【摘要】 新世紀之初,人類正走進以信息技術為核心的知識經濟時代,信息技術正以廣泛的滲透性和無與倫比的先進性與傳統(tǒng)產業(yè)結合。建筑業(yè)也正積極地借助信息技術的發(fā)展來提高自身的生產效率。充分利用信息技術的優(yōu)勢來實現(xiàn)我國建筑業(yè)的跨越式發(fā)展,已經成為當前建筑業(yè)的首要任務。而建筑信息模型(BIM)技術和基于BIM技術的建筑生命周期管理(BLM)成為建筑業(yè)提高生產效率的重要有效手段。本文研究BIM技術和BLM思想的內涵,基于BIM技術的軟件應用,分析了我國建筑業(yè)當前存在的不足和BIM技術的優(yōu)勢,闡明了BLM思想是我國建筑業(yè)信息化發(fā)展的趨勢。結合我國當前給水排水工程設計的特點,論述了給水排水工程設計中需要BIM技術,并對基于BIM技術的Revit MEP設備設計軟件進行了研究。在實際項目的多工種協(xié)同設計過程中,創(chuàng)新地提出了給水排水專業(yè)應用BIM技術的具體實施方案,并且采用該方案完成了施工圖設計,并總結出采用BIM技術進行給水排水施工圖設計的有效經驗,為BIM應用于建筑設計提供了理論和應用依據。 

第一章 緒   論 

1.1  研究背景 

在制造業(yè)、農業(yè)和金融業(yè)等領域，計算機應用和數字化技術已經帶來了生產率的大幅度提升。而在工程建設領域，計算機應用和數字化技術對生產率的貢獻尚與上述行業(yè)存在較大差距。美國斯坦福大學的設施集成化工程研究中心的一項研究表明，美國在 1964～2003 年的四十年里，其它非農業(yè)行業(yè)的生產效率(見圖 1-1 中藍線)同期增長了約一倍，而建筑業(yè)生產效率(見圖1-1 中紅線)不僅沒有增長，反而在下降。我國的發(fā)展情況同樣類似。    

建設領域的生產效率雖然沒有得到改善，但工程項目卻變得日益復雜。業(yè)主對智能化的建設過程、協(xié)同程度高的項目團隊的需求也與日俱增，要求工程設計從業(yè)者和承包商提供更加精良的服務。為了改善生產效率，建筑業(yè)已經開始借鑒制造業(yè)領域的最新信息化成果——PDM(Product Data Management)和 PLM(Product Lifecycle Management)技術，開發(fā)出具有建立建筑產品信息模型 (Building Information Model，簡稱BIM)  功能的技術。所謂 BIM 技術是指通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，在這里，信息的內涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息，還包含大量的非幾何信息，如材料的耐火等級、材料的傳熱系數、構件的造價、采購信息等。實際上，BIM 就是通過數字化技術，在計算機中建立一座虛擬建筑，一個建筑信息模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建筑信息庫。 

1.2  國內外研究現(xiàn)狀 

2004 年，中國首個BLM實驗室在哈爾濱工業(yè)大學成立，并召開了BLM國際論壇會議。華南理工大學、清華大學、同濟大學也在 2004～2005 年間先后成立了BLM實驗室。BLM正是BIM技術的一個重要的應用領域。 

2007 年 8 月 30 日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“建筑業(yè)信息化關鍵技術研究與應用”課題申請指南，將重點開展以下5 個方面的研究與開發(fā)工作： 

課題一：建筑業(yè)信息化標準體系及關鍵標準研究 

課題二：基于 BIM 技術的下一代建筑工程應用軟件研究 

課題三：勘察設計企業(yè)信息化關鍵技術研究與應用 

課題四：建筑工程設計與施工過程信息化關鍵技術研究與應用 

課題五：建筑施工企業(yè)管理信息化關鍵技術研究與應用

2009 年 5 月 18 日，“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“建筑業(yè)信息化關鍵技術研究與應用”在北京啟動。 

