三、BIM 的研究

对于BIM 国内外一些知名大学率先展开了卓有成效的基础性研究。1996 年美国斯坦福大学提出的4D 模型，将建筑构件的3D 模型与施工进度的各种工作相链接，动态地模拟这些构件的变化过程；新加坡南洋理工大学提出了一个基于IFC 的网络工作平台，采用网络及XML 技术进行信息交换，支持建筑设计到结构分析的模型转换；英国索尔福德大学提出的基于IFC 信息模型的4D 计划管理工具，实现了施工计划模拟、概预算以及施工项目假设分析。笔者及清华大学研究组于2002 年研发的4D 施工管理扩展模型，将建筑物及其施工现场3D 模型与施工进度相链接，并与施工资源和场地布置信息集成一体，2006 年开发了基于IFC 和BIM 的4D 建筑施工管理系统和物业智能管理系统。

  随着对信息建模研究的不断深入，一些著名软件开发商也提出了名称各异的信息模型概念。匈牙利Graphisoft 公司提出虚拟建筑（Virtual Building, VB ）的概念，并应用于建筑设计软件ArchiCAD 中；美国Bentley 公司基于全信息建筑模型（Single Building Model，SBM），推出了MicroStationArchitecture。美国Autodesk公司于2002年首次提出BIM解决方案，推出了相应的Revit和Civil3D软件。然而，这些应用软件仅仅是应用BIM的概念，针对建筑或某个专业设计建立构件对象的3D模型，并附加相关的工程属性和构件对象之间的相互关系，实现该设计过程中的数据共享。而如何建立面向建筑生命期的BIM，实现全过程的数据共享和交换，还存在大量亟待解决的理论和技术问题。

            本文作者及研究组承担的“十一五”科技支撑项目“建筑设计与施工一体化信息共享技术研究”课题，通过对BIM和IFC进行系统地研究，建立了基于IFC的BIM体系架构，开发了面向设计与施工的BIM建模系统、BIM数据集成管理平台及BIM数据库，为BIM的建立和应用探索了理论、方法和开发技术。

1、基于IFC 的BIM 基本架构

   基于IFC 的BIM 基本架构是一个包括数据层、模型层、应用层的网络结构体系，其基本思路是随着工程项目的进展和需要分阶段创建BIM ，即从项目规划到设计、施工、运营不同阶段，针对不同的应用建立相应的子信息模型。各子信息模型能够自动演化，可以通过对上一阶段模型进行数据提取、扩展和集成，形成本阶段信息模型，也可针对某一应用集成模型数据，生成应用子信息模型，随着工程进展最终形成面向建筑生命期的完整信息模型。2、面向设计与施工的BIM 建模系统引入建筑业国际标准IFC ,将建筑3D 模型与设计、施工及管理信息集成一体，实现了3D 模型参数化创建与显示，建筑构件和体量、材料、进度、成本、质量、安全等信息关联、查看、编辑和扩展，模型的IFC 格式导入与导出等功能。本系统适用于各种建筑设计与施工阶段的BIM建模与编辑，为BIM 创建提供了工具。 

     2、面向设计与施工的BIM 建模系统

      引入建筑业国际标准IFC ， ，将建筑3D 模型与设计、施工及管理信息集成一体，实现了3D 模型参数化创建与显示，建筑构件和体量、材料、进度、成本、质量、安全等信息关联、查看、编辑和扩展，模型的IFC 格式导入与导出等功能。本系统适用于各种建筑设计与施工阶段的BIM建模与编辑，为BIM 创建提供了工具。

     3、基于IFC 的BIM 数据集成与管理平台

           可基于BIM 工程数据库进行信息存储、管理和高效的访问，并基于子信息模型技术实现建设过程中BIM 数据积累、管理和共享。平台提供了BIM 数据存储、维护、管理以及三维几何模型和材料、进度等工程信息的浏览与查询功能，实现多用户的权限控制和并发访问。该平台为基于BIM 的AEC/FM 系统提供底层数据支持，是面向建筑生命期工程信息管理的平台支撑。

    4.、建筑施工IFC 数据描述标准

     结合我国建筑施工信息管理的特点和相关国家及行业标准，在IFC标准研究的基础上，编制了建筑施工IFC 数据描述标准。标准基于IFC原有架构，应用IFC 实体扩展和属性集扩展机制，针对建筑施工的成本管理、进度管理、质量管理、安全管理及绿色施工的五个方面进行了IFC 实体和属性集扩展，共扩展IFC 实体91 个、IFC 属性集126 条，形成了构建建筑施工信息模型的IFC数据描述和体系结构。为实现工程设计、施工与运营维护的信息共享和交流，开发新一代建筑施工管理系统提供了数据标准，填补了建筑施工统一数据描述标准的空白。

    5、基于BIM 技术的建筑施工优化控制和管理系统

         该系统研究基于IFC 标准定义了施工管理领域涉及的人力、机械、材料等资源信息模型，通过建立将资源信息模型与施工计划、成本和施工场地信息模型进行关联的信息集成机制，构建基于IFC 的施工优化信息模型。综合应用离散事件模拟、蒙特卡罗随机模拟和粒群优化算法的理论和方法，分析施工资源与施工工期之间的动态关系以及不与施工工期之间的动态关系以及不确定性事件对工程工期的影响，实现了合理工期条件下的施工资源和场地的优化，以及在一定资源和场地条件下对施工工序进行优化，并将4D 施工管理系统（4D-GCPSU） ）与基于离散事件模拟的施工优化系统（SDESA ） ）进行集成，实现4D 施工过程优化以及施工操作的可视化模拟。该系统在北京奥运会国家体育场、广州珠江新城西塔等多个大型工程示范应用，有效的辅助设计施工人员进行施工进度安排与优化，场地布置和施工操作优化，明显提高了关键工序的施工效率和精度，提高了信息化管理水平。

    6、基于BIM 的建筑工程4D 施工管理及安全分析系统

     该系统研究发展4D 模型理论，综合应用BIM 技术，建立4D 施工信息模型，实现了施工进度、资源、成本、场地的4D 集成化动态管理和4D 可视化模拟。该系统引入IFC 标准，开发IFC 文件解析器和IFC 数据转换接口，建立建筑施工安全管理和结构分析的IFC 数据描述，实现设计与施工信息的交流与共享。通过直接获取结构设计信息，自动生成4D 施工安全信息模型，实现了施工过程时变结构和支撑体系的安全分析，进度、资源、成本的冲突分析和预测，以及相应的预警机制和决策支持。通过建立施工场地设施时变空间模型，实现了施工设施与设施、设施与建筑构件在施工过程中的动态碰撞检测。