1.1 BIM的概念

关于BIM的概念，自提出以来，不同国家、不同时期、不同的应用领域有着不同的定义，现阶段，世界各国对BIM的定义仍在进行着不断地丰富和发展，BIM技术应用已贯穿于前期策划、设计、施工一直到运维全生命周期各个阶段。

1.1.1 BIM的定义

2017年7月1日起实施的国家标准《建筑信息模型应用统一标准》（GB/T 51212—2016）中对BIM术语定义如下：

BIM（Building Information Modeling，Building Information Model）建筑信息模型：是指在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营过程和结果的总称。

其实，所谓BIM就是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在计算机中建立一座虚拟建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的建筑信息库。这些信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、造价和采购信息等。

1.1.2 BIM的内涵

1.BIM的字面含义

（1）BIM中的第一个字母“B”

Building不应该简单理解为“建筑物”，这太片面和狭义。目前，BIM应用不仅仅局限于建筑领域，随着BIM技术的应用，逐渐扩展到“大土木”工程建设各个领域。这个领域包括房屋建筑工程、市政工程、城市规划、交通工程、水利工程、地下工程、风景园林工程、环境工程、历史建筑保护工程等。

（2）BIM中的第二个字母“I”——Information

Information是指能够反映工程实体几何信息、非几何信息的属性、过程的数据化信息、计算机可识别的所有信息。比如房屋中梁、板、柱、墙、门窗等基本构件的几何信息、非几何信息以及项目建设过程中所发生的所有信息，见表1.1-1。

实际上，项目的三维建筑模型就是这些复杂信息的载体，见图1.1-5。

BIM技术的核心就是信息化。

信息化就是利用计算机、人工智能、互联网、机器人等信息化技术及手段，在项目的全生命周期各阶段、各参与方、各流程间，通过将信息调用、传递、互用、集成等来实现建设领域的智能化。

对于一个建设项目而言，项目全生命周期各阶段所有信息都可以被储存或调用，如在方案前期以及项目的设计阶段，可进行参数化设计、日照能耗分析、交通规划、管线优化、结构分析、风向分析、环境分析等，只有通过信息化，才能真正体现BIM的应用价值。

（3）BIM中的第三个字母“M”——（Model、Modeling、Management）

从BIM的产生发展到今天，实际上它经历了三个阶段，我们也称为BIM的1.0阶段，BIM的2.0阶段，BIM的3.0阶段。随着发展的不同阶段，BIM有不同的概念和内涵。

目前，对于BIM中的M，也就有了三种不同含义的解释，包括：

1）BIM 1.0阶段：静态的“Model”，侧重于模型。

2）BIM 2.0阶段：动态的“Modeling”，侧重于项目全生命周期的应用。

3）BIM 3.0阶段：“Management”，侧重于项目全生命周期的管理应用。

关于BIM在三个发展阶段不同的内涵与作用，BIM中“M”含义的三种解释见表1.1-2。

2.BIM的内在含义

（1）BIM不等于三维模型

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，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达（图1.1-6）。

（2）BIM是对工程对象的完整描述，是所有信息的载体

一个完善的信息模型，能够连接建筑项目全生命周期不同阶段的数据、过程和资源。BIM模型可提供自动计算、查询、组合拆分的实时工程数据，也可被建设项目各参与方普遍使用。

（3）BIM的核心是数字化、信息化，可提供信息共享的协同平台

BIM技术可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目全生命周期中动态工程信息创建、管理和共享，是项目实施的共享数据平台。

（4）BIM不等同于一种工具软件，而是项目实施过程中的一种理念

1.1.3 BIM概念的由来及发展

1.BIM产生的背景

任何一项新生事物的产生都离不开市场的需求，当然BIM技术的产生也不例外。

首先，从设计角度来说，传统的二维计算机辅助设计绘图设计模式已经不适应发展中日新月异的建筑业。

在CAD二维时代，特别是对于复杂体型或高层建筑的设计图，即使专业人员也不容易理解平面施工图和建筑空间的关系，更别说不懂专业的相关人员。

首先，各专业之间及参建方之间的沟通协调相当困难，信息传达经常不到位或传达失误，造成设计图相互间错漏碰缺、设备综合管线相互打架、专业间不协调现象比比皆是，实施过程中设计变更不断，导致施工进度拖延、成本增加、质量安全隐患重重。

