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建筑BIM技术应用研究综述

添加时间£º2018/09/11

¡¡¡¡摘要£º建筑信息模型 £¨BIM£© 被认为是可以帮助建筑业转型的一?#20013;?#22411;的信息化工具£¬ 已经在建筑相关领域被广泛应用并且在项目建设全寿命周期?#22411;?#26174;出巨大的优势¡£全面推广BIM技术将会促使我国建筑业完成信息化变革£¬ 进而与世界技术接轨¡£由于我国BIM技术研究发展迅猛£¬ 而建设¡¢设计¡¢施工等各利益相关方需要对BIM研究和实施的进展进行最新的审查¡£本文的目的是整理使用已发表的BIM相关论文提供?#20984;?#21644;准确的BIM知识总结£¬ 了解BIM技术应用现状及趋势¡£本研究为总结BIM知识的现状提供了有用的和全新的见解£¬ 并且可以用作整合未来BIM动态发展的趋势¡£
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¡¡¡¡关键词£ºBIM技术£» 应用研究£» 文献综述£» 发展趋势£»
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¡¡¡¡BIM £¨Building Information Modeling, 建筑信息模型£© , 是一个能够通过计算机三维数字模拟技术将建设项目在全寿命周期中所有阶段的工程信息¡¢施工进度¡¢资源信息¡¢建造过程等模拟整合在一个单一完备的模型中£¬ 为工程项目各参与方提供一个公共便捷的协作平台¡£由于BIM在提高信息可视化£¬ 交互和共享方面具有潜在的优势£¬ 因此在许多学科领域得到广泛应用£¬ 包括社会 £¨如教育£¬ 管理和经济学£© , 自然 £¨如环境科学£¬ 生态和能源£© 和计算机科学 £¨如信息和通信技术£¬ 语义和互操作性£© .在全球信息化的大时代背景下£¬ BIM技术在多学科领域的开发和广泛应用表明这种创新技术可以提高建筑业的信息化水平¡£
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¡¡¡¡1¡¢BIM概述
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¡¡¡¡BIM起源于美国£¬ 这个概念最初源于伊士曼于1975年提出的“Building Description System”, 之后Jerry Laiserin将BIM概念赋予了新内涵[1-2].在初始的二十年里£¬ 受?#31508;?#35745;算机水平的限制£¬ BIM仅仅处于理论研究阶段[3].进入21世纪初期£¬ Autodesk公司于2002年正式将这一建筑信息化技术命名为BIM, 同时开发了第一款BIM软件£¬ 并进行商业推广[4], 使学术研究中的BIM应用到了工程实践中£¬ 从此BIM登上建筑业历史的舞台£¬ 成为建筑业信息化变革的中坚力量¡£BIM相关研究随着时间的推移不断向前发展£¬ 之后逐渐被世界各个发达国家的建筑同行广泛认同并接受¡£我国BIM技术研究起步较晚£¬ 第一篇有关于BIM技术研究的文献在2003年发表在学术期刊上[5], 同年建设部印发¡¶2003-2008年全国建筑业信息化发展规划纲要¡·£¬ 纲要指出建筑业信息化是国民经济信息化的基础之一£¬ 是建筑业实现跨越式发展的重要途径¡£经过十余年来的开发与推广£¬ 我国学者对BIM技术相关领域的研究从无人?#24335;?#21040;现已成为我国建筑业的热门课题£¬ 研究热情?#20013;?#39640;涨¡£目前虽然已经取得了一定的成绩£¬ 但与发达国家相?#28982;?#26377;不小的差距¡£我国BIM技术的应用研究整体还处于初级阶段¡£
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¡¡¡¡2¡¢BIM技术应用研究
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¡¡¡¡BIM作为建筑业中一项新兴的信息化技术已经在我国许多重大工程和典型领域里得到了广泛的应用¡£从前期策划¡¢设计¡¢施工到后期运营维护£¬ 从传统的工业¡¢民用建筑到新兴的装配式¡¢绿色建筑£»从多维可视化¡¢协调性到与互联网¡¢物联网¡¢大数据的结?#24076;?BIM技术都发挥出自己的优势¡£
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¡¡¡¡2.1 BIM技术在设计阶段¡¢施工阶段¡¢运维阶段应用研究
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¡¡¡¡BIM技术最开始引入我国?#31508;?#20808;应用于设计阶段£¬ 之后学者们针对项目实施各个阶段的BIM应用作出了大量的研究¡£结论表明BIM技术在建设全寿命周期都有其巨大优势¡£
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¡¡¡¡2.1.1 设计阶段
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¡¡¡¡目前£¬ 在我国基于BIM技术设计阶段的研究很多£¬ 大多都侧重于三维建模及各个专业间协同设计的研究¡£通过与具体工程实际相结?#24076;?全面地介绍和分析多专业协同设计的目的和意义£¬ 探索出这种先进的设计理念对未来工程建设行业有巨大的推动作用¡£
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¡¡¡¡马智亮£¬ 张东东等人研制基于BIM技术的集成项目交付协同工作平台£¬ 建立模型并基于此模型分析相关要素£¬ 建立基于BIM技术的集成项目交付项目信息利用框架£¬ 为其他学者后续的研究奠定了基础[6].刘伟以某客运?#34892;?#20026;例£¬ 提出了在设计阶段BIM技术的应用所能带来的经济效益£¬ 与其他传统设计方式相比具?#34892;?#22810;优势[7].朱伟£¬ 吴敏等人以大唐淮?#34987;?#23665;2×660MW火电工程为研究背景£¬ 提出以Smart Plant 3D作为设计平台£¬ 实现此电厂主厂房楼层结构设计数字化£¬ 实现建筑¡¢结构等多专业的协同设计[8].
