BIM（建筑信息模型）

BIM(Building Information Modeling)“建筑信息模型”的简称，由美国查克伊士曼博士1974年提出，其被定义为：“建筑信息模型将所有的几何特性、功能以及构件性能，整合到建筑项目生寿命周期内的单一相互关联的描述中。同时，这个单一的模型还蕴含着处理全过程进度和管理的信息。”

头豹研究院认为建筑信息模型BIM是应用于建筑工程设计、施工、运营、维护等全生命周期过程的一种信息化技术，通过信息化、数字化和参数化的方式建立建筑工程模型，从而实现管理项目全生命周期历程.优化工程项目资源、缩减工程开支、提升工程施工效率等目的。

20世纪80年代，Graphisoft公司提出了Virtual Building Model的理念，BIM技术的研究初步开始。随着ArchiCAD软件的推出，这让更多的企业了解了BIM技术。到20世纪90年代，欧洲和北美对BIM的研究热情高涨，由Nederveen和Tolman教授正式为BIM命名为“Buliding Information Model”，并且将建筑模型与信息技术模型相结合，使得各个参与方共建“建筑信息模型”。直到21世纪初，Autodesk公司在《BIM白皮书》中，对“Buliding Information Model” 做了整体的论述，说明建筑信息系统模型到了发展阶段。由Jerry Laiserin对BIM的内涵和外延进行界定，并说明了BIM一词的演变过程，使其达到广泛的推广。

自2001年开始，我国即开始积极推广BIM技术的应用。国家科技部于2001年制定了“解决科技重点问题十五规划"；，课题为"；基于IFC国际标准的建筑工程应用软件研究"；，并对BIM技术的应用进行了相关研究。

2006-2010年间，国家科技部“十一五”规划为BM技术发展提供了政策支持，我国BM技术取得了一系列研究成果，包括规范标准、BIM建模系统和施工管理系统，并应用于部分实际工程案例中。

2011年起，我国BIM技术应用进入快速发展阶段，住建部《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》首次将BM纳入信息化标准建设内容；根据《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》)，BIM成为“十三五”建筑业重点推广的五大信息技术之首；

2015年，住建部印发《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》)，提出:到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用；到2020年末，以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用BIM的项目比率达到90%:以国有资金投资为主的大中型建筑；申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区^[1]。

2021年4月，住建部发布《中国建筑业信息化发展报告(2021)》，提出大力发展数字设计、智能生产、智能施工和智慧运维，加快建筑信息模型(BIM)技术研发和应用。

2022年1月，住建部正式印发《“十四五”建筑业发展规划》，在BM技术集成应用专栏提出：到2025年，基本形成BM技术框架和标准体系，包括推进自主可控BIM软件研发、完善BM标准体系、引导企业建立BIM云服务平台、立基于BIM的区域管理体系以及开展BM报建审批试点。

在建筑项目中，完整的BIM技术模型可以全面地展示项目全过程的建筑信息。

(1)可视化：在传统二维的CAD图纸上，对建筑职员的立体想象力有极高的需求。但是当设计的建筑构件较为复杂的时候，2D图纸很难满足施工的实际需求，而BIM技术的可视化功能可以使各参与方非常直观的在三维空间看到构件的真实形态，有助于施工各阶段的沟通、反馈和决策等，促进各参与方达到目标一致。

(2) 协调性：工程项目往往需要建筑、结构、机电等不同专业一起参与，但是由于各专业间沟通不足，导致各种碰撞冲突等，从而引起返工重修，导致成本增加、工期延误。BIM技术的协同性，可以避免各专业在实际施工中冲突，其在设计过程中完成碰撞检查，防患于未然。

(3) 信息集成化：BIM技术是整个项目数字化的结果，是收集数据的重要桥梁。传统的工程项目很难实现设计、生产、施工三方的信息有效传递，故而不能有效的控制各阶段的管理，以至于信息数据呈碎片化。BIM技术作为一种信息集成化广泛的应甩在项目的各个阶段，构建BIM集成化管理平台，避免信息的缺失，以保证各参与方在各个阶段的有效沟通。

(4) 模拟性：模拟性可以模拟不能在实际情况下进行的操作。如在设计阶段进行全过程的动态模拟，包括：施工进度模拟、节能模拟等；并且在招投标和施工过程中可以完成整个施工的4D模拟，包括成本的5D模拟、动态成本控制管理等；在运维阶段，BIM建模可以模拟灾难来临的逃生过程，便于编制有效的逃生方案，降低风险。

