BIM的应用现状及发展研究dm.docx

1、BIM的应用现状及发展研究dm摘要根据我国目前建筑节能设计的现状和国内外能量分析软件的应用现状，针对当前传统的节能设计方法无法满足需要的实际问题，提出将BIM（建筑信息模型）技术与建筑能耗分析相结合，进行节能建筑设计这一新的设计方法。运用BIM技术创建的虚拟建筑模型包含了建筑的所有信息，将这个虚拟建筑模型导入建筑能耗分析软件中，可以自动的识别、转换并分析模型中包含的大量建筑数据信息，从而方便快捷的得到建筑能耗分析结果。关键词 建筑节能设计；BIM（建筑信息模型）；能量分析BIM技术应用及案例70PABSTRCTaccording to the present situation of buil

2、ding energy-saving design at home and abroad present situation of the application of energy analysis software, in view of the current traditional energy-saving design method can not meet the need of the actual problems, this paper puts forward will BIM (building information modeling) technology and

3、combining building energy consumption analysis, energy-saving building design this new design method. Using the technology to create a virtual leaving building model contains all the information, will architectural building model into the virtual building energy consumption analysis software, it can

4、 automatic identification, conversion and analysis model contains lots of building data information, thereby building energy consumption, convenient to get results of analysis. Key words building energy-saving design; BIM (building information modeling); Energy analysis 第1章 绪论1.1 BIM的概述BIM的全拼是Buildi

5、ng Information Modeling，即:建筑信息模型。BIM 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，BIM 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。BIM 具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少

6、风险。 BIM 一般具有以下特征：模型信息的完备性：除了对工程对象进行3D 几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。模型信息的关联性：信息模型中的对象是可识别且相互关联的，系统能够对模型的信息进行统计和分析，并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型的完整性和健壮性。模型信息的一致性：在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的，同一信息无需重复输入，而且信息

7、模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展而无需重新创建，避免了信息不一致的错误。 1.2 BIM给我们带来的好处其实，它是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用，将为建筑业界的科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。同时，也为建筑业的发展带来巨大的效益，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低。1.2.1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

8、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

9、。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（Integrated Project Delivery ）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

10、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。 其实，它是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用，将为建筑业界的

11、科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。同时，也为建筑业的发展带来巨大的效益，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低。1.3 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。1.31 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

12、、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Rev

13、it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。3.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

14、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做了分析，直接将BIM模型导入到IES软件，分析无孔隙结构与孔隙结构外壳两种方式的温度分布变化，以确定外壳是否开孔以及开孔率。应用基于BIM技术的软件是有一定难度的，如何让设计师尽快用上BIM产品，CCDI人有自己的模式，他们收获

15、的不止是BIM技术带来的快捷精准、信息积存，更收获了一支BIM团队，如今他们已经有很多成功的体育场馆工程项目是通过BIM完成的。CCDI应用BIM技术，从草图到BIM模型，再到各专业分析，全过程设计以BIM模型为核心，实现了BIM模型信息在设计流程中的有效传递，使设计者的灵感在BIM技术的辅助下发挥得淋漓尽致，除了前面介绍的“杭州奥体中心主体育场”以外，CCDI还有很多这方面的成功案例。第2章 BIM的应用现状 2.1 建筑节能设计的现状节能建筑设计的推广还远远达不到发展的要求，这一现象在我国更是突出。大多数的设计师参考其他生态建筑设计案例和套用己经有的技术手法，而且没有对所设计的方案和工程进

16、行分析与计算，以检验设计的效果是否节能、是否经济、是否“绿色”等。目前，中国的建筑设计更多的是侧重于建筑的外观和功能，而忽视建筑的能效设计即通过被动设计的方法，在建筑设计的初始阶段，就开始进行建筑能效设计，从而选择最优化的设计方案。在AutoCAD占据统治地位的2D CAD时代，只能通过手工输入的方式将建筑设计的相关数据输入到专业软件中，才能进行能量分析。而操作和使用这些软件不仅需要具备复杂的能量分析基础知识，而且本身也是专业化的程序，必须由专业人士经过专业培训才能进行操作。大量的专业数据、繁琐的输入工作使得能量分析与模拟对于建筑师来说是可望而不可及的。这是建筑师无法在设计过程中直接对设计方案

