建立完整BIM軟件體系概念

1、建立完整BIM軟件體系概念摘要：BIM技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)建設(shè)項目至今天已經(jīng)進入一個快車道，但是大量的從業(yè)者對于BIM技術(shù)的印象還是停留在一款軟件應(yīng)用上，認為BIM技術(shù)不過就是一個碰撞檢測軟件。這是一個很大的誤解，BIM技術(shù)實質(zhì)上是一個軟件體系，可以把BIM應(yīng)用軟件劃分為從建模軟件到運維軟件的九大類別，這九類軟件分別對應(yīng)著BIM不同的應(yīng)用階段，每類軟件都有幾種到幾種到幾十種不同國家、不同公司開發(fā)的應(yīng)用軟件，它們互相競爭又互相補充。關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；精細化模型；軟件體系Establish a complete concept of BIM software systemsAbstract：Nowad

2、ays ,the application of BIM technology in domestic construction projects has been entering a fast lane.However ,a large number of professionals still have the impressionthat BIM technology means a software application , which is used to do a collision detection .This is a big misunderstanding .Essen

3、tially ,BIM technology is a software system .We can divide the BIM application software into nine categories ,form modeling to operation and maintenance ,these categories are corresponding to different software application stages .Among them ,each kind of software has various types ,which are develo

4、ped by different countries ,different companies .Therefore ,these software are competitive and complementary.Keywords：BIM technology；Refinement model；Software system引言國內(nèi)建筑市場上的BIM應(yīng)用現(xiàn)在正處于一個歷史上最好的發(fā)展時期，得到了各界的一致認同和推廣。筆者也參加了大量項目的BIM咨詢工作，與建設(shè)方、施工方有過很多溝通，也參加了很多的BIM交流會議。發(fā)現(xiàn)在很多人的頭腦里對于BIM的印象存著一個很大的誤區(qū)，他們認為BIM就是一個

5、專業(yè)的建模軟件，應(yīng)用這個軟件就可以把BIM的全部流程囊括其中。其實BIM不是一個軟件的事，也不是一類應(yīng)用軟件的工作內(nèi)容，BIM應(yīng)用其實是一個不同的應(yīng)用面集合在一起的軟件體系，不同的應(yīng)用層面則該用不同的應(yīng)用軟件來實現(xiàn)。1、綜述BIM應(yīng)用軟件分類目前常用BIM軟件數(shù)量已有幾十個。但對這些軟件，卻很難給予一個科學的、系統(tǒng)的、精確的分類，目前國內(nèi)幾種流行分類法也不是完全嚴謹?shù)姆诸愐?guī)則。筆者擬在本文中根據(jù)自己自己多年的從業(yè)經(jīng)驗進行一個簡單的分類概括，希望能為讀者提供一個了解BIM技術(shù)的新的視角。按照在BIM應(yīng)用中不同的應(yīng)用層面，可以在狹義的BIM應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)把國內(nèi)的BIM軟件體系劃分為以下幾類：BIM核心

6、建模軟件，B1M分析軟件，BIM模型檢查軟件，BIM輕量化軟件，BIM動畫演示軟件，BIM算量和預算軟件，BIM管理協(xié)同平臺軟件，BIM二次開發(fā)軟件，BIM運維軟件這九大類別。這九類軟件應(yīng)用于不同的層面，其中核心建模軟件是整個體系核心，其他各類軟件均以此為基礎(chǔ)進行工作，或者形成相對獨立的工作成果，或者反饋給核心建模軟件進行修正和展示。其實，廣義的BIM軟件還應(yīng)該包括各類專業(yè)建模軟件、深化軟件，不過這類應(yīng)用在同內(nèi)市場上并不多見，故本文就不做闡述了。2、核心建模軟件BIM核心建模軟件（英文叫BIM Authoring Software）是BIM賴以生產(chǎn)和發(fā)展的前提換句話說，正是因為這些軟件是整個B

7、IM鏈條的基礎(chǔ)，也是從事BIM的業(yè)者第一個要接觸碰到和熟練應(yīng)用的BIM軟件。其他各類的BIM軟件均是在BIM核心建模軟件的基礎(chǔ)上進行的不同層度上的信息交換和延伸，最后形成一個完整的BIM工作體系。這一類軟件，目前歐美建筑業(yè)已經(jīng)普遍使用 Autodesk Revit 系列、Benetly Building 系列、ArchiCAD、Catia等數(shù)量達上百種專業(yè)軟件，這些都屬BIM技術(shù)的核心建模軟件，其中主要的有以下幾種，見圖 1。RevitArchitectureRevitStructureRevitMepAutodeskBenetlyArchitectureBenetlyNemetschekGr