其次，随着社会不断发展、经济水平不断提高，人们对建筑产品的需求、品味也逐步得到提高，不仅体现在对建筑外观、功能的需求上，更体现在对建筑性能要求上，如建筑的采光、通风、日照、能耗、抗风、抗震性能等，以及是否符合绿色节能环保可持续发展等。

再者，业主对项目质量、进度、投资控制要求越来越高，管理水平要求也越来越精细化，对项目竣工后的运营维护要求也越来越智能化。

另外，从全球范围来看，中国建筑业由于信息技术产业投入不足、传统建筑业管理模式落后、材料浪费严重、信息不畅、沟通协调困难等问题，严重制约着建筑业向信息化、智能化建造发展的速度。

在此背景下，一种新的技术应运而生，也就是我们前面提到的BIM。BIM技术的出现，将彻底改变传统建筑行业二维设计模式，取而代之的是一种更加形象、立体可视化的多维模型。在国家政策及行业推动下，BIM技术在建筑业逐渐发展并应用起来，它有机地结合了计算机仿真技术、计算机辅助设计、计算机科学技术、计算机图学及虚拟现实等技术，可真实、全面、形象地表达建筑工程的物理特性、功能，以及建设实施过程中所有动态信息与静态信息。

从某种意义上说，BIM技术改变了建筑行业以往单一的交流模式，让信息传达更趋向多元化，从根本上促进了建筑行业的发展。

2.BIM概念的由来

实际上，关于BIM这一概念思想的提出，最初源于1975年美国佐治亚理工学院教授查克·伊斯曼（Chuck Eastman，“BIM之父”）（图1.1-7）在课题“Building Description System”（建筑描述系统）提出一个基于计算机的建筑物描述（a computer-based description of a building），该系统可视为现代BIM理念的雏形，包含了“互动、同步、一致性”等特点；也就是模型中任何一个元素、信息或布局的更改，都会在相应的平、立、剖面以及轴测图、效果图中自动更改，完成元素之间的同步、互动一致性，而且工程量会自动生成并随着更改而自动更改。

20世纪80年代以后，芬兰学者提出了产品广义信息模型（Product Information Model）系统。1986年，美国学者罗伯特·艾什（Robert Aishb）在论文中首次应用了“Building Modeling”，也就是建筑模型这个概念；主要作用有三维建模、自动成图、智能参数化、关系数据库、施工进度计划模拟等。

1992年，“Building Information Model”（建筑信息模型）一词最早出现在GA Van Nederveen和FP Tolman发表于期刊（Automation in Construction）的论文中，该期刊至今仍然是BIM领域影响最大、最广的期刊之一。

然而BIM并没有在1992年首次提出时就开始流行并得到应用，而是大约十年后才开始兴起。

20世纪90年代到21世纪初期，AutoCAD取代传统的手绘风靡国内外，几乎成为建筑界设计图的标准格式。在此阶段，计算机软硬件也日益完善成熟，建筑市场的需求和建筑信息技术标准也越来越高，CAD二维图的弊端也越来越凸显，因而这也为BIM兴起奠定了重要的基础。BIM技术的应用已势在必行。

2002年，CAD行业龙头Autodesk公司发布了BIM白皮书，提出建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），此时Autodesk公司收购了创立于1996年的Revit，其他公司也纷纷开始投入开发BIM软件。至此，BIM开始得到推广与应用，其概念的由来与发展如图1.1-8所示。

进入21世纪，BIM研究和应用得到突破性进展，随着计算机软硬件水平的迅速发展，全球各大建筑软件开发商纷纷推出自己的BIM软件。

3.BIM的发展

从BIM理念萌芽期到推广应用，共分三个阶段：BIM理念萌芽期、BIM概念形成期和BIM技术应用期。BIM技术应用期又分为BIM1.0、BIM2.0和BIM3.0应用时代，见图1.1-9。