17、进行建筑能量分析的一个重要原因。因此在传统的2D设计模式中，能效计算通常安排在设计的最终阶段，由专业人士进行操作积分析、模拟，但此时建筑设计方案很难改变。于是，能量分析就成为一种象征性的姿态，对绿色建筑设计起不到什么作用。分析这些现象，建筑设计者有值接责任，但是真正的问题是建筑师在进行方案设计时，无法对设计方案进行定性与定量的计算分析，建筑设计与分析计算之闻发生严重脱节现象，使得面向节能的生态建筑设计难以完成。解决问题的关键是建筑师需要一个包含建筑全部信息的数字化模型，和一个有效便捷的、能识别这些信息的建筑能量分析工具。2.2 基于BIM技术的建筑节能设计应用研究2.2.1 BIM技术BIM即

18、“建筑信息模型”（Building InformationModeling），运用BIM技术，建筑师作设计的过程，就是建造一个囊实建筑的过程。这个虚拟的建筑模型，包含了大量建筑材料和建筑构件特征等信息，是一个包含了建筑全部信息的综合电子数据库。在这样一个真实的智麓的建篡模型中，建筑烬霹以任意的输出平嚣、剖面、立面，以及各种细部详图、建筑材料、门窗表，还可以输出预算报表、施工进度等等。随着数字化、信息化秘智能亿技术的发展，以BIM技术为核心的多静建筑3D CAD软件日趋完善和成熟，在提高设计质量、缩短时间、节约成本等方面，有着2D CAD软件无法比拟的优越性。从2D CAD过渡到基于BIM技术的

19、3D CAD，是未来计算机辅助建筑设计的发展趋势旧J。越来越多的世界知名建筑师积事务掰齐始使用BIM软箨进行建筑设计。我国的一些设计院、事务所也开始关注这世界上最先进的建筑CAD技术。这就为绿色建筑设计中能量分析的自动化、智能化提供了基础稳平台。2.2.2 基于BIM技术的建筑节能设计利用BIM技术，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量设计信息，包括几何信息、糍料性能、构件属性等等，只要将模型导人相关的能量分析软件，就可以得到相应的能量分析结果。原本需要专业人士花费大量时间揄入大量专业数据这个过程，如今利用先进的计算机技术就可以自动完成，建筑师不需要额外花费精力。在建筑设计的方案

20、阶段，能充分利用建筑信息模型和能量分析工具，简化能量分析的操作过程，是建筑师进行绿色建筑设计迫切需要解决的闻题。目前，美国的Green Building Studio可以满足建筑师的这一需求。GBS直接从BIM软件中导入建筑模型，利用其中包含的大量建筑信息来建立一个准确的热模型（其中包括合理的分区和方位），并将其转换成XML格式（gbXML是一种开放的XML格式，已被HVAC软件业界迅速接受，成为其数据交换标准）。并根据当地建筑标准和法规，对不同的建筑空间类型进行智能化的假定。最后结合当地典型的气候数据，采用DOE2.2模拟引擎（一个被广泛接受的建筑分析程序）进行逐时模拟。每年能量消耗、费用以

21、及一系列建筑采暖制冷负荷、系统（诸如照明、HVAC、空间供暖的主要电力和天然气的能源使用）数据都能立刻展现出来MJ。而整个过程中，建筑师只需在Green Building Studio中手动的输入建筑类型和地理位置即可。GBS还能输出gbXMl.、3D VRML、DOE一2.2等文件格式，可以利用其他工具诸如Trane的Trace 700，或eQuest、EnergyPlus等对建筑能效进行进一步的分析。在建筑设计基本完成之后，需要对建筑物的能效性能进行准确的计算、分析与模拟。在这方面，美国的Energy Plus软件是其中的佼佼者。EnergyPlus是一个建筑全能耗分析软件（whole b