8、aphisoftGery TechnologyDassaultBenetlyStructureBenetly BuildingMechanical Systems sysArchiCADAllPLANDigital ProjectCATIAVectorworks圖1 BIM技術(shù)核心建模軟件2.1 Autodesk 公司RevitRevit是Autodesk于2002年收購的三維設(shè)計軟件，收購后Autodesk提出了BIM的概念，可以說BIM一詞的誕生與Revit緊密相關(guān)，這也造成行業(yè)“BIM 就是Revit，Revit就是BIM”的誤解。Autodesk公司的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和機電系列軟件

9、，借助于 Autodesk公司二維施工圖設(shè)計軟件AutoCAD的強大的市場占有率，其Revit軟件在國內(nèi)的民用建筑市場上占據(jù)著主流的位置，Revit與 Autodesk的其他工程軟件產(chǎn)品一樣，主要定位于建筑設(shè)計階段BIM，優(yōu)勢在于三維設(shè)計能力以及通用化能力。通過Revit強大的三維建模能力將實際施工項目在電腦中進行一遍虛擬建造 （圖2），并將整個項目的建筑、結(jié)構(gòu)、機電、景觀、幕墻等等各類的完整信息體現(xiàn)在模型中，為BIM軟件體系的其他類軟件提供基礎(chǔ)的模型信息，是BIM的核心基礎(chǔ)軟件。2.2 Bentley 公司microstationBentley建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備系列，Bentley最大的優(yōu)點就

10、是其二維與三維的CAD圖形平臺都是 microstation，這樣就保證了在二維三維之間可以自由轉(zhuǎn)換，形成連續(xù)一貫的統(tǒng)一平臺、模型和數(shù)據(jù)。同時Bentley公司也自行研發(fā)或收購了大量的專業(yè)軟件整合到了自己的平臺中，統(tǒng)一 的格式和數(shù)據(jù)體系使得Bentley產(chǎn)品在工廠設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域有無可爭辯的優(yōu)勢。由于推廣和易用度稍嫌不足等各方面原因，Bentley國內(nèi)市場雖然在工業(yè)和市政領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但是在民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用較少。23 Graphisoft公司ArchiCADArchiCAD是Graphisoft公司的旗艦產(chǎn)品，也是優(yōu)秀的三維建筑設(shè)計軟件之一，它是一款偏重方案設(shè)計的建筑專業(yè)BIM應(yīng)用軟件。

11、他內(nèi)置的日照分析，能量分析，風荷載、熱損耗等等分析工具，渲染工具效果出色，擁有VR演示和動畫直接生成等功能，為建筑設(shè)計人員提供了一款強大的建筑設(shè)計工具，但設(shè)備專業(yè)需要借助其他插件才能完成。然而，在國內(nèi)市場上由于其專業(yè)配套的功能僅限于建筑專業(yè)，適合的公司也僅僅限于專業(yè)的建筑師事務(wù)所，與多專業(yè)一體的設(shè)計院體制并不匹配，在國內(nèi)市場份額較少。圖2 應(yīng)用Revit建模的建筑內(nèi)景2.4 Dassault公司的 CATIADassault公司的 CATIA是全球最高端的機械設(shè)計制造軟件，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域具有接近壟斷的市場地位，應(yīng)用到工程建設(shè)行業(yè)無論是對復雜形體還是超大規(guī)模建筑其建模能力、表現(xiàn)能力和信

12、息管理能力都比傳統(tǒng)的建筑類軟件有明顯優(yōu)勢，與工程建設(shè)行業(yè)的項目和人員特點的對接問題是其不足之處。Digital Project是 Gery Technology公司在CATIA基礎(chǔ)上開發(fā)的一個面向工程建設(shè)行業(yè)的應(yīng)用軟件(二次開發(fā)軟件)，其本質(zhì)還是CATIA，就跟天正的本質(zhì)是 AutoCAD一樣。2.5 Rhino及擴展插件 Grasshopper核心建模軟件除以上幾種外，還包括幾種專門的復雜曲面建模軟件，目前國內(nèi)主要應(yīng)用的是Rhino(犀牛)以及它的擴展插件Grasshopper。Rhino又叫犀牛，是美國Robert McNeel & Assoc開發(fā)的PC上強大的專業(yè)3D造型軟件，它可以廣泛

