为了给实体建造提供必需的信息，通过图纸、模型等进行必要的表述是建造前的重要准备，而只有这些表述完整、精确才能保证建造过程的连贯性和建造最终结果与设计的契合性。在建造方式相对单一，构造技术相对熟练的过去，主持建筑师凭借丰富的经验可以将建造的信息储存在自己的大脑中，以至可以不通过施工图就在现场指挥建造。但在建筑产品种类千变万化、建筑构成要素繁多复杂、规范严格的当下，没有任何一位建筑师可以不凭借完整的信息表述来实现建造。虽然计算机绘制代替了手工绘图，设计的效率得到了提升，但随着分工日益精细化，图纸信息的表达也开始彼此隔离，信息表达的完整性受到了影响，并且在不同的层级出现了不一致，这与长时间基于二维图形进行信息表达的模式有着很大关系。建筑设计团队最终向承包商提供的图纸通常是：建筑平面、立面、剖面以及构造大样详图，当然还包括其他结构、设备的图纸。所有的图纸都是二维信息，它们并不能给施工单位提供直观的建造流程，也不能呈现建筑三维的空间。在传统的手工建造模式下，二维图纸的弊端并不明显；但在复杂的工程和大量依靠工业化生产技术的条件下，二维图纸在信息传递中存在的问题就会暴露无遗。

①二维信息量是有限的，但建筑是三维的，平、立、剖的表达方式只能提供局部的建造信息。比如通常一层平面只剖切一个高度的信息，而事实上，由于高度的变化，这一层的平面可能在不同的高度上出现多个不同的构造做法。尤其对于复杂工程来说，有限的剖面是无法交代清楚构造的复杂性的，只能通过增多剖切的角度来增加信息量。但是无论怎样增加，信息依然会有缺陷，而一旦在施工中发现问题，就需要不断地进行补充信息或者通过现场的协调来解决问题，无形中增加了生产成本和建造时间。

图5－36－b　建筑信息模型是流程整合中关键的信息传递手段，它将整体的建造信息分成不同的部分单独处理再合成，有效地控制从设计到建造的所有流程

资料来源：Stephen Kieran，James Timberlake.Refabricating Architecture［M］.New York：McGraw－Hill Press，2004：29，37，作者编辑

②图纸之间缺乏关联性。施工图纸一旦有一处信息进行了修改，就意味着所有相关地方的信息都要进行调整。比如结构构件的尺寸调整，意味着平、立、剖面乃至窗洞口的所有相关尺寸都必须调整，因为所有的二维图纸都是分开绘制的，不仅每一次调整和检查都会耗费大量的时间，而且不经意的疏忽导致图纸没有及时调整而最终影响施工质量也是常有的事。

③图纸与生产、建造的不一致性。由于图纸在不同的部门由不同的设计人员绘制，因此，初始的设计与最终的结果呈现并不能保证高度的吻合性。例如在立面设计中，建筑师只能确定窗洞的尺寸，而具体的窗户产品在建筑师的图纸中只是一个大概的形式设计，具体的则需要由承包商选中的窗户生产商进行深化设计。虽然产品工程师会依据建筑师的设计进行深化，但最终的结果还是以生产工艺为准，最终的产品出现与设计的偏差并不奇怪。如果产品产生偏差达到了一定的程度，就会和理想的设计初衷产生一定的距离，甚至影响建筑的最终品质。这些问题在基于二维图形信息的传递中并非不可以解决，但付出的代价是巨大的，究其根本还是二维图形无法有效地反映真实的建造信息，它的不完整性使得设计、生产建造在发现问题、解决问题的效率上都受到了影响。显然，面对高度整合的流程设计，传统的信息交互手段已经不能满足高效、准确的协同工作需要。因此，一种仿真的、三维化的建筑信息模型以及相关的信息传递和管理模式也从汽车、飞机制造领域借鉴过来成为基于闭环流程设计全局控制的关键技术。

