1.1 建筑信息模型（BIM）概述
建筑环境行业正在就建筑信息模型（BIM）定义、原因以及实现方式等进行激烈争论。BIM重申了该行业信息密集性的重要性，并强调了技术、人员和流程之间的联系。相关专家预测该行业会发生重大变革，各国政府通过实施各种全国性方案，希望从中获取重大收益，而个人以及各类组织也在迅速为发展进行调整，虽然有些方面已实现一定程度的积极发展，但发展趋势尚不明朗，仍需假以时日。
1.1.1 什么是BIM
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。
BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
虽然没有公认的BIM定义，但大部分相关资料都对“BIM是什么”的问题给出了相似的答案。没有公认定义可能是因为BIM始终在变化，新领域和前沿因素也会慢慢扩充“BIM”的定义。下面将对业界一些典型的定义，以及关于BIM的最新探讨中涉及的一些潜在力量进行强调说明。
● “建筑”“设施”“资产”以及“项目”等词汇的使用，导致在建筑信息模型中“建筑”的概念模糊。为了避免在动词“建筑”与名词“建筑”之间的概念混淆，许多组织使用“设施”“项目”或“资产”等词汇代替“建筑”。
● 更多地关注词汇“模型”或者“建模”而不是“信息”，这样做比较合理。有关BIM的大多数讨论文件都强调建模所捕获的信息比模型或者建筑工作本身更重要（此指引文件认为，所捕获的信息依赖于开发模型的质量）。有些专家形象地把BIM定义为“在建筑资产的整个生命周期的信息管理”。
● 模型建模过程或者模型的应用是否重要？“模型”通常可以与“建模”互换使用。BIM清晰地表现了模型和建模过程，但最终目标远不止于此。通过一个有效的建模过程，实现有效、高效地利用该模型（和模型中存储的信息）才是最终目的。
● 是否仅与建筑物相关？BIM也应用于建筑环境的所有要素（新建的和已有的）。在基础设施范围中，BIM应用越来越流行，BIM在工业建筑中的应用早于在建筑物中的使用。
● BIM是否与信息通信技术（ICT）或者软件技术相关？此技术是否已经成熟到能够使我们仅注重与过程和人相关的问题？或者此技术是否仍然与这些问题交织在一起？这些问题均有待探讨。
● 强调BIM的共享非常重要。当整个价值链包含BIM，并且当技术、工作流程和实践都已经能够支持协作与共享BIM时，BIM可能成为“必须拥有”。
显然，BIM的整体定义涉及三个相互交织的方面。
● 模型本身（项目物理及功能特性的可计算表现形式）。
● 开发模型的流程（用于开发模型的硬件和软件、电子数据交换和互用性、协作工作流程以及项目团队成员就BIM和共有数据环境的作用和责任的定义）。
● 模型的应用（商业模式，协同实践，标准和语义，在项目生命周期中产生真正的成果）。
不能只因为对建筑环境行业各方面有不同程度的影响，就仅在技术层面对BIM进行处理，受影响的主要有以下几个方面。
（1）人、项目、企业及整个行业的连续性，如图1-1所示。
图1-1 人、项目、企业及整个行业的连续性
（2）项目的整个生命周期，以及主要参与方的认知，如图1-2所示。
图1-2 BIM贯穿于生命周期各阶段以及利益方的观点
（3）BIM与建筑环境基础“操作系统”的联系，如图1-3所示。
图1-3 BIM对项目操作系统的影响
（4）项目的交付方式，影响所有项目过程。
1.1.2 BIM概念起源及在我国的普及情况
1975年，“BIM之父” ——佐治亚理工大学的Charles Eastman教授创建BIM理念至今，BIM技术的研究经历了三大阶段：萌芽阶段、产生阶段和发展阶段。BIM理念的启蒙，受到了1973年全球石油危机的影响，美国全行业需要考虑提高效益的问题。1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-abuilding”，以便于实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率。
随着全球建筑工程设计行业信息化技术的发展，BIM技术在国外发达国家逐步普及发展，发展中国家则在实施BIM的舞台上姗姗来迟。这似乎不合常理，因为发展中国家的建筑工程量日趋增长，并且利用BIM可能会取得巨大效益，表1-1所示为BIM在全球的应用情况。
表1-1 BIM在全球的应用情况
在中国，建筑信息模型被列为建设部国家“十一五”计划的重点科研课题。
近几年，BIM技术得到了国内建筑领域及业界各阶层的广泛关注和支持，整个行业对掌握BIM技术人才的需求也越来越大，如何在高校教育体系与行业需求相结合，培养为社会提供掌握BIM技术并能学以致用的专业人才，成为当前建筑教育所面临的课题之一。
BIM不仅是强大的设计平台，更重要的是，BIM的创新应用——体系化设计与协同工作方式的结合，将对传统设计管理流程和设计院技术人员结构产生变革性的影响。高成本、高专业水平的技术人员将从繁重的制图工作中解脱出来而专注于专业技术本身，而较低人力成本、高软件操作水平的制图员、建模师、初级设计助理将担当大量的制图建模工作。这为社会提供了一个庞大的就业机会，即制图员（模型师）群体，同时为大专院校的毕业生提供了新的就业前景。
1.1.3 BIM特点
BIM应符合以下五个特点：
1. 可视化
可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上采用线条的表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于简单的物体来说，这种想象也未尝不可，但是近几年建筑业的建筑形式各异，复杂造型在不断地推出，那么这种光靠人脑去想象的物体就未免差异过大了。所以BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前。建筑业也有设计方面出效果图的事情，但是这种效果图是分包给专业的效果图制作团队进行识读后得到的线条式信息制作出来的，并不是通过构件的信息自动生成的，缺少了同构件之间的互动性和反馈性，然而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化，在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都可在可视化的状态下进行。
