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建筑信息化模型

Umit lsikdag, Jason Underwood 和 Murat Kuruoglu

17.1绪论

建筑信息化模型（BIM）已经成为解决建筑物整个生命周期中的信息共享和协作相关的问题的关键研究领域。 BIM的重要性在于在建筑物生命周期内跨平台的信息开放式交换，以及实现信息可转移记录。 BIM是一个用于定义整个建筑周期的过程中的信息管理的术语，主要侧重于实现和促进项目流程和交付的综合方式，通过在项目的各个阶段协同使用全面的丰富的3D挖掘建筑模型，并建立类似周期。 BIM是全面的丰富的共享3D数字建筑模型，构成了BIM过程的支柱。

建筑工程和建筑（AEC）行业的传统性质涉及将多学科/从业者聚集在一个独一无二的项目中，这需要大量的协作和协调。 因此，AEC行业是一个信息密集型行业，其工作实践是“以文档为中心的”，建筑项目信息主要在文档中捕获，如CAD图纸，规格，蓝图等。 因此，信息表面上可以作为不同的文件分发给参与项目的来自各领域的团队。 这种面向文档的行业性质与应用程序之间缺乏互操作性相结合，导致利益相关者之间的沟通和协作存在重大障碍，这反过来又严重影响了行业的效率和绩效（Latham，1994; Egan，1998,2002）。 在过去的15年中，用于AEC设计过程的软件应用程序一直专注于便捷化，2D绘图板技术，结构分析和时间/成本管理活动，而基于模型的信息管理和互操作性大多被忽视。 加拉赫等人（2004年）表明，由于缺乏互操作性，美国资本设施行业每年损失158亿美元。为了解决与信息集成和互操作性相关的问题，最近的研究与开发（RED）重点关注：

促进团队在互联网上的合作。 支持虚拟的AEC企业；开发用于生成全面的丰富的3D数字建筑的工具楷模； 和利用分布式平台和数据库来管理建筑物信息。

BIM从建筑产品建模这一术语（即AEC行业产品建模范式的实现）发展而来。BIM现已成为解决AEC行业信息共享和协作相关问题的关键研究领域。例如，Underwood和Isikdag（2010）指出，在20世纪90年代后期，BIM被规定为克服AEC行业应用之间“数据互操作性”疾病的补救措施。然而，今天显而易见的是，这种“神奇的记忆”已经发展到可以解决比一般情况规定更多的问题，其中BIM现在承诺成为整合，互操作和协作的新推动者，以重塑传统的AEC行业。 BIM现在也被广泛接受为一个新的有希望的信息管理流程和战略，用于交叉：AEC项目的流程和利益相关者。 BIM是智能数字建筑模型，既可以反映项目/建筑的“未来”或“现状”情况，也可以作为BIM战略的核心。本章重点介绍BIM作为信息管理的过程和策略，基于使用BIM在AEC项目的各个阶段（从概念到拆除/拆卸）存储和管理建筑信息。目前，BIM范例的实现是通过使用商定的模型（即模式标准），例如工业基础类（IFC）和CIS / 2，通过支持几个应用程序支持的BIM信息来实现的。在这种情况下，BIM可以在许多不同的领域和不同的层面上实现，包括项目生命周期的设计阶段，根据使用环境，他们可以拥有不同的功能，如连接宏（室外）和微型城市空间（即建筑物），以促进软件应用程序之间的信息共享。他们还可以在建筑生命周期中的建筑，生产，采购相关任务的整个生命周期中存储建筑信息，同时支持施工过程的模拟（即在nD中）。此外，BIM可以帮助促进信息系统的集成，通过Internet提供实时和有序的构建信息，并实现高级分析，同时支持设计：建设环境友好/高效建筑，包括促进应急响应操作。

最近的研究展示了许多关于BIM的不同用途和应用的例子，以满足建筑生命周期中的各种要求。 Rebolj（2010）和Spearpoint（2010）解释了一些关键的例子，他们确定了如何通过BIM和新加坡等国家认真地使用BIM来促进4D到nD模拟应用。 BIM还可以促进能效建筑的设计，以解决可持续性和减少CO排放问题（Hua，2010; Solis和Mutis，2010）。 事实上，BIM作为智能数字模型的用途和功能并不局限于这几个领域--SIM作为AEC行业的可靠信息管理战略正在稳步发展。本章重点介绍BIM作为AEC流程信息管理的创新方法。它发展了关于BID的不同观点，从分享，交换到实施计划。 本章的后续部分介绍了土耳其和英国不同BIM实施/实践的案例研究，供讨论和反思。

