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基于BIM的大型復雜工程信息管理研究
發布時間：2023-01-02 16:15
目錄
摘要 I
ABSTRACT Ill
目錄 V
第一章緒論 1
1.1選題背景及研究意義 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意義 3
1.2國內外研究綜述 4
1.2.1國外研究綜述 4
1.2.2國內研究綜述 6
1.2.3國內外相關研究評述 8
1.3研究的主要內容和方法 9
1.3.1研究內容 9
1.3.2研究方法 10
1.3.3研究技術路線 11
第二章 基于BIM環境的信息互用分析 12
2.1BIM的研究及分析 12
2.1.1BIM的基本概念 12
2.1.2BIM的特性與各階段的信息互用分析 12
2.1.3大型復雜工程BIM的應用價值及應用現狀 20
2.2基于BIM的信息互用模式 21
2.2.1基于BIM的信息互用類型 21
2.2.2基于BIM的信息互用方式一從軟件角度看 22
2.3基于IFC標準的信息交互研究 23
2.3.1 IFC的基本概念 23
2.3.2基于IFC的信息交互的相關要素 24
2.3.3IFC標準描述工程項目信息的方式 26
2.4本章小結 27
第三章大型復雜工程的信息管理研究 28
3.1大型工程項目的復雜性分析 28
3.1.1復雜性的概念辨析 28
3.1.2大型工程項目的復雜性屬性 28
3.1.3大型工程項目的復雜性構成研究 30
3.2大型復雜工程信息管理研究 33
3.2.1大型復雜工程信息特點分析 33
3.2.2大型復雜工程信息的格式和形式 34
3.3大型復雜工程信息管理存在的問題及原因 36
3.3.1信息管理存在的問題 36
3.3.2產生信息管理問題的原因分析 37
3.4基于BIM的信息管理價值研究 38
3.5本章小結 39
第四章 基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的構建 40
4.1BIM信息管理框架的功能需求分析 40
4.2基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的總體設計 40
4.2.1整體構建 40
4.2.2信息整體管理框架 41
4.3基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的研究 42
4.3.1大型復雜工程信息管理框架的信息互用層 42
4.3.2大型復雜工程信息管理框架的交互模式層 43
4.3.3大型復雜工程信息管理框架的功能模塊層 45
4.4基于BIM的大型復雜工程信息管理的實施方法 46
4.4.1信息管理體系主客體關系分析 46
4.4.2基于BIM的信息協同平臺構建 47
4.4.3信息管理體系業務流程設計 49
4.4.4物理硬件及BIM軟件的設計 50
4.5本章小結 52
第五章案例分析一BIM在南京青奧體育公園信息管理上的應用 53
5.1工程項目概況 53
5.2基于BIM的工程信息管理在青奧工程實施的目標及任務 55
5.3基于BIM的工程信息管理在青奧工程各階段的實施內容 57
5.3.1規劃、設計階段 57
5.3.2施工階段 58
5.3.3運營維護階段 59
5.4基于BIM的工程信息管理在青奧工程的具體實施措施 59
5.4.1提出專項施工方案 59
5.4.2深化信息管理的建設 61
5.5南京青奧工程BIM應用總結 62
第六章結論與展望 64
6.1本文研究的主要結論 64
6.2研究展望 65
參考文獻 66
致謝 71
碩士在讀期間發表論文 72
第一章緒論
1.1選題背景及研究意義
1丄1研究背景
建筑行業作為推動國家經濟發展的重要產業之一，與國民經濟的高速發展、 廣大人民群眾的生活質量息息相關，同時也有著密不可分的聯系。進入二十一世 紀以來，我國建筑業及其相關產業隨著經濟的發展而不斷快速擴展，據國家統計 局2016年調查統計報告發現，上一年（2015年）我國建筑業總產值達到1&07 萬億元,相比前一年同期增長了 2.3%左右，實現增長值4.64萬億元，比前一年 增長6.8%,增加的產值占全國GDP的6.87%O由此可見，在我國，建筑業及其 相關產業是拉動經濟增長的重要行業。
目前，全球正處于“互聯網+”和信息化的時代，“十一五”結束以后我國各 行各業的信息化水平呈現出驚人的發展態勢，與此同時建筑業的信息化程度也在 高速發展階段。然而，建筑業正逐漸暴露出其相對于制造業、金融行業和電子行 業的低效率［1］和高能耗現象。究其原因發現，國內近年來大批的大型復雜工程項 目的不斷涌現，例如上海中心項目、南京青奧體育公園項目、蘇通大橋項目等, 這些項目正朝著規模化、精細化、集成化和協同化的方向發展。
大型復雜工程的定義為:工程項目不僅建設規模大、子系統繁多且相互關聯、 環境動態多變、具有社會、經濟、政治敏感性、各參與方利益互動明顯，而且建 設工程項目子系統同社會大系統相互影響復雜性凸顯，超越了傳統建設工程項目 管理的范疇。這種發展趨勢導致在工程項目建設的全壽命周期中參與方與利益涉 及方的顯著增多，導入/出的工程信息量激增，組織層級和管理形式更加豐富多 樣化，信息管理方法和類型也更加復雜多變。因此，在大型復雜工程全壽命期信 息管理的過程中，不可避免地會出現“信息斷層”和“信息孤島”現象〔2］,從而 影響了工程項目的建設過程，很大程度上抑制了工程項目生產效率的提高，最終 造成了建設項目中信息化水平落后，生產效率低下的情況。
圖1.1是工程項目在全壽命期的信息傳遞示意圖，從圖中可以發現，工程信 息流失現象在工程項目建設全壽命周期中十分顯著。因此，在面對大型復雜工程 時，必須提出并采用一種更加高效的信息管理體系，提高工程項目全壽命期的信 息化程度，最終實現提高工程項目生產率的目的。
圖1.1工程項目全壽命期中的信息傳遞
自從二十世紀80年代末至90年代初，我國建筑業在對BIM （建筑信息模 型）的研究從剛開始的學習模仿歐美國家，到如今對BIM研究的不斷深入和研 究方向的多樣化，在短短的時間內取得了長足的進步。
針對目前建筑業高能耗、低產值的現象，住房和城鄉建設部在《2011-2015年 建筑業信息化發展綱要》（建質[2011] 67號）提出了：“在'十二五'期間，基 本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型（BIM）、基于網絡的 協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。”的總體目標⑶，希望 能夠借助BIM技術改善行業信息管理落后的現狀。建設項目的工程信息是BIM 的核心組成部分，通過對工程項目全壽命期信息管理建立應用框架，并通過一系 列BIM軟件對工程進行數字仿真及模擬分析，這些都是基于BIM特性和屬性進 行的工程實際應用。
本文的研究重點 是利用 BIM 技術和IFC （International Alliance for Interoperability）數據標準提高大型復雜項目工程信息利用率和提高建筑業信息 化率。建筑業大型建設項目多元化的參與主體、關聯密切的組織管理、復雜多變 的施工環境及多學科的交叉應用等特點，使得工程項目的復雜程度越發增強，同 時產生的工程信息有著不同的格式，如何從根本上解決大型復雜工程項目全壽命 期各階段間的信息斷層現象，提高信息管理的效率，實現信息更高效的共享和傳 遞，是本文的研究重點。
1丄2研究意義
本文研究的主旨是提高大型復雜工程中信息的傳遞和共享效率。傳統的 CAD等建筑軟件早已無法實現如今大型復雜工程的諸多需求，本文以工程項目 信息為研究對象，大型復雜工程為研究背景，借助BIM技術，引入建筑業數據 標準IFC,通過對工程項目全壽命期信息管理框架的構建，在大型復雜工程項目 的全壽命期對信息進行有效存儲與集成化管理，從而達到提高大型復雜工程中信 息管理績效的目的。因此，本文的研究意義有如下三點：
（1） 改善大型復雜工程信息管理中信息傳遞與共享效率。由于大型復雜工 程耗時比一般工程項目長，施工流程及工序更為復雜，涉及的參與方與利益方更 多，因此工程信息在不同階段以及不同部門之間很難達到精確的共享與傳遞。本 文構建的信息管理框架體，對日后大型復雜工程的乃至整個建筑行業的信息管理 具有一定的幫助。
（2） 提高大型復雜工程項目中工程信息的利用率。工程項目中信息化技術 和手段的落后致使其生產效率低和資源利用率低等特性，而大型復雜工程中工程 信息的動態性和多層次性使得這種現象更加嚴重，因此借助BIM技術構建的信 息管理框架能夠實現直接從BIM信息庫中提取所需信息的效果，從而實現各專 業、各部門和各組織之間協同化和集成化的作業模式，進而提高工程項目中信息 的利用率，最終促進建筑業中信息技化的發展與應用⑸。
（3） 有利于實現大型復雜工程全壽命期信息管理的目標。傳統建筑業各階 段的割裂性，使得信息管理方式落后和水平低下，很大程度上限制了信息在工程 項目全壽命期的傳遞與共享。以BIM技術為基礎，構建大型復雜工程信息管理 框架，不僅可以有效改善不同階段信息管理的溝通不暢和傳遞錯誤等問題，從而 達到實現大型復雜工程全壽命期信息管理的目標，同時還可以實現提高大型復雜 工程整體管理效益的功能。
1.2國內外研究綜述
1.2.1國外研究綜述
McGraw Hill 在 2009 年在名為"The Business Value of BIM” 的市場調研報 告中對BIM的定義為“BIM是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過 程。”，相比較這個簡單的定義，美國國家BIM標準對BIM的定義比較完整回， 該定義認為，BIM是任一建筑設施的物理和功能的數字化表示，可以為工程項目 的全壽命期任何一個階段提供可靠有依據的工程信息。圖1.2是國外BIM技術
歐美等發達國家對BIM的研究處于世界領先領域，BIM相關軟件和周邊產 品的開發、起步也很早，同時BIM應用的范圍也比較廣泛。目前為止，歐美國 家對BIM的應用和普及率已經非常高，設計單位、施工單位、運營維護單位和 業主方等均利用BIM技術進行一系列的開發和管理。BIM技術具備的數字化、 可視化和動態化的特征，保證了能夠將3D圖像、數字信息、成本以及時間的有 機結合（5DBIM技術），建立了一種全新、高效的工程項目管理模式。在這種模 式下，BIM十分有效地涵蓋和整合了工程項目從前期的規劃設計階段，到建設過 程中的施工階段，再到最后的運營維護管理階段期間全部的工程信息。研究表明， 2013年美國建筑業300強企業中83%以上都在項目不同階段應用了 BIM及其交 互技術，由此可見，BIM在歐美國家的受歡迎程度。同時，國外研究學者提出了 BIM及其交互技術的基礎，這些基礎都應該以一個共同標準的數字表達作為基
礎，并且必須基于開放標準的信息互用為根本準則。
隨著計算機技術、信息存儲手段的不斷發展，建筑業的信息化程度也逐步提 升。歐美等各國已經建立起各種建筑信息分類的發展方向，分別滿足工程造價、 建筑規范、項目管理、進度控制等不同建設階段的不同需求，如美國的 Masterformat、UNIFORMAT,歐洲的 Ci / SfB、CAWS、EPIC 等。北美已經擁有 一套比較成熟的建筑信息分類體系，并已運用到BIM實施標準規范的制定當中。 以美國國家BIM標準(National BIM Standard)為例，它的制定過程需要用到 IDM、MVD、IMV、OmniCLass等幾項標準(或規范)⑺。
目前，IFC標準是國內外建筑企業中最受歡迎和使用最為廣泛的數據格式標 準。各大建筑軟件商，如 Autodesk> Graphisoft、Bentley System> Nemetschek 等 均宣布了旗下產品對IFC格式文件的支持岡。國外的研究學者也紛紛從不同角度 展開了一系列對IFC標準的研究，例如韓國研究人員Sang-HoLee等在基于STEP 標準的基礎上，創建了用于分析鋼結構橋梁設計的信息模型和用于結構分析的信 息模型［9］o K.Yu等在已開發的物業管理框架的基礎上，通過擴展IFC標準，構建 了物業管理信息模型［⑼。Mahmoud, Halfawy等研究學者開發并利用了基于IFC 標準的信息集成的建筑設計施工領域的智能信息模型，并用具體的工程實例描述 了其可行性及實現方法Di］。
對于BIM技術在信息管理層面的擴展應用上，國外一些學者開始嘗試結合 IFC數據標準、集成管理理論、協同管理理論和其它先進科學技術等,對基于BIM 技術的工程信息管理平臺進行初步的探索和研究。
Hamid［12］等通過將BIM技術進行擴展研究，并且與其他學科的前端科技相 結合，例如與3D激光掃描技術及GIS技術相擬合，研究工程項目實施建設過程 中項目信息管理。