第二章 建筑信息模型（BIM）理論的誕生、發(fā)展趨勢及應用現(xiàn)狀 

2.1 BIM 的概念 

BIM 是“建筑信息模型”（Building Information Model）的簡稱，BIM 技術是指將建筑工程項目中的單一構件或物體作為基本元素，將描述基本元素的幾何數據、物理特性、施工要求、價格資料等相關信息有機地組織起來，形成一個數據化的建筑模型，作為整個建筑工程項目的數據資料庫。這些圍繞建筑物構件或物體組織起來的數據不僅只是簡單地反映了建筑元素的幾何特征、物理屬性等特性，相互之間還保持著作為建筑整體一部分的空間關系和邏輯關系，作為虛擬空間的數字化建筑物，形成了完整的、有層次的信息系統(tǒng)。 

由于整個建筑相關的信息存儲在 BIM 集成數據庫中，所有設計內容都是參數化和相互關聯(lián)的，這樣就可以在 BIM 上構建各個專業(yè)協(xié)同工作的平臺，實現(xiàn)了各專業(yè)的信息的傳遞準確、及時共享和有效管理。 

在工程項目全生命周期中，包括決策、設計、施工、運營、管理等各階段，各個參與人員都可以根據自己的需要在 BIM 中提取自己所需要的數據，來完成各自的任務。也同時把各人創(chuàng)建的信息反映到 BIM 中去，如此使工程中各參與人員通過BIM 緊密的聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了協(xié)同工作的目的。如圖 2-1所示 ：

2.2 BIM 技術的誕生歷程 

2.2.1 BIM 技術誕生的內因——CAD 技術應用于建筑業(yè)尚存在不足 

（1）CAD 技術的發(fā)展歷程

計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD）技術是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助設計者進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學科。它的發(fā)展與計算機軟件、硬件技術的發(fā)展和完善，與工程設計方法的革新緊密相關。 

CAD把人類的邏輯推理、學習聯(lián)想、富于創(chuàng)造性的優(yōu)點與計算機高速、精確、信息存貯量大的特性結合起來，通過人機交互技術溶為一體，從而使兩者的優(yōu)勢都得到了充分的發(fā)揮。據統(tǒng)計，美國一些設計公司在采用了CAD技術后，除提高了繪圖質量，改善了工作環(huán)境外，還可提高工作效率 1.5～3 倍，減少設計修改工作量 80%以上。美國國家工程科學院將CAD評為當代十項最杰出的工程技術成就之一。美國國家科委曾評價CAD是“人類從電力發(fā)現(xiàn)以來，最具有生產潛力的一項技術” 。 

CAD 技術起步于 20 世紀 50 年代后期，60 年代開始迅速發(fā)展。人們希望借助此項技術來擺脫繁瑣、費時、精度低的傳統(tǒng)手工繪圖。此時 CAD 技術的出發(fā)點是用傳統(tǒng)的三視圖方法來表達零件，以圖紙為媒介進行技術交流，這就是二維計算機繪圖技術。此時 CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即計算機輔助“繪圖”（Computer Aided Drawing or Drafting），而并非計算機輔助“設計”（Compter Aided Design）。CAD 技術以二維繪圖為主要目標的算法一直持續(xù)到70 年代末期，以后作為CAD 技術的一個分支而相對單獨、平穩(wěn)地發(fā)展。 

20 世紀 70 年代后期，以 CAD 技術為代表的新的技術改革浪潮席卷了全世界，它不僅促進了計算機本身性能的提高和更新?lián)Q代，而且?guī)缀跤绊懙饺考夹g領域，沖擊著傳統(tǒng)的工作模式。以計算機輔助設計這種高技術為代表的先進技術給人類帶來了巨大的影響和利益。計算機輔助設計技術的水平成了衡量一個國家工業(yè)技術水平的重要標志。近十年來占據繪圖市場主導地位的是美國Autodesk 公司的 AutoCAD 軟件。在今天中國的 CAD用戶特別是初期 CAD用戶中，二維繪圖仍然占有相當大的比重。 

20 世紀 80 年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、工作站和 RISC（精簡指令集計算機）等的出現(xiàn)使 CAD 系統(tǒng)的性能大大提高了一步。與此同時，圖形軟件更趨成熟，二維、三維圖形處理技術、真實感圖形技術以及有限元分析、優(yōu)化、模擬仿真、動態(tài)景觀、科學計算可視化等方面都已進入實用階段。 