17.2背景

BIM已经从绘图交换格式的标准进一步进化了。例如，绘图交换格式（DXF）到建筑产品模型（6PM），其主要基于ISO10303技术。大多数BPM通过传播，交换，共享，解释和推动，采用了产品建模概念处理信息。在AEC行业更广泛地认可IFC和CIS / 2模型的同时，BPM最近被称为BIM，因为大多数BPM（包括IFC和CIS / 2）都是根据ISO 10303标准定义的，在模型定义语言EXPRESS中使用术语信息建模。 BIM这一术语得到了学术界和工业界有价值的RED团队的广泛认可，并得到了buildingSMART（以前称为国际互操作性联盟）的广泛支持。今天，IFC和CIS / 2是BIM领域的关键模式标准化工作，IFC是IAF buildingSMART的努力，其目标是为技术指定一种通用语言，以改善通信，生产力，交付时间，成本整个建筑的设计，施工和维护生命周期的质量和质量。例如，在2005年，IFC成为ISO公开可用规范（ISO 16739）。此外，CIS / 2是广泛采用的开放标准，用于数字交换和共享与结构钢框架相关的工程信息。

17.2.1建筑信息模型概述：

BIM被定义为在整个建筑生命周期中创建，共享，交换和管理信息的新方式（NBIMS，2007）。 NBIMS倡议以三种方式对BIM进行分类：

产品（建筑物的智能数字表示），协作流程，涵盖业务流程，自动流程功能和开放的信息标准，用于信息的可持续性和保真度，一个易于理解的信息交换，工作流程和程序的工具，团队在整个建筑生命周期中使用这些工具作为可重复，可验证，透明和可持续的信息环境。

美国总务管理局6IM指南（2006）指出，BIM中的信息可以反映建筑物的设计，建造和运行状态的物理和功能特征。 此信息涵盖许多领域和应用程序类型。 因此，BIM以一致，结构化和可访问的方式将这些信息集成到一个数据库中。BIM的重要性源于跨平台的信息公开交换以及在整个建筑生命周期中建立起源的可转移记录。Isikdag（2007）将BIM的确定性特征确定为面向对象，数据丰富/全面，3D，空间相关和丰富的语义。Cerovsek（2010）强调了BIM分析的五个观点，可以将其解释为对BIM的观点。 从这些角度来看，BIM可以被视为：1.模型2.一个建模工具3.可交流的网络4.个人项目工作5.协同项目工作。

从这个角度来看，Cerovsek（2010）将“BIM”描述为整个建筑 - 项目生命周期中项目沟通的实际建筑的数字表示。这包括从时间角度看建筑物的实际外观，可以用三个模型类别来表示，“原样是”，“as-ir-is”或“as-to-be”。此外，“建筑信息模型模式”可以定义为非语言数据结构，描述信息状态集合的广义属性的抽象：关于项目通信中使用的建筑物。 Underwood和Isikdag（2010）将BIM定义为整个建筑生命周期中的信息管理过程，从概念到拆除，主要侧重于实现和促进项目流程和交付的整合方式，通过协作使用具有丰富的三维数字：在项目的所有阶段和构建生命周期中构建模型。作者将BIM解释为一组语义丰富的共享lt;i 3D数字建筑模型，构成了BIM过程的支柱。

17.2.2BIMs, 互操作性, 集成在信息系统

BIMs, 互操作性, 集成在信息系统中，互操作性是两个系统相互理解和使用彼此功能的能力。 “互操作”一词表示一个系统部门执行另一个系统的操作，就好像它是另一个系统一样。互操作性的情况等同于松散的系统内容。正如Panetto和Molina（2008）所提到的，集成超越了互操作性，因为它涉及功能依赖。虽然可互操作的系统也可以独立运行。如果其中一个系统中断，则集成系统会丢失重要功能。两个集成系统不可避免地具有互操作性，但两个可互操作的系统不一定是集成的。软件集成领域的文献综述，数据/信息水平和应用/服务水平两个主要的集成/互操作性水平（Hohpe和Woolf，2003; Linthicum，2003; Erl，2004; Imhoff，2005，Ruggiero ，2005）。数据/信息级别互操作性是指软件可以使用与第一个软件可互操作的其他软件生成的数据来执行功能的情况。实际上，如果两个系统被认为是在数据级别中集成的，则必须使用另一个系统生成的数据才能正常运行。从软件集成和互操作性的角度来看，BIM可以作为标准数据/信息模型，作为数据级互操作性的推动者。换句话说，软件应用程序交换BIM或与驻留在数据库中的共享BIM交互，以对由另一应用程序生成，处理或存储的建筑物信息执行操作。