Choi［13］等于2008年提出了實現信息共享的應用方案，該方案可以更為直接 和便利的對設計階段的圖紙和工程信息進行有效的管理。通過STEP和XML (Extensive Markup Language)等數據標準，實現了基于紙質信息模型和基于 SML標準之間的工程信息交流和共享。
Nepal網等在2009年研究出了以IFC數據標準為基礎，從BIM模型中提取 所需的工程信息的方法。這種方法能夠根據用戶的不同需求，提取特定領域基于 特征的產品模型(Feature-basedModel),滿足了不同參與方在全壽命期的不同需
求。
Seunjiun［15］等在2011年指出了目前建筑業廣泛采用的定期開展工程信息報 告匯總的方式非常落后以及效率低的，不利用可視化信息管理的發展，而以BIM 技術為基礎，必用BIM軟件建立工程項目需求對象的3D數字可視化模型，可 以幫助用戶更好地了解室內工程施工進度。
英國索爾福德大學的Faraj, I.［⑹等人完成開發了基于BIM技術的WISPER (Web-based IFC Share Project Environment)平臺，該平臺具備 IFC 文件在數據 中存儲，工程的造價預算，顯示等功能。
加拿大基礎設施研究中心卩刀(Center for Sustainable Infrastructure Research) 完成了基于BIM技術的建筑集成開發平臺的研究，該平臺具備圖形編輯、構建 數量統計、預算、工程管理等功能。
Frank Opitz［18］等于2015年提出基于BIM技術和文本相似度理論的建設工程 文檔自動類聚的方法，該方法有效提高了建設工程中文檔信息的歸類效率。
1.2.2國內研究綜述
近年來，國內學者對BIM的研究也逐步深入，國內建筑業的大環境也正處 于對BIM的摸索與探究階段，BIM技術已經滲透到建筑行業的各個分支和機構 中去。與此同時，我國正處于大力推廣各行各業信息化進程的階段，國家在“十 二五”規劃中明確提出應將BIM技術作為一項全新的生產力大力引導。目前國 內眾多大中型建筑企業均在極力推動BIM技術，也在廣泛應用BIM技術及其相 關的專業建模軟件，以求達到提高信息管理和綜合效率的目的。
BIM技術在我國得到長足發展的同時，國內涌現出一大批學者不斷深入研 究和推廣IFC數據標準，與此同時也在開發適用于我國國情的新型數據標準。中 國建筑設計研究院標準設計院早在二十世紀90年代末就初步開始了解 buildingSMART組織(原IAI組織)的研究成果，同時也對IFC數據標準進行了 討論，旨在加強與國際組織間的關系，以參與其標準編制，使國際標準能夠早日 適合我國國情。中國建筑標準設計院已于2005年加入buildingSMART組織并得 到國際認可。
中國建筑標準設計協會于2007年頒布了基于我國建筑業現狀的《建筑對象 數字化定義》JG/T198-2007標準凹。該標準采用了一種全新的方法和手段，即 采納了非等效的IFC標準平臺規范(IFC2xPlatform),該標準是我國第一部比較 詳盡的標準，不僅對建設對象的數字化定義有要求，還對貫穿于工程項目全壽命 期的信息也有規定。因此，這個標準適用于工程項目全壽命期信息的傳遞和共享 等方面。
2008年，由中國建筑科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了國 家指導性技術文件《工業基礎類平臺規范》[20]o這個全新的標準在借鑒了 IFC標 準的基礎上，保留了其技術內容和核心部分內容，同時根據國內建筑業的具體行 情，制定的一種全新的適用于我國建設工程的信息標準。
2009年，清華大學軟件學院BIM課題組展開了中國建筑信息模型框架 CBIMS (Chinese Building Information Modeling Standards )研究。CBIMS 框架基 于IFC標準為其數據格式交換的基礎，其目的在于，建立起一種由建設項目各參 與方共同參與并遵守的標準體系，同時能夠敦促各參與方積極使用BIM。該框架 由“CBIMS技術規范”、“CBIMS解決方案”和“CBIMS應用指導”三部分組成 [21]
0
在香港地區，BIM的使用相較于內地更加廣泛和成熟。香港市政府和相關的 建設單位都十分重視BIM在建設項目全壽命期中的使用，例如在工程項目的規 劃階段，相關部門明確要求在招標文件中使用BIM技術，同時提供BIM相關的 配套文檔和記錄。香港政府于2010年統一并制定了 BIM香港內部標準，該套標 準由BIM使用指南、BIM標準手冊、BIM組織庫設計指南和BIM組件參考資料 等幾部分組成。
國內的科研教學機構等也對BIM技術進行了深入的研究，典型的就是華中 科技大學，于2011年專門成立了 BIM工程與應用中心，該應用中心是第一個由 國內各高校聯合組建的專門從事BIM研究和相關配套研究的專業型服務資訊機 構，旨在培養具有BIM意識的服務管理人員，能夠將BIM技術更好的應用于實 際的工程案例中。該中心堅持把BIM技術作為核心指導技術，希望通過BIM使 工程項目實現高度信息化，通過培養的專業人才加大BIM技術的傳播力度和推
廣使用度。
我國在基于BIM技術的建筑信息平臺構建的研究方面成果顯著。清華大學 的張建平QI及其BIM團隊一直處于該研究領域的領先地位，他們始終處致力于 構建基于BIM的建筑信息平臺方面。并于2008年對基于IFC數據標準的BIM 及其集成平臺進行了研究，最終實現了設計和施工階段不同應用軟件間的信息集 成、共享和轉換；清華大學的趙毅力凹等人提出了基于BIM技術的建筑節能設 計系統，同時對BIM數據管理平臺進行了初步的探討和研究，對下一代建筑節 能設計軟件系統研究的初期工作進行了研究。
鄧雪原［2出等在2007針對設計各專業之間的信息互用問題，提出了自己的研 究觀點，并指出盡當前關于工程項目設計階段的BIM應用軟件逐日增多，但這 些軟件之間均存在一個共性，那就是不能很好地解決專業之間的信息交互問題， 因此，鄧雪原等以BIM技術為基礎，IFC標準為依據們提出了一種將建筑模型 與結構模型有效結合的方法，并通過實例驗證了該方法能有有效改善信息互用難 題。
王愛娟©I等在2011年使用BIM相關專業建模軟件，在工程建設的施工階 段生成了建筑三維施工模型，該BIM模型集成了工程構件、施工關鍵節點、施 工量等具體工程信息。
清華大學張洋［26】結合國內外BIM技術及工程項目信息管理最新研究成果， 以IFC數據標準為基礎，提出了基于BIM的工程信息管理體系理論，并建立了 BIM體系結構、信息描述和擴展機制，解決了面向BIM子模型的信息提取與集 成，BIM信息存儲與訪問等關鍵技術。
1.2.3國內外相關研究評述
通過以上對國內外BIM相關文獻的研究與分析，可以發現盡管國內外專家 學者對BIM的研究，研究中發現以下三點仍需進一步進行研究：
（1）IFC標準與國內數據標準無法精確結合。由于發達程度與政治文化背 景的差異，各個國家的數據標準不盡相同，造成輸出結果時信息缺失與錯誤等結 果bl。這給充分發揮BIM的信息互用優勢及在建筑領域應用及其他信息化技術
造成了巨大障礙。
(2)現有的BIM信息集成與存儲模式仍無法解決許多問題。當面對大型復 雜工程中信息管理的時候，依舊缺乏科學高效的信息管理方式，需要進一步研究 大型復雜工程全壽命期的BIM信息創建、傳遞與共享的方法。
(3)基于BIM技術的信息管理水平依舊落后。雖然國內外BIM技術的應 用已貫穿建設項目的整個壽命周期，但參與方如何迅速且精準地提取某一特定階 段所需求的工程信息依舊難以實現。
1.3研究的主要內容和方法
1.3.1研究內容
本文以大型復雜工程為背景，BIM為技術手段，初步構建了基于BIM的大 型復雜工程信息管理框架。同時，以南京青奧體育公園項目為實際工程案例，闡 述了 BIM在工程建設過程在信息管理中的具體實施措施和流程，歸納和總結 BIM在南京青奧體育公園項目中的價值，最后總結全文仍存在的不足，提出展望 與建議。主要研究內容為：
第一章為緒論。主要闡述了現階段我國建筑行業的信息化利用率低下現象。 簡單分析介紹了了國內外學者對基于BIM技術的相關研究，總結出現階段研究 中需要改進和深入研究的部分，最后介紹了本文主要研究的內容。
第二章介紹了基于BIM環境下的信息互用。本章節首先介紹了 BIM的基本 特性和在工程項目全壽命期的信息互用情況，接著從BIM軟件用戶和軟件本身 這兩個角度分析了在BIM環境下建筑業信息的互用方式，其次研究了 了基于IFC 數據標準的信息交互情況，總結影響IFC標準信息互用的主要因素。
第三章從復雜性的層面上分析了 BIM在大型工程項目信息管理中的應用價 值。上一章介紹了目前的建筑工程信息互用模式，本章節通過對當今大型復雜工 程復雜性的辨析，闡述了 BIM在大型復雜工程項目中的重要性。總結了 BIM在 信息管理方面的價值及應用現狀，從理論、技術和應用層面上，為構建信息框架 提供全方位、多角度的支撐。
第四章構建了基于BIM的大型復雜工程信息管理框架。基于BIM技術的工 程信息管理框架由信息來源、信息互用層、交互模式層以及功能模塊層組成。同 時闡述了改信息管理框架的實施方法，此信息模型的構建，不僅能改善工程信息 在工程項目全壽命期中的傳遞與共享問題，同時能夠提高工程項目的生產績效。
第五章為實例應用與分析。首先介紹了南京青奧體育公園項目的基本情況， 然后闡明了 BIM在青奧工程中的實施目標及具體任務，結合BIM技術在工程項 目全壽命期各階段的實施內容和具體措施，深化了信息管理的建設，最后對BIM 在其中的應用進行了成果總結。
第六章為結論與展望。對本文提出的基于BIM的大型復雜工程信息管理框 架進行最終的歸納與總結，同時提出了研究中存在的問題與不足，對以后的研究 進行展望。
132研究方法
（1） 文獻與訪談相結合
通過收集與分析國內外對BIM技術以及大型復雜工程信息管理的研究文獻, 與此同時與擁有豐富BIM使用經驗的工程師訪談交流，深入了解我國建筑業現 階段對BIM技術的應用現狀和應用水平，總結出BIM在在工程項目信息管應用 中存在的問題和不足。
（2） 定性分析
從信息化互用的角度來看，大型工程項目的特性使其信息管理過程中也充滿 了復雜性。在本文的研究過程中，大量采用了定量與定性分析方法，定量分析了 BIM在信息管理過程中的應用價值，定性分析了 BIM在大型復雜工程信息管理 中的應用優勢。
（3） 實際案例應用與分析
在理論研究的同時，通過與南京青奧體育公園項目的實際工程案例結合，分 析了 BIM在青奧體項目全壽命期各階段的具體應用措施與方法，同時介紹了 BIM在青奧工程全壽命期不同階段的具體應用，分析并總結BIM技術在青奧體 育公園項目中帶來的經濟和社會效益。
1.3.3研究技術路線
本文的研究路線如下圖1.3所示。
圖1.3研究技術路線圖
第二章 基于BIM環境的信息互用分析
2.1BIM的研究及分析
國內外對BIM概念沒有統一的定義，但American Standard (美國標準)對 BIM的定義相對比較科學完整。美國標準指出BIM不僅僅向用戶提供模型信息, 更重要的以數字化信息的形式實現物理、功能特性的特定表達，BIM更是作為資 源信息的共享平臺，用戶能夠根據各自的需求，從這個信息庫獲取建設工程全壽 命周期的所有信息及數據，并且在工程施工過程中，任一時間段內的不同參與方
都可以通過BIM信息庫對工程信息進行補充與修改，實時更新、動態檢測，最
終達到工程項目協同和集成管理的目的，以實現各參加方利益最大化的效果Ml。
簡而言之，BIM最基本的概念就是，：圖形物件+信息庫的模式，如圖2.1所示。
2.1.2 BIM的特性與各階段的信息互用分析
工程項目中信息互用(InformationInteroperability)是指在工程項目建設過程 中不同的項目參與方、利益涉及方等互相之間對工程信息的交換和共享。信息互 用是工程項目全壽命期建設過程中協同化作業和集成化管理的前提和基礎，對工 程項目的順利建設有著深遠的影響。自建設項目的規劃設計階段開始所產生的工 程信息，會隨著建設的推進而不斷變更，而傳統建筑業各階段間的割裂性特性, 造成了建筑業生產效率低下，因此，如何利用BIM技術改善工程項目中信息互
用的現狀本文研究的重點之一。
BIM技術可以有效改善工程項目的信息互用效率。BIM技術是建筑行業未 來發展的趨勢，給建筑行業帶來了一次信息化的革命，大大推動了信息化發展速 度和進程。BIM技術的強大功能主要依靠信息庫來實現，同時在工程項目的全壽 命期科學合理交換和共享工程信息，達到工程項目預定的目標要求。在信息交互 的工程中會產生一系列的BIM模型，這些模型所攜帶的工程信息包括了擬建項 目的物理與幾何屬性信息、項目參與方管理過程中產生的信息以及項目在實施過 程中產生的變更信息等等，工程信息的時間跨度從準備階段到竣工完成，十分完 備，并且所有信息儲存在同一個信息庫平臺，通過同一個平臺實現信息的傳遞交 流及共享。表2.1說明了 BIM的主要功能及優勢。
表2.1 BIM的功能及優勢
功能說明 優勢 優勢說明
成本配置方面，省時省力。
對建筑物中的設備等進行有效 設施 的檢修、管理等，提供相應的性 維護能報告，盡可能增加其使用壽 命。
作為建筑本身，由規劃設計階段直到施工成型已經是個復雜的生產過程，再 加上后期的運營維護階段，其流程將更為復雜。信息的整合往往在建設項目的全