基于建筑信息模型的设计方法已经被建立起来，建筑信息模型不仅是将数字信息进行集成，还可以把这些数字信息应用起来，控制建筑的设计、建造、管理，使建筑工程在其整个全生命周期进程中显著提高效率。与之相关的建筑工程的工作都可以从建筑信息模型中提取各自需要的信息进行相关应用，同时又能将其相应工作的结果反馈到信息模型中改进设计，形成良性循环。建筑信息模型完全不同于用于表现建筑效果的三维模型。后者只能粗略地表示建成的效果，但就和二维图形一样，这个三维模型信息是不完整的，甚至是虚假的，它只是概念方案的美好设想，既没有实体信息，也没有建造参数，当方案进入深化阶段后，它几乎没有任何参考价值。而建筑信息模型是可以促进建造生产力提高的虚拟建造模型，它通过数字化技术建立的完整的建造信息模型可以输入数字化制造机器（数控机床，CNC）中生产建筑零部件，同时高度整合的信息模型可以在不同部门之间实现无缝共享，是并行的协同设计开展的必要技术手段（图5－37）。

相比较传统的二维图形，真实性和完整性是建筑信息模型的最大优势。在传统的CAD软件绘制的图纸中，所有的图形是没有建造信息的，只是一个图形。而在新的以Autodesk Revit为代表的建筑专业设计软件中（图5－38），所有的构件（柱、梁、墙体、门、窗、楼梯等）不再是简单的二维图形，而成为具有长、宽、高完整三维信息和材料信息的“族”。它们是立体的，并且随着平面的绘制，自然地生成立面和剖面。值得再次强调的是，立面和剖面是“生成”的，而不是绘制的，这得益于三维信息的仿真模型在设计中逐步完成虚拟建造的过程。由此，所有的构造连接也是真实的，每一个细部都可以单独提取，而不是重新绘制。这是一个设计与建造同步的过程，如果在设计中忽略了细节，那么建造的问题会随时得到呈现。

图5－37－a　传统的项目中不同部门的沟通繁琐低效

图5－37－b　建筑信息模型整合后的流程控制简洁高效

资料来源：自绘

图5－38　Revit Building中所有的图和建造信息都是完全对应的，对模型任意部位的截取都可以获得准确的平、立、剖面以及构造细部

资料来源：自绘

通过系统中已经集成的大量通用的“族”，建筑师可以应对一般的建造问题，而如果有特殊需求要进行特定的构造设计时，建筑师则可以根据设计的需求编辑和定义自己的构件“族”，并赋予这些构件特殊的信息以区分一般的通用构件。真实的建造信息保证了“定制”的原创性可以得到切实体现而不是流于概念和形式的“假想”。最终完成的建筑信息模型可以为我们提供一个完整的建造信息，每一个零部件的层次都可以得到全方位的表达：每个零部件都是已知的，所有的转角和连接的描述都是精确的，并且可以从任何角度看到建筑的所有外部和内部，不仅零部件的约束条件都涵盖在整体模型中，它们的生产商以及在组装时的位置也都是已知的（图5－39）。

图5－39　Revit Building中不同类型的族以及在模型中含有具体准确建造信息的构件

资料来源：自绘(www.daowen.com)

由于模型的信息是真实有效的，它为工程的快速推进提供了巨大的帮助。首先，在设计端，建筑师在初始阶段只要专注于建筑平面与功能的合理布局，建筑的立面形式会随着设计推进而自动形成。当初步方案成型之后，建筑师可以根据性能与形式需求再调整细部设计，而所有的改动都会随着信息的变化整体变动，而不需要反复的在不同的平、立、剖面之间进行协调，大大减少了设计的时间。另一方面，由于Autodesk Revit分别为建筑师、结构工程师和设备工程师提供了Revit Building、RevitStructural和Revit Systems不同类型的辅助设计的系列软件，使得建筑所有的信息都得到了完整的体现。并且不同设计之间信息交互的接口是没有障碍的，不同的组件之间可以实现无缝的拼接。结构工程师可以和设备工程师在虚拟的空间中检查管线的布置，检查构件是否会发生碰撞，并及时进行调整，减少真实建造过程中可能出现的问题（图5－40）。