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¡¡¡¡2.1.2 施工阶段
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¡¡¡¡在施工阶段中BIM技术主要应用于集成化施工管理平台的创建¡¢施工进度控制¡¢施工组织方案优化等方面£¬ 以提高施工信息管理效率£¬ 节约成本¡£苏小超£¬ 蔡浩等人研究了BIM技术在国内城市地下空间开发中的应用£¬ 得出在施工阶段BIM技术可以实?#36136;?#24037;方案预演[9].赵钦£¬ 田庆等人研究了目前比较热门的基于BIM技术的绿色施工管理£¬ 通过分析国内外研究现状指出其在应用中存在的困难和未来的研究方向[10].Kevin K.Han提出了一?#20013;?#30340;基于外观材料分类用于监测施工进度偏差的方法¡£为了验证£¬ 引入四个新的不完整和有噪点云模型数据集£¬ 这些数据集由实际施工现场图像和BIM组装而成¡£对这四个数据集进行的实验显示了95.9%的准确性£¬ 展示了基于外观识别方法推断BIM元素施工进度实?#39318;?#24577;的潜力[11].施工进度安排是一个非常?#37327;?#21644;耗时的过程¡£建筑信息模型为规划和调度提供了重要支持¡£Kateryna Sigalov介绍施工进度中的相似性估计£¬ 详细描述基于特征的方法和类似性度量定义¡£通过两个不同的案例研究表明所提出的方法和相似性度量足以用来识别施工进度中的过程模式[12].
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¡¡¡¡2.1.3 运营维护阶段
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¡¡¡¡BIM技术最开始应用于设计阶段£¬ 之后随着发展逐渐推广到施工阶段£¬ 最后随着研究的不断深入£¬ 范围逐步扩大£¬ 将其引入到项目的运营维护管理阶段£¬ 实践证明BIM技术在运维阶?#25105;?#33021;凸显出巨大的优势£¬ 如火灾模拟¡¢优化人?#31508;?#25955;方案¡¢建立运维管理信息化平台等¡£
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¡¡¡¡黄廷£¬ 陈丽娟等人构建了基于BIM技术的公路隧道运营维护管理平台£¬ 将BIM技术应用于公路隧道的运维管理£¬ 提高运维阶段的信息化管理水平[13].在运营阶段将建造的最终BIM模型应用于设施管理 £¨FM£© , 业主必须在项目结束后从总承包商 £¨GC£© 获得准确的最终竣工模型¡£确?#29486;?#32456;竣工BIM模型是业主为满足FM最终竣工模型的精度要求而执行的最重要工作之一¡£然而£¬ 与最终竣工模型的管理相关的?#34892;?#22810;实际问题£¬ 如最终竣工模型不匹配£¬ 缺少可用的最终竣工模型以及将不正确的非几何信息输入到最终竣工模型中¡£为了解决这些实际问题£¬ Yu-Cheng Lin为业主开发了最终完工BIM模型管理 £¨FABMM£© 系统£¬ 以便在项目结束之后开展最终竣工BIM模型检查£¬ 修改和确认 £¨BMIMC£© 工作¡£这种方法和系统可用于管理最终完工的BIM模型的BMIMC管理工作的状态和结果¡£所提出的方法和系统被应用于台湾选定建筑的案例研究中£¬ 检验和证明其实际效果¡£?#33539;?#20102;FABMM系统的益处和局限性£¬ 并提出了进一步应用的建议[14].为了提高建筑信息模型 £¨BIM£© 在提高能效和舒?#35782;?#26041;面的作用£¬ Shahryar Habibi介绍了一种将建筑模拟工具和优化方法相结合的策略¡£这些策略与BIM相结合不仅可以改进施工过程£¬ 还可以探索其他方法¡£该工作讨论了数据集成方法在办公?#19968;?#22659;中的潜在应用£¬ 并着重讨论了集成系统的潜在性能¡£他还解释了BIM如何帮助促进审查结果和方法£¬ 以提高建筑在能源效率和室内环境质量方面的表现[15].