壽命期過程中扮演很重要的角色，工程信息會貫穿規劃階段、設計階段、施工階 段和最后的運營維護階段，如圖2.2所示。因此，在工程信息的存儲過程中，要 綜合考慮信息的屬性、專業、形態、階段和目標，以便于信息的存儲和檢索。同 時，因為信息的傳遞性具有可逆性，因此任何一個階段產生的信息會在后續的階 段被共享和交換使用。例如，在項目決策階段產生的某一個建筑構建的物理和幾 何屬性等信息，在施工階段和運營維護階段中仍將被繼續使用，在這一過程中， 構建的信息可能會隨著工程的進展和需要而被參與方修改和改進。以下從建設工 程的全壽命期的四個階段入手，分析了個階段信息互用的特征［29】。
（竣1屢運營信息集成 ）
〔資產維護及空間管理） 嗦統分析及災害權兀 （建筑改造 ~~）
圖2.2 BIM在工程項目全壽命期中的功能特性
（1）規劃階段信息互用分析
工程項目規劃階段的信息互用是目前BIM技術應用較熟練的階段，也是 BIM技術使用最廣泛的過程之一。在該階段需要不同專業的信息收集整合，如土 地使用計劃、市場經濟需求、投資資金用用、發開可行性等不同信息的介入。借 助BIM的3D可視化特點㈤創］,這一過程產生的信息將會逐步傳遞至下一階段， 并被所有階段共享和應用阿，因此本階段產生的信息對工程項目全壽命期信息 管理有至關重要的影響。在設計階段，表2.2介紹并分析了在規劃階段信息互用的 基本情況。
表2.2 BIM在規劃階段信息互用分析
1.將業主方需求的一系列工程信息指標（如建設項目的物理屬性、功能等級、
構建信息），通過BIM相關軟件建立模型呈現出來；
本階段主 2.利用BIM相關分析軟件對日照信息、周圍環境變換信息、能耗分析等進行
要工作 數字化模擬；
3.總和考慮成本和BIM軟件的模擬及分析結果，制定科學合理的方案。
本階段信
息構成 環境信息、土地競投信息、可行性信息、項目推廣信息、資源信息
本階段信
息分析 經分析可知，在工程項目的規劃階段將業主方的一系列需求用BIM軟件進 行建模和分析，并根據結果制定科學合理的方案，最終獲得最佳的環境效益、 經濟效益和社會效益。
（2）設計階段信息互用分析
工程項目設計階段的信息互用屬于虛擬、數字化信息的整合和共享，該階段 的信息互用將對后續階段產生重要影響。在工程項目的設計階段，設計方將項目 的需求、環境特點、顧問意見等融入設計師的創造概念里，工程項目涉及方經常
借助Ecotect軟件來實現建筑工程日照模擬的分析。借住BIM技術，最終能夠實 現工程項目在施工階段的優化［列。
表2.3在設計階段信息互用分析
本階段主
要工作 1.組織開展招投標工作，同時與相關單位（咨詢單位、監理單位等）簽訂設
計、咨詢與監理等相關合同；
2.委托勘查設計單位進行水文質地勘察，同時編制進度計劃表，編制建筑設
計概算；
3.進行工程施工圖紙預審核，審核內容包括：施工設計、施工單位、監理單 位，同時獲取政府主管部門的施工圖審批意見。
本階段信
息構成 周邊環境情況、土地資源利用情況、可行性分析、公共資源共享率、工程項
目推廣信息。
本階段信
息分析 分析可知，該階段主要涉及到有關國家和地方法律、政策及相關法規；招投 標文件、合同文件、水文地質等勘査報告。
在這一階段，將建筑工程中設計構件的相關集合信息、物理屬性、材料性能 等屬性輸入，也就意味著設計階段是把規劃階段的需求轉化為對這個建筑物的信 息描述，這是一個復雜而關鍵的過程，在這個階段產生的信息質量會被后續建設 階段共享與實用，從而會對整個建筑的最終效果產生很大程度的影響。
設計階段的工程信息模型師后續階段BIM模型建立的基礎，是在設計階段 由各個專業的設計師們共同設計而成，主要由三部分構成：建筑設計師的建筑模 型、結構工程師設計的結構模型以及水暖電工程師們設計的水暖電模型。圖2.3 表示的就是在建設工程的設計階段各個專業設計之間的工程信息流動、傳遞和提 取，之后三個模型結合即構成了 BIM工程信息提取的模型，即設計信息模型。 后續工程信息模型依靠BIM軟件建立的同時可以從中有效提取所需的工程信息, 減少了不必要的信息輸入和利用，達到了工程信息互用的功效，提高了工程信息 的重復利用率。
>建筑模型。由建筑師基于BIM技術構建的建筑模型主要是由建筑物的 幾何數據構成的三位模型，建筑模型側重于表達建筑產品的各個基本對 象（墻、柱、梁、板等）的規模尺寸、空間拓撲關系、空間分配關系、 外觀真實表現等。
>結構模型。結構工程師從建筑師創建的建筑模型中提取軸網、構建尺寸 等信息然后輸入配筋、以及各個構建的性能等物理數據和功能數據，創 建用于結構分析的結構模型，以便于從力學角度對建筑產品和建筑對象 以及對象之間的連接關系進行安全計算和分析，并根據計算的結果對材 料和構建尺寸進行相應調整，從而滿足結構安全的需要，經過修改過后 的工程信息會及時同步到建筑模型中，保證工程信息的同步更新。
>水暖電模型。在設計過程中要充分考慮設備與管線的安裝、修理、更新 的要求。水暖電設計人員在之前的建筑模型和機構模型的基礎上，提取 空間數據等信息，然后根據設計的總體方案和規范的要求，輸入相應的 技術指標和系統形勢，進行負荷計算，確定設備型號，進行水暖電系統 設計，從而形成完整的水暖電模型。
BIM信息庫 J
圖2.3設計階段各工程信息的流動、傳遞和提取
（3）施工階段信息互用分析
施工階段的信息互用屬于由虛擬信息變成實質產品的轉換式整合列。實際 上就是將設計階段創建的建筑物的信息，通過圖紙和明細表進行傳遞。在施工階 段，很多空間碰撞的問題往往在傳統二維繪圖方式中被忽略，從而設計師們基于 二維圖紙的設計、溝通費時費力，無法保證圖紙質量，從而導致施工過程超過工 期、成本增加，通過BIM技術構建4D模型，模擬施工現場環境，對現場設備與 場地設施等進行碰撞監測，實現施工現場的合理規劃［均。
大量的實踐和研究表明借助BIM的三維可視化功能，設計師們在設計階段 就能將模型立體直觀的展示岀來，有效改善了施工過程中圖紙文檔的質量、完整 性和協同性，同時基于BIM的工作方式可以進行碰撞沖突檢測，能夠在施工過 程中快速監測并有效解決存在的問題，從而提高了施工效率，圖2.4為工程設計 階段，利用BIM專業軟件模擬施工過程中管線的碰撞結果示意圖。
圖2.4碰撞結果示意圖
圖2.5為施工階段基于管線碰撞檢測模型的碰撞檢查流程
圖2.5基于管線碰撞模型的碰撞檢査流程
基于BIM技術，在進行碰撞檢測時只需要直接利用設計階段信息模型中的 工程信息即可，減少了工程信息的重復輸入，同時由于BIM的關聯性功能，似 的設計變更同時，管線碰撞也隨之改變，在施工中帶來了變更，這種自動性和關 聯性大大降低了工程項目中潛在的碰撞情況，為業主提供了更佳專業化和動態化 的服務，保證了決策和施工的準確性和高效性。
（4）運營維護階段信息互用分析
在運營維護階段，將會獲取更多的直接或間接的工程信息，從而為建筑運營 維護管理服務［呵。一個工程項目的規劃、設計到完工等在數年之內可以完成，但 工程項目的生命期可能會延伸至十幾年，有些大型復雜工程甚至會延續至幾百年 乃至上千年，因此運營和維護階段是工程項目全壽命期持續時間最長的階段，毋 庸置疑，該階段也是能從工程信息互用中獲益最多的階段之一。
國內外一些學者結合運用了較為先進的科學技術手段，例如將GIS (Global Information System)技術BIM技術的融合，用于信息的管理與系統的維護〔3句， 這為工程項目在運營維護階段提供了一種全新的方法和思路。表2.4是在工程項 目運營維護管理階段BIM的應用需求分析。
表2.4運營維護管理階段BIM的應用需求分析
序
號 運營階段應用功能 是否使用 應用基礎
大類 小類 物主 業主 應用軟件基礎 BIM模型基礎
1 空間管理 新建項目 Y Y 1.可視化表達；
2.構件表達；
3.空間定位；
4.更新信息維護；
5.分析比較 a.固定資產構建 信息的廣度和深 度及關聯度；
b.BIM信息與客 戶管理信息整合
空間改造 Y Y
建筑翻新 Y Y
大型搬遷 Y Y
公共空間維護 Y Y
2 房地產和
租賃 銷售 Y 1.可視化表達；
2.空間定位；
3.更新信息維護；
4.固定資產管理；
5.資源信息統計 a.BIM與租售本
要素信息整合；
b.設施設備運行
統計信息
成本分析 Y
租售組合管理 Y
收費管理 Y
客戶信息管理 Y
3 設施運營
維護 日常維護 Y 1.可視化表達；
2.構件表達；
3.空間定位；
4.設備信息維護；
5.設備關聯性分析；
6.設備或系統模擬運行表達 a.BIM與物業管
理流程的信息整
合；
b.BIM與設施設 備運行監控系統 的信息整合
應急維修 Y
優化運行 Y
人員培訓 Y
運行狀態檢測 Y
備用設備管理 Y
能耗分析 Y Y 1.可視化表達；
2.構件表達；
3.空間定位；
4.設備信息維護； a.設施設備BIM 模型的深度要求
b.BIM信息表達 與分析工具數據
室內環境優化管理 Y Y
照明優化管理 Y Y
能源優化運行管理 Y Y
序
號
4 運營階段應用功能 是否使用 應用基礎
大類 小類 物主 業主 應用軟件基礎 BIM模型基礎
建筑物優
化管理 負荷測試 Y Y 5.設備關聯性分析；
6.設備或系統模擬運行表達；
7周邊環境信息表達；
&運行策略及計劃表達 輸入的信息整
合；
C.設施設備關聯
性要求
設施設備優化運行
策略 Y Y
結構安全形態監測 Y Y
5 建筑物綜
合指揮及
管理 公共安全監控 Y Y 1.可視化表達；
2.構件表達；
3.空間定位；
4.實時人數統計；
5.實時人流模型 a.BIM與設施設 備運行監控系統 的信息整合；
b.BIM信息表達 與分析工具輸入
設施設備安全監控 Y Y
應急預案管理 Y Y
應急疏散模擬 Y Y
應急綜合指揮 Y Y
2.1.3大型復雜工程BIM的應用價值及應用現狀
高效的信息互用是BIM的核心價值所在。通過上一章對建設工程全壽命期 各階段信息互用的分析，認識到BIM具有工程信息的一致性、完備性等特點， 同時基于BIM技術在我國的使用現狀厲］,可以歸納總結出若將BIM技術價值在 大型復雜工程信息管理中充分發揮，將會有以下價值：
（1） 決策及設計階段成果的重復利用率將被提高。意味著減少建設工程中 的重復工作；
（2） 通過改善轉換信息的速度和精度，從而降低因信息轉換和傳輸錯誤引 起的成本增加；
（3） 實現設計、成本預算、施工進度模擬、碰撞檢測分析和施工的自動化， 同時支持運營和維護階段的活動。
BIM技術是建筑行業未來發展的趨勢，給建筑行業帶來了一次信息化的革 命，大大推動了信息化的發展進程，并且在信息管理方面顯示出很大的優勢，在 工程項目全壽命期信息管理中起到了積極作用，有效提高了信息化管理水平。
2014年，上海施工行業協會聯合魯班咨詢共同完成的施工企業BIM技術應 用現狀研究報告表明BIM的價值已經獲得了大家的廣泛認可，對BIM的前景十 分看好，期待也很高。BIM強大功能的實現核心是利用如Revit等設計軟件參照 擬建項目，建立三維可視化模型。在不斷完善建立的模型之后，利用BIM中的 數字化儲存功能，能夠自動生成擁有工程所有資料的信息庫，以工程信息的形式 提供給用戶使用，并且數據庫中的信息相互關聯，對模型某處進行變更或修改時， 與之相關的信息也會隨之發生更新，同時根據工程不同時期的進展，信息庫中的 工程信息同樣會進行擴充及完善。項目各參與方可以根據工程實際需求，從BIM 信息庫中提取所需信息及數據，并且對信息庫進行實時和動態化的更新，實現真 正意義上的工程全壽命期工程信息共享。基于我國對BIM技術的研究與應用閃， 可以發現在我國BIM技術的應用總體情況如下：
(1)工程項目的設計階段是BIM利用率最高的階段，施工階段及后期的運 營維護階段中BIM的參與率較設計階段減少了 25-30%。
(2)由于業主是最大的受益方之一a】，因此在我國BIM應用的推廣及普及 集中在業主方。
(3)BIM并沒有完整參與工程建設項目全壽命期信息管理，工程項目各階 段、各參與方與各利益相關方信息的割裂性依然很嚴重。
2.2基于BIM的信息互用模式
2.2.1基于BIM的信息互用類型
在2007年McGraw Hill建筑信息公司發布的《建筑行業的協同設計》報告 中，將信息互用(Interoperability)定義為"協同企業之間活著一個企業內設計、 施工、維護和業務流程之間管理和溝通電子版本的產品和項目數據的能力。”事 實上，不管是企業之間還是企業內部不同系統之間的信息互用，歸根結底都是不 同軟件之間的信息互用，其基本類型只有單項不可逆型、雙向可逆型和中間媒介 互用型這三種。
(1)單項不可逆型
單項不可逆的信息互用模式只能將信息從一個軟件傳輸到另一個軟件，整個 過程是不可逆的。最為典型的例子就是利用可視化軟件與BIM建模軟件，兩者 之間進行直接的信息互遞，在信息傳遞的過程中可視化軟件利用BIM軟件建立 的模型，將相關工程信息渲染好之后制成效果圖，但不會將最終的工程信息逆向 導入到初始的BIM模型中。
（2）雙向可逆型
