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数字技术信息化BIM系统论协同设计策略
Abstract：
Inthepastdecades,informationtechnologyhasbeenmoreandmoreappliedtoarchitecturedesignandexcellentdigitalbasedworkscanbewidelyseennow，howeverthemainvehicleofdigitalarchitecturedesign,BIM，isfacingalotofdifficultieswhilepopulatinginChina,stillabiggaptocatchupwithworld-classlevel。
Thisarticleaimstoin-sightingrootcauseofslowpopulationofBIM，findsolutionsandsummarizewidelyusedBIMplatformsfromperspectiveofusingintegratedmanagementtoarchitecturedesign,intermsofpracticalexperienceandchallengesofusingBIM。
ThetheoryandsolutionsproposedinthisarticlewillprovidewithagoodbasisforpopulatingBIMinChinesearchitecturedesignindustry。
TheresearchhelpstolinkadhocBIMapplicationstogetherandformoneintegratedtheoryframeworkandpracticeguidelineforfutureBIMboomingupinChinaarchitecturedesignfield.Inthesectionoffutureworkandconclusions,theauthorstatesoutconstructiveideasfromperspectivesofdigitalmodel,digitalplanetaswellascustomizeddesign，whichcouldbestartpointandguidanceoffurtherstudies。
Keywords:
BIM、Designstrategy、LocalizationStrategy、Modeling
1.BIM核心体系
工程设计是工程建设的龙头。
在过去的20年中,CAD（ComputerAidedDesign）技术的普及推广使建筑师、工程师们从手工绘图走向电子绘图.甩掉图板，将图纸转变成计算机中2D数据的创建，可以说是工程设计领域第一次革命。
CAD技术的发展和应用使传统的设计方法和生产模式发生了深刻变化。
这不仅把工程设计人员从传统的设计计算和手工绘图中解放出来，可以把更多的时间和精力放在方案优化、改进和复核上,而且提高设计效率十几倍到几十倍，大大缩短了设计周期,提高了设计质量。
建筑信息模型给工程设计领域带来了第二次革命，从二维图纸到四维设计和建造的革命，同时，对于整个建筑行业来说，建筑信息模型（BIM）也是一次真正的信息革命。
建筑信息模型是建筑学，工程学及土木工程的新工具。
建筑信息模型或建筑资讯模型一词由Autodesk所创。
第一个革命：
个人电脑和互联网普及的革命信息
第二个革命:
建筑景观对于cad的引用—二维
第三个革命：
3dmax等建筑三维软件的引用—三维
第四个革命：
BIM系统的引进-—-建筑信息全模型（覆盖了二维，三维，各种建筑信息，包括内部的，外部景观的,地理信息的等等）
建筑信息模型（BIM）的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，不仅包含了建筑师的设计信息，而且可以容纳从设计到建成使用,甚至是使用周期终结的全过程信息，并且各种信息始终是建立在一个三维模型数据库中。
建筑信息模型（BIM）可以持续即时地提供项目设计范围、进度以及成本信息,这些信息完整可靠并且完全协调。
建筑信息模型（BIM）能够在综合数字环境中保持信息不断更新并可提供访问，使建筑师、工程师、施工人员以及业主可以清楚全面地了解项目。
这些信息在建筑设计、施工和管理的过程中能促使加快决策进度、提高决策质量,从而使项目质量提高，收益增加。
整个项目全生命周期的各个阶段：
设计、施工和运营管理。
建筑信息模型，是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。
Graphｉｓｏｆｔ公司的Archcad、Bentley公司的Triｆｒｏｍ以及Autodesk公司的Ｒｅｖｉｔ这些引领潮流的建筑设计软件系统，都是应用了建筑信息模型技术开发的,可以支持建筑工程全生命周期的集成管理环境。