22、uilding energy analysist001），是个独立的没有图形界面的模拟软件，包含上百个子程序，可以模拟整个建筑的热性能和能量流、计算暖通空调设备负荷等，并可以对整个建筑的能量消耗进行分析。在2D CAD的建筑设计环境下，运行EnergyPlus进行精确模拟需要专业人士花费大量时间，手工输入一系列大量的数据集，包括几何信息、构造、场地、气候、建筑用途以及HVAC的描述数据等。然而在BIM环境中，建筑师在设计过程中创建的建筑信息模型可以方便地同第三方设备例如BsproCom服务器结合，从而将BIM中的IFC文件格式转化成EnergyPlus的数据格式。另外，通过GBS的gbXML也

23、可以获得EnergyPlus的IDF格式。BIM与EnergyPlus相结合的一个典型实例是位于纽约“911”遗址上的自由塔（Freedom Tower）。在自由塔的能效计算中，美国能源部主管的加州大学“劳伦斯伯克利国家实验室”（LBNL）充分利用了Archi-CAD创建的虚拟建筑模型和EnergyPlus这个能量分析软件。自由塔设计的一大特点是精致的褶皱状外表皮。LBNL利用ArchiCAD软件将这个高而扭曲的建筑物的中间（办公区）部分建模，将外表几何形状非常复杂的模型导入了EnergyPlus，模拟了选择不同外表皮时的建筑性能，并且运用EnergyPlus来确定最佳的日照设计和整个建筑物的

24、能量性能，最后建筑师根据模拟结果来选择最优化的设计方案。除以上软件以外，芬兰的Riuska软件等，都可以直接导人BIM模型，方便快捷的得到能量分析结果。第三章 BIM在我国的发展当前，有关建筑设计信息化的各种概念及术语已日趋普及，同时各地不断涌现出一些造型独特的地标性建筑，这一切似乎预示着建筑设计行业即将迎来一场技术变革。建筑设计信息化的具体内容是什么，主流技术正朝着什么方向发展？新技术是否意味着更多的“奇形怪状”的建筑作品，国内设计院所应何去何从？要回答这一系列的问题，我们不妨先从协同设计及BIM技术两方面谈起。3.1 协同设计与BIM技术的融合目前我们所说的协同设计，很大程度上是指基于网络

25、的一种设计沟通交流手段，以及设计流程的组织管理形式。包括：通过CAD文件之间的外部参照，使得工种之间的数据得到可视化共享；通过网络消息、视频会议等手段，使设计团队成员之间可以跨越部门、地域甚至国界进行成果交流、开展方案评审或讨论设计变更；通过建立网络资源库，使设计者能够获得统一的设计标准；通过网络管理软件的辅助，使项目组成员以特定角色登录，可以保证成果的实时性及唯一性，并实现正确的设计流程管理；针对设计行业的特殊性，甚至开发出了基于CAD平台的协同工作软件等等。而BIM（建筑信息化模型）的出现，则从另一角度带来了设计方法的革命，其变化主要体现在以下几个方面：从二维（以下简称2D）设计转向三维（

26、以下简称3D）设计；从线条绘图转向构件布置：从单纯几何表现转向全信息模型集成；从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目；从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计；从单一设计交付转向建筑全生命周期支持。BIM带来的是激动人心的技术冲击，而更加值得注意的是，BIM技术与协同设计技术将成为互相依赖、密不可分的整体。协同是BIM的核心概念，同一构件元素，只需输入一次，各工种共享元素数据并于不同的专业角度操作该构件元素。从这个意义上说，协同已经不再是简单的文件参照。可以说BIM技术将为未来协同设计提供底层支撑，大幅提升协同设计的技术含量。BIM带来的不仅是技术，也将是新的工作流及新的行业惯例。