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¡¡¡¡2.2 BIM技术在装配式建筑中的应用
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¡¡¡¡装配式建筑是由预制?#31185;?#37096;件在工地装配而成的建筑¡£由于它具有优化资源配置£¬ 减少现场湿作业£¬ 减少施工垃圾£¬ 改善施工环境£¬ 缩短工期等优点£¬ 将会成为未来建筑行业的新趋势¡£BIM技术在装配式建筑中的应用贯穿于装配式建筑的各个方面£¬ 二者的结?#24076;?极大地推动了装配式建筑的发展¡£
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¡¡¡¡曹江红£¬ 纪凡荣等人将BIM技术应用于装配式建筑施工全过程质量管理¡£由于施工阶段不同时期对质量的要求不同£¬ 从而构建了事前指导性¡¢过程控制性和事后总结性质量管理的三部分质量管理体系£¬ 并且由于不同施工生产场所在不同阶段的质量管理要求不同£¬ 提出基于BIM技术的管理措施及质量控制流程£¬ ?#34892;?#22320;解决了施工过程中的质量问题£¬ 提高了施工质量和质量管理效率[16].孙少辉£¬ 董龙峰等人以?#26412;?#22823;兴区旧宫镇产业化住宅项目为例£¬ 研究了将BIM技术应用在装配?#20132;?#20957;土剪力墙结构施工中£¬ 即通过BIM模型对预制墙板斜支撑的碰撞检查以及对复杂节点施工仿真模拟[17].刘丹丹£¬ 赵永生以济南市港新园公租房建设项目为例£¬ 通过应用不同的BIM软件并相互配?#24076;?从四个方面分析了BIM软件在设计和建造阶段应用的操作性能和适用性[18].靳鸣£¬ 方长建等人通过制定BIM应用标准£¬ 基于Revit开发设计工具集的方法以解决BIM在装配式建筑深化设计中的难题£¬ 并在成都锦丰新城装配式整体剪力?#38454;?#23429;项目的深化设计中进行实际应用£¬ 效果?#24049;Ã[19].
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¡¡¡¡2.3 BIM技术在工业建筑中的应用
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¡¡¡¡工业建筑不仅是我国经济发展的基础£¬ 也是我国社会发展的重要推动力量£¬ 更是人类文明的载体之一¡£近年来£¬ BIM技术迅猛发展£¬ 对工业建筑的发展更是如虎添翼£¬ 国内外许多学者就BIM技术在工业建筑设计及施工方面进行了大量研究¡£国内学者宝琦提出了一套全新的基于BIM技术的工业建筑协同设计方式和流程£¬ 并以实际工程为例证明此先进理念优于传统设计流程[20].穆洁引入BIM概念创建了协同设计平台上的应用模型£¬ 以生产厂房扩建项目为例验证了应用模型的实用性¡¢可行性[21].上海?#34892;?#39033;目为典型高层钢结构£¬ ?#31350;¡£?张其林等人自主研发了高层钢结构BIM软件系统£¬ 与Etabs的数据接口实现了数据共享£¬ 大大提高了项目各方工作效率£¬ 并且能够在其他高层钢结构体系中得到推广[22].
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¡¡¡¡2.4 BIM技术在古建筑中的应用
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¡¡¡¡古建筑是中华建筑文化的瑰宝£¬ 具有很高的历史价值¡¢科学价值¡£在大兴土木的今天£¬ 我们需要保护古代建筑及其蕴含的文化?#33258;«H?#22522;于BIM技术利用三维激光扫描仪进行古建筑点云数据处理£¬ 逆向建模¡¢参数化建模以及三维动画演示和虚拟?#36136;?#26159;目前对古建筑保护的三个主要研究方向¡£常磊基于BIM技术£¬ 构建信息管理平台£¬ 对我国古建筑遗产实施数字化保护[23].王茹等人对基于BIM技术的古建筑进行了大量研究£¬ 包括对古建筑的保护方案进行经济性评价£¬ 构建评价指标体系£¬ 进而实现保护方案的比选[24];开发了古建筑信息模型设计平台[25];通过创建标准化信息平台£¬ 构建古建筑构件库£¬ 并对构件进行分类编码[26];通过在古建筑模型中的扩展字典和扩展数据添加信息来构建信息模型系统£¬ 并成功建立了斗拱的信息模型[27].陈庆军等人利用REVIT软件£¬ 对应县木塔进行整体建模并分析了木塔的整体力学性能[28].盛德新£¬ 杨振球利用三维激光扫描仪获取三维激光点云数据£¬ 应用Cloud Worx建模软件逆向重建古建筑的三维几?#25991;?#22411;[29].王蕾£¬ 葛海霞基于BIM技术建立古建筑的三维数字 £¨数字化可视£© 5D模型 £¨包括古建筑所有工程几何信息£¬ 工程造价£¬ 建设时间等£© , 对古建筑项目的五个阶段进行工程造价控制£¬ 以节约成本[30].
