決建筑垃圾循環(huán)利用率低的問題，基于時(shí)間因素提出4D-BIM算法，將建筑垃圾進(jìn)行循環(huán)再利用規(guī)劃，通過建筑垃圾估算和可視化的功能，提高廢棄物循環(huán)利用率，促進(jìn)工作人員以建筑垃圾管理為中心的溝通合作。

Antonia等[27]以馬德里巴拉哈斯18R-36L跑道為例，對如何利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)和DLT提高機(jī)場路面施工管理效率進(jìn)行探索，通過施工期間的數(shù)據(jù)收集以及信息交互，提出了機(jī)場路面各階段管理者相關(guān)聯(lián)的管理框架，解決了管理方式不統(tǒng)一的問題。

Farzad等[28]為解決項(xiàng)目中計(jì)劃與竣工之間存在的誤差，提出了按需自動仿真框架，通過游戲引擎和VR技術(shù)處理竣工數(shù)據(jù)，將實(shí)際竣工圖像疊加在BIM模型上，方便項(xiàng)目人員、客戶對比施工情況與BIM模型之間的差別，為學(xué)者提供參考。

Hegemann等[29]為解決設(shè)計(jì)階段中襯砌段位置無法確定的問題，提出將TBM施工與BIM模型相結(jié)合的方案，實(shí)現(xiàn)了信息集中管理和交互，提升了BIM的應(yīng)用價(jià)值，為評估、運(yùn)維等階段提供數(shù)據(jù)參考。

Khaled等[30]對于BIM設(shè)備管理中存在人工手動檢索效率低的問題，開發(fā)出基于BIM技術(shù)的MR框架，通過現(xiàn)場AR程序和辦公室IAV程序，使3D虛擬對象與文本信息疊加在真實(shí)建筑物視圖之上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可視化管理，方便管理人員瀏覽，減少數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤率，縮短數(shù)據(jù)輸入的時(shí)間，從而提高了管理效率。

Al-Kasasbeh等[31]針對建筑全生命周期資產(chǎn)利用率低所造成大量資金浪費(fèi)的問題，利用ETL技術(shù)將BIM與DBMS相集成，并基于WBS框架開發(fā)出貫穿項(xiàng)目全生命周期的建筑資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了建筑資產(chǎn)的有效管理，為項(xiàng)目節(jié)省了大量資金。

Stegnar等[32]為解決傳統(tǒng)信息管理技術(shù)無法對建筑能源進(jìn)行有效優(yōu)化改造，提出基于PIR和EIR改進(jìn)BIM框架的方法，降低了投資成本，提高了管理效率，為改造設(shè)計(jì)的研發(fā)提供參考。

Liu等[33]針對BIM模型數(shù)據(jù)庫缺乏施工領(lǐng)域語義，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫與施工面存在交互的問題，基于建筑專業(yè)領(lǐng)域詞匯提出語義查詢方法并向QTO對齊，該方法可精準(zhǔn)提取出建筑物有效信息并以3D模型呈現(xiàn)，降低了工作者的溝通成本，提高了工作效率。

Sheryl等[34]為糾正裝配式建筑工程中實(shí)際情況與模擬結(jié)果產(chǎn)生的偏差，將4D模擬技術(shù)運(yùn)用到工程中，極大地提高了施工效率和工程質(zhì)量。

Behzadan等[35]為便于同時(shí)管控工程的質(zhì)量與進(jìn)度，提出將BIM與AR相結(jié)合，運(yùn)用于裝配式建筑中，提高工程管理效率，降低管理成本。

Costa[36]將BIM技術(shù)與數(shù)據(jù)連接相結(jié)合，對收集的建筑部件信息按需求進(jìn)行定義，運(yùn)用于裝配式建筑部件設(shè)計(jì)中，為研究BIM技術(shù)在裝配式建筑中應(yīng)用的學(xué)者提供參考。

從BIM技術(shù)在國內(nèi)外工程中的發(fā)展進(jìn)程來看，BIM技術(shù)不僅可以解決工程問題，改善工程高估冒算、少算漏算等現(xiàn)象，還能將項(xiàng)目信息集中化管理，提高管理效率。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

通過對國內(nèi)外BIM研究成果分析總結(jié)，并結(jié)合BIM可視化、可出圖性等優(yōu)點(diǎn)，主要得出以下結(jié)論。

(1)國內(nèi)學(xué)者將BIM技術(shù)與實(shí)際工程相結(jié)合，應(yīng)用于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等階段，針對工程施工所遇到的實(shí)際問題提出相對應(yīng)的解決措施，提高了工程效率，減少資金浪費(fèi)，推動國內(nèi)工程信息化發(fā)展。

(2)國外學(xué)者為推動BIM技術(shù)快速發(fā)展實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化，對BIM技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)具體需求進(jìn)行具體分析并制定解決方案，滿足使用者對功能的需求。

3.2 展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、國家政策的支持和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，BIM技術(shù)在未來的發(fā)展將不斷完善，慢慢走向成熟。為推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用，做出以下展望。

(1)建立完善的BIM人才培養(yǎng)與考核機(jī)制，制定合理的獎懲措施，促進(jìn)工作人員對新興技術(shù)學(xué)習(xí)的主動性。

(2)建立便于甲方、設(shè)計(jì)院、施工方交流的標(biāo)準(zhǔn)化平臺，方便工程各參建單位進(jìn)行技術(shù)交流。

(3)從長遠(yuǎn)角度看待BIM技術(shù)，需加大硬件資金的投入，可為項(xiàng)目運(yùn)維階段節(jié)省大量資金。

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Overview of BIM Technology Research Status at Home and Abroad

DOU Cun-jie1, DONG Jin-kun1, JIA Jun2

（1.School of Civil and Architectural Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China;2.Beijing Jinhe Water Construction Group Co. Ltd, Beijing 102206, China）

Based on the research status of BIM technology at home and abroad, the application advantages of BIM technology in engineering, the research results after the secondary development of BIM technology, and the innovative methods combining BIM technology with traditional information management mode are systematically summarized, and the future development trend of BIM technology is prospected.

BIM technology; engineering; secondary development; information management

TU17

A

1674-3261(2021)04-0245-05

10.15916/j.issn1674-3261.2021.04.008

2021-03-28

竇存杰(1995-)，女，黑龍江牡丹江人，碩士生。

董錦坤(1969-)，男，遼寧凌海人，教授，博士。

責(zé)任編校：孫 林