1．1．1 BIM的产生

BIM概念基础可以追溯到1962年由计算机学者Douglas C．Englebart提出的基于对象的设计、参数化操作和关系数据库。1975年，“BIM之父”美国乔治亚理工大学的Charles M．Eastman教授创建了BIM理念，至今，建筑信息模型的概念伴随着信息技术在建筑业的深入运用而产生和发展。BIM技术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行业效益的问题，1975年，“BIM之父”Charles M．Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of a building”，旨在用计算机系统对建筑物开展智能模拟，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。1982年，GRAPHISOFT公司提出了虚拟建筑模型Virtual Building Model（简称VBM），并在两年后推出了ARCHICAD软件。紧接着，一些芬兰学者提出了基于计算机的智能模型系统，并提出“Product Information Model”系统。1986年，美国学者Robert Aish提出了和现在BIM概念非常接近的“Building Modeling”的概念。不久之后，BIM的概念被学者提出来，但由于当时的计算机硬件与软件的水平都非常有限，BIM并没有在实践中得到应用。直到2002年，Autodesk公司副总裁Phil Bernstein向美国建筑师协会（American Institute of Architects，简称AIA）提出了建筑信息化模型的设计理念，“Building Information Modeling”一词正式诞生，并推出了Autodesk的BIM软件产品。此后，全球另外两个大软件开发商Bentley及GRAPHISOFT也相继推出了自己的BIM产品。自此，BIM从一种理论思想变成了用来解决实际问题的数据化的工具和方法。

1．2．2 BIM的定义

BIM（Building Information Modeling）是“建筑信息建模”的简称。不同的国家、不同的学者对BIM的定义有着不同的解析。

美国国家BIM标准（The National Building Information Modeling Standards Committee，简称NBIMS）对BIM的定义：是建设项目的兼具物理特性与功能特性的数字化模型，且是从建设项目的最初概念设计开始的整个生命周期里做出任何决策的可靠共享信息资源。实现BIM的前提是在建设项目生命周期的各个阶段不同的项目参与方通过在BIM建模过程中插入、提取、更新及修改信息以支持和反映出各参与方职责。BIM是基于公共标准化协同作业的共享数字化模型。

美国联邦政府总务管理局（General Services Administration，简称GSA）对BIM的定义：建筑信息模型是开发和一个使用多方面的计算机软件数据模型，该模型不止用来存储新建或改扩建项目的设计文档，还可以用来对项目的建设和运营进行模拟。由此产生的建筑信息模型是一个数据丰富、对象化、智能化和参数化的设施数字表现，来自不同用户的适当的需要，可以提取和分析，以产生反馈并对设施的设计进行改进。

我国的国家标准《建筑信息模型应用统一标准》（GB／T 51212—2016）对BIM的定义：在建设工程及设施全生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。

Autodesk公司对BIM的定义：是一种建筑设计和文档化的方法，其主要特征是在建设项目的设计、建设阶段创建和使用协调的、内部一致性的、可计算的信息。

Bentley公司对BIM的定义：一个在分布化的数据库管理系统中建立的包含整个建设项目生命周期的图形化和非图形化方面信息的模型的过程。

GRAPHISOFT公司对BIM的定义：是一个包含了图形文件（图纸）及非图形文件（合同、进度计划和其他数据）的单一知识库。

Tekla公司对BIM的定义：是一个在建筑物结构在细节方面进行建模和沟通的过程，以有利于建设项目整个生命周期。

以上关于建筑信息模型定义的来源涵盖了研究机构、政府部门及商业软件机构。通过以上对建筑信息模型定义的分析可以发现，由于不同的定义主体所处的地位不同，其对建筑信息模型的认识存在着一定的差异，主要可以划分为三个类型：①实体论，即认为建筑信息模型是一个模型或知识库，其中包含了涉及整个建设工程生命周期的信息；②技术论，即建筑信息模型是一种实现建设工程信息管理的技术或者方法；③过程论，即建筑信息模型是一个信息管理的过程。不过，一般而言，不论基于哪种观点，建筑信息模型都表现出了以下几个方面的特征：①模型中包含的信息涉及整个项目生命周期；②为项目协同建设提供支持；③其中涉及的信息是可计算的，强调信息的完全数字化；④由参数定义的、互动的建筑物构件构成，且构件中包含了丰富的信息；⑤建筑信息模型中信息的表现可以通过图形化及非图形化的方式实现。