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¡¡¡¡2.5 BIM技术在绿色建筑中的应用
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¡¡¡¡绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内£¬ 最大限度地节约资源£¬ 保护环境和减少污染£¬ 为人们提供健康¡¢舒适和高效的使用空间£¬ 与自然和谐共生的建筑物¡£由于符合政府可?#20013;?#21457;展的理念£¬ 近年来受到许多学者及建设方的青睐¡£BIM技术与绿色建筑分析软件的结?#24076;?为绿色建筑的发展提供了极大地支持¡£
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¡¡¡¡李延钊£¬ 林超楠基于BIM技术和绿色建筑分析软件£¬ 对建筑物的太阳辐射¡¢室内采光¡¢声环境以及风环境 £¨室内¡¢室外£© 进行模拟分析并优化设计£¬ 实现了BIM技术与绿色建筑设计方法的综合应用[31].杨文领提出了基于BIM技术的绿色建筑能耗评价体系£¬ 以具体工程项目为例进行建筑能耗评价£¬ 实现能耗优化和设计改进£¬ 验证了评价体系的科学性和可行性[32].宋来鹏£¬ 马小军利用Revit Architecture软件建立办公室建筑信息模型£¬ 将相应格式的信息文件导入能耗分析软件Ecotect中进行照度分析[33].
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¡¡¡¡2.6 BIM在其他非传统领域的应用研究
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¡¡¡¡国外BIM技术应用范围十分广泛£¬ 我国在许多非传统领域也在逐渐探索应用BIM技术£¬ 这些研究领域将会极大地丰富发展我国BIM应用结构£¬ 实现各领域全面发展¡£
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¡¡¡¡Akinade O O, 使用BIM进行施工和拆除废物CDW管理[34].Davtalab O将BIM用于自动化施工£¬ 提出把BIM集成到自动化施工系统中¡£建筑系统和BIM平台的不同组件之间的互操作£¬ 旨在通过这两种技术的协同作用实?#20013;?#30410;最大化[35].施俊鹏等人提出基于BIM的张拉过程仿真技术完成节点深化设计£¬ 将建筑信息和结构信息整合到一个三维模型中¡£解决了构件参数化设计¡¢张拉过程模拟等问题[36].曾凝霜提出了基于BIM的智慧工地管理体系框架[37].?#31449;?#21326;以海洋石油导管架平台为研究对象£¬ ?#25945;ÖBIM技术在海洋工程结构设计领域中的应用[38], 拓宽了BIM技术在其他行业的应用范围¡£
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¡¡¡¡3¡¢结论与展望
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¡¡¡¡建筑信息模型 £¨BIM£© 的概念在项目团队以及整个建筑行业中不断普及¡£它的核心功能是为用户提供分析¡¢模拟和优化设施的几何或非几何信息¡£
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¡¡¡¡通过对BIM技术国内外研究现状应用的总结分析可以看出£¬ 关于在现有建筑中使用BIM的研究大体可以分为四类£º功能问题£¬ 组织和互操作性问题£¬ 技术问题以及组织和法律问题¡£而且国外对于BIM技术的应用已经相对成熟£¬ 相关配套软件也已经很齐全¡£但是在我国近几年£¬ 虽然对BIM给予了很多关注£¬ 但BIM技术的研究仍然处于起步阶段£¬ 在其他一些新兴领域如与互联网结?#24076;?后期建筑废弃物管理£¬ 及应用于一些特种结构 £¨包括高耸结构¡¢海洋工程结构¡¢管道结构等£© , 虽然许多研究已经启动£¬ 但是BIM技术几乎没有发挥出其优势£¬ 信息化程度仍旧滞后¡£这些重点研究领域将会对BIM结构的丰富发展极为重要¡£
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¡¡¡¡近年来£¬ 虽然我国有关于BIM的标准相继出台£¬ 然而BIM标准制定?#20889;?#20110;探索阶段£¬ 国外有关BIM标?#25216;?#24605;想不能很好的与中国建设项目实际特点和需求相结?#24076;?各类标准正面临着生搬?#34081;?#32570;乏统一性¡¢完整性等问题£¬ 建筑业急需研究讨论编制一套有关BIM国家统一标准£¬ 避免各领域BIM标准应用混乱¡£如今信息技术己经为建筑行业带来了革命性的变化£¬ 本文通过对各时期文章的研究来回顾BIM过去的发展并提出新的研究趋势£¬ 为之后BIM研究提供参考¡£
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¡¡¡¡参考文献

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