支持智能化BIM技术的建筑业知识本体方法研究

住房城乡建设部在今年8月印发了2016-2020年建筑业信息化发展纲要的通知，提出“十三五”时期建筑业信息化发展目标为“全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术集成应用能力。”自此，建筑行业全面进入BIM技术应用时代。

BIM技术的应用，从最初的设计阶段延伸到施工阶段，为项目建设管理的各个阶段提供了有力的技术支撑，对整个建筑业传统工作流程产生了巨大冲击和改变，对工程监理也产生了深远影响。

BIM带来设计思维的转型

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的英文简称，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性五大特点，这使得以BIM应用为载体的项目管理信息化可以进行“三维渲染、宣传展示”，“快速算量、精度提升”，“精确计划、减少浪费”，“多算对比、有效管控”，“虚拟施工、有效协同”，“冲突调用、决策支持”，从而提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。

基于这样的特点和优势，BIM技术从软件市场杀入建筑市场，就对建筑行业的主要参与方产生了积极的影响，使工程项目信息得到更好地创建、共享，为项目提供互相协调、一致及可运算的信息，帮助工程参与者联系更加紧密，提高了决策的效率和正确性。当然，它对设计、施工及监理工作也产生了深远影响。

多数建筑设计师采用BIM技术的初衷是为了提高设计工作的效率，但其实BIM技术的核心内涵并不仅限于此，BIM提供的是一种更接近现实世界的设计思维模式，采用模拟真实物体的方式，以三维设计思维为基础将传统的二维图纸完全转化为计算机的工作。它让设计师不再苦于用二维施工图来表达空间的三维复杂形态，从而拓展了设计师对于建筑形态探索的可实施性，让设计从二维到三维，进而走向数字化建造。

从立面设计到空间设计。以往，我国多数业主更多关注建筑形象的社会影响，加之设计工具的限制，设计师很难在较短的设计周期内深入推敲空间，用空间控制设计更是难以实现，BIM为改变这种状况提供了可能。

在BIM中，建筑室内空间、建筑表皮、建筑室外空间被整合成一个相互关联的逻辑系统。建筑设计从空间关系控制入手，平面布置和空间设计同步进行，空间直观反映建筑表皮并形成建筑立面，使内外兼容的空间设计变得简单易行。

从粗放设计到集成设计。当前，建筑行业粗放型设计主要表现为各个专业设计图纸的深度浅、质量低以及各专业间的集成化程度低，其工作方法是各自为政，采用传统的提条件图方法协同，集成化程度处于以图纸为中介的落后模式，效率低下且设计品质低。BIM以三维信息模型为基本集成平台，改变了建筑工程传统单兵作战的工作方式和模式，从异步的、松散联系的各专业散设计转化为同步的、紧密联系的各专业协同设计。

BIM不但将建筑师、结构工程师、设备工程师等设计工种组织在同一个三维信息模型下工作，实现设计技术自身的协同，减少工种图纸间的“错漏缺”现象；而且实现了设计各阶段的集成。运用BIM，利用参数化构件组成的模型修改，可以省去建筑方案设计与后续设计(如初步设计、施工图设计)之间繁重的重绘工作，避免设计各环节脱节，便于根据实际工程要求对原方案的梳理及修改工作。此外，设计完成后，BIM包含建筑工程从设计、使用直至建筑使用周期终结的所有信息参数，这些信息始终建立在一个三维模型数据库中，业主、施工、监理单位及相关管理部门都可基于这个统一的模型协同工作，彻底改变了工程项目的协作过程。BIM技术的应用，不仅改变了设计思维和方法，也使设计在工程的建设过程中更显现其主导作用。

BIM全面颠覆施工流程

BIM技术对建筑施工流程的影响可以说是颠覆性的，对施工过程中的方案优化、成本、进度、质量等控制更加精确、具体，并对施工企业的管理和生产起到变革作用。虚拟施工、方案优化。首先，运用BIM技术，建立用于进行虚拟施工的施工模型，可以将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用。施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述会日益详细。最终通过BIM技术保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。其次，基于BIM模型，可对施工组织设计方案进行论证，就施工中的重要环节进行可视化模拟分析，并按时间进度进行施工安装方案的模拟和优化。也可对一些重要的施工环节或采用新施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分析，不断优化方案，以提高计划的可行性。还可直观地了解整个施工或安装环节的时间节点和工序，并清晰把握在施工过程中的难点和要点，从而优化方案，以提高施工效率和施工方案的安全性。

碰撞检查、减少返工。在传统施工中，建筑工程建筑专业、结构专业、设备及水暖电专业等各个专业分开设计，导致图纸中平立剖之间、建筑图和结构图之间、安装与土建之间及安装与安装之间的冲突问题数不胜数，并会带来很多严重的后果。通过BIM技术，可以在虚拟的三维环境下非常方便地发现设计中的碰撞冲突，在施工前快速、全面、准确地检查出设计图纸中的错误、遗漏及各专业间的碰撞等问题，减少由此产生的设计变更，大大提高施工现场的生产效率，从而减少施工中的返工，节约成本，缩短工期，降低风险。