(5) 优化性：指的是整个工程全寿命周期不停优化的过程。在纷杂的信息中找到关键的信息，需要各参与方及时沟通并找到优化的时间节点，这对实际操作要求非常高。而BIM技术可以提供完整的建筑项目全过程的数据库，在短时间内达成设计、成本、进度、资源等多方面的优化。

(6)可出图：构建的BIM三维模型也可以生成二维图纸。而且，BIM技术采用参数化建模，可以节约传统纸质图纸复杂构件设计和后期修改时间，方便各参与方随时随地进行沟通和交流^[2]。

按照美国总承包商协会的分类方式，BIM软件主要分为八类:初步设计和可行性类、核心建模类、模型分析类、施工图和预制类、施工管理类、工程预算类、项目安排计划类和协同类。

2015年左右，BIM轻量化的概念产生，BIM轻量化概念起源于赛车运动，赛车轻量化的主要思想就是在确保车辆稳定性基础之上，提升赛车动力性能，节能设计各零部件，持续优化车型，使其更快更轻更便捷。类似的，BIM轻量化技术的本质：在不改变模型与数据文件结构属性基础上，通过先进算法将模型数据重构，缩小BIM模型体量，精简数据，让模型显示快，数据便于提取使用。BIM轻量化技术是BIM技术在我国应用发展过程中的必然产物，代表着BIM技术新发展方向，这种创新应用为BIM技术更加深入的在模型数据的运用，以及提升BIM应用落地的成效打下坚实基础。

BIM轻量化关键环节对比

BIM轻量化关键环节可以理解为当下轻量化技术的机理。从数据维度看，BIM模型包含两部分信息，即几何与非几何信息。几何信息是指能看到的二维、三维模型，非几何信息通常指一些属性数据、建模相关的其他数据等。现阶段，对于三维模型轻量化处理主要包括：模型显示的轻量化、模型文件的轻量化两个方面。

(1) 基于模型显示的轻量化

1)几何转换BIM模型的几何转换分为：微观层面，即单一构件优化；宏观层面，即整体组合优化。目前，对于单一构建层面优化包含参数化几何描述法与三角化几何描述法。

①参数化几何描述法：即用多个参数来描述一个几何体，如利用底面原点坐标、半径和高度三个参数就能定义一根柱子，可以将规则的单个图元做到极致的轻量化

优点：对单一规则构件描述精简准确，轻量化效果好。另外在精确测量方面有良好支撑；

缺点：对复杂异形构件或组合构件难以准确描述，会存在细节丢失或者增加几何级运算

②三角化几何描述法：即用多个三角形来描述一个几何体，其思路基于有限元切分描述。三角形可以拼接成任意平面或曲面，三维模型里，三角形越多，越精细，反之则粗糙

优点：主流建模软件一般都提供二次开发接口来获取三角形数据，而三角化几何描述只需将设计出模型转换为三角形数据，相对便捷

缺点：后期应用效果相对不好

整体组合层面的模型轻量化主要用于类似基础、主体结构以及钢结构等包含大量重复的模型图元，例如主体结构中有大量形状相同但位置不同的柱。这时，主要方法就是利用相似性算法减少图元，将重复图元合并，只保留单个柱的数据，其他柱采取一个引用加上空间坐标。所以，相似性算法能有效减少重复图元数量，进而达到轻量化的目的

2)渲染处理

渲染处理内容及对比

①LOD法：不同的LOD深度来表示构件，距离越远的模型加载得越粗糙，反之精细。单次渲染体量=图元数量×精度；另外，体量的渲染不仅在视点近还是远都是可控的

②遮挡剔除法：为了实现提升显示效率和性能的目标，根据视圈范围对图元做八叉树划分，渲染绘制可见图元，将被遮挡图元剔除

③批量绘制法：一次性批量渲染绘制具有相同属性的图元

(2) 基于模型文件的轻量化

基于模型文件的轻量化，不仅包含BIM模型几何信息的轻量化，也包括对非几何信息的轻量化。那么，模型文件轻量化的具体操作方式，主要是对BIM模型文件压缩，一方面是三维的模型文件stl、obj、3ds、json等文件格式压缩。另一方面，即对模型数据进行尽可能无损压缩，这种方式只适用于模型文件的储存和传输的应用状态，如果在工作应用状态，压缩以及解压的过程会影响计算机性能，同时在特定情况下选择BIM模型文件直接整体性压缩，会出现不利于后续局部精细化的应用需求的情况，例如在深化设计阶段，添加好了详细的施工信息数据等，若直接对整个文件直接压缩来达到BIM轻量化效果，那么在精细到施工某专项方案时，就会出现丢失个别施工数据情况，从而影响施工质量，也违背了轻量化的初衷^[3]。