17.2.3共享和交换BIM：

从ISO 10303的角度来看，在信息交换场景中，一个软件系统在内部维护数据的主副本，并导出数据的“快照”以供其他人使用。在信息共享中，存在已知的数据主副本，并且可以通过多用户交互对数据执行创建/读取/更新/删除（CRUD）操作。 BIM模式表示包含模型中所有实体，属性和关系的逻辑数据结构（或数据模型）。然后，该模型由软件创建并存储在物理文件或数据库中。因此，可以交换表示整个模型类集的物理文件或不同应用程序之间的模型子集。 BIM可以存储在共享数据库中，其中CRUD操作可以由多个应用程序执行。这种类型的共享数据存储称为共享数据库或建筑信息模型服务器（例如Express Data Manager，2010）。可以通过Web访问BIM以进行查询和可视化目的，其中自动化基于Web的查询和BIM可视化的应用程序称为构建信息模型服务器（BIMServer，2010）。存储在BIM中的信息可以通过使用Web服务（Web接口到数据和应用程序）来访问。Web服务的两个明确特征是松散耦合和网络透明度（Pulier和Taylor，2006）。 Web服务是松散耦合的，也就是说，当一个软件作为Web服务公开时，将它移动到另一台计算机很简单，因为服务功能独立于使用该服务的c-lient应用程序。

另一方面，当Web服务的消费者和提供者使用开放的因特网协议向对方发送混乱时，Web服务提供总的网络透明性（即，Web服务的位置对其功能没有影响）。 无状态Web服务（即，Representational State Transfer - REST）建立在资源（即通过Web上以数字方式提供的任何东西），它们的名称（通过统一指示符，即URI）识别，表示（即关于当前状态的元数据/数据）上。 资源）和表示之间的链接。 在无状态Web服务中，每个客户端请求都被视为一个独立的事务，并且该服务不存储有关发出请求的客户端的信息。 从BIM的角度来看。 服务可用于查询模型。

17.2.4实施计划

实施计划通常必须在任何BIM实施之前执行，其细微差别涉及制定实施/执行计划，以便充分利用基于开发的实施/执行计划的建筑信息的交换和共享。该领域的宝贵信息资源是宾夕法尼亚州立大学开发的BIM执行计划指南（2010）。本指南可视为一种工具，可提供有关使用BIM完成多个设计，分析和构建过程的流程图。因此，BIM项目执行计划在项目的早期阶段开发，并在项目中添加其他参与者时进行更新。在整个项目实施阶段，还对其进行监测，更新和修订（根据需要）。该计划定义了项目BIM实施的范围，确定了BIM任务的流程，定义了各方之间的信息交换，并描述了支持实施所需的项目和公司基础设施。该指南提供了制定详细BIM执行计划的四步程序。这些步骤是确定适当的BIM目标并在项目中使用;设计BIM执行过程；定义BIM可交付成果;确定成功实施计划所需的支持性基础设施。每个组织或项目都遵循自己的BIM实施路线，因为每个单独的AEC项目往往都有自己独特的特征。 因此，BIM实施工作可以看作是截然不同的。但是，为了理解如何实施BIM，研究以前的实际经验是有用的。 在此之后，将讨论来自两个不同国家（特别是土耳其和英国）的BIM实际案例研究的实施情况。

17.3BIM实施案例研究

有关建筑过程（有或没有BIM）视觉表示的4D建模实施的各种案例研究已在文献中报道过（Collier和Fischer，1995年 - ，Haymaker和Fischer，2001; Kam和Fischer，2002; Yerrapathruni，2003; Heesom和Mahdjoubi，2004; Gao，2005，Faddoul，2006; Gao和Fischer，2005，Hsieh，2009，Mahalingam。，2010）。本案例研究解释了BIM在土耳其完成的真实大型AEC项目的可视化（即4D建模）过程中的应用。本案例研究使用BIM生成足球场的4D模型。 Galatasaray Tiirk Telekom体育场项目位于伊斯坦布尔（土耳其），项目包括体育场，室内体育馆和购物中心，以及指定转换，会议和大会的区域。该项目包括一个结构，其中包括与土耳其其他体育场馆不同的技术特征，包括建筑和技术。该建筑的基础工作于12月20日开始“。体育场横跨190米的水平轴，纵轴228米，地面面积约43,000米。铸造混凝土和预制混凝土施工技术用于结构的主要部分的建设。体育场可容纳52,647人，并于2011年1月正式开放。体育场建设的工作时间表由承包商的规划小组使用Primavera项目规划（P3）软件准备。正在准备工作时间表，该项目分为六个主要阶段，涵盖体育场六个街区的建设。每个建筑区块分别命名为A，B，C，D，E和F，每个主要阶段（区块）分开本身分为三个子阶段（以简化调度过程）。这种分割的主要目的是通过划分工作方案来定义有效的生产计划策略dule进入阶段和阶段。该体育场的BIM使用BIM应用程序（即AutoCAD和Revit）进行了调整，并转移到Synchro 4D Modeling软件中。然后使用Synchro链接工作时间表和

资料编号：[3559]