27、因此，未来的协同设计，将不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段，它将与BIM融合，成为设计手段本身的一部分。借助于BIM的技术优势，协同的范畴也将从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，需要设计、施工、运营、维护等各方的集体参与，因此具备了更广泛的意义，从而带来综合效率的大幅提升。然而，普遍接受的BIM新理念并未普及到实践之中，这使得我们感觉有责任去正视和思考BIM设计的优势与不足。从理念到实践经历一个漫长的过程是必然的，并且多种现象表明该过程在中国可能要更长一些，但是这不应是我们回避问题的理由。3.2 从二维设计到三维BIM设计当前，2D图纸是我国建筑设计行业最终交付的设计成果，这是目前的

28、行业惯例。因此，生产流程的组织与管理均围绕着2D图纸的形成来进行（客观地说，这是阻碍BIM技术广泛应用的一个重要原因）。2D设计通过投影线条、制图规则及技术符号表达设计成果，图纸需要人工阅读方能解释其含义。2D CAD平台起到的作用是代替手工绘图，即我们常说的“甩图板”。2D设计的优势在于四个方面：一是对硬件要求低（2D平台是早期计算机唯一能够支持的CAD平台）；二是易于培训，建筑师和工程师在学习了2D基本绘图命令，相对于可以代替绘图板及尺规等基本工具以后，就可以开始工作了：三是灵活，用户可以随心所欲地通过图形线条表达设计内容，只要该建筑用2D图形可以表达，就不存在绘制不出来的问题。应该说，大

29、多数的情况下，2D的表达是可以满足建筑设计要求的；四是基于2D CAD平台有着大量的第三方专业辅助软件，这些软件大幅提高了2D设计的绘图效率。除了日益复杂的建筑功能要求之外，人类在建筑创作过程中，对于美感的追求实际上永远是第一位的。尽管最能激发想象力的复杂曲面被认为是一种“高技术”和“后现代”的设计手法，实际上甚至远在计算机没有出现，数学也很初级的古代，人类就开始了对于曲面美的探索，并用于一些著名建筑之中。因此，拥有了现代技术的设计师们，自然更加渴望驾驭复杂多变，更富美感的自由曲面。然而，令2D设计技术汗颜的是，它甚至连这类建筑最基本的几何形态也无法表达。在这种情况下，3D设计应运而生了。3D

30、设计能够精确表达建筑的几何特征，相对于2D绘图，3D设计不存在几何表达障碍对任意复杂的建筑造型均能准确表现。去年国庆前评选出的“北京当代十大建筑”中，首都机场3号航站楼、国家大剧院、国家游泳中心等著名建筑名列前茅，这些建筑的共同特点是无法完全由2D图形进行表达，这也预示着3D将成为高端设计领域的必由之路。尽管3D是BIM设计的基础，但不是其全部。通过进一步将非几何信息集成到3D构件中，如材料特征、物理特征、力学参数、设计属性、价格参数、厂商信息等，使得建筑构件成为智能实体，3D模型升级为BIM模型。BIM模型可以通过图形运算并考虑专业出图规则自动获得2D图纸，并可以提取出其它的文档，如工程量统

31、计表等，还可以将模型用于建筑能耗分析、日照分析、结构分析、照明分析、声学分析、客流物流分析等诸多方面。 纯粹的3D设计，其效率要比2D设计低得多。地标性建筑可以不记成本，不记效率，但大众化的设计则不可取。可喜的是，为提高设计效率，主流BIM设计软件如Autodesk Revit系列、Bentley Building系列，以及Graphisoft的ArchiCAD均取得了不俗的效果。这些基于3D技术的专业设计软件，用于普通设计的效率达到甚至超过了相同建筑的2D设计。这些BIM设计软件的出现本是激动人心的事情，然而在经历了相当长的时期之后，在我国并没有真正普及。实际上，即使在其它国家，例如亚洲的邻

32、国日本，BIM设计技术也尚未广泛推广。3.3 影响3D BIM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3D BIM模型作为设计成果载体2. 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