在這種類型下，兩個軟件之間的信息傳遞是雙向且可逆的，也就意味著軟件 之間的信息轉換由自身負責處理，而且可以把修改完善后的信息再重新嵌入到原 軟件中，從而達到及時更新工程信息的作用。在這種類型下，由于信息的互通性 致使需要的人工干預大大減少，可能存在的信息互用遺漏甚至錯誤主要跟軟件本
身有關。這種信息互用類型的特點就是：信息互用效率高、信息傳遞的可靠性強。
（3）中間媒介互用型
此種類型下，要求兩種軟件之間要通過媒介來實現信息互用。并且這種媒介 要滿足軟件雙方都能識別，這種信息互用方式容易引起信息混亂、信息丟失等問 題，因此在使用這種模式之前，需要對傳遞的信息進行校驗。DWG格式是目前 最常用的一種媒介的文件格式，圖2.6說明了該信息互用類型的運行機制。
圖2.6中間媒介互用型表現形式
2.2.2基于BIM的信息互用方式-從軟件角度看
上文中從軟件用戶的角度分析了 BIM互用的三種基本類型，軟件用戶所能 采取的信息互用方式取決于軟件所提供的功能。
但實際工程項目中，用戶經常碰到所用軟件提供的信息互用功能無法滿足其 需求，現有的信息互用存在不精確、功能不齊全和消息傳遞滯后等問題。同時, 很多建筑企業也希望能夠為客戶提供更加強大的、具有自身特色的BIM信息互 用解決方案。此時就需要從軟件本身的角度理解BIM信息互換的方式。從根本 上可以發現，兩個不同建筑軟件（或者是軟件開發商）之間的信息交換可以采用 以下四種方式之一跑：
(1)直接互換方式(DirectLinks)；
(2)采用專用中間文件格式(Proprietary File Exchange Formats)；
(3)采用公共產品信息模型格式(Public Product Information Exchange Formats)；
(4)采用基于 XML 的交換格式(XML~Based Exchange Formats)。
對于大多數BIM用戶來說，雖然大部分情況下并不需要設計信息互換的細 節，但是了解這些信息交換的方法和標準對于建立信息管理框架卻是必不可少的, 因為任何一個工程項目在其全壽命期的建設過程每一階段的協同工作、每個部門 的協同合作都是工程建設行業的典型狀態。
2.3基于IFC標準的信息交互研究
2.3.1 IFC的基本概念
(1)IFC的定義
IFC 數據模型(Industry Foundation Classes Data Model)是一個不受某一個 體或某一組供應商控制的中性和公開標準，是一個BIM軟件之間普遍使用的標 準格式。可以從以下幾個方面來理解IFC的定義：
•IFC是一個描述BIM的標準格式的定義；
•IFC定義建設項目全壽命期的各階段、各參與方之間的工程信息的提取 方式和存儲方式；
•IFC涵蓋了構建的造價、物理、幾何、數字、運營維護管理等各方面的 工程信息。
(2)IFC的目標
IFC數據標準的目標是為建筑業提供一個獨立的、標準的同時貫穿于工程項 目全壽命期的中間數據標準。基于IFC標準的工程信息適用于工程項目全壽命 期的不同階段、參與方與利益涉及方之間的工程信息的共享與利用。
(3)IFC的內容及范圍
IFC標準描述的內容不僅可以是工程項目中任意一個幾何構建或是一個工
程實體，同時還可以表示任意的抽象概念，例如組織關系、空間架構關系和組織 構成等，IFC標注可以表示工程項目全壽命期的各個方面的內容，覆蓋面大概有 以下幾點：
•工程項目全壽命期各階段需要的工程信息模型交換格式的定義o包括項 目可行性論證、設計分析論證、施工進度論證、工程環境分析和財務認 證等。
•工程項目全壽命期中涉及的不同專業和利益方所需要的工程隹I息模型 交換格式的定義。其中包括構建結構、暖通信息、設備設施管理、組織 管理、業主需求管理等。
•工程信息模型交換格式定義包括工程項目的結構、物理屬性、空間構造、 管理流程、環境資源、組織控制等。
圖2.7 IFC描述信息實例
2.3.2基于IFC的信息交互的相關要素
若要實現BIM真正的應用價值，發揮BIM的最大利用率，就要求在工程項 目全壽命期的不同階段、不同參與方與利益涉及方之間能夠暢通無礙的傳遞和共 享工程信息。由于信息交換涉及的工程項目成員種類繁多、工程項目生命周期時 間跨度大和工程項目各階段割裂的特性，只有建立一個統一標準的工程信息交互
格式，才能實現工程項目全壽命期的不同主體之間能夠自由和暢通的使用和共享 工程信息。
（1）定義軟件能夠支持和實現的IFC部分。任何一個軟件都不可能具備支 持工程項目所有階段和所有參與方的功能。例如HVAC （Heating, Ventilation and Air Conditioning）設計師和建筑設計師之間的信息互換情況如下圖2.8,由于 HVAC設計師和建筑設計師之間使用的相關軟件不盡相同，所以需要提供所需信 息部分的IFC內容。
【WAC單線概念設計
協調的I1VAC設計
加工生產【IVAC設計
.業務流程
圖2.8 HVAC設計師和建筑設計師之間的信息互換
（2） 確定工程項目建設全壽命期中所需要的IFC功能。任何一個工程項目 都由規劃、設計、施工和運營維護這四個階段組成的，因此確定每一個階段和涉 及的參與方所需要的IFC功能是極其重要的。對于管理層用戶，需要決策使用基 于IFC的信息交換情況，知道相關的業務流程及其執行上的改進對業務層面的 影響。
（3） 軟件供應商對IFC的擴展。軟件開發商需要不斷設計和開發具有IFC 接口的應用軟件，同時需要精確了解工程項目參與方對軟件能從他們開發的軟件 中獲得什么，相關的軟件開發商也需要具備IFC模型的技術知識。
2.3.3 IFC標準描述工程項目信息的方式
IFC標準框架通過四個功能層次：資源層(Resource Layer)>核心層(Core Layer)> 共享層(Interoperability Layer)和領域層(Domain Layer),同時借助計 算機語言實現對工程項目信息的描述〔“I】。
IFC標準的實質是實體(Entity)、種類(Type)、功能函數(Function)>屬性 集(Property Set)和規則(Rule)之間關系的合集，它定義了實體與關系表達的 規則與模式。表2.5是IFC標準框架各功能層間的元素數量詳細分布圖。
表2.5 IFC標準框架各功能層間的元素數量分布圖
資源層 核心層 共享層 領域層
實體 347 119 100 198
函數 44 3 1 0
屬性 17 25 90 276
規則 1 1 0 0
(1)資源層(Resource Layer)
該層中定義的實體(Entity)定義了對象和關系的各種不同的屬性，其中包 括人員配備、分類等級、材料、日期和時間等信息，這些信息是通用類的，而不 是建筑專門的分類。
(2)核心層(Core Layer)
核心層中的定義包括了許多適用于整個建筑業的抽象概念，如控制信息、產 品信息和過程信息等。同時也包括了一些核心概念的擴展類別，如IFCProduct. IFC Process> IFC Document 和 IFC Modeling Aid 等。
(3)共享層 (Interoperability Layer)
這層包含了許多建筑施工和設備管理應用軟件之間使用和共享的實體類信 息。在共享信息模塊中定義了梁、柱、板、門等實體結構；在共享設備模塊中定 義了暖通、日照、管道等通用概念。
(4)領域層(Domain Layer)
領域層定義了任何一個工程項目在不同方向中所特有的實體信息。比如施工 管理領域中的工人、施工設備和承包商等，結構工程領域中的樁、基礎、支座等。
通過IFC標準的幫助，如何實現建筑行業軟件產品之間的信息互用，是一個 需要解決的問題。下面用一個簡單的示范性實例闡述了幾個常用BIM建模軟件 和模型檢驗軟件之間基于IFC標準的信息互用。
>首先，在ArchiCAD軟件中建立一面帶窗墻體的BIM模型，該模型中 包含了墻體和窗的幾何尺寸、類型、材料、位置等信息，以及窗和墻之 間的所屬關系；
>接下來，從ArchiCAD軟件中導出該墻體BIM模型的IFC文件，該IFC 文件使用EXPRESS語言描述，文件中的每一行代碼都有其具體含義， 代表著窗和墻的具體信息；
>然后，將上述 IFC 格式文件導入 Revit、Digital Project 和 Solibri Model Checker軟件中，實現軟件之間的信息互用；
>最后，通過對 Revit、Digital Project 和 Solibri Model Checker 軟件中墻 體模型的檢查，可以發現利用ArchiCAD建立的墻體的BIM模型所包 含的所有物理和集合信息均被完整的導入其余三款軟件中。
由上述實例過程可以看出，IFC作為一種中間文件格式，可以實現不同BIM 軟件之間的協同合作。這樣一來，就可以同時將具有不同功能的BIM軟件同時 使用，實現了工程項目全壽命期的信息互用，從而為工程項目信息管理服務。
2.4本章小結
本章主要介紹了 BIM的基本概念并簡單分析了 BIM在工程項目全壽命期的 信息互用情況。通過對BIM優勢的研究,論證了 BIM在信息互用方面的可行性。 接著，分析并研究了 了基于IFC標準的信息交互情況，從IFC的基本概念、相關 要素和描述工程項目信息機制這幾方面展開研究。
第三章大型復雜工程的信息管理研究
3.1大型工程項目的復雜性分析
3.1.1復雜性的概念辨析
伴隨著我國經濟的不斷增長，人民群眾的物質生活也不斷發展，為了滿足社 會發展的不斷需求，我國對大型工程項目的投入與日俱增，工程項目的復雜性也 在建設過程中逐漸體現出來，以往建筑業粗獷的管理模式已無法滿足新的建筑管 理模式。工程項目復雜性關系著大型工程項目的成功實施陽。
關于工程項目復雜性的定義，國內外研究學者都各自持有不同觀點。國內學 者周守仁問結合認識論、本體論和哲學的辨析觀點認為事物的復雜性往往體現 在內在隨機性、隱蔽機制、廣域關聯、演化創新和柔性策略等的整體綜合屬性和 關系。盛沼瀚屮］(2007)通過將大型工程項目管理理論與綜合集成理論的結合， 建設性地提出了大型復雜工程建設管理的綜合集成管理概念，并對其原理與基本 范式進行深入探討。國外學者David-Baccarini［45］認為任何事物的復雜性能夠根據 相應區別度及相關度等指標進行對比操作，同時復雜性還還包括了相關子系統。 Calvano認為現代建設項目中復雜性不斷增加的趨勢必然要求采用全新的、更加 科學、更加系統的科學方式進行有效管理跑。
可以發現，對工程項目復雜性的理解上，國內外的學者都持有不同見解，但 同時也可以看出，目前對工程項目復雜性的研究主要集中在以下三點上：
(1)工程項目復雜性的屬性；
(2)工程項目復雜性的分類；
(2)工程復雜性的構成要素。
3.1.2大型工程項目的復雜性屬性
Baccarini旳通過研究，認為任何一個工程項目的復雜性均有許多相互影響的 因素組合而成，并采用相互依賴性(Interdependency)和差異性(Differentiation) 來定義這一概念。而Terry Williams[48]W元素個數和相關性統稱為結構復雜性， 并在其基礎上擴展了一個新的維度一不確定性要素，即目標不確定和方法不確定 [49]o Ludovic-Alexandre Vidal[50]等則認為復雜性是工程項目的一種不會因外界環 境因素變化而改變的特征，而是一種自然屬性。圖3.1為大型項目復雜性屬性概 述。
圖3.1大型項目復雜性屬性槪述
(1)要素數量多(Multiply-Factors)。多參與方、多利益涉及方、動態化是 產生復雜性的基礎構成元素。Sven Bertelsen[51]將工程建設項目看成是一個全壽 命期復雜、動態可變的復雜系統，認為項目復雜性由許多互相作用的要素構成, 如眾多的項目參與方、多流程的操作過程等。
(2)差異性(Differentiation)。大型工程項目多方參與和多系統組成的特點 引起了工程信息的多元素化和子信息的數量增加。從組織復雜性的角度分析，相 互差異性和相互依賴性有著密不可分的關系，差異性導致了依賴性，而依賴性又 加強了差異性。因此這兩個特性相互依賴并存。
(3)相互依賴性(Interdependency)。從工程項目組織復雜性的角度看，相 互依賴性不僅是不同組織、不同職能部門之間的關系，還包括了工程項目全壽命 期的不同階段的縱向(層級數量)和橫向(組織單位差異)之間的相互依賴。
(4)不確定性(Uncertainty)。國內外眾多學者都將不確定性總結為影響工 程項目復雜性的主要因素。不確定性造成工程項目的復雜性，同時也會引起工程 項目的風險(Ludovic- Alexandre VidaL Frank Marl, 2008)。
(5)動態性(Dynamic)。不確定的法律變化、快速的技術革新都是時間復 雜性的典型表現網。因此，時間的變化會影響工程項目的復雜性，Pollack和 Remington甚至認為時間的復雜性有可能完全破壞該工程項目。Harvy Maylor[53] 提出了環境依賴性是項目復雜性的產生因素之一，一個工程項目之所以能與另一 個區分開，完全是因為其不同的環境和文化差異。
3.1.3大型工程項目的復雜性構成研究
由于大型工程項目復雜性沒有統一的定義，因此國內外研究學者對工程項目 復雜性的構成部分進行了分析。Barccarini是最早將工程項目復雜性進行分類的 外國學者，他將工程項目復雜性分為了技術復雜性和組織復雜性。其他國內外學 者紛紛在他的分類基礎上加以研究，并得出了自己的分類體系和分類標準。