综上所述，本书对BIM的定义如下：是建筑工程项目的物理和功能特性的数字化模型，在项目的规划、设计、建造、运营管理等全生命周期过程中进行数字模型信息的获取、编辑、传递和应用，是项目各参与方协同工作的基础，为项目及各参与方创造价值。

1．1．3 BIM的内涵

从BIM概念的定义分析可以看出，BIM的基础、核心和对象是数字化模型，而数字化模型的本质是存储了项目集成化信息的可视化数据库，因此，依托数据库及其管理平台，BIM为工程项目带来了全生命周期的技术应用创新、管理变革，给各参与方创造了价值。BIM应该是且必然是一个综合多种维度、不同因素的综合体（图1-1），其主要的内涵包括以下几个方面。

图1-1 BIM内涵的维度

（1）技术是实现和应用建筑信息模型的基础。要有效地建立和运用建筑信息模型，相关的技术条件必须要达到一定的水平。追溯建筑信息模型的发展历程，不难发现：虽然相关的理念提出已有40余年的时间，但建筑信息模型真正得到普及和应用是进入21世纪以后的事情，产生这种现象的一个最重要的原因便是早期相关的软硬件等技术条件无法满足现实的需要。因此，只有具备了坚实的技术基础，才能使建筑信息模型真正发挥其效能，而在技术条件不具备的情况下奢谈建筑信息模型的应用只能是构建一座“空中楼阁”。与建筑信息模型相关的技术可以分为以下几个方面：①BIM信息标准；②BIM建模技术；③BIM分析方法及应用技术；④与BIM技术相关的其他信息技术（如GIS、AR、VR、互联网、云计算等）；⑤符合BIM需要的高效、快捷、低成本的软硬件平台应用开发技术。

（2）管理是BIM价值充分体现的重要保障。BIM应用绝对不只是一个单纯的技术过程，建设工程项目具有多阶段、多参与方的特点，使得在BIM应用中往往需要多方参与其间，需要协调管理各方，同时，BIM的技术创新因素，会产生新的管理方法和模式，如在项目全生命周期中采用更加严密和高效的项目组织管理方式。BIM应用中的管理主要有以下几个方面：①基于BIM技术的组织构架、工作内容、工作流程、信息流及资金流的管理；②信息安全管理；③争议及利益协调机制；④基于BIM协同创新管理模式。

（3）创造价值是BIM应用的目的。BIM应用的最终目的是为各参与方创造价值，可区分为技术价值、经济价值和社会价值。

技术价值包括：①实现工程建设全生命周期的信息共享，所有参与方能够协同工作，提高建造产品质量和生产效率，实现工程项目的精细化管理；②支持工程建设环境、技术、经济、能耗、安全等多方面的性能分析和技术方案模拟展示，它可以实现虚拟的设计、建造、运营管理以及全生命周期、全方位的预测和控制。

经济价值包括：①降低各阶段的生产成本；②提高各阶段建筑产品的附加值。

社会价值包括：①促进工程建设行业生产方式的转型升级；②推动工程建设行业的工业化发展；③成为智慧城市的重要组成部分。

1．1．4 BIM的特征

BIM具有五大特征：可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性（图1-2），下面分别进行论述。

图1-2 BIM的五大特征

1．可视化(www.daowen.com)

可视化即“所见所得”的形式，对于土木行业的作用非常大。例如，传统的施工图纸，只是对各个构件的信息采用线条绘制表达，但是其真正的三维构造形式则需要工程参与人员理解想象。对于一般简单的项目，尚容易理解，但是对于形式各异、造型复杂、功能综合的项目，仅靠人脑去想象困难重重。另外，尽管利用效果图可以展示构筑物，但是效果图一般是分包给专业的效果图制作团队，由其识读线条式信息进行制作，并不是通过构件信息自动生成，缺少构件之间互动和反馈。

对于BIM来说，可视化是其中的一个固有特性，BIM的工作过程和结果就是构筑物的实际形状（三维几何信息），加上构件的物理信息（非几何属性）和规则信息。BIM实现了建筑构件的可视化，让线条式的构件形成三维的立体实物图形进行展示。BIM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信息模型中，由于整个建设过程可视化，所以，可视化的结果不仅可以用来进行效果图展示及报表生成，更重要的是在项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