1。
参数化设计WuY中国BIM门户—ChinaBIM.com
参数化设计从实质上讲是一个构件组合设计，建筑信息模型是由无数个虚拟构件拼装而成，其构件设计并不需要采用过多的传统建模语言,如拉伸、旋转等，而是对已经建立好的构件（称为族）设置相应的参数，并使参数可以调节，进而驱动构件形体发生改变，满足设计的要求。
而参数化设计更为重要的是将建筑构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟,并进行相关数据统计和计算。
在建筑信息模型中，建筑构件并不只是一个虚拟的视觉构件,而是可以模拟除几何形状以外的一些非几何属性，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息、重量、受力状况等等.WuY中国BIM门户—ChinaBIM.com
2。
构件关联性设计WuY中国BIM门户—ChinaBIM.com
构件关联性设计是参数化设计的衍生。
当建筑模型中所有构件都是由参数加以控制时，如果我们将这些参数相互关联起来，那么我们就实现了关联性设计.换言之，当建筑师修改某个构件，建筑模型将进行自动更新，而且这种更新是相互关联的.例如，我们在实际工程中经常会遇到修改层高的情况，在建筑信息模型中，我们只要修改每层标高的数值，那么所有的墙、柱、窗、门都会自动发生改变,因为这些构件的参数都与标高相关联，而且这种改变是三维的，并且是准确和同步的。
我们不再需要去分别修改平立剖。
关联性设计它不仅提高了建筑师的工作效率，而且解决了长期以来图纸之间的错、漏、缺问题，其意义是显而易见的。
WuY中国BIM门户-ChinaBIM。
com
3。
参数驱动建筑形体设计WuY中国BIM门户—ChinaBIM.com
参数驱动建筑形体设计是指通过定义参数来生成建筑形体的方法，当建筑师改变一个参数,形体可以进行自动更新，从而帮助建筑师进行形体研究。
参数驱动建筑形体设计仍然可以采用定义构件的方法实现.如果我们要设计一个形体复杂的高层建筑，我们可以将高层建筑的每一层作为一个构件，然后用参数（包含一些简单的函数）对这一层的几何形状进行定义和描述，最后将上下两层之间再用参数关联起来，例如设定上下两层之间的扭转角度，这样就可以通过修改所定义的角度来驱动模型，生成一系列建筑形体.这种模式对于生成一些有规律的，但却很复杂的建筑形体是十分有用的。
在Reｖｉｔ中,还有另外一种方便的工具-—体量。
体量设计更加接近建筑师的工作模式，建筑师可以从体量推敲做起，而不必关心体量与尺寸参数的关系,当体量推敲满意后，再为体量附着上具有真实属性的建筑构件，例如给形态附着幕墙、墙、楼板等。
体量模式较为强大的功能还在于，当我们再次修改体量时，原先附着的建筑构件可以相应更新。
这实际上实现了“先形状后尺寸”的设计方式，其技术思想与“变量化实体造型技术”较为接近。
WuY中国BIM门户-ChinaBIM.com
4。
协作设计WuY中国BIM门户-ChinaBIM.com
在以往,我们理解的协作设计通常是建筑专业与结构水暖电的专业协作。
而今天，随着建筑工程复杂性的增加，跨学科的合作成为建筑设计的趋势。
在二维CAD时代，协作设计缺少一个统一的技术平台，但建筑信息模型为传统建筑工种提供了一个良好的技术协作平台,例如，结构工程师改变其柱子的尺寸时，建筑模型中的柱子也会立即更新，而且建筑信息模型还为不同的生产部门，甚至管理部门提供了一个良好的协作平台，例如施工企业可以在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟,控制施工进度,政务部门可以进行电子审图等等。
这不仅改变了建筑师、结构工程师、设备工程师传统的工作协调模式,而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作。
2．BIM
的价值
具体而言，BIM的应用具有以下价值.
1、解决当前建筑领域信息化的瓶颈问题
建立单一工程数据源。
工程项目各参与方使用的是单一信息源,确保信息的准确性和一致性.实现项目各参与方之间的信息交流和共享。
从根本上解决项目各参与方基于纸介质方式进行信息交流形成的“信息断层"
和应用系统之间“信息孤岛”问题。
推动现代CAD技术的应用。
全面支持数字化的、采用不同设计方法的工程设计，尽可能采用自动化设计技术,实现设计的集成化、网络化和智能化。
促进建筑生命期管理,实现建筑生命期各阶段的工程性能、质量、安全、进度和成本的集成化管理,对建设项目生命期总成本、能源消耗、环境影响等进行分析、预测和控制。
2、基于BIM的工程设计
实现三维设计。
能够根据3D模型自动生成各种图形和文档,而且始终与模型逻辑相关,当模型发生变化时,与之关联的图形和文档将自动更新；
设计过程中所创建的对象存在着内建的逻辑关联关系，当某个对象发生变化时，与之关联的对象随之变化.