图5－40　整合的信息模型可以作为真实的“虚拟建造”来检查构造系统设计的合理性

资料来源：http：//image.baidu.com/i？ct＝503316480＆z＝0＆tn＝baiduimagedetail＆ipn＝d＆word＝碰撞检测

而建筑信息模型的潜力显然还不止于此。近年来，将计算机的智能运算拓展到建筑结构、性能、构造设计中已经成为计算机辅助设计的一个重要发展方向，而建筑信息模型则为这些必要的性能计算提供了扎实的基础平台。如对于建筑外围护体的采光、通风、保温、隔热等性能，在Energyplus及Ecotect等性能分析软件的帮助下，建筑的开窗面积、窗户的材料、墙体的保温隔热构造、屋顶的通风构造等在传统设计中依靠经验去判断的要素都可以在设计中得到精确的验算，然后根据工程的具体要求和建筑师的设计进行合理的调整，减少了建造风险。由于信息模型的真实有效性，使得分析软件的测算结果更加精确，也为建筑构造性能设计提供了可靠的依据。

其次，在生产端，通过系统中的物料清单（bill of material，BOM）统计功能，设计的信息可以迅速地转换为生产的现实，大量冗长且不准确的人工统计工作将被废除（图5－40）。每一个零部件的物理属性，如材料、三维形状、重量、强度等以及安装位置都可以在物料清单中被快速索引。这些零件的物料清单将成为工厂生产的准确依据，同时，根据材料的分类，生产部门将会对产品进行分级管理——最小层级的零部件与最高层级的模块组件。根据加工的类型，物料清单被分为工程物料清单（EBOM）和制造物料清单（MBOM），数据管理信息使得这两部分结合的天衣无缝。工程物料清单由一系列的设计表格组成，包括每个零部件的图形，以及用数字和文字进行的描述。而制造物料清单则将工程物料清单中的相关零件组装起来，形成集成化的模块，然后以模块为单位进行管理［41］。

最后，在建造端，由于设计与虚拟建造的同步进行，完整的建筑信息模型在不同的部门之间得到了共享。因此，建造的过程可以被拆分成不同部分，最后再整合到一起，而不用担心不同组件之间的结合问题。随着建筑系统的复杂性不断提高，建筑零部件的数量也与日俱增，如果只是单纯地依靠工程物料清单来描述零部件之间的关联，那么这个树状图将是巨大的，而且很难分出彼此的关系和层级。而借助制造物料清单，施工组织者可以快速地支配组装的顺序，将不同的模块在不同的装配线上完成，最终运送到现场，进行总装。制造物料清单控制着模块拼接的顺序，确定它们到达现场的时间，从而将每个零部件和整体安装进度联系起来（图5－41）。

图5－41－a　由建造信息模型直接生成的工程物料清单

图5－41－b　相比较繁复难以迅速检索的纸质文档，电子虚拟信息可以方便、快捷地在物料清单中检索建筑的任意构件的建造信息

资料来源：自绘；Stephen Kieran，James Timberlake.Refabricating Architecture［M］.New York：McGraw－Hill Press，2004：74