13、地應(yīng)用于三維動畫制作、工業(yè)制造、科學研究以及機械設(shè)計等領(lǐng)域。它能無阻礙地整合3DMAX(主要應(yīng)用于建筑模）Softimage(主要應(yīng)用于動畫)的模型功能部分。同時它也可以與建筑界的主流概念設(shè)計軟件 Sketchup建筑草圖大師兼容，給建筑業(yè)界人士提供了一種自由體建模的優(yōu)秀工具 (圖 3)。Rhino是一款基于NURBS【非均勻有理B樣條曲線(NonUniform Rational BSplines)】為主三維建模軟件。NURBS是專門做曲面物體的一種造型方法。NURBS造型總是由曲線和曲面來定義的，所以要在NURBS表面里生成一條有棱角的邊是很困難的。就是因為這一特點，我們可以用它做出各種復雜

14、的曲面造型和表現(xiàn)特殊的效果，如人的皮膚，面貌或流線型的跑車等，具體到工程建設(shè)領(lǐng)域，就是復雜曲面的設(shè)計應(yīng)用必須借助它。Rhino可以在Windows系統(tǒng)中建立、編輯、分析和轉(zhuǎn)換NURBS曲線、曲面和實體，不受復雜度、階數(shù)以及尺寸的限制。Rhino也支援多邊形網(wǎng)格和點云。Rhino是一個相對“平民化”的高端軟件，Rhino所需配置很低，并且安裝控件需求極小，應(yīng)用的門檻低。圖3 應(yīng)用Rhino建模的建筑造型Grasshopper是一款在Rhino環(huán)境下運行的采用程序算法生成模型的參數(shù)化設(shè)計插件。Grasshopper不需要太多任何程序語言的知識就可以通過一些簡單的流程方法達到設(shè)計師所想要的模型，它以

15、自己獨特的方式完整地記錄起始模型和最終模型的建模過程，從而達到通過簡單改變起始模型或相關(guān)變量就能改變模型最終形態(tài)的效果。當方案邏輯與建模過程聯(lián)系起來時，它還可以通過參數(shù)的調(diào)整直接改變模型形態(tài)。Grasshopper中提供的矢量功能是Rhino中沒有的慨念。在Rhino中制作模型，比如畫曲線，拉控制點，移動，陣列物體等等幾乎所有的手工建模都是在反復地做定義距離和方向的工作。而在以程序建模(參數(shù)化建模)的軟件中，這個工作是以輸入數(shù)據(jù)和程序自動計算的方式來完成，以替代傳統(tǒng)的手工去畫的方式，軟件中用來完成這個工作的工具就是矢量。3 BIM 分析軟件BIM分析軟件是以BIM核心建模軟件提供的建筑模型為基

16、礎(chǔ)進行各類的專業(yè)建筑分項分析的工具軟件。它包括了建筑、機電和結(jié)構(gòu)等類的專業(yè)分析軟件。3.1 BIM可持續(xù)（綠色）分析軟件可持續(xù)（或綠色）分析軟件可使用BIM模型信息，對項目進行日照、風環(huán)境、熱工、景觀可適度、噪音等方面的分析和模擬。主要軟件有國外的Echotect（生態(tài)建筑大師）、IES（光域網(wǎng)制作）、Green Building Studio（建筑性能模擬）以及國內(nèi)的PKPM等。3.2 BIM機電分析軟件水暖電或者電氣分析軟件，國內(nèi)產(chǎn)品有鴻業(yè)、博超等，國外產(chǎn)品有IES Virtual Environment（建筑能耗模擬）、Trane Trace（能源和熱力加載分析應(yīng)用程序）等。3.3 BI

17、M結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)構(gòu)分析軟件是目前與BIM核心建模軟件配合度較高的產(chǎn)品，基本上可實現(xiàn)雙向信息交換，即：結(jié)構(gòu)分析軟件可使用BIM核心建模軟件的信息進行結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果對于結(jié)構(gòu)的調(diào)整，又可反饋到BIM核心建模軟件中去，自動更新BIM模型。國外結(jié)構(gòu)分析軟件有ETABS（美國CSI公司開發(fā)研制的房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件）、STAAD（美國REI公司結(jié)構(gòu)分析軟件）、Robot（法國Robobat公司結(jié)構(gòu)分析軟件）以及國內(nèi)的PKPM、盈建科均可與BIM核心建模軟件配合使用。4 BIM模型檢查軟件在BIM模型搭建過程中，不同專業(yè)人員使用各自建模軟件，來建立與自己專業(yè)相關(guān)的BIM模型，而這些模型需在同一個環(huán)