实现不同专业设计之间的信息共享。
各专业CAD系统可从信息模型中获取所需的设计参数和相关信息，不需要重复录入数据，避免数据冗余、歧义和错误。
实现各专业之间的协同设计。
某个专业设计的对象被修改,其他专业设计中的该对象会随之更新。
实现虚拟设计和智能设计。
实现设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等.
3、基于BIM的施工及管理
实现集成项目交付IPD（IntegratedProjectDelivery）管理。
把项目主要参与方在设计阶段就集合在一起，着眼于项目的全生命期，利用BIM技术进行虚拟设计、建造、维护及管理。
实现动态、集成和可视化的4D施工管理.将建筑物及施工现场3D模型与施工进度相链接,并与施工资源和场地布置信息集成一体,建立4D施工信息模型。
实现建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟。
实现项目各参与方协同工作.项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图档和视档的提交、审核、审批及利用。
项目各参与方通过网络协同工作，进行工程洽商、协调，实现施工质量、安全、成本和进度的管理和监控。
实现虚拟施工.在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测,包括施工方法实验、施工过程模拟及施工方案优化等。
4、基于BIM的建筑运营维护管理
综合应用GIS技术，将BIM与维护管理计划相链接,实现建筑物业管理与楼宇设备的实时监控相集成的智能化和可视化管理。
基于BIM进行运营阶段的能耗分析和节能控制.
结合运营阶段的环境影响和灾害破坏，针对结构损伤、材料劣化及灾害破坏，进行建筑结构安全性、耐久性分析与预测。
对于BIM的研究
对于BIM国内外一些知名大学率先展开了卓有成效的基础性研究。
1996年美国斯坦福大学提出的4D模型，将建筑构件的3D模型与施工进度的各种工作相链接,动态地模拟这些构件的变化过程；
新加坡南洋理工大学提出了一个基于IFC的网络工作平台，采用网络及XML技术进行信息交换，支持建筑设计到结构分析的模型转换；
英国索尔福德大学提出的基于IFC信息模型的4D计划管理工具,实现了施工计划模拟、概预算以及施工项目假设分析。
笔者及清华大学研究组于2002年研发的4D施工管理扩展模型，将建筑物及其施工现场3D模型与施工进度相链接,并与施工资源和场地布置信息集成一体，2006年开发了基于IFC和BIM的4D建筑施工管理系统和物业智能管理系统.
随着对信息建模研究的不断深入,一些著名软件开发商也提出了名称各异的信息模型概念。
匈牙利Graphisoft公司提出虚拟建筑（VirtualBuilding，VB）的概念,并应用于建筑设计软件ArchiCAD中；
美国Bentley公司基于全信息建筑模型（SingleBuildingModel,SBM）
3.BIM
的应用
BIM是一种全新的理念,它涉及到从规划、设计理论到施工、维护技术的一系列创新和变革，是建筑业信息化的发展趋势。
BIM的研究对于实现建筑生命期管理，提高建筑行业设计、施工、运营的科学技术水平，促进建筑业全面信息化和现代化，具有重要的应用价值和广阔的应用前景.