20 世紀 90 年代，這一時期 CAD 的發(fā)展日趨成熟，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：CAD標準化體系進一步完善；系統(tǒng)智能化成為又一個技術熱點；集成化成為 CAD 技術發(fā)展的一大趨勢；科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術是 20 世紀 90 年代 CAD 技術發(fā)展的新趨向。 

（2）CAAD 軟件的發(fā)展及應用 

CAAD是“計算機輔助建筑設計”(Computer Aided Architectural Design)的簡稱，是針對建筑設計專業(yè)的需要而發(fā)展起來的，也是CAD的一個重要分支，促進了計算機時代建筑設計方式的變革。集成化的CAAD應具有圖形顯示與繪圖、信息處理、科學計算，仿真模擬、評價優(yōu)化以及今后將大力發(fā)展的專家系統(tǒng)(或決策支持系統(tǒng))的咨詢、決策等諸多方面的功能。它除承擔起建筑設計過程中大部分事務性和重復性的工作外，還將大大擴展建筑師的思維和創(chuàng)造能力，將把建筑設計活動推到更高的水平和更廣闊的境界。 

20 世紀 60 年代末至 70 年代初，還沒有專門用于建筑設計的 CAD 軟件。當時的CAD 軟件的基本特征只是通用的圖形處理能力，而且主要是二維圖形繪制、標注尺寸和符號等功能，可用于通過圖形表達設計意圖的各個行業(yè)。 

第三章 建筑信息模型（BIM）技術在給水排水設計中的   應用研究........24 

3.1  給水排水設計中需要BIM技術 .......... 24 

3.1.1  建筑給水排水工程設計的特點....... 24 

3.1.2  現(xiàn)階段建筑給水排水工程設計存在的問題 ........ 25

3.1.3  建筑給水排水工程設計中需要BIM技術 ........... 26 

3.2 BIM技術在給水排水應用中所需要的軟件支持............ 27

3.2.1  基于BIM技術的軟件Revit簡介 ............. 29 

3.3  在給水排水設計中應用基于BIM技術的REVIT MEP  軟件的具體實施步驟 ............ 30 

3.3.1  理解Autodesk Revit MEP ........... 30 

3.3.2  參數化模型中的圖元行為...........31 

3.3.3   Revit MEP中的族設計............ 32 

3.3.4 Revit MEP  中管道系統(tǒng)的創(chuàng)建............ 35 

第四章 基于BIM技術的多工種協(xié)同設計應用實例.........37 

4.1  設計軟件和工程項目的選擇.......... 37 

4.1.1  設計軟件的選擇............... 37 

4.1.2  工程項目的選擇.............. 38 

4.2  多工種協(xié)同設計方案的實施............. 39 

4.2.1  設計研究環(huán)境的構建................ 39 

4.2.2  協(xié)同設計工作方式的選擇............. 39 

4.2.3  項目共享、協(xié)同設計的實現(xiàn)............. 40 

4.3  給水排水專業(yè)遇到的關鍵問題及解決方法 ........... 42 

4.3.1  解決可用族數量少的問題............. 42 

4.3.2  解決各種類型管道的標識問題............ 43 

4.3.3  解決各專業(yè)部分構件無法在本地模型中自動更新... 46 

4.4  軟件碰撞檢查的應用.............. 46 

4.4.1  傳統(tǒng)的二維設計模式存在各工種構件容易發(fā)生碰撞的缺點 ............. 46 

4.4.2 Revit MEP軟件碰撞檢查的應用............ 47 

4.4.3 Revit MEP軟件漫游功能的應用................. 50 

4.5  主要研究成果..... 54 

4.5.1  實現(xiàn)了圖紙管理的智能化....... 54 

4.5.2  實現(xiàn)了給水排水平面圖表達的標準化........... 54 

4.5.3  實現(xiàn)了給水排水系統(tǒng)圖表達的精準化............ 55 

4.5.4  實現(xiàn)了給水排水大樣圖表達的形象化.......... 57 

第四章 基于 BIM 技術的多工種協(xié)同設計應用實例 

華南理工大學建筑設計研究院近幾年來陸續(xù)設計了廣州國際會展中心、2008 年北京奧運會羽毛球館與摔跤館、南京大屠殺紀念館擴建工程、2010 年上海世博會中國館等一大批功能復雜，在國內外具有較強影響力的標志性建筑，標志著華南理工大學建筑設計研究院在建筑方案創(chuàng)作水平上已經處于國內頂尖水平，并且能與世界上一流水平的建筑設計事務所進行同臺競爭。 