1）BIM理念萌芽期，即1975~1992年，为BIM概念思想的萌芽期。

2）BIM概念形成期，即1992~2002年，为BIM概念正式形成期。

20世纪90年代中期，我国政府提出甩图板的愿景，催生了一大批CAD厂商，这一时期既是我国CAD事业的开端，也是全球BIM的开端，直到2002年，Autodesk收购Revit Technology公司，BIM术语才开始逐渐成为主流。

3）BIM技术应用期。

①BIM1.0应用时代。新生事物的发展总是有过程的，尽管Autodesk公司从2002年就开始关注BIM，但BIM真正在全球开始广泛应用大概在2012年前后，2002～2008年BIM相关的高水平论文的发展比较缓慢，直到2012年才有了明显的提升。2012年以后，高水平论文呈现大幅上升趋势。2010年前后，很多业内公司也加速了BIM布局，比如Autodesk公司在2007~2012年继续强化建模软件Revit，并多方收购模型应用的软件。

整体上来看，从1992年BIM概念第一次诞生，到2002年前后的行业兴起，再到2012年前后BIM在建筑行业应用普及，前前后后经历了差不多20年的时间。

这一时期，也就是BIM1.0应用时代。

美国建筑师协会（American Institute Architects，AIA）Dennis Neeley曾定义BIM1.0应用时代为Visualization & Drawing，BIM2.0应用时代是Analysis，BIM3.0应用时代是simulation。也就是说BIM1.0时代是可视化和绘图，BIM2.0时代主要应用是分析，BIM3.0时代主要应用是模拟。

BIM1.0应用时代主要特征是可视化和绘图，它的历史使命是替代了CAD，开启了BIM新时代，而国内BIM1.0应用时代可能延后3～5年，其标志性的情景是越来越多的建筑从业人员开始应用Revit、Tekla等BIM建模工具。

BIM1.0应用时代，起初主要用于设计阶段，以建立模型为主，应用为辅，主要应用在建筑外观、功能的可视化以及设备综合管线的碰撞检查方面，见图1.1-10。

BIM1.0应用时代实际上是以BIM三维可视化特性吸引人们眼球的，其价值主要体现在建筑方案效果图、内部功能展示宣传以及在设计阶段综合管线的碰撞检查。但由于成熟的CAD二维设计方式以及3ds Max、SketchUp效果图软件的熟练应用，设计师并不愿意也没有太多的时间去掌握一门新的技术，因此，在设计行业BIM的发展比较缓慢。后来在国家政策的推动下，鼓励大中型企业采用BIM技术进行竞标，BIM首先在施工领域便逐渐推广应用起来了。相应地BIM进入2.0应用时代。

②BIM2.0应用时代。BIM的核心价值就是BIM的信息化应用。而BIM1.0主要集中在建模方面，只实现了Modeling，却没有充分发挥BIM的核心信息（Information）的价值，导致很多人认为Revit建模软件就是BIM的误区，远远降低了BIM的价值。其实BIM1.0阶段的主流技术就是建模技术，拼的是建模的精细度，但技术深度和创新有限，一旦建模技术普及后，这种技术就变得特别廉价，这就推动BIM1.0必须向新的阶段发展，以真正体现BIM技术的核心价值。

BIM2.0是建立在BIM1.0建模基础上，以实施阶段BIM的综合应用为重点，逐步覆盖建筑全生命周期，并与信息领域新技术紧密结合。

BIM2.0阶段其主要特征如下：

a.以BIM综合应用为重点。

b.覆盖建筑全生命周期。

c.结合信息领域的前沿技术。

随着BIM技术应用阶段的深度与广度，BIM技术应用价值逐渐凸显，BIM应用也将从技术阶段转向技术与管理的深度融合阶段，逐步实现了BIM技术在项目全生命周期的一体化协同管理，这也标志着其进入BIM3.0应用时代。