Xia, Lee等結合工程項目復雜性的屬性，將項目復雜性分成了以下四個部 分：結構技術復雜性(Structural-IT)、動態組織復雜性(Dynamic-Organization)> 結構組織復雜性(Structural- Organization)和動態技術復雜性(Dynamic-IT)。
國內的學者如齊二石等也從自己的研究角度，將大型工程的復雜性進行了新 的分類和定義，姜琳將大型工程的復雜性定義為空間復雜性和時間復雜性這兩大 類。
從國內外學者對工程項目復雜性不同的分類可以看出，每個人都從不同的方 向和角度進行研究和分類，同時運用不同的理論和方法對復雜性進行著不同分類, 因此不同研究學者均有著自己的分類標準和依據。雖然對復雜性的分類標準和依 據沒有統一定論，但其中有幾個復雜性屬性卻得到了學者們的一致認可，圖3.2 總結了幾個有共性的復雜性分類標準，這些共同屬性得到了國內外學者的普遍認 同。
大型工程項目的復雜性是一個開放和動態的系統，主要由系統復雜性、管理 復雜性和軟環境復雜性這三大部分組成。其中每個組成部分又由若干個不同部分 細化組成，下文就將這三大組成部分展開進行分析及研究。
(1)系統復雜性
系統復雜性由信息復雜性、時間復雜性和空間復雜性共同構成。下文將具體 闡述這三種復雜性的特征。
圖3.2大型工程項目復雜性構成與分類
1） 信息復雜性。大型復雜工程項目從設計階段信息的產生開始，便涉及眾 多參與方及各個利益不同體，涉及各種復雜的合同關系。不同參與方之間、工程 項目全壽命期不同階段和不同組織流程之間的信息互用性和共享性也隨著工程 的進展而不斷增強，從而逐步導致信息復雜程度的不斷增加。信息復雜性主要包 括以下特性：信息來源廣；信息存儲分散；信息類型復雜；信息數量龐大；信息 動態化。
2） 時間復雜性。大型建設工程時間的復雜性往往體現在其工程建設周期長、 階段性強等方面。由于大型復雜工程一般都是對社會和群眾有重大影響的項目， 如高鐵項目和地鐵項目等，這些項目自規劃階段開始便有著一系列復雜而又密集 的工作需要進行，隨著工程的不斷延續，設計階段、施工階段和運維階段均會出 現各種不確定、高風險的因素。同時國家和政府也會隨著時間的推移產生新的政 策和法規，在很大程度上會影響工程的有效建設。因此，時間的復雜性對大型復 雜工程有著很深的影響。
3）空間復雜性。空間復雜性包含了內容復雜性和結構復雜性。內容復雜性 是指大型復雜工程不僅規模宏大，而且工序復雜，同時涉及的參與方與利益方眾 多。一般大型復雜工程的社會責任相較于其他工程項目要更加重大，因此質量和 安全等方面要經過科學嚴格的計算后才能投入使用，這就要求建筑物的結構的規 劃、設計、材料、布局等方面必須要做到萬無一失。
（2） 管理復雜性
大型復雜工程只有借助高效和協同合作的方式才能提高工程全壽命期的管 理水平。管理復雜性包括組織、目標和技術的復雜性。
1） 組織復雜性。項目管理的有效載體之一便是組織管理，組織的復雜性是 指工程項目全壽命期的各階段組織構成元素不同與層次不同，從而使得組織間的 分工和任務不同，導致了組織整體的多樣性、動態性、易變性和不確定性等特點。 組織復雜性是大型工程項目復雜性最核心的部分，主要設計組織間成員、組織間 協同合作、組織間不同層級等。
2） 目標復雜性。大型復雜工程有著多任務目標的特點，必須將各個目標之 間的利益關系有效的統一協調，從而導致了工程項目復雜性的增強。目標的復雜 性由管理目標管理、功能層面目標和其他層面目標復雜性這三方面組成。
3） 技術復雜性。不同于其他制造業的機械化、標準化生產系統，建筑業的 施工技術正朝著精細化和協同化的方向發展。
（3） 軟環境復雜性
軟環境的復雜性貫穿于工程項目建設的全壽命期，其重要性在大型復雜工程 中尤為明顯。
1） 文化復雜性。我國傳統建筑業在建設過程中很少甚至幾乎不考慮文化等 軟環境的影響。復雜項目涉及多方甚至多國參與，文化的多樣性導致了項目的復 雜性網。
2） 地理環境復雜性。傳統的地理環境包括建筑物周圍的氣候、日照和水文 等自然環境，但隨著科學技術的發展和社會經濟的不斷進步，環境復雜性的范圍 也在不斷擴大，目前的環境還包括社會經濟環境、法規制度環境等。
3.2大型復雜工程信息管理研究
3.2.1大型復雜工程信息特點分析
與普通工程項目中的信息相比較，大型復雜建設項目中的工程信息具有如下 四個特點:
(1)信息來源廣泛、存儲分散
工程建設項目信息來源主要有以下幾方面：來自于業主方、設計單位、政府 部門、施工承包方、監理單位、材料供應商、其他間接供應商等；來自可行性研 究、設計、招投標、施工、運營維護的項目全壽命期階段。圖3.3為大型復雜工 程信息來源方。
圖3.3大型復雜工程信息來源方示意圖
(2)信息類系復雜
建設工程是一項集體“活動”。一個工程項目的規劃、設計、建設及運營維 護階段都涉及業主、用戶、設計方、政府主管部門、工程師、建筑商、消防部門、 環境保護部門等幾十大類，成千上萬參與方和利益相關方。工程項目的不同參與 方會使用不同的專業軟件輔助其完成協同作業。而不同的軟件都由不同的軟件開 發商研發，因此都由專屬的儲存工程信息的專用格式，因而隨著工程項目的不對 推進，會產生成千上萬種不同格式的文件。建筑業中常用的文件格式有文本文檔 格式（如TXT、DOC、XLS等）、圖像格式（如JPG、PIC、PNG等）、二維向量 格式（如DXF、DWG、Al、EMF、IGS等）、三維表面和形狀格式（如3DS、 DWG、DWF、PDF、OBJ 等）。
（3） 信息數量龐大
隨著大型復雜工程項目的發展，信息的數量呈指數上升的趨勢不斷增加。大 型復雜工程的實施本身就是一個復雜信息系統的運行過程，自規劃階段開始信息 便貫穿于過程項目的全壽命期管理階段，其中包括各種類型的電子文檔類信息以 及不計其數的紙質文檔。
（4） 信息實時動態化
大型復雜工程的建設是一個動態化的可變過程，期間產生的信息也將隨著工 程項目的進度而不斷完善和更新，更新后的信息可繼續供于下一階段繼續使用， 同時也可以將更新完善后的信息反饋給上一個階段，在工程項目全壽命期間，這 種動態化的特性使得信息更加復雜和靈活。
3.2.2大型復雜工程信息的格式和形式
任何一個工程項目在建設過程中會涉及各種各樣的軟件，不同的軟件使用不 同的格式存儲文件信息。下文中將會從形式和格式這兩個維度對建筑業信息進行 分析。
（1） 非結構化形式（Unstructured Form）
非結構化形式信息的特征就是智能依靠人工手段對工程信息進行修改和更 新，目前尚未達到能夠讓計算機或者軟件自動修改和更新的程度。目前以電子形 式創建和管理的建設項目信息在工程全壽命期中所占的比例越來越大，但是這些 信息往往沒有正式的結構化形式。
（2） 結構化形式（Structured Form）
計算機可以直接提取和利用經由BIM建模軟件（工具）所創建的結構化形 式的工程信息。結構化信息的優勢在于，可以提高信息的利用率、減少出錯率、 提高工程項目生產效率。結構化形式信息是實現設計優化、施工效率提升、運營 維護階段成本減少的關鍵因素。
(3 )專用格式(Proprietary Form)
專用格式是某種軟件所特有的信息存儲格式，與其他軟件無法共享信息。專 用格式信息由于其特殊性，因此其呈現形式可以是結構化的同時也可以是非結構 化的。由于BIM軟件產生的是集成信息的模型，因此越來越多的平行層和后續 階段會重復利用這些信息，與此同時，若專用格式信息碰到上述情形時，就容易 出現信息的混亂和流失。在大型復雜工程設計、施工階段易產生重復多次的工程 信息交換，因此，使用專用格式的信息會避免產生不必要的信息斷層現象。
(4)標準格式
標準格式有兩類，一種稱為實施標準(Fact Standards),另一種稱為法律標 準(Law Standards)o由于大型復雜工程時間的長期性和工程的延續性，其中產 生的工程信息需要長期保存，因此必須在工程項目建設初期就確立明確的信息標 準格式。法律標準格式是指由國際標準化組織ISO、bulidingSMART組織、開放 地理空間協會OGC等開發和維護的標準。其具備了使用壽命較長的優勢，同時 具有更強的適應性和可用性。
(5)不同形式和格式信息的特點
前文中闡述的不同形式和格式的工程信息在使用過程中的特性也各不盡相 同，其特點可以用圖3.4表示。其中，格式決定了工程信息的保存性、傳遞性及 使用使命的長短。而工程信息的形式則決定了工程信息可以被重復利用的能力。 因此，科學地選擇信息格式和形式能有效提高信息的利用率。
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圖3.4不同格式信息的特點
3.3大型復雜工程信息管理存在的問題及原因
3.3.1信息管理存在的問題
基于以上的分析及相關文獻資料的總結，歸納出大型復雜工程信息管理中存 在的主要問題有：
(1)工程信息互用性效率低下
建筑業長久以來各階段工程信息的“割裂性”造成了工程信息互用性效率低 下，從而導致信息無法有效共享和傳遞的現象。在工程項目建設的全壽命期中， 各個階段通常僅關注本階段的管理任務，從而忽視了與上一階段的有效銜接和與 下一階段的順暢延續，這點導致了信息的共享和使用都是局限于某一個或者某幾 個階段中，導致規劃、設計、施工和運營維護階段缺乏有效的溝通手段和方法, 因此很難對工程進行動態化管理，造成工程信息的不全面和割裂。例如設計階段 的信息主要被工程設計師使用，隨著工程項目的不斷建設，由于設計階段產生的 信息是獨立于其他階段的，所以被不斷更新和完善的信息無法有效及時回饋到設 計階段，導致了信息資源的極大浪費。
目前信息形式、格式的多樣化使得大型復雜工程的信息更難以有效共享。信 息的格式決定其保存性、傳遞性及使用使命的長短，而大型復雜工程的長期性特 點使得信息無法發揮其全部的使用價值，不能有效避免信息傳遞中發生的缺失和 錯誤，最終影響了工程項目的生產效率和整體利益。
(2)工程信息流失嚴重
由于建筑業傳統的獨立式和階段性的管理方式,使得工程項目全壽命期的各 參與方之間存在不同程度的交流溝通缺失。因此建設項目信息在向下一階段、不 同參與方傳遞時，會在短暫的過渡階段產生嚴重的流失現象，降低了工程項目建 設的效率。
在工程信息的傳遞過程中同時存在著人為失誤帶來的信息流失。例如非結構 化形式的信息需要人工將信息和數據輸入相應軟件中，由于操作人員的粗心大意 或者對軟件操作的不熟悉等原因，會產生信息輸入錯誤和重復等問題，這一點使 工程信息流失現象更為嚴重。
(3)工程信息溝通方式落后
目前的信息溝通方式有紙質傳遞、電子文檔、電子表格、電視視頻會議、管 理協調溝通會等，這些傳統的方式會在溝通過程中產生誤解和錯誤，不僅增加了 溝通的成本，也降低了溝通的時效性。大型復雜工程的建設是一個動態過程，其 中產生的工程信息隨時在變更，當前的信息溝通方式不能及時將變更后的信息傳 遞到相關涉及方，容易產生信息沖突和錯誤，影響后續階段建設的正常進行。
傳統的信息溝通方式以點對點為主，這種方式明顯的缺陷就是不能同時保證 多個參與方之間的溝通與協調冋，難以實現各參與方實時分享動態化的信息。
(4)工程信息無法有效集成、關聯性差
圖3.5為目前不同BIM管理平臺的產品，可以看出目前工程信息的創建、 傳遞和共享沒有統一的信息管理平臺。這樣一來，使得工程信息在項目全壽命期 的不同階段不能有效集成和共享，同時工程信息的格式兼容問題導致軟件與軟件 之間、軟件與人工之間不能實現信息動態關聯。例如，CAD軟件的各元素之間 沒有關聯性的特點，導致了如果在某一層面出現了錯誤的信息，則需要通過人工 修改的方式在其他各層面進行修復操作，這種情況大大增大了工程項目的成本,
也會引起信息的二次傳遞錯誤o
圖3.5目前不同BIM管理平臺的產品
3.3.2產生信息管理問題的原因分析
（1） 全壽命期各階段相對獨立
工程項目建設期間各階段的相對割裂性很大程度上造成了信息流失嚴重現 象。傳統建筑業信息的傳遞方式是由信息產生的第一層級不斷向上一層級傳輸， 這種特性使得信息的更新和反饋無法及時有效傳送，由此帶來一系列的信息流失。 各階段的獨立性使得信息管理更加復雜和難以處理，不但不利于工程項目的順利 進展，同時也會在建設工程中帶來不必要的經濟損失。
（2） 缺少信息管理集成平臺
因為大型復雜工程的建設過程是一個持續性、貫穿性的過程，因此其中的信 息管理也應該是一個全壽命期的過程。而大型復雜工程多參與方、多利益相關方、 環境復雜等特性導致了工程項目信息溝通效率低下，不同階段甚至統一階段的不 同參與方均會出現信息不一致的現象。在工程項目全壽命期中缺少統一有效的信 息管理平臺造成了信息無法有效集成、關聯性差。目前的BIM技術在我國使用 還沒有達到歐美水準，同時缺乏協同工作平臺，管理者的理念也沒有與時俱進， 因此這種集成平臺很難實現。
（3） 參與方消息溝通方式局限
傳統建筑業的消息溝通方式以縱向溝通為主，這種方式導致了信息傳遞無法 有效和及時。傳統的管理模式已無法適應當下建筑業快速的發展。大型復雜工程 信息量的巨大和動態性要求工程項目各階段、各參與方要做到動態化和實時化信 息管理。目前的信息溝通方式往往會有滯后和單向性等特點，有時甚至需要人工 將修改、更新后的信息輸入存儲設備中，造成了建筑效率嚴重低下。