一個好的建筑方案構思出來了，需要采用優(yōu)秀的建筑軟件繪制出來，并且用繪制出來的圖紙指導施工建成，才能便于眾人欣賞，獲得廣泛的認同。在建筑設計的基本軟件中，基于 BIM 技術的建筑設計軟件已經展示出巨大的優(yōu)勢，并將成為以后的發(fā)展方向，歐美發(fā)達國家的優(yōu)秀建筑事務所也已經普遍不同程度地應用了。 

4.1  設計軟件和工程項目的選擇 

4.1.1  設計軟件的選擇 

目前比較成熟的BIM軟件主要有Graphisoft公司的ArchiCAD，Bentley公司的Microstation.TriFoma，和Autodesk公司的Revit。盡管Graphisoft公司最先開發(fā)了基于BIM技術的軟件ArchiCAD，但是Autodesk公司作為全球最大的二維和三維設計軟件公司，利用其在行業(yè)內的資金、技術和人才優(yōu)勢，推出的Revit系列建筑設計軟件后來居上，在全世界范圍內得到多數的設計人員的支持。 

Revit Architecture 建筑設計軟件已經在 2004 年引入我國，  Revit Structure 結構設計軟件和  Revit MEP設備設計軟件也在2008年引入我國。據Autodesk公司技術人員介紹，截止 2008 年 8 月，國內尚無一家設計單位采用了 Revit 全系列軟件進行了一個項目的建筑、結構、給排水、電氣和暖通空調的多工種協(xié)同設計。主要有兩個原因，一是 Revit Structure 結構設計軟件和  Revit  MEP 設備設計軟件本身并不成熟，設計中需要用到的族，軟件自身集成的很少，另外設計的圖紙表達方法與國內現(xiàn)行的制圖標準相差甚遠。二是硬件設備的制約，一個集成了建筑、結構、給排水、電氣和暖通空調的建筑信息模型動輒上百兆，一般的工作電腦打開一個建筑信息模型都得十幾分鐘，更別說進行設計、修改等操作。 

結論與展望 

結論 

建筑信息模型(BIM)技術是信息技術革命應用于建筑業(yè)的產物，隨著計算機硬件水平的飛速提升和基于 BIM 技術軟件的日益完善，大力推廣 BIM 技術，將迅速提高建筑企業(yè)的管理水平和技術水平，提高工程質量和效率，減少工程浪費，增強我國建筑業(yè)在國際上的競爭力。 

本文通過對 BIM 技術在給水排水工程設計中的應用研究，提出了給水排水工程設計中應用 BIM 技術的具體實施辦法，并且用實踐證實了 BIM 技術的在給水排水工程設計中的優(yōu)越性和巨大效益，具有一定的推廣和使用價值。 

在基于BIM 技術的多工種協(xié)同設計應用實踐中，取得了以下主要研究成果： 

實現(xiàn)了圖紙管理的智能化；實現(xiàn)了給水排水平面圖表達的標準化；實現(xiàn)了給水排水系統(tǒng)圖表達的精準化；實現(xiàn)了給水排水大樣圖表達的形象化。 

展望 

BIM 技術是建筑生命周期管理（BLM）思想的核心。目前 BIM 技術在我國的應用研究還主要停留在設計階段，甚至主要是建筑專業(yè)的設計，但是在國家政策的大力支持下，未來的幾年 BIM 技術在我國的應用研究，必將迅速地擴展到建筑設計的各個專業(yè)和建筑生命周期管理的各個階段。 

2009 年 7 月，中國軟件聯(lián)盟宣布成立中國工程建設行業(yè)軟件產業(yè)聯(lián)合體，旨在為構筑完整的中國建筑全生命周期（BLM）解決方案。這表明中國軟件企業(yè)已經充分認識到 BIM 技術的優(yōu)勢，意識到 BLM 是未來建筑業(yè)的發(fā)展方向。 

中國工程建設行業(yè)軟件產業(yè)聯(lián)合體的成立，將極大地促進我國建筑行業(yè)軟件企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，加快工程建設行業(yè)信息化發(fā)展。 
 

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