当然，建造信息模型最直接的优势还在于其与生产线与装配线的配合。因为精确的三维模型表达了完整的建筑构件的属性，这些信息可以清晰地传输到CNC设备中用来预制零部件。这些预制的零部件由于精确的信息传递和先进的制造设备，有着极高的工艺水准，即使被分开来在不同的地方制造组件，也不会影响最终的装配精度。不仅控制了建筑构件生产工艺的质量，所有构件的安装信息将会被集成在构件中，进而提高建造装配的质量。在产品领域广泛使用的条形码信息技术已经被用在现代化的建造过程中。现在，建筑师已经不用通过传统的几何测量学来控制建造，集成的所有关键信息的标签将指导工人在现场有条不紊地完成所有零部件的组装，条形码将成为21世纪管理系统中通用的一种新的模度。建筑师所需要做的就是将各种信息（场地、环境、功能、客户的需求）收集、分析、整合，然后在不同的团队之间开展协同设计，接着将完整的信息模型交给工厂并进行构件预装，最后由施工单位在现场组装已经半预制化的模块和组件，而所有的步骤都将由统一配置的条形码信息和虚拟建造可视化技术协调指挥（图5－42）。

由此，从设计、研发、生产再到组装，我们看到了基于完整的建筑信息模型的信息传递和组织是如何作用于建造过程的全局控制的。经过近20年的发展时间，基于建造信息模型的数字化设计和信息管理在建筑工程中的应用也愈趋成熟。如弗兰克·盖里、扎哈·哈迪德、赫尔佐格和德梅隆等事务所的众多著名建筑实践都得益于建造信息模型强大的全局控制能力，在复杂功能、性能以及形式的创新过程中受益匪浅。

通过全局控制，建筑师提高了他们的生产力。在传统的设计流程中，15%用于概念设计，30%用于深化设计，剩下的55%都要用于施工图设计，而占比例最重的却往往是最繁复却最没有创造性的工作。当使用了基于建造信息模型的设计方式后，设计与施工建造的比例将会重新分配，因为施工设计被集成在了前期设计中，从而省下的时间可以更多地分配到前端的概念、功能、形式、产品研究以及预制与施工的方法等有创造性的活动中。

图5－42　从设计到生产，再到建造，BIM建立了建筑产品全生命周期的控制链，既协调了不同的专业与领域之间的协同工作，激发了创造的灵感，也显著提高了生产与建造的效率，是闭环流程整合的决定性因素

资料来源：江苏元大建筑科技有限公司提供，作者编辑

通过全局控制，承包商可以减少建造时间和资源消耗，而雇主则可以更好地管理他们的工程。使用建造信息模型对于工程进展的提升效果是显著的，一些建筑工程公司已经通过应用建造信息模型成功地改进了项目交付时间。例如美国密歇根迪尔伯恩的加法里事务所（Ghafari Associates，Dearborn，Michigan）已经为通用汽车公司设计了好几个完全通过建造信息模型技术设计、生产、建造每一个建筑零部件的工程。他们设计的一个建于密歇根弗林特（Flint）、面积为442　000ft2的发动机制造工厂建成的时间比预计的提前了5个星期，并且整个建造过程中没有出现因为现场冲突而引起的工序调整问题［42］。未来的预制装配工艺将更依赖建造信息模型技术的应用。时间要素将被集成于三维的构件信息中，模拟建造的过程将被加入施工的每日计划，更好地安排和指导施工步骤。

现在，越来越多的建筑师、建筑事务所开始应用建造信息模型技术，在美国建筑师协会（AIA）最近一份关于“建筑业构成”（the business of architecture）的调研中，超过1/3的设计公司已经采用了建造信息模型设计软件，并且这个趋势还在不断扩大中。而在麦格劳－希尔建筑信息公司（McGraw－Hill Construction）的相关调研中，超过50%的建筑师、工程师、承包商以及雇主都采用了建造信息模型作为工程设计或者管理的工具［43］。虽然在长期以CAD为工作模式的公司中普及建造信息模型技术平台仍然需要一定的时间，但在不久的未来，建造信息模型必将成为建筑全行业开放的技术平台，通过它，建筑产品可以实现多样的数字化设计、可控的性能分析、可视化的虚拟建造、系统的信息管理等，最终建筑构造系统的组合将在开放市场内得到有效的组织，建筑师不再是被动地挑选现成的产品工艺，而是成为建筑核心产品技术研发与推动的主导者。