18、境里面集成起來，才能完成整個項目的設(shè)計、分析及模擬，這些不同專業(yè)建模軟件，本身是無法實現(xiàn)這一點：而對于大型項目而言，因硬件限制而使BIM核心建模軟件往往無法在一個文件里操作整個項目模型，但是又必須把這些分開創(chuàng)建的局部模型整合在一起，進而才能研究整個項目的設(shè)計、施工及其運營狀態(tài)。模型綜合碰撞檢查軟件基本功能就包括集成各種三維軟件創(chuàng)建的模型，并進行3D協(xié)調(diào)、4D計劃、可視化、動態(tài)模擬等一系列運作，其實也屬于一種項目評估、審核軟件，常見模型綜合碰撞檢查軟件有Autodesk Navisworks、Bentley Projectwise Navigator 和SolibriModel Checker等

19、。這些模型檢查軟件都是各BIM軟件公司與自己的核心建模軟件相互搭配開發(fā)或收購的。各軟件工程基本類似，這里僅針對Navisworks進行簡單的介紹，NavisWorks主要功能包括三位模型的實時漫游、模型整合（將多種三維的3D模型合并到一個模型中進行不同專業(yè)間的碰撞校審）、碰撞校審（物理意義上的碰撞校審、時間上的碰撞校審、間隙碰撞校審、空間碰撞校審等）、模型渲染、4D模擬（導入進度計劃和模型直接關(guān)聯(lián)，通過3D模型和動畫能力直觀演示出建筑和施工的步驟）等。 NavisWorks通過模型合并、3D漫游、碰撞檢測和4D模擬等為工程行業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)提供了完整的設(shè)計審核方案，延伸了設(shè)計數(shù)據(jù)工程用途（圖4）。其

20、3D漫游和檢視技術(shù)為設(shè)計和施工圖的直觀化體驗提供了極大便利。在模型搭建過程中可以實時瀏覽和檢查整個大AutoCADDWGNWCNavisWorksNWFNWDRevitRevitAutoCADNWC規(guī)模的設(shè)計模型，用于演示整個流程和布置，直觀地展現(xiàn)虛擬搭建建筑的全局和關(guān)注的細部節(jié)點。圖4 NavisWorks與Revit文件格式轉(zhuǎn)換關(guān)系5 BIM輕量化軟件 輕量化軟件分為兩種，第一種所指的輕量化軟件是指的在BIM模型的移動端來展示和輕量化應(yīng)用的軟件。它可以使得工程人員無需借助笨重的電腦終端來進行操作，而可以在手機和iPad等終端上快捷展示和瀏覽。這類BIM輕量化軟件有BIMX、BIM360等軟

21、件。 BIMX是GRAPHISOFT公司2011年發(fā)布的支持iPad/iPhone以及IOS設(shè)備上的應(yīng)用，BIMX功能包括實時的3D瀏覽、立體，渲染及隱藏線視圖、重力加強、出入口識別、模型穿越、點擊定位到達等瀏覽功能。2015年GRAPHISOFT公司發(fā)布了為BIMX增強了云儲功能的BIMX PRO。BIM360則是Autodesk公司2012年推出的基于云服務(wù)的云端應(yīng)用程序，使用戶可以在項目的全生命周期中隨時隨地在移動終端便捷的訪問BIM項目信息。Autodesk BIM360可以與Autodesk公司其余的BIM設(shè)計、施工及運營軟件配合使用。第二種則是將龐大的的BIM模型進行信息簡化，以非

22、?？斓乃俣冗M行模型演示，且可以在移動終端上演示的輕量化軟件，這類軟件主要是Fuzor，一款輕量化的BIM虛擬漫游軟件。Fuzor是一個由美國Kalloc Studios開發(fā)的建筑設(shè)計及即時渲染軟件它與Revit2013版本以上可以實時連結(jié)，可以即時預覽設(shè)計效果。除此之外，它也可以制作建筑設(shè)計展示短片、高解析度截圖、即時模擬光影變化、燈光效果、進行虛擬漫游設(shè)置等。Fuzor可以將文件生成一個EXE的執(zhí)行文件，供沒有安裝相關(guān)軟件的使用者快速審閱模型。同時Fuzor擁有外界3D接口，可以外接虛擬體驗設(shè)備VR，進行虛擬體驗。6 BIM動畫演示軟件BIM動畫演示軟件目前主流的應(yīng)用軟件就是Naviswor