形象进度、4D虚拟。建筑施工是一个高度动态和复杂的过程，当前建筑工程项目管理中经常用于表示进度计划的网络计划，由于专业性强、可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以形象表达工程施工的动态变化过程。通过将BIM技术与施工进度计划相链接，将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D(3D+Time)模型中，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程和虚拟形象进度。4D施工模拟技术可以在项目建造过程中合理制定施工计划、精确掌握施工进度，优化使用施工资源以及科学地进行场地布置，对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制，以缩短工期、降低成本、提高质量。此外，借助4D模型，施工企业在工程项目投标中，可以让业主直观地了解其对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否基本合理等，从而获得竞标优势。

精确算量、成本控制。工程量统计结合4D的进度控制，即所谓BIM在施工中的5D应用。施工中的预算超支现象十分普遍，缺乏可靠的基础数据支撑是造成超支的重要原因。BIM是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，进行混凝土算量和钢筋算量，大大减少了繁琐的人工操作和潜在错误，非常容易实现工程量信息与设计方案的完全一致。通过BIM获得的准确的工程量统计还可用于成本测算、在预算范围内不同设计方案的经济指标分析，以及施工开始前的工程预算和施工过程中的结算。

BIM让监理工作更轻松

由于相对于以前的平面设计图，基于BIM技术的设计模型能更好地表达出各种构件的空间位置关系，这就使得监理人员能够更直观地看到某些施工难点，进而为施工提供指导。特别是对于实际施工中与设计图纸不符的地方，也能更及时地看到、提出问题，方便与设计、施工的沟通，有助于及时发现问题、解决问题。

工程监理的现行工作方法主要有现场记录、发布文件、旁站监理、平行检测、会议协调等，BIM技术“虚拟施工、有效协同”的特点，可以极大地提高监理协调工作的效率，监理人员可以将工程信息反馈到BIM模型中，从而指导工程施工的进行，减少施工中质量问题出现的可能。例如：在图纸会审、设计交底过程中，监理需要提取设计单位制作的设计模型并对模型深度和质量进行审查；在审查施工方案过程中，需要提取施工单位经深化设计后的施工模型，关键节点的施工方案模拟，同时对施工方案的合理性和可施工性进行评审，最后增加监理质量控制的关键节点信息；在竣工验收过程中，提取竣工模型，对竣工模型真实性进行审查和模型移交并加入竣工验收结论；在工程变更的处理中，提取原设计模型、施工模型信息，加入变更内容，或督促相关单位加入变更内容，利用模型计算工程量的增减及对费用和工期的影响；将工程变更单与实体模型关联，可以形成现场错误实时比对，甚至可能做到总监不出门，就能监控全项目。

虽然BIM技术的应用可以让监理工作更轻松，但也给监理企业提出了新要求。比如根据BIM技术的特点和要求，监理企业需要重新制定公司的监理工作制度，从而在利用BIM技术对工程进行监理的过程中，能够真正地发挥BIM技术的优势，指导工程项目建设过程的监理工作。此外，BIM技术的应用还要求监理企业在人员、技术、设备等方面加强培训力度和资金投入，不断提升BIM技术应用水平等。

在应用BIM技术较早的建筑领域，很多具有战略发展远见的建设监理咨询企业很早就开始接触BIM、了解BIM、学习BIM，掌握BIM技术并指导工作实践，最终在新技术的浪潮中顺势而上，站在了行业发展的前沿。

例如：上海建科工程咨询有限公司，从2008年开始启动BIM技术理论研究和技术探索，主要从两个方面进行工程实践，一是“核心业务+BIM”，主要是把传统的监理咨询等业务与BIM技术紧密结合起来，集中应用于项目施工阶段，用BIM技术解决监理、项目管理等工作中的具体问题，提高工作效率，提升工作品质，使BIM技术逐渐成为了开展监理咨询业务的必备工具；二是致力于基于BIM的“全生命周期管理咨询与服务”，担任专业顾问，提供专业咨询与服务，发挥了BIM咨询的应用价值。更重要的是，全面提升了系统服务能力和运营效率，助推公司实现了转型发展。

不可否认，BIM时代已经悄然来临。不管是在建筑市场还是交通工程建设领域，都将引发一系列生产、管理变革。

目前交通监理企业正在积极探索转型新路径，建议不妨尝试以BIM技术为契机，加强人才技术实力，增强企业核心竞争力，进而实现企业转型升级。

建筑行业从开始的手工到工业化再到信息化，从此前的手绘模型到2D模型，发展到目前的BIM智能化信息管理模型。BIM技术成为一种新的理念和实践，通过信息技术的应用和创新的商业结构减少建筑业的各种浪费，降低建筑业的碳排放。信息技术的快速发展，使建筑业走向了创新道路，使智能建造走向了智慧建造。科技驱动低碳发展，低碳科技将颠覆以化石能源为基石的工业文明发展模式，带来能源利用方式的全新革命。