2．协调性

不管是业主单位还是设计及施工单位，无不在进行协调及相互配合的工作。项目在实施过程中一旦遇到了问题，就要将各有关人员组织起来开协调会，找出问题发生的原因及解决办法，然后做出变更，制定相应的补救措施来解决问题。

BIM的协调性能力即可事先处理此类问题。也就是说，利用BIM，可在构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。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，还可以解决诸如净空要求之协调、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对象模型，还可以模拟难以在现实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以进行一系列模拟实验，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＋时间信息），也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟（三维模型＋时间、费用信息），从而实现成本控制。后期运维阶段可以模拟紧急情况下的应急处理方式，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。

4．优化性

整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程。工程设计优化受三个条件的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息，就做不出合理的优化结果。BIM模型提供了构筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了构筑物建造过程信息。目前，基于BIM的优化可以做下面一些工作。

（1）项目设计方案优化：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，以此进行设计方案多参数综合选型，提升设计方案优化能力。

（2）特殊节点的设计和施工方案的优化：特殊节点占整个工程项目比例不大，但通常也是施工难度比较大和施工问题比较多的地方，对其设计、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模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。目前，基于BIM模型编制全套施工图纸、构件加工图纸，图面处理难度较大，对模型的精细度要求高。但是在模型与二维图纸动态关联、自动生成二维图纸以及图纸更新管理方面，BIM模型具备显著优势。

1．1．5 BIM模型建立及应用

按照不同的分类体系，BIM模型可以划分为多种不同的类型。如按照模型中所集成的信息的特征，可以分为3D模型、4D模型、5D模型乃至nD模型等；按照专业和项目建设阶段划分，可以划分为设计模型（又可以细分为建筑模型、结构模型、MEP模型、综合模型、各种分析模型等）、施工模型（又可以细分为总包模型、专业分包模型等）、制造模型、设施运营管理模型等；按照模型中的信息集中化程度，可以划分为集中式模型和分布式模型；等等。对于不同类型的BIM模型，其中所包含信息的集成化程度、内容等各个方面存在着较大的差异，在BIM应用过程中，必须要针对不同的需求，选择具有针对性的模型。

在运用BIM模型的建设项目中，项目各参与方首先需要的是建立模型，并以各种不同的方式和程度将项目信息集成于其中；其次，要将部分或全部的项目工作与模型联系起来，以模型作为项目工作开展的辅助手段，并尽可能地将模型与其他的信息系统和信息手段相交互，以最大限度地实现信息共享；最后，要将各个阶段的工作成果在模型中体现出来，结合模型信息进行包括性能分析在内的各项BIM应用，使BIM最终成为项目团队的工作平台、交互工具和沟通渠道，成为项目各项工作的工作基础和工作对象，同时也成为整个BIM全生命周期管理的工作核心。

1．1．6 BIM的应用场景

自BIM产生以来，随着BIM有关的研究深入及越来越多的BIM软件的问世推广，BIM的应用不断深入。总体来说，BIM应用可以划分为三个阶段：初级阶段、中级阶段和高级阶段（图1-3）。国内应用目前主要处于初级阶段和中级阶段，高级阶段的应用还很少；在欧美等BIM应用领先的国家，初级阶段应用已基本普及，中级阶段应用开展得很广泛，高级阶段应用也在不断地涌现。

图1-3 BIM应用阶段

综合国内外的BIM应用发展情况来看，BIM在设计阶段、施工阶段及运维阶段都得到了应用，尤其是在设计阶段的应用相对而言更为广泛，下面分别进行论述。

1．设计阶段的BIM应用

在项目设计阶段，BIM应用主要集中在：场地分析、设计方案展示和优化、各项性能分析（交通仿真、有限元分析、日照分析等）、设计成果审核、工程量统计、碰撞检查、关键施工工艺模拟等。

2．施工阶段的BIM应用

在项目施工阶段，BIM应用主要集中在：施工技术方案模拟和优化、管线迁改、碰撞检查、施工交通组织、进度控制、投资控制、设备及材料管理、工地设计变更管理、施工现场管理、质量安全管理、数字制造及安装等。

3．运维阶段的BIM应用

在项目运维阶段，BIM应用主要集中在：日常运营管理、资产管理、空间管理、设施设备维护管理、应急管理、使用者服务等。