3.4基于BIM的信息管理價值研究
由前文的分析及研究可知，大型復雜工程信息管理中問題產生的原因主要有 工程全壽命期各階段獨立、缺少信息管理平臺、溝通方式有限等三個方面。而BIM 作為一個全新的技術和手段，利用其數字化、可視化、模型化等特性，能夠改善 目前工程項目信息中存在的缺陷，為建設工程全壽命期信息管理提供了切實可行 的實現方法〔殉。BIM技術在大型復雜工程信息管理中的應用價值主要體現在以 下幾個方面：
（1） 實現了工程信息的交互使用
BIM的核心就是信息的共享與使用，同時BIM是基于工程項目全壽命期展 開的，因此基于BIM技術開發的各種應用軟件，一般都支持IFC數據交換標準。 因此基于BIM的信息管理在進行工程信息存儲、交換和共享的過程中可以流暢 地實現信息之間的交互使用旳。
（2） 實現了信息的有效集成
傳統建筑業根據CAD圖紙進行施工的模式的弊端是顯而易見的，通常會因 為某一處的變更而需要投入大量的人力、物力和財力進行修改。借助BIM及其 相應軟件提供的3D可視化模型，可以通過信息存儲軟件進行協同修改和有效集 成，也就是只需要修改一處便可以實現全壽命期的協同修改，這樣不僅提高工程 項目不同階段、不同參與方之間信息的利用效率，從根本上減少了成本，增加了 建設工程的利潤。
（3） 實現了工程項目全壽命期信息自動化程度的提高
大型復雜工程是一個持久和不可逆的建設過程，持續的周期少則幾十年，多 則上百年，這種特性就要求期間產生的工程項目信息要實現全壽命期管理，同時 信息管理要實現自動化、協同化和集成化的特點。傳統建設工程的信息管理缺乏 有效的信息擴展及信息互用，到了建筑物的后期運營維護階段，信息會出現不健 全和斷層現象，而基于BIM技術一方面可以提高信息管理自動化程度，另一方 面提高了信息的利用率，提高了整個建設過程的自動化程度。從根本上也減少了 成本，增加了工程項目的利益。
3.5本章小結
本章通過對大型工程信息管理復雜性的分析，得出了 BIM能夠有效改善大 型復雜工程全壽命期信息傳遞和共享的功能，從而能夠提高工程信息互用效率的 結論。BIM在信息管理中的價值通過其數字化及可視化的特性表現出來，因此借 助BIM可以提高工程項目的生產效率。
第四章基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的構建
4.1BIM信息管理框架的功能需求分析
本章節為全文的核心部分，旨在以大型復雜工程為研究背景，以BIM技術 為基礎，構建基于BIM的工程信息管理框架，從而在工程項目全壽命期中實現 信息有效的集成和應用(關聯)。而信息管理框架主要由信息集成平臺 (Information Integration Platform)組成，下文從大型工程項目全壽命期建設入 手，分析了信息管理框架的設計原理及主要功能的實現過程。該信息框架構建的 最終目標是為了改善傳統建筑業中信息的共享和集成問題，最終為大型復雜工程 的信息管理機制提供理論支撐。
4.2基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的總體設計
4.2.1整體構建
大型復雜工程中有效的信息管理是指有效地實現建筑信息的創建、管理和共 享［涸。而BIM技術則是實現這一目標的有力手段和方法。因為大型工程項目的 多方參與性、信息量巨大性、信息交換復雜性、信息共享低效性等，加上傳統的 信息溝通方式落后，造成了信息管理方式的落后與效率低下。
綜上，基于BIM技術的信息管理框架的構建核心就是要改善工程信息的傳 遞和共享方式，將其有效的集成起來，實現各參與方、各利益方、各階段的信息 “無縫”銜接，建立起工程項目全壽命期的全新信息管理體系。基于BIM的大 型復雜工程的信息管理框架的整體構建方案將從以下幾點展開：
(1)信息互用
信息互用的關鍵在于建立統一的BIM信息庫。信息庫，顧名思義，是存儲 信息及各種數據的地方，由于在工程項目的建設過程中會產生大量的各種形式和 格式的工程信息，若想有效共享和利用這些由不同建設階段產生的信息，就需要 建立一個可供工程項目全壽命期各階段信息提取、關聯及擴展的信息庫，這個信 息庫是一個具備共享、可視化和動態化特點的資源庫，里面匯集了有工程項目規 劃階段便產生的相關信息，直至最后的運營維護階段設備設施的維護信息等。該 信息庫是基于BIM的信息管理框架的基礎。
（2） 信息交互模型
信息交互模型是傳遞和共享信息的有效載體。大型復雜工程的動態性特點導 致了期間產生的工程信息具有不確定性和動態行，隨著工程項目的不斷推進，產 生的信息數量也成指數型上升，因此僅僅有存儲BIM信息的工程信息庫還是遠 遠不夠的。如何將這些不同形式和格式的巨量信息分門別類的放置與共享，亟待 解決。因此，必須在工程項目的全壽命的各階段，針對不同的BIM應用軟件， 生成相應的子信息模型。上一階段存儲在信息庫中的子信息模型，隨著工程的進 行，被不斷擴展和更新，延續至下一階段，直至最后的運營維護階段。
（3） 功能實現
信息管理的最終目的就是提高建筑業的信息管信息管理水平。有了存儲信息 的信息庫以及相應的子模型信息，最終信息管理框架的最頂層應該是功能模塊層。 不同的功能模塊有著不一樣的功能實現，例如在規劃階段BIM的主要功能模塊 有可行性分析、日照分析等，與其相對應著的是可行性分析模型、日照分析模型 [58]
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4.2.2信息整體管理框架
根據上一節基于BIM的大型復雜工程信息管理的整體方案的構建，基于 BIM技術的大型復雜工程信息管理框架如圖4.1所示，各個功能模塊層在工程項 目信息的傳遞和擴展過程中都起著舉足輕重的作用，其中信息互用層是整個信息 管理框架的基礎，從規劃階段產生的各種結構形式的工程信息將傳遞至信息庫中, 信息庫中的信息具有共享性和相互關聯性，也就意味著不論是在設計階段、施工 階段還是最后的運營維護階段，任何一方、任何人員可以快速有效的從該信息庫 中提取所需要的信息。交互模式層和功能模塊層是兩個互相依賴的層級，在交互 模式層，錄入至信息庫后的信息將按照不同的形式、模型進行存儲、歸類，最后 將工程信息存儲至不同階段的模型。在功能模塊層，可以直接提取所需要的具體
4.3基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的研究
4.3.1大型復雜工程信息管理框架的信息互用層
根據上一節基于BIM的大型復雜工程信息管理的整體方案的構建，可以知 道，信息互用層是整個信息管理框架中的基礎部分，它包含了工程項目全壽命期 各個階段的信息。其中信息的格式大致分為結構化形式、非結構化形式、專用格 式和通用格式等。在構建信息互用層時解決了以下三個問題：
（1）信息存儲
在本文第三章中介紹了大型復雜工程中信息格式和類型多樣化的特性，因此, 如何在將這些工程信息用科學合理的方法進行管理和存儲，方便全壽命期各個階 段使用，是基于BIM的大型復雜工程信息管理框架中信息互用層中要解決的主 要任務。本文將從信息的格式入手分析信息的分類。
由于不同軟件生成的信息格式均不同，由非結構化形式、結構化形式、專用 格式和通用格式等，因此在信息存儲過程中，要綜合信息各要素的特點，進行分 類存儲，這樣有利于后續階段信息的共享和關聯性使用。
（2） 信息共享
信息共享主要指存儲于不同BIM軟件和信息庫之間的工程信息能夠在全壽 命期暢通無阻的傳遞和交互使用。由于大型復雜工程涉及的參與方、利益方眾多， 在建設過程中應用大量不同的BIM專業建模軟件，因此實現在工程全壽命期中 不同參與方、不同階段的信息共享和關聯使用是信息交互層的另一個目標。
要想有效解決信息共享問題，則必須要有一個固定統一的信息交換標準。目 前行業中普遍應用的是IFC標準，IFC標準的目標是為建筑行業提供一個不依賴 于任何系統的，適合描述貫穿整個建筑項目全壽命期內不同階段、不同參與方的 中間信息標準（neutral and open specification）,應用于建筑物生命期中各個階段 以及各個不同階段之間。確立統一的信息建立標準，可以很大程度上改善信息的 交換與共享現狀。
（3） 信息應用
信息是工程項目各個部分的載體，也就是說工程項目每一個構建的物理屬性、 結構構造、專業形態等都將以數字化的形式被保存在信息庫中。信息的最終目標 是要服務于工程項目的全壽命期中，如何保證應用信息時的精準性和實時性是基 于BIM的大型復雜工程信息管理框架中需要解決的問題。
（4） 信息提取
BIM信息的提取主要采用EXPRESS語言描述IFC模型中的實體、屬性集和 IFD之間復雜的內在關系進行提取和存儲，通過訪問少量的主客體便可以獲得與 之相對應的工程實體、屬性集的工程信息。結合互動式的BIM軟件應用程序界 面，可以簡化信息提取的模型及可視化過程。
4.3.2大型復雜工程信息管理框架的交互模式層
在基于BIM的大型復雜工程信息管理框架中，交互模型層是核心層，其作 用非常關鍵，交互模式層針對功能模塊層不同參與方與不同階段需求的BIM信 息的不同，利用BIM的可視化和數字化特性，從信息交互層提取所需信息，從 而產生相應的子信息模型。以下將從設計階段、施工階段和運營維護階段分析交 互模式層的作用。
（1） 設計階段信息模型
設計階段將會產生大量的工程信息，在滿足使用功能的前提下，由BIM軟 件平臺構建的深度BIM （詳細建筑信息模型）通過軟件輸出為不同類型的工程信 息格式，再根據不同的專業和需求，選擇合適的工程信息格式，再回饋至專業的 BIM分析軟件中，可以有效解決信息一致性問題，提高BIM建模效率。隨著工 程的不斷建設，后續一系列階段在信息模型的建立工程中，可以直接提取相關聯 的有效信息，這樣一來，提高了信息的利用率，減少了信息的流失。
BIM技術在設計階段的重要作用顯而易見，例如在設計階段，設計方能夠有 效解決復雜曲面幕墻在平面定位的問題，并且可以通過BIM建立相應的模型， 從而保證設計的科學合理性。
（2） 施工階段信息模型
施工階段設計的單位和部門有質量安全管理部門、資源管理部門、工程安全 管理部門、工程進度監督部門及其他職能部門，其中各單位和部門中涉及的工作 人員和相關人員也很多，因此在施工階段，會因為大量的人為操作失誤而導致信 息的錯誤傳遞和丟失。同時，大量的工程信息集成于紙質圖紙中，進一步造成了 信息可能出現偏差及錯誤的可能性，因此在施工階段，工程信息的流失和錯誤現 象比較嚴重。圖4.2是施工階段信息模型的建立。
圖4.2 BIM在設施工段建立的模型
（3）運營維護階段信息模型
建筑物的運營維護階段的主要任務就是對設備設施的維護管理和預防突發 事件的發生。運營維護階段的主要飲用功能有空間管理、設備設施運營和維護、 建筑物優化管理、建筑物總和指揮及管理等。在運維階段，管理方可以借助BIM 模型對施工現場所有投入使用的設備設施進行實時、動態化檢測，并且定期模擬 如何迅速而有效的處理突發狀況的發生，這一行為實質上更好地控制了成本的增 加。
4.3.3大型復雜工程信息管理框架的功能模塊層
功能模塊層是由BIM在工程項目建設的全壽命期的建設管理中的應用構成, 這些管理功能模塊的作用是，可以將BIM等專業軟件分析、更新和升級后的信 息重新輸入BIM信息庫中，這樣一來，信息更新變得實時化和動態化，大幅度 提高了信息的利用率，最終達到工程項目收益率最大化的目標。下面將從建筑性 能分析和施工成本預算這兩方面介紹基于BIM的大型復雜工程信息管理框架的 功能模塊層。
（1） 建筑性能分析
隨著社會經濟的不斷發展，人們對建筑物追求的不再是簡單的功能追求，而 更加注重建筑物室內的舒適性、環保性，同時建設單位也在追求建筑物的綠色性 和可持續發展性，如何解決這幾點的平衡性矛盾是目前建筑業需要解決的問題。 基于BIM的建筑性能分析流程大致為：首先以可視化數字平臺為基礎，提取了 工程項目的相關信息；再根據建立的BIM模型，并在其中集成的專業相關工程 信息，研究信息交互、互聯、共享與分析；研究對建筑物總體布局、規劃方案、 設計方案、結構體系、建筑材料、溫室效應、室內通風、建筑環境及日照因素進 行信息統計和分析。再一句分析結果對建筑物的相應各專業設計進行優化調整。
（2） 施工成本預測
成本預測是根據已知的工程信息，一般主要采用與擬建項目相似的已建項目 信息資料，對項目成本發展趨勢及結果進行推理［何。成本預測對于施工企業來說 具有重大意義，首先，招標前企業根據預測的成本制定標書進行投標，這直接影 響施工企業是否獲得項目，并且與企業施工方案的選擇，利潤目標的選擇具有重 大聯系。其次，在工程施工期間，成本預測能夠有效幫助資金的管理，是實現成 本事前控制的關鍵。同時，在成本管理的過程中，將預測的成本與實際成本進行 實時對比，能夠迅速找出偏差，采取糾偏措施，保證項目資金的合理投入。鑒于 施工成本預測對工程、參與方等的重要性，施工企業需要開始積極選擇合適的方 法，開展成本預測相關工作。