一、BIM——建筑行业大数据

BIM的核心在于Information，其应用是大数据时代的必然产物，而BIM作为建筑业的数据信息库，不仅能够处理项目级的基础数据，最大的优势是承载海量项目数据。建筑业是数据量最大、规模最大的行业，随着BIM的发展及普及，势必会促使建筑行业大数据时代的到来。

BIM用于仿真模拟工程设计、建造的进度和成本控制，整合业主、设计、施工、贸易、制造、供应商，使工程项目的一体化交付成为可能。而BIM的更高层次应用是提高质量和效率的工作与沟通商业结构，BIM代表着一种新的理念和实践，即通过信息技术的应用和创新的商业结构来减少建筑业的各种浪费，进而降低建筑业碳排放。

二、BIM技术对建筑产业化的影响

建筑产业化，即是将原有的“设计-现场施工”模式转变为“设计-工厂制造-现场装配”的模式。一个建筑的呈现也即一个产品的制造过程，产业化的目的即是将建筑建造过程趋于制造行业的制造过程。在现阶段对于钢结构及一些设备安装工程已基本实现，现在急需要解决的问题是土建工程的“设计-工厂制造-现场安装”模式。

BIM技术为建筑产业化项目的前期建设与后期管理维护提供一个很好的技术平台，利用BIM技术建立产业化建筑的户型库和装配式构件产品库，可以使产业建筑户型标准化、构件规格化、减少设计错误、提高出图效率，尤其在预制构件的加工和现场安装上大大提高了工作效率。对于施工阶段，比如将RFID辨识技术与BIM模型结合，围绕构件的制造运输装配过程实现预制建筑建造的全过程动态可视化管理等等。

建筑产业化必须从标准化开始，传统的设计及建造方式的弊端就是成果无法固化与进步，BIM技术的应用恰恰弥补了这方面的不足。利用BIM的技术数据，将承重墙、梁、柱、楼板，及楼梯等混凝土构件在工厂预制生产，最后集中到工地进行搭建。利用BIM产业化的预制建造模式，让原本充满混凝土、泥砂味道的房屋就像是组装一批规格各异、品质优良的汽车零件一样，迅速又充满工业美感地呈现。

运用BIM技术加速整合我国目前建筑市场各专业和各部门的资源，推动我国建筑信息化的进程，从而达到产业升级以及建筑生产与城市建设集约化管理，减少资源的浪费，完成整个生态产业链的整合，已经成为主要研究的方向。

三、BIM可以促进资源整合

BIM技术兼容并蓄的特点，可随着大数据、云计算、物联网、GIS、移动互联等信息科技的发展，成为寻找最优资源整合的利器。基于BIM的物联网应用将使每一块砖头、每一片瓦砾都有了自己的身份，使它们在自己的岗位上发挥前所未有的价值;BIM与大数据、云计算等结合，使设计师可以通过数据挖掘的技术，在庞大的数据库中轻松地找出有价值的信息。

BIM技术与物联网的结合，将各种如射频识别(RFID)装置、红外感应器，GPS、激光扫描、GIS等装置及系统集成形成一个巨大的网络系统，将使整个建筑产业链充分融合，使建筑业的发展和实施更加完善及有序。基于BIM和物联网应用，使物理基础设施与IT基础设施的结合成为了可能。在物联网的时代，将芯片嵌入到装备和构件物体中，应用物联网将其整合，实现人类社会与物理系统的整合，使得人们能够对网络中的装备和构件物体进行检测、管理和控制。

四、低碳科技化

社会对低碳科技的需求、政府的低碳科技政策、企业的低碳科技研发、低碳科技文化引领，是科技驱动低碳发展的必要条件。BIM、建筑产业化、物联网使低碳建筑成为了可能。

建筑物全生命周期中的碳排放具体包括建筑物材料本身，建筑物规划设计、建筑物施工安装、建筑物使用维护及建筑物拆除与清理五个部分。通过BIM技术改善整个全生命周期的碳排放及能源消耗;通过BIM技术实现类似于制造业的标准化设计、精细化施工，信息化管理，产业化生产从而减少更多的资源、能源消耗，减少碳排放，实现更高水平的节约与低碳。同时，利用BIM技术进行建筑的模拟数据分析，运用先进技术手段实现节能低碳、质量保障。从根本上降低建筑建造和居民生活中的碳排放，并不是像以往建筑一样盲目追求复杂高能耗的节能技术，而是通过模拟分析，有效地利用自然资源、可再生能源等。

利用BIM技术对通风、采光、空气质量进行模拟和优化，尽量利用自然通风与采光，从根本上降低建筑建造和居民生活中的碳排放。信息科技的利用，使低碳发展可以是低成本的、质朴的，同时形成一套自然循环的“生态系统”，成就新的低碳理念。