③BIM3.0应用时代。BIM3.0应用时代的三大特征：

a.从施工技术管理应用向项目全生命期全过程技术管理应用拓展。根据《建筑业企业BIM应用分析暨数字建筑发展展望（2018）》（以下简称“报告”）数据显示，有80%的建筑业企业认为，BIM应用要与项目管理全面融合，实现精细化管理。除技术管理外，还包括生产管理和商务管理，同时也包括项目的普及应用以及与管理层面的全面融合应用。BIM3.0应用时代，BIM已不再单纯地应用在技术管理方面，而是深入应用到项目各方面的管理。

b.从项目现场管理向施工企业经营管理延伸。“报告”还显示，有75%的企业已经建立了企业层面的BIM组织。有更多的企业认识到，BIM应用可以为企业经营管理带来更多的价值。也可以通过BIM应用实现企业的转型升级，增强企业的核心竞争力。

c.从施工阶段应用向建筑全生命期辐射。BIM作为载体，能够将项目在全生命期内的工程信息、管理信息和资源信息集成在同一模型中，打通设计、施工、运维阶段分块割裂的业务，解决数据无法共享的问题，实现一体化、全生命期的应用，如图1.1-11所示。

4）BIM技术在发展过程中的应用特点。

从BIM技术各阶段应用来看，其呈现了以下特点：

①从翻模、建模到用模阶段，精度也逐渐提高。

②从建设过程中的部分应用到建设过程全生命周期的应用。

③从软件到硬件，从BIM-3D到BIM-4D、5D、6D。

④从BIM到BIM+的应用，云计算、大数据、物联网、GIS等相继出现。

1.1.4 BIM技术的优势及甄别

1.BIM技术优势分析

从BIM概念由来可以知道，CAD技术实现了从手工绘图到CAD计算机辅助绘图的第一次甩图板革命，BIM技术又将实现工程设计行业划时代的第二次革命，BIM技术时代是信息化的时代，相对于传统的二维CAD时代有不可比拟的优势。绘图技术的演变见图1.1-12和图1.1-13。BIM技术相对于CAD技术的优势比较见表1.1-3。

2.不属于BIM技术的几种现象

对于没有深入研究BIM的人，对什么是BIM，什么是BIM技术，存在不清晰的认识，认为只要是三维模型效果图就是应用了BIM技术。

那么，如何判断这些软件是不是使用了BIM技术呢？

对BIM技术进行过非常深入研究的伊斯曼教授在《BIM手册》（BIM handbook）中列举了不属于BIM技术的4种模型：

（1）只包含3D数据而没有（或很少）对象属性的模型

如采用SketchUp、3ds Max等三维建模软件，可以方便快捷地创建三维可视化模型，但是这种三维可视化模型，仅仅具有外观的造型功能，并不具备建筑构件的属性信息，当然也无法在建设过程中进行信息的共享与传递。这样的模型只能算是可视化的3D模型而不是BIM信息化模型。

（2）不支持行为的模型

有些软件通过二次开发等技术，可以在三维模型的基础上通过关联外部数据库的方式实现构件模型与信息的关联，但这些对象无法支持三维参数化的变更，无法通过参数的变化调整几何模型，也无法定义建筑构件之间的关联关系。

例如，墙体立面与屋顶之间的关系无法定义，一旦屋顶形状变化，需要重新手动调整墙体的立面形状，而BIM模型则可以实现自动修改。

（3）由多个定义建筑物二维CAD参考文件组成的模型

如果是在视图中用二维线条绘制三维轴测图，虽然从视觉上看非常类似于三维模型，但实际上它仅仅是二维的线条，连三维模型都算不上，更不用说是BIM模型了。

在理解建筑信息模型时，必须首先区分建筑信息模型与一般三维模型的区别。只有正确区分建筑信息模型与一般模型，才能正确理解BIM的各项应用与含义。

（4）在一个视图上更改尺寸而不会自动反映在其他视图上的模型

在BIM技术体系下，图纸是建筑信息模型的一部分。BIM模型应能够和图纸之间进行联动与修改。任何只有模型而无图纸生成功能的模型均不属于BIM模型。

1.1.5 BIM技术相关术语

1.BIM的多维类型

BIM在建筑全生命周期中应用时，根据其作用不同，一般分为五种类型：

（1）BIM-3D

BIM-3D=2D+Height（高度），这是BIM最基本的形式。它仅用于制作与构件材料相关联的建筑信息文件。BIM-3D不同于CAD-3D，在BIM中建筑必须被分解为有特定实体的功能构件。