目前，BIM的应用在欧美发达国家正在迅速推进，如美国已推出国家BIM标准，规定房屋建筑设计必须应用BIM技术,推行集成项目交付IPD管理模式。
同时该行业的大力推进，使得BIM工程师、BIM经理、BIM咨询公司等新型职业和商机应运而生。
与欧美发达国家相比,我国BIM应用起步并不晚,但由于建筑企业和项目管理模式及水平的限制，致使其推广应用更为艰难.不过,国家的重视及行业发展的需求，将极大促进BIM更深层次的研究和广泛的推广应用。
目前，我国BIM应用的主要推力表现在以下三方面。
1、国家支持的BIM研究成果应用
我国BIM技术的基础性研究得到国家的大力支持，并取得了卓有成效的研究成果。
如笔者完成的国家“十五”科技攻关计划课题研究成果“基于IFC的建筑工程4D施工管理系统”，成功应用于国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等多个大型、复杂工程，专家评价属国内首创，填补了国内空白，达到国际先进水平，荣获2009年“华夏建设科学技术一等奖”。
清华大学和中国建筑科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑项目课题“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究"
，着重BIM的基础性研究,已经完成了基于IFC的BIM体系架构建立，开发了面向设计与施工的BIM建模系统、BIM数据集成管理平台及BIM数据库。
清华大学承担的另一国家
“十一五”科技支撑项目课题“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究"
侧重于BIM应用软件的研究，即将推出基于BIM技术的建筑设计、建筑成本预测、建筑节能设计、建筑施工优化、建筑工程安全分析以及建筑工程耐久性评估等一系列应用软件.这些软件正在实际工程中示范应用，其进一步推广将大力推进BIM的应用进程。
2、行业BIM标准的制定
IFC（IndustryFoundationClasses）是BIM的数据表达与交换的标准。
“十五"
期间，我国建筑业已经开始推广应用IFC标准工作.2007年推出行业标准《建筑对象数字化定义》，《工业基础类平台规范》也即将出版。
清华大学承担的“十一五”科技支撑项目成果“建筑施工IFC数据描述标准”已经完成，中国BIM标准也正在编制中，这些相关标准的制定是BIM应用的基础和保障。
3、建筑业信息化应用的实际需求
目前，我国正在进行着世界最大规模的基本建设，工程项目规模日益扩大，结构形式愈加复杂，尤其是超大型工程项目层出不穷，使企业和项目都面临着巨大的投资风险、技术风险和管理风险。
然而,当前的管理模式和信息化手段都无法适应现代化建设的需要。
应用BIM技术，从根本上解决建筑生命期各阶段和各专业系统间信息断层问题,从设计、施工技术到管理全面提高信息化水平和应用效果,已成为建设企业的迫切需求。
国家体育场、青岛海湾大桥、广州西塔等工程项目成功实现4D施工动态集成管理，并获2009年、2010年华夏建设科学技术一等奖。
上海中心项目工程总承包招标，明确要求应用BIM技术.上海金融交易广场和广联达信息大厦项目都已规划面向建筑生命期的BIM应用整体方案，并在方案设计阶段就引入了BIM技术.这些大型工程项目对BIM的应用与推广，引起了设计、施工企业的关注，势必对我国建筑业BIM技术的广泛应用起到重要示范作用。
4.影响3DBIM普及的主要因素
1.机制不协调
BIM应用不仅带来技术风险，还影响到设计设计工作流程。
因此，设计师应用BIM软件不可避免地会在一段时间内影响到个人及部门利益,并且一般情况下设计师无法获得相关的利益补偿.因此，在没有切实的技术保障和配套管理机制的情况下，强制在单位或部门推广BIM是不太现实的。
另外,由于目前的设计成果仍是以2D图纸表达的，BIM技术在2D图纸成图方面仍存在着一定程序的细节不到位，表达不规范的现象。
因此，一方面应完善BIM软件的2D图档功能，另一方面国家相关部门也应该结合技术进步，适当改变传统的设计交付方式及制图规范，甚至能做到以3DBIM模型作为设计成果载体
任务风险
我国普遍存在着项目设计周期短、工期紧张的情况,BIM软件在初期应用过程中,不可避免地会存在技术障碍，这有可能导致无法按期完成设计任务。
3使用要求高,培训难度大