2. 协调性
这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各施工问题发生的原因，然后做出变更和相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能在出现问题后再进行协调吗？在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗？BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据提供帮助。当然BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决诸如电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等问题。
3. 模拟性
模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等。在招投标和施工阶段可以进行4D模拟（三维模型加项目的发展时间），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟（基于3D模型的造价控制），从而来实现成本控制。后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。
4. 优化性
事实上整个设计、施工和运营的过程就是一个不断优化的过程，当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化和更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果，BIM模型提供了建筑物实际存在的信息，包括几何信息、物理信息和规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。基于BIM的优化可以做下面的工作：
（1）项目方案优化。把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来。这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上，而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需求。
（2）特殊项目的设计优化。例如裙楼、幕墙、屋顶及大空间到处可以看到的异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。
5. 可出图性
BIM并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟和优化以后，帮助业主出如下图纸：
（1）综合管线图（经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后）。
（2）综合结构留洞图（预埋套管图）。
（3）碰撞检查侦错报告和建议改进方案。
1.1.4 目前国内BIM发展状况与分析
近年来BIM在国内建筑业形成一股热潮，除了前期软件厂商的大声呼吁外，政府相关单位、各行业协会与专家、设计单位、施工企业、科研院校等也开始重视并推广BIM。2010年与2011年，中国房地产协会商业地产专业委员会、中国建筑业协会工程建设质量管理分会、中国建筑学会工程管理研究分会、中国土木工程学会计算机应用分会组织并发布了《中国商业地产BIM应用研究报告2010》和《中国工程建设BIM应用研究报告2011》，一定程度上反映了BIM在我国工程建设行业的发展现状。图1-4为2020年全国300余家设计与施工企业的BIM应用预测情况表。
图1-4 2020年全国300余家设计与施工企业的BIM应用预测
BIM已经开始得到越来越广泛的重视，但从全球范围来看，其整体扩散过程仍较为缓慢，目前建筑行业对BIM的整体采纳率仍处于较低水平，如图1-5所示。
图1-5 BIM的扩散
BIM在过去十年中的扩散进程，尚未呈现出类似于2 D CAD在20世纪90年代的快速发展局面，图1-6为BIM与2 D CAD技术的扩散曲线。
图1-6 BIM与2D CAD技术的扩散曲线
目前，BIM应用投入整体不足，应用深度也不够，表现如下：
● 多数项目（63%）的BIM费用占项目总投资比重不足0.15%。
● BIM培训成本投入仅占2%，导致设计施工技术人员BIM应用技能不足。
● 建设单位对施工尤其是设计方的费用支持率低，分别仅有30%和41%的建设单位会为设计方和施工方提供费用支持。
● 在《上海市BIM应用指南》所涉及的38个BIM应用点中，78%的项目BIM应用点的数量在20以下，不足BIM应用点数量的50%。
● BIM在运维阶段的应用率较低，仅有约22%的项目会把BIM应用在运维阶段进行设施管理、空间及资产管理。
各行业的BIM应用状态如下：
● 以万达为代表的地产商，近几年对BIM全过程应用，带来行业变化。通过自建BIM标准形成从设计到施工到运维的全过程管理体系。
● 要求设计院必须实行BIM正向设计达到图模一致和数模一体。对设计的交付标准趋向施工深度，模型体现算量、质检和进度等信息。
● 施工企业在BIM上的应用发展快速，主要体现在深化设计减少错、漏、碰、缺等情况，避免返工停工和精确算量。施工企业凭借资金优势和规模优势向项目全过程总包发展。
● BIM咨询业务发展迅速，现阶段主要是优化设计，后面会向虚拟建造模拟分析、装配式建筑及装配式机电咨询服务发展。
● 设计院BIM发展比较缓慢，处于犹豫徘徊阶段——正向设计成本高效率低，翻模意义不大，深化设计又不懂施工，迷茫。
总结，在各行业BIM发展下，设计院所面临的困境如下：
● 设计院普遍对BIM缺乏深刻认识理解，还停留在CAD阶段。
● 设计创造价值没有很好地体现出来。
● 树立BIM思维是未来竞争的关键点。