（2）BIM-4D

BIM-4D=3D+Time（时间），加入其中的第四个维度是时间。模型中的每一个构件都含有与自身被建造过程有关的信息。

（3）BIM-5D

BIM-5D=4D+Cost（费用），每一个施工任务的成本信息组成了BIM模型的第五个维度。

（4）BIM-6D

BIM-6D=BIM-5D+有关建筑的质量分析，构成了BIM模型的第六个维度。

（5）BIM-7D

BIM-7D=BIM-6D+最后一个维度，这个维度就是关于建筑维修使用情况的模型。

2.BIM模型精细度LOD标准

BIM技术在项目实际应用过程中，首先要根据项目在不同阶段的目标和任务，确定BIM建模的精细度，也就是说需要将BIM精细化程度进行分类。美国建筑师协会（AIA）为规范项目建设全生命周期内各个阶段BIM建模的精度及各阶段模型的用途和输出的成果，在2008年文档E202中定义了LOD的概念。LOD分类标准的建立使BIM技术应用有据可循。

（1）LOD的定义

LOD（Level of Details）是模型的精细化程度，也称为Level of Development，是描述一个BIM模型构件单元从最低级的近似概念化程度发展到最高级的精细化程度。

（2）LOD的分级

美国建筑师协会（AIA）把BIM模型从概念设计到竣工运维不同阶段的发展，以及该阶段构件所应该包含的信息定义为五个级别：LOD100、LOD200、LOD300、LOD400、LOD500，其中：

1）LOD100：概念设计（Conceptual）。用于一般规划、概念设计阶段。包含建筑项目基本的体量信息（例如长、宽、高、体积、位置等）。可以帮助项目参与方，尤其是设计人员与业主方进行总体分析（如建筑体量、建设朝向、单位造价等）。

2）LOD200：近似构件（Approximate geometry）。用于方案及扩初设计阶段。此阶段模型包括建筑物近似的数量、大小、形状、位置和方向。常用于建筑结构性能的分析及机电性能分析。

3）LOD300：精准构件（Precise geometry）。用于施工图及深化设计阶段，一般为细部设计。这里建立的BIM模型构件中包含了精确数据（例如尺寸、位置、方向等信息）。可以进行较为详细的分析及模拟（如碰撞检查、施工模拟等）。

4）LOD400：加工与安装（Fabrication）。此阶段BIM模型为承建商和制造商提供了所需的信息，包括完整的制造、加工、细部施工、设备系统安装等所有的信息。

5）LOD500：竣工模型（As-built）。一般为竣工后的模型。包含了建筑项目在竣工后的数据信息，如实际尺寸、数量、位置、方向等。该模型可以直接交给运维方作为运营维护的依据。LOD500模型包含了业主BIM提交说明里设定的完整构件参数和属性。

项目全生命周期建模的精度如表1.1-4所示。BIM建模精度示意见图1.1-15。

3.BIM成熟度模型分级标准

BIM成熟度模型分级标准，最早由英国将BIM成熟度分成从Level 0到Level 3的四个等级。其中：

（1）BIM Level 0

BIM Level 0指的是点线面几何模型的2D CAD应用阶段，其数据保存于分离的工程文件中。

（2）BIM Level 1

BIM Level 1指的是对象模型的2D/3D CAD模型应用阶段，信息数据保存于分离的工程文件中。

（3）BIM Level 2

BIM Level 2指的是以3D BIM技术达成协同合作的应用阶段，信息数据保存于各阶段独立的BIM应用系统中。

（4）BIM Level 3

BIM Level 3也是英国政府要求所有公共工程自2016年必须达到的阶段，是指工程全生命周期所有数据进入全面整合管理应用的阶段。BIM信息数据库包含了工程全生命周期的数据信息，BIM信息在项目各参与方及各阶段都可以共享和传递，见图1.1-16。