基于BIM的信息庫最大優勢是工程信息的集成與共享，使不同參與方能夠 通過統一個平臺獲取相同的信息，避免因傳遞錯誤或者理解差異產的一些矛盾。 在成本預測過程中，BIM信息庫提供了統一的價格信息，工程信息采集過程更加 簡便，信息更加全面完善。BIM信息庫為成本預測提供人材機等價格信息，包括 各個地區、各個時間段，還提供與擬建項目相似的已完工程的成本信息、人材機 使用量等一系列與成本有關的工程信息。參與方可以根據自身需求提取所需的信 息，采用一定的方法對信息進行分析，經過簡單處理后獲得預期的成果。本文在 進行價格預測時，采用BIM信息庫中項目所在地已完相似工程或者擬建項目已 完部分的人材機單價數據，作為樣本，經過一定的分析處理，作為預測模型的輸 出與輸入，通過學習訓練，進而對將來某一時間段單價走勢做出相對合理可靠的 預估。
4.4基于BIM的大型復雜工程信息管理的實施方法
在構建了基于BIM大型復雜工程信息管理框架之后，如何在工程項目的全 壽命期的各階段實施該信息管理框架是一個需要解決的問題。該信息管理體系依 托于工程項目的信息管理體系，因此下文將從信息管理體系的主客體關系分析、 管理體系流程、基于BIM信息協同平臺的構建及物理硬件結構設計這四部分詳 細闡述基于BIM的大型復雜工程信息管理的實施方法。
4.4.1信息管理體系主客體關系分析
基于BIM的大型復雜工程信息管理主要依靠不同的主客體進行，因此如何 處理好工程項目全壽命期主客體的關系將影響著信息管理的高效實行。站在傳統 的建筑業信息管理體系的角度看，主客體之間分工明確，有著各自明確清晰的職 責。而在現代大型復雜工程項目的建設過程中，主客體之間已經沒有明顯的界限,
例如工程項目的業主方即是項目的投資方，與此同時也是工程項目的受益者，因 此在工程項目的全壽命期業主方在信息管理中扮演者重要的角色。下圖4.3是大
由上述工程項目全壽命期主客體之間的工程信息傳遞圖可以看出，工程信息 在工程項目的全壽命期是一個循環的過程，在同的建設階段，任何一方都可以 從BIM信息庫中提取其所需的工程信息，主客體間應加強交流和聯系，同時增 加工程信息在不同主客體和建設的不同階段的互用性，以期達到增強工程信息利 用率的效果。
4.4.2基于BIM的信息協同平臺構建
基于上文己經建立的信息管理框架，還需要建立相應的保障機制，才能使該 框架能夠順利運行，因此需要建立全壽命期的信息協同平臺才能保證信息管理的 順利實施。此信息協同平臺應遵循以下原則：
（1）實時性原則。保證各參與方能夠在任何地點任何時間及時準確獲取所
需的工程信息，即建設項目各參與方之間有處于同一地點的感覺，能夠加強工程 信息的互用率，同時建設項目的實際狀態以及全壽命期各階段都能夠通過改平臺 清晰展現出來。增強信息的協作與共享，消除工程信息在傳遞過程中可能會產生 的錯誤，從而提高工程信息管理質量和效率。通過各方的協同和集成工程，使問 題在發生前能夠得到及時處理，保證工程項目各成員之間良好的工作狀態。
(2)流暢性原則。由于目前BIM軟件開發商的各類軟件還沒有完善的適用 體系，因此在建設項目全壽命期信息互用過程中，很多軟件還不能支持目前國際 通過的IFC數據標準，所以網絡協同平臺需要能夠支持這些不同BIM軟件之間 進行IFC數據的流暢交互，以保證基于BIM的工程信息交換和共享的流暢性。
(3)安全性原則。由于大型復雜工程項目涉及的參與方眾多，參與建設過 程中涉及的范圍和專業領域也不同，所以應該有嚴苛的工程信息訪問權限和安全 措施，以防止不法用戶的侵入及破壞，保證各方的利益不會因為基于網絡的虛擬 環境兒受到不同程度的損害。
圖4.4基于BIM的信息協同平臺
基于全壽命期的信息協同平臺是一個基于計算機系統的軟件平臺，為工程項 目的各參與方提供一個能夠自由提取和共享工程信息的虛擬平臺，該信息平臺基 于工程信息管理框架，是一個開放的平臺，在對已有的國內外學者對信息協同平 臺的研究〔"I,提出了基于BIM的信息協同平臺，如圖4.4所示。
該平臺的任務就是為BIM技術在工程項目的全壽命期的信息管理過程中， 提供一個高效的信息互用平臺，從而提高信息管理的效率。因此，基于BIM的 信息協同平臺能夠真正實現各參與方之間的協同工作和信心互用，實現工程項目 全壽命期的信息傳遞和共享，構建的信息協同平臺具有以下基本功能：
（1） BIM信息庫管理
BIM信息庫管理包括對異構、異質信息的提取、創立、存儲與共享等。同時 包括了對工程信息的隨時更新，提供統一的信息數據標準，以及對工程信息的備 份和交換等。
（2） 網絡虛擬化集成管理
網絡虛擬化集成管理主要改善了傳統模式的信息交流模式。虛擬化集成管理 基于了計算機的信息平臺，能夠通過電視電話會議、網絡視屏會議等手段實現各 參與方、利益涉及方的及時有效交流，從而達到信息能夠及時有效的共享與應用。
（3） 工程項目全壽命期信息共享與交流
信息管理的核心內容便是共享與交流。因此基于BIM的信息協同平臺能夠 保證該目標的有效進行，不同的參與方在不同階段能夠快速地提取所需要的不同 工程信息，并且這些信息都是動態化的，任何一方對信息的改變都能實時在該平 臺中顯示出來，因此大大提高了全壽命期信息共享的效率。
4.4.3信息管理體系業務流程設計
基于BIM的信息管理體系流程如圖4.5所示。首先根據具體的工程項目的 要求進行業務需求分析，然后將工程信息輸入至相關計算機軟件中，根據現存的 信息協同平臺，判斷是否匹配，對于已有的信息協同平臺，則利用數據交換軟件， 將工程信息的格式統一化進行存儲和交換；若沒有相對應的信息協同平臺，則基 于BIM技術和協同應用理論建立全新的信息協同平臺，同時通過信息庫對工程
信息進行存儲和交換，接著集成工程信息，導出相應的IFC格式的工程信息，并 將工程信息集成，這樣一個相應的流程就此結束。
圖4.5信息管理體系業務流程
流程設計的過程中必須注意以下幾點：
（1） 工程信息的格式。由于在工程項目的建設過程中，不同的參與方會使 用不同格式的工程信息，因此大量不同格式的信息在一起會造成信息庫的處理量 激增，因此必須要采用一種中間格式的信息形式，也就是IFC格式的文件。
（2） 有效提取工程信息。在確定了協同應用平臺之后，從BIM信息庫中提 取和集成工程信息的過程是此流程中的一個關鍵環節，因此，如何利用BIM軟 件有效提取和集成信息是一個需要解決的問題。
（3） 提高整個流程的暢通程度。該業務流程的暢通程度很大程度取決于工 程信息的格式和提取信息的效率，所以必須保證前兩點的有序進行，才能保證整 個業務流程的順暢進行。
4.4.4物理硬件及BIM軟件的設計
物理硬件和BIM軟件的設計是從根本上確定基于BIM的大型復雜工程的信 息管理的實施。本文上一章所構建的信息管理框架是基于BIM相關軟件和基于 BIM的信息協同管理平臺，因此物理硬件的有針對性的設計對工程信息的存儲、 傳遞和共享有著密切聯系。
大型復雜工程在建設過程的全壽命期中，各階段的不同參與方都會采用不同 數據標準的BIM及其相關專業軟件，造成了在工程項目的建設過程中會涉及到 數量龐大的不同類型的專業型BIM軟件，而這些軟件所支持的信息數據格式也 不經相同。同時軟件商開發軟件的準則是基于不同的物理結構進行設計的，因此 在設計過程中，必須要考慮到能夠暢通無阻的將IFC格式的工程信息進行轉換， 同時要針對不同階段設計開發具有不同功能特性的物理硬件來支持相應的BIM 軟件。
(1)深化BIM設計軟件
BIM的核心軟件有眾多，針對全壽命期不同階段、不同領域對應著不同核心 功能的BIM軟件，深化BIM軟件的一個重要任務就是轉換不同格式的工程信息 文件。如圖4.6所示，通過BIM軟件，將IFC格式的工程信息轉換成其他格式 的工程信息。
圖4.6 BIM軟件轉換IFC格式信息
(2)強化BIM物理硬件
不同的BIM專業軟件對計算機的硬件要求也不盡相同，因此應該從不同工 程項目的需求出發，將工程項目的規模、復雜程度、BIM的應用目標等納入參考 標準，強化相應的物理硬件設施。最后，根據不同項目團隊在不同階段的需求, 對硬件設施的要求等，形成階梯式硬件配置。
（3）綜合協同軟硬件
只有將軟件和硬件協同使用，才能發揮其支撐BIM技術的特點，硬件設計 是保障，軟件的使用是基礎，因此這兩者是相輔相成的關系。
4.5本章小結
本章通過構建基于BIM的大型復雜工程信息信息管理框架，實現了信息的 集成與共享。但構建的信息框架仍然存在不足，主要體現在：信息的集成化程度 低；沒有統一的工程信息標準；協同信息平臺的不完善等。
第五章案例分析一BIM在南京青奧體育公園信息管理上的
應用
前文已經對大型復雜項目特性和信息管理問題等方面進行了分析，同時介紹 T BIM技術并且分析了在大型復雜工程中的應用價值。在構建了基于BIM的大 型復雜工程信息管理體系的基礎上，以南京青奧體育公園項目為實例，論證了 BIM在其全壽命周期信息管理中的作用。
5.1工程項目概況
南京青奧體育安公園項目位于南京市浦口區，是南京青奧會唯一新建的體育 場館，項目總占地面積約為101萬平方米。工程內容包括青奧賽場、大型場館、 體育開放公園以及其他附屬工程等。圖5.1為南京青奧體育公園項目的構整體建
南京青奧體育公園項目是一個典型的大型復雜性工程，其總建筑面積約 115700平方米，建筑層數6層，建筑高度43米，地上建筑面積約77400平方米， 地下建筑面積約38000平方米，看臺座位數20672個，居目前國內體育館之首, 主體結構設計耐久年限50年，耐火等級一級，屋面防水等級一級，地下室防水 等級二級，抗滲等級為P6。該工程涉及的工序也非常復雜，南京青奧體育公園 主體大部分由HRB335, HRB400級鋼筋構成，鋼筋連接方式主要有機械連接、
搭接、焊接；鋼材采用Q345B碳素結構鋼；基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁身確 為C35、C45水下混凝土，地下室結構采用C40碗，體育館上部結構梁、板、柱
均為C40莊；屋頂為鋼結構，體育館外裝飾為拉索幕墻
南京青奧體育公園項目的復雜性同時體現在其安裝工程內容的豐富性上，其 中包括給排水、消防、電氣、暖通、智能等工程內容。給排水分部有室內給水、 室內排水、衛生器具、室外給水管網等子分部工程；消防分部有消火栓、噴淋等 子分部；電氣分部有電氣動力、電氣照明、防雷接地等子分部工程；通風分部有 送排風等子分部工程。
綜合以上可以看出，南京青奧體育公園項目包括的工程信息的數量是巨大和 復雜的，因此，在工程項目的全壽命期，如何高效的提高信息管理的利用率是一 個需要解決的問題,而青奧項目以BIM技術為基礎，成立了 BIM開發應用小組， 招募并培訓了專業從事BIM的人員，從工程的規劃階段就開始將信息錄入BIM 相關軟件，建立了科學的信息管理系統，對信息的集成和關聯性使用起到了極其 大的幫助，從一定意義上減少了成本。
5.2基于BIM的工程信息管理在青奧工程實施的目標及任務
南京青奧體育公園項目作為一個對國家乃至全世界有著重大影響意義的大 型工程，該工程屬于國家級大型復雜工程，涉及的參與方眾多，建設周期長，因 此該工程屬于明顯的大型復雜工程。本項目中體育館整體是鋼結構組成，鋼結構 工程由于其自身結構的復雜特性，加上構建數量巨大，對場地面積的需求也大, 在吊裝鋼結構構件時需要的作業面也很廣。對于建設單位而言，最重要的是確保 項目在規定的時間內完工，從而達到各利益相關方盡早獲取收益。鑒于青奧體育 公園項目自身的復雜性和信息的復雜性，在建設中存在的困難有以下幾個方面:
(1)組織層次多樣化、工程信息量巨大
工程項目的建設過程實際上是將具體的數字、模擬信息實體化的過程。南京 青奧體育公園項目自規劃階段開始，便產生了豐富多樣的信息，并且這些工程信 息有形式和格式多樣化的特點，其中既包括結構化信息，如傳統的紙質圖文信息。 也包括非結構化的工程信息，這些信息一旦生成，便會對后續階段的順利進行產 生影響。
與此同時，隨著工程的不斷建設，所涉及的參與方也越來越廣，從設計規劃 階段的設計方、政府部門、可行性分析方到施工階段的施工方、監理方、材料供 應方、總包與分包方等，到最后運營維護階段的項目監管方、設備設施維護方、 突發事件應急方等，這些組織之間目標各異，組織結構也異常復雜，組織層次的 多樣性，使得工程項目的溝通協同工作顯得尤為重要。傳統的組織間溝通方式會 使信息大量流失和產生錯誤，造成各參與方、各階段間的割裂性，使得工程項目 的成本增加，信息化效率降。
(2)施工工序復雜、信息集成化程度高
因為南京青奧工程的巨大影響力和其重要性的特點，使其在建設工程中存在 著眾多工序復雜的程序。該工程的在每個階段都有著一個甚至多個復雜的工序, 如在開挖基坑階段有基坑支護防水防滲技術,在打樁階段有反循環鉆孔灌注樁技 術，在吊樁階段有鋼結構吊裝技術、組合支吊架技術、預應力技術等，在幕墻施 工階段有定型模板技術、預應力墻體支撐技術、超高層幕墻安全施工技術等。這
些復雜的施工工序也相應產生了眾多的各種形式和格式信息，建設行業中傳統的 信息管理方式會在建設過程中產生偏差和誤解等弊端，因此，提高信息集成化程 度是非常必要的一項工作，以BIM為基礎，建立信息管理系統，將大大信息的 共享和關聯性使用。