23、ks、Lumion、Synchro等。Lumion是一個實時的3D可視化工具，用來制作工程動畫和靜幀作品，可以廣泛的應(yīng)用在建筑規(guī)劃和設(shè)計領(lǐng)域。它可以從BIM核心建模軟件、SketechUp以及其他的3D軟件直接導出3D內(nèi)容，進行建筑動畫的輸出作業(yè)。同時速度極快，通過GPU渲染技術(shù)，實時編輯3D場景，渲染和場景創(chuàng)建降低到最快只需幾分鐘的時間，同時通過其內(nèi)置的視頻編輯器，可以快捷的創(chuàng)建出很有表現(xiàn)力的建筑動畫成果。通過Lumion軟件創(chuàng)造出建筑視頻動畫可以以極低的成本創(chuàng)造出效果可觀的表現(xiàn)動畫。打破了原有建筑表現(xiàn)動畫動則上萬收費的成本瓶頸，為建筑動畫的平民化展示和大面積的應(yīng)用鋪平的道路。Synchro

24、也是非常不錯的制作動畫的軟件，它還有4D施工過程、進度模擬等功能。7 BIM算量和預算軟件由于國內(nèi)工程造價領(lǐng)域的獨立性，BIM算量和預算軟件主要都是由國內(nèi)預算軟件公司基于BIM技術(shù)開發(fā)而來，包括了廣聯(lián)達BIM算量、魯班BIM、iTwo等。廣聯(lián)達和魯班公司是國內(nèi)兩大造價領(lǐng)域的巨頭，他們針對于BIM技術(shù)開發(fā)的算量軟件也是目前主流的BIM算量和預算軟件。兩者均是通過將BIM核心建模軟件的模型導入其基于自主研發(fā)的三維算量軟件，通過系統(tǒng)內(nèi)部的土建、鋼筋、安裝、精裝、市政、鋼結(jié)構(gòu)等算量子項，內(nèi)置了國內(nèi)工程算量的各相關(guān)規(guī)范，并依靠其豐富的常規(guī)算量軟件的積累，有效地補充了BIM模型三維算量的不足。iTwo實際

25、上是一款由德國RIB公司開發(fā)BIM管理軟件，但是他包含了強大的BIM5D的功能。8 BIM管理協(xié)同平臺軟件BIM管理協(xié)同平臺軟件是基于BIM虛擬建造模型包含的全信息模型屬性，在建設(shè)項目的全生命周期過程中將設(shè)計、施工、工程項目的進度計劃編制與管理等等融合在一個建筑整合模型系統(tǒng)中，并將建設(shè)方、設(shè)計方、施工方、造價方、運維方都對接到這個系統(tǒng)中，協(xié)同工作，一模管理，高度集成，將設(shè)計、建造、算量、造價與項目管理各方的協(xié)作屏障打破，采用基于互聯(lián)網(wǎng)，云平臺的技術(shù)，實現(xiàn)資源共享，迅速協(xié)作的功能。未來可能與企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）進行有效的整合，整合工程建設(shè)領(lǐng)域的各種資源有效管理。這類軟件包括了Bentley

26、 ProjectWise、Autodesk Vault等。9 BIM運維管理軟件BIM運維管理軟件這部分的應(yīng)用，目前的方式還是以FM+BIM（+GIS）的解決方案為主，就是在傳統(tǒng)的FM（設(shè)備管理系統(tǒng)）軟件的基礎(chǔ)上加入BIM和GIS（地理信息系統(tǒng)）的接口。這類做法通過把BIM模型中的各類設(shè)備尺寸、型號、口徑、廠家、規(guī)格等信息轉(zhuǎn)接到傳統(tǒng)FM系統(tǒng)表格數(shù)據(jù)中，同時FM表格中的數(shù)據(jù)可以鏈接到BIM模型中的直觀部位或設(shè)備管件，形成互相支持的管理體系。FM+BIM的解決方案，以引入國外成熟的FM管理平臺為主，同時也有國內(nèi)公司自行開發(fā)的定制FM平臺。這類傳統(tǒng)的FM管理軟件主要有ARCHIBUS、IBM-Tririga、Trimble-Manhattan幾種。ARCHIBUS是國際上市場占有率最高的FM管理軟件，最新版本整合了BIM和GIS接口的數(shù)據(jù)鏈，可以在windows和web上同時支持系統(tǒng)管理，基于最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行自動管理、設(shè)施維護和應(yīng)急處置的工作。ARCHBIUS同時也是國內(nèi)大型運維管理項目最大的軟件支持商。IBM-Tririga是IBM公司2011年收購的智能樓宇軟件，其核心功能包括管理供熱、供水、供電以及樓宇中的其它公用事業(yè)