2021年4月住建部《中国建筑业信息化发展报告(2021)》

大力发展数字设计、智能生产、智能施工和智慧运维，加快建筑信息模型(BIM)技术研发和应用

2020年9月广东深圳《政府投资公共建筑工程BIM实施指引深化》

BIM技术在深圳市政府投资公共建筑工程前期规划、设计、施工、竣工验收和运维移交阶段的应用，进一步推进深圳市政府投资公共建筑工程BIM实施水平

2021年8月上海《上海市进一步推进建筑信息模型技术应用三年行动计划(2021-2023)》

到2023年底，在工程规划、设计、施工、运维阶段形成以BIM三维设计和BIM数字化表达为主、二维设计为辅的新业态，既有建筑全面开展BIM建模和运维管理应用

2021年11月上海《上海市房屋建筑施工图、竣工建筑信息模型建模和交付要求(试行)》

BIM建模及其应用宜采用正向设计和施工方式开展，BIM精度及深度同时应满足设计和施工的要求

2020年12月重庆《关于推进智能建造的实施意见》

到2022年底，全市30%以上工程项目采用数字化建造模式，30%以上的建筑业企业实现数字化转型，数字化和工业化成为建筑业主要特征。到2025年，全市工程项目全面采用数字化建造模式，建筑业企业全面实现数字化转型。推行全过程BIM技术应用。

2021年6月湖北《湖北省数字住建行动计划(2021-2025年)的通知》

建设城市信息模型(CIM)平台。省级统筹建设CIM基础平台，利用三维GIS、BIM、物联网等技术深入推进BIM应用。研发和推广自主可控的BIM软件与数据平台。推进基于BIM技术的建筑业全产业链、全过程、全要素的数字化、智能化、智慧化应用，促进建筑业数字化转型。建立BIM辅助审查系统、推广BIM算量和BIM计价软件、推进BIM电子招投标、推进BIM竣工联合验收和BIM城建档案管理，持续深化BIM应用

2021年11月河北《河北省新型建筑工业化“十四五”规划》

制定BIM技术应用技术指南，培育一批掌握BIM技术企业，推进BIM技术在设计中应用，推动建设基于BIM技术的标准化部品部件库，对于应用BIM技术增加的成本，合理纳入工程造价

根据全球著名咨询公司Research and Market于2020年9月发布的《建筑信息模型(BIM)全球市场轨迹与分析》报告，全球建筑信息模型(BIM)市场规模在2020年约为48亿美元。该公司在COVID-19疫情的背景下进行了2020~2027的早期市场分析，预计BIM技术市场规模在2027年将达到136亿美元，复合年增长率为17.1%。美国、加拿大、日本、中国和欧洲将进一步推动BIM市场，中国仍将是这一地区市场群中增长最快的国家之一。亚太地区在澳大利亚、印度和韩国等国的带动下预计在2027年BIM技术市场规模达到16亿美元。根据美国联合市场研究(Allied Market Research)发布的《全球BIM技术市场》报告，BIM技术主要应用在商业和基础设施建设领域，且到2022年将占全球市场的63%^[4]。

参考资料：

[1] 华阳国际-装配式设计龙头实力强劲布局建筑科技驱动长期发展-220221(18页).pdf

[2] 卢平. 装配式建筑中BIM技术采纳意愿影响因素研究[D]. 河南:郑州大学，2021.

[3] 任泳同. 基于BIM轻量化在PC装配式建筑施工阶段的应用研究[D]. 四川:西南科技大学，2021.

[4]上海市住房和城乡建设管理委员会：2021上海BIM技术应用与发展报告（203页）.pdf

相关报告：

2021年建筑信息化软件竞争格局与BIM技术应用分析报告（26页）.pdf

【研报】精工钢构-深度报告：发力EPC叠加自研BIM+赋能钢结构龙头打开成长空间-210129（34页）.pdf

华阳国际-公司深度报告：“一体两翼”全产业链布局装配式+EPC+BIM持续发力-210727（29页）.pdf

数据中心工作组：数据中心BIM技术白皮书（62页）.pdf

【研报】建筑装饰系列行业概览：建筑信息模型（BIM）研究渗透率提升市场前景可期-20201104（32页）.pdf