（3）項目工期長，不確定因素多
南京青奧體育是一個典型的大型復雜工程，其建設周期比較長，不確定因素 較多。從工程全壽命和復雜工程定義的角度看，不確定性使得工程項目的復雜性 進一步增加，工程信息在建設過程中也會隨著時間的推移產生一定偏差，傳統的 信息管理過程沒有考慮信息的動態性和實效性特征，如此情況下，會使建設工程 各階段、各使用方和利益相光方在信息的共享和使用上產生誤解，造成了不必要 的損失。
基于以上對青奧體育公園項目在建設過程中的難點分析可得，工程信息管理 的成果與否將決定工程項目是能否能按時有效的進行。基于BIM的工程信息管 理在青奧體育安公園項目中的目標及任務有以下幾點：
（1） 實現工程項目全壽命期的信息互用。南京青奧體育公園項目是一個典 型的具有重大影響力的大型復雜工程,在其建設過程中必將產生大量格式各異的 工程信息，利用基于BIM的工程信息管理體系，能夠有效提高工程項目全壽命 期的信息互用率，從而提高整個工程的生產效率。
（2） 利用工程信息管理體系建立網絡化組織模式。南京青奧工程項目在信 息管理過程中涉及的參與方眾多，同時參與信息管理的人員分布廣泛，并且隨著 工程的建設不斷推進，部分參與人員新加入，而部分人員與此同時退出，因此整 個組織體系是動態和實時變化的，利用基于BIM的信息管理體系，能夠幫助工 程項目建立起自適應式的網絡化組織模式，從而能夠促進工程項目的順利進行。
（3） 提高后期運營維護階段的管理效率。基于BIM的信息管理是基于工程 信息的互用性的基礎上建立的，因此工程信息在南京青奧體育公園項目的全壽命 期中能夠有效的共享與實用，由于青奧體育工程的特殊性，因此在后期運營維護 中可能會出現一系列的問題，而基于BIM的工程信息管理體系能夠很好的避免 和減少這種失誤的發生。
5.3基于BIM的工程信息管理在青奧工程各階段的實施內容
531規劃、設計階段
在南京青奧體育公園項目規劃設計階段，BIM便參與其中，在此階段BIM 應用包括了體育館模型的創建、組織之間的專業協調、設計成初步優化方案的構 建、仿真模擬分析等。該項目是一個典型的大型復雜工程，其建設周期比較長, 不確定因素較多。從工期的制定來看，工期對于施工企業的成本影響也較大因此 企業在施工前需要制定合理的工期。工期越短，投入的成本越高，工期超過合同 約定的工期，同樣也會造成索賠，增加了成本的投入，因此，在工程開始正式開 工之前，施工單位需要根據實際的工程情況制定相應的進度計劃，而在實際施工 過程中，期間必定會遇到許多不確定的事件，需要對這些情況進行羅列、預測, 事前做好相應的準備工作，根據相應措施需要投入的人材機等計算所需花費的時 間，將工期制定在合理的范圍內，保證投入最少的成本，根據不同的修改方案, 計算投入的時間以及相應產生的費用，最終實現成本預測。綜合考慮各個因素, 制定合適的工期，能夠確保施工過程的有序進行，能夠保證施工單位獲取一定的 利潤。南京青奧工程借助BIM技術，在充分挖掘BIM的應用功能的提前下，實
現了在規劃設計階段制定工期計劃的目的
圖5.3南京青奧體育館工期計劃
532施工階段
南京青奧體育公園項目存在諸多難點，在施工過程中，人員、材料、機械垂 直運輸難度大，施工難度大。為解決這些難點，項目部利用三維模型導入相關工
程信息后，應用BIM方案不斷模擬并優化施工方案，提高施工方案的科學性準 確性；同時應用BIM深化設計方案，檢查發現CAD圖紙中的錯誤，從而達到提 高施工質量，避免返工等降低效率的情況發生；通過基于BIM的三位算量功能， 提高了建設過程的整體效率，從而有利于成本的管控；基于BIM信息管理平臺 的創建及使用，則提高了查詢和共享信息的效率，強化了質量成本的管理與控制, 提高了生產效率，使材料及消耗品的管理更加精細化。
施丄信息
圖5.4南京青奧體育館施工階段BIM應用
施工階段以虛擬施工為例，虛擬施工是青奧工程施工過程較常見的一種技 術手段，通過BIM建立好虛擬施工的模型，該模型中包括了集成化的工程信 息，可以為施工過程中的涉及方及施工人員提供所需的信息和資源，為施工的 正常進行提供了保障。圖5.5是青奧工程體育館鋼結構吊裝過程模擬施工示意 圖。同時，在施工過程中可以借助相關軟件，編制更加精確的進度計劃，將真 實的進度控制在合理的范圍之內。在實際的施工過程當中，用戶能夠事先清楚
的了解工程的整體情況，形成系統，對各項目標進行統一管理特別是對一些可 能遇到的突發情況，應用BIM技術進行模擬處理，制定相應措施，進而制定相 應的應急預案，更好的處理突發狀況，最大程度的減少工程的施工周期，同時 兼顧成本與質量兩者的協調，能夠減少資金投入的同時保證質量目標的實現。
5.3.3運營維護階段
南京青奧體育公園項目不僅僅服務于南京青奧會，在青奧會結束后，它將 面向全體南京市民甚至全國人民，因此后期的運營維護也是一個很重要的過 程。青奧項目BIM小組通過利用專業的BIM軟件，對體育館實施了全方位動 態的可視化監察，包括體育館中的設備設施等，都處于24小時動態監視中。同 時模擬了突發狀況發生時的緊急疏散方案。
5.4基于BIM的工程信息管理在青奧工程的具體實施措施
541提出專項施工方案
根據住房和城鄉建設部印發的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》 建質[2007] 87號文的規定，凡是具有危險性的分部分項工程都做專項施工方
案。南京青奧體育公園項目在關鍵工序和重要節點上都制定了詳盡的專項施工方 案。借助BIM技術的工程信息管理方法，建立了工程全壽命期的專項施工方案 管理平臺，如圖5.6。該平臺的基礎是BIM信息庫，所有涉及的工程信息都存儲 在這個信息庫里面，便于各階段對專項方案信息的傳遞和共享，能夠有效提高專 項施工的進程，節省其施工工期。
施工信息記錄
反饋
方案變更
協調
復雜節點
施工模擬
南京青奧體育是一個典型的大型復雜工程，其建設周期比較長，不確定因素 較多。以體育館異形柱的施工方案設計為例，體育館共有8根鋼筋混凝土異形 柱，分為A類及B類這兩大類兩，所有的柱全都是異形截面構造，整體呈現出 的形態為：下部較窄、上部較寬。靠場外較近的地方有一出矩形槽，該矩形槽的 尺寸為250mmx250mm,柱頂標高分別為24.6米、22.82米（如圖5.7）,它們在 體育館中的分布位置如圖5.8。因為該構建具有一定的危險性、結構復雜性等特 點，所以必須制定相應的專項施工方案進行科學合理的施工。
在設計過程中，首先將該構建（異形柱）的幾何、物理等屬性輸入到BIM的 相關軟件中，青奧體育公園項目采用的是revit軟件，然后再對整體結構進行BIM 建模，接著將建立的整體模型導入SAP2000軟件中，進行安全性和可行性分析。
圖5.7體育場異形柱BIM模型 圖5.8體育場異形柱分布
BIM模型的建立在施工階段的作用是非常顯著的。首先，基于BIM的可視 化及數字化特征，通過建立的模型提前發現了結構中存在的問題和技術難點等, 因此在施工準備階段，項目部及時組織了經驗豐富的施工技術人員，在BIM小 組成員的幫助下，進行了多次的虛擬化施工，從而確定了最終的鋼筋綁扎方案, 并將這些工程信息存儲至BIM信息庫，使得后續建設階段各方能夠快速提取相 關工程信息，并以文字和圖形結合的方式在施工班組中傳閱。這樣的做法，不僅 保證了工程項目的質量，而且提高了工程項目的建設效率。
5.4.2深化信息管理的建設
南京青奧體育公園項目中的信息管理中取得成功受到了很多因素的影響，其 中深化信息管理的建設是工程全壽命期信息管理取得成功的重要保證。南京青奧 體育公園的項目部在工程的規劃階段便將BIM技術列為貫穿全壽命期的一項重 要技術，因此成立了相應的BIM小組及BIM工作室，配備了具備BIM專業技 能的工作人員，將建設項目規劃階段產生的工程信息錄入了 BIM相關軟件，并 根據建設地不斷跟進，BIM小組也同步參與其中，整合工程信息地同時，與各參 與方積極合作，減少了許多不必要的經濟損失。南京青奧體育公園項目建立起了 全面的BIM信息管理團隊，該團隊的組成如圖5.9所示，由項目部領導直接負 責，BIM技術總負責人對項目整體負責，BIM技術組和BIM應用組的職責分別 如下圖所示。其中BIM技術負責人是建筑施工究生學歷，具有10年以上的施
工和工程實踐經驗，并有著豐富的大型復雜工程的管理經驗。各BIM小組的組 成人員對BIM技術均有著一定程度的掌握，因此，在實際的工程建設過程中， 起到了十分重要的作用。
總統軟、彼件継護
實物量統計
籤料■收集*業內動態跟蹤
基于BIM的信 用
圖5.9青奧體育公園項目BIM信息管理團隊職能表
5.5南京青奧工程BIM應用總結
南京青奧體育公園項目成功將BIM技術運用于全壽命期信息管理中，并取 得了顯著的成效。其成功之處主要體現在以下幾點：
(1)有效加強了各組織、層級之間的聯系。通過傳統的CAD等紙質設計圖 和BIM的結合，增強了設計方和施工方之間的聯系，提前發現了多處紙質設計 圖中的錯誤和不規范等問題，通過及時有效的溝通，使相關設計問題得以順利解 決。從而減少和避免了因為設計變更、修改而導致的工期延長等事件的發生。最 終達到了改善并提高組織、層級之間的工作效率，有力確保了工程項目總進度目 標的實現。
(2)通過建立BIM信息管理框架提高了建設效率。BIM在青奧工程全壽命 期的使用，大大提高了其信息利用的效率。在工程全壽命期的各階段，涉及的任 何參與方都可以快速有效地從BIM信息庫中提取所需要的信息，可以便捷的變 更和共享信息，從而提高了青奧工程整體的信息化率。
(3)提高了工程項目的生產效率。通過構建關鍵節點、施工工序的BIM虛 擬模型，及時發現并避免了施工過程中可能出現的問題，同時借助BIM及其相 關專業軟件，對體育館地下室進行管線綜合碰撞檢查，這些措施的采取，不僅保 證了安裝進度目標的實現，也提高了整個工程項目的生產效率。
第六章結論與展望
6.1本文研究的主要結論
如何高效的解決工程項目中信息的傳遞和共享問題，是我國建筑業中亟待解 決的難題之一。而大型復雜工程由于其特性，導致了項目的參與方眾多、施工工 序復雜、運營維護管理難度大以及建設周期長，這些特點無疑加大了在工程項目 全壽命期中信息管理的難度。本文通過對國內外大量文獻文摘的研究與總結，在 充分結合BIM的特點和分析大型復雜工程項目信息互用和傳遞的特點，歸納總 結當前大型復雜工程信息管理中存在的不足與缺陷的基礎上，構建了基于BIM 的大型復雜工程信息管理框架。本文研究的主要成果和創新之處如下：
（1） 提出了基于BIM的工程項目中信息互用模式。BIM技術的強大功能主 要依靠工程項目的信息庫來實現，合理利用其中產生的各種信息，達到預定的目 標要求，BIM模型所攜帶的信息包括了擬建項目的物理與幾何屬性信息、項目參 與方管理過程中產生的信息以及項目在實施過程中產生的變更信息等等，信息的 時間跨度從準備階段到竣工完成，十分完備，并且所有信息儲存在同一個信息庫 平臺，通過同一個平臺實現信息的傳遞交流及共享。
（2） 分析了大型復雜工程信息管理中存在的問題與不足。大型工程項目的 復雜性特征導致了，從工程項目建設的設計規劃階段到施工階段，直至最后的運 營維護管理階段，信息的互用和共享貫穿于工程項目的全壽命期，我國建筑業中 落后的信息管理模式導致了在信息管理中的效率低下等一系列問題。
（3） 構建了基于BIM的大型復雜工程信息管理框架。本文構建的基于BIM 的大型復雜工程信息管理框架由三個部分組成，分別是信息互用層、交互模式層 和功能模塊層。其中信息互用層是整個框架的基礎，交互模式層是傳遞和共享信 息的載體，功能模式層實現提高信息管理水平的實現方式。同時從信息管理體系 中主客體的關系、業務流程設計和BIM軟硬件設計這三方面，提出了基于BIM 的大型復雜工程信息管理的具體實施方法。
6.2研究展望
BIM技術在我國的發展速度迅速，但由于我國建筑業早已習慣于傳統的“粗 獷式”管理模式，BIM的相關標準也沒有統一，因此在將BIM應用于大型復雜 工程的過程中仍存在明顯的局限性，主要如下：
（1） 相關管理人員的缺失。雖然BIM這一概念已經存在很久，但從引入國 內到開始大力推廣的時間還不是很長，因此造成了具備BIM相關知識的管理人 員的缺失，現有的大部分管理人員早已習慣了傳統模式下的管理模式，對BIM 的了解僅僅浮于表面，對BIM相關軟件的了解更是少之又少。培養具備BIM技 能的專業管理人員是當今許多建筑企業需要考慮的問題。
（2） BIM相關軟件不完善。就我國的BIM軟件大環境而言，其發展相對于 歐美國家而言，仍處于落后階段。無論是土建類的revit軟件，還是鋼結構的 TEKLA軟件，或是機電類的magicad軟件。雖然這些軟件都能夠處理工程項目 施工中的碰撞檢查以及沖突調試及分析，但是5D BIM技術仍不成熟。
（3） 構建的信息管理框架存在缺陷和不足。本文構建的基于BIM的大型復 雜工程信息管理框架僅僅是一個理論框架，大型復雜工程的參與方，利益涉及方 眾多，建設過程中產生的信息量巨大，因此可以說是一個非常復雜而又多變的系 統，該框架仍需不斷修改與完善。
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