尽管主流BIM软件一再强调其易学易用性,实际上相对2D设计而言，BIM软件培训难度还是比较大的，对于一部分设计人员来说熟练掌握BIM技术有一定难度。
另外，复杂模型的创建甚至要求建筑师具备良好的数学功底及一定的编程能力，或有相关CAD程序工程师的配合，这无形中也提高了应用难度。
BIM技术支持不到位
BIM软件供应商不可能对客户提供长期而充分的技术支持.通常情况下，最有效的技术支持是在良好的成规模的应用环境中客户之间的相互学习，而环境的培育需要时间和努力。
各设计单位首先应建立自己的BIM技术中心，以确保本单位获得有效的技术支持。
这种情况在一些实力较强的设计院所应率先实现，这也是有实力的设计公司及事务所的通用作法，在愈来愈强调分工协作的今天，BIM技术中心将成为必不可少的保障部门。
5。
软件体系不健全
现阶段BIM软件存在一些弱点：
本地化不够彻底，工种配合不够完善，细节不到位，特别是缺乏本土第三方软件的支持。
软件的本地化工作，除原开发厂商结合地域特点增加自身功能特色之外，本土第三方软件产品也会在实际应用中发挥重要作用。
2D设计方面,在我国建筑、结构、设备各专业实际上均在大量使用国内研发的基于AutoCAD平台的第三方工具软件，这些产品大幅提高了设计效率，推广BIM应借鉴这些宝贵经验。
首都机场3号航站楼、国家大剧院,以及在建的上海中心、甚至地方的重要建筑如广州歌剧院、重庆歌剧院等,无一例外地交给了国外的设计事务所。
建筑高端设计领域还相当缺乏国内同行的声音。
这种局面值得国内同行警醒，我们已到了应该付出切实努力并迎头赶上的时候了。
为在我院推广普及BIM技术,我院已委托具备项目设计、技术研究及CAD开发综合能力的工程软件室担当了BIM研究中心的角色，制定了详细的BIM实施路线,包括技术研究、技术培训、试点设计、技术支持、配套研发等实施环节，以期在BIM技术领域取得实质性进展。
5.关于BIM的案例
《杭州奥体中心主体育场》杭州奥体中心主体育场是由CCDI体育事业部和CCDI的BIM团队共同完成的设计。
BIM技术让“杭州奥体中心主体育场”项目的设计工作发生了变化
杭州奥体中心主体育场位于钱塘江与七甲河交汇处南侧，规划建筑面积22。
9万平方米，可举办洲际性、全国性综合运动会及国际田径、足球比赛，拥有观众固定坐席80000个.以优雅又富有张力的花瓣外形为表现形式，正是建筑师将活力动感与华贵美丽完美结合的创意,它似花非花、如梦如幻，却又卓尔不群、傲然挺立在钱塘江畔。
1.模型设计发生的变化
作为一名建筑师，首先要真实地再现他们脑海中或精致、或宏伟、或灵动或庄重的建筑造型，在使用BIM之前，CCDI体育事业部的建筑师们很多时候是通过泡沫、纸盒做的手工模型展示头脑中的创意，相应调整方案的工作也是在这样的情况下进行的,由创意到手工模型的工作需要较长的时间，而且设计师还会反复多次在创意和手工模型之间进行工作。
2.专业设计发生的变化
“杭州奥体中心主体育场"
项目,由于其兼具体育场和外观复杂的双重特性，所以只有采用三维建模方式进行设计，才能避免许多二维设计后期才会发现的问题。
因此，CCDI设计团队采用了基于BIM技术的Revit系列软件做支撑，以预先导入的三维外观造型做定位参考，在Revit中建立体育场内部建筑功能模型、结构网架模型、机电设备管线模型.
专业纠错的变化
“杭州奥体中心主体育场”项目建立了BIM模型，由于其真实的三维特性，它的可视化纠错能力直观、实际,对设计师很有帮助，这使施工过程中可能发生的问题,提前到设计阶段来处理，减少了施工阶段的反复,不仅节约了成本，更节省了建设周期。
4.模型后续利用的变化
体育场馆的设计对防火、疏散、声音、温度等要求较高，这些都有非常专业的分析模拟软件，而BIM模型的建立有助于相关的分析研究。
“杭州奥体中心主体育场”项目利用完整的BIM模型信息,对体育场模型进行了声环境模拟分析，通过模拟预测体育场内的声环境，证明体育场坐席区域的声压级分布均匀，通过模拟体育场在83Hz、125Hz、250Hz各个频带观众坐席区声压级差分布分析，证明项目的设计无声场缺陷.该项目对体育场的风环境也做了分析,对平台行人活动区进行分析,结果是无严重的空气旋涡和流动死角；
对主体育场与网球场之间区域进行分析，结果是两个建筑之间没有形成隧道风。
该项目还对体育场的温度环境
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