第1章 绪论
1.1 研究背景
在大力推进 BIM 技术广泛应用和倡导绿色施工的背景下，高效准确的设计方式以及高效协同的管理手段成为当前 BIM 技术引领下的趋势。特别对于翻新工程而言，存在建筑内部既有管路管线陈旧且布线错综复杂、无法依据二维图纸得到直观观测等问题；在进行工程施工和运营管理时，各专业之间的协调工作量太大，沟通效率受到严重影响；拆除既有建筑过程中会出现现场与设计图不符的情况，造成难以规避的突发的管线碰撞事件，甚至严重制约项目工期和工程成本等问题。
在第十一个五年计划期间，由建设部颁布的《建筑业信息化关键技术研究与应用》，该文件从标准体系着手，进行研究、开发了建筑信息模型技术的配套软件、工作架构、协同管理平台，在建筑行业上起到了引领、带头的示范作用；在第十二个五年计划上，建筑业信息化发展纲要的发布，是将理论上升到思想层析。该文件指出：在快速地推进 BIM 技术，加强建筑业应用方面要坚持创新、做好引领未来的原则，对信息的协同共享、数据探索要加强实际应用。为了更好地实践该《纲要》，相关的一些 BIM 应用的指导文件不断出台，这一系列配套文件的发布，可以看出 BIM 技术在建筑领域应用的切实可行性。2012 年，中国 BIM 标准研究会的开办，是中国 BIM 发展联盟开办的，这不仅体现出 BIM技术在我国的生根发芽，还体现出 BIM 行业在茁壮发展。在第十三个五年计划期间，国家对于发展建筑业的信息化方面也是很重视的，对 BIM 技术的应用认可度提出了质的要求与标准，从转变发展方式的角度出发对建筑业提出质的标准，凭借建筑业信息化来实现节约能源、绿色施工、降低耗能、提质增效等等，这不仅仅是对施工方提出更高要求，同时也是在规范整个建筑领域，站在更高的角度来看，这也是对实现整个行业绿色可持续的发展目标做出的更高层次的指导，国家对建筑信息模型技术是投入很多精力与支出的力度。2017 年是 BIM技术关键的一年，国家统一了 BIM 应用标准，让建筑从业者可以有据可依。国家对于 BIM 技术的应用与推广，从这一系列发展过程中可以看出，
BIM 技术正在悄然地改变着人们对建筑业传统观念[3]，由此可见 BIM 发展趋势也是势不可挡。
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1.2 BIM 技术研究现状
1.2.1 国外研究现状
建筑信息模型的概念最早在 20 世纪的美国提出。到了 21 世纪，Autodesk公司发布了有关建筑信息模型白皮书之后，大家才对 BIM 的概念产生技术上的认知。BIM 计划被美国联邦总务署发起，要求对使用建筑信息模型技术的企业提供全方位的服务，力求努力在 2007 年实现全面 BIM 化。第二年，全美建筑信息模型标准被美国的建筑科学院研究出来，这一标准的发布，大大地推动了美国建筑市场对技术信息化的高效率应用。2015 年的时候，全美建筑科学院再次发布了 BIM 指南第三版，不断更新的标准代表着美国建筑行业也在快速地更新迭代。美国在推广 BIM 技术的过程中主要是是以市场为依托，而政府部门起到引导、示范的作用，结合工业界自主发展的模式[6]。BIM 技术已经在美国多方面领域应用，依据《BIM Handbook》[7]手册中举例，即：
1、马里兰州综合医院：在施工和交付阶段应用 BIM 技术建立模型；
2、纽约大道某公寓：对复杂幕墙的深化设计、BIM 模型分析及其预制施工；
3、美国海岸警卫队的工程项目：将 BIM 技术在规划和设施评估方面进行应用。
英国是世界上第一个将 BIM 技术列入到政府建设行业发展战略的国家[8]，
在上个世纪 80 年代，英国建设项目信息委员会的成立，他们为建筑行业在信息技术领域起到带头、引领的作用, 进而在建筑领域中扮演起传播者的角色。英国的建筑信息模型标准，即名为 Uniclass 的标准为英国建筑领域起到规范指导作用，目前 Uniclass 2015 是现在现行的最新版本。与美国在同一时期，英国的建筑信息模型实用指南也发布了。时隔四年之后，英国政府即宣布了 BIM 战略，该战略要求英国政府项目力争用五年的时间，实现 3D-BIM 的全面协同。英国NBS 关于 2017 年 BIM 报告[9]指出：BIM 的使用率超过半数，而且过半数的人认为该技术的运用，可以在建筑生命周期中节约三分之一的成本，约有半数的人认为在新、改建项目中，运用建筑信息模型技术可以使得方案构思到付诸实施的时间减少一半。在受访企业的 BIM 实施情况自我描述中，82%进行过协同设计，71%的企业可以自己制作 3 维数字模型。超过半数的人表示会在内部和外部与他人共享模型，从中我们看出协作和共享是 BIM 等级中很重要的因素。
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第 2 章 建筑生命周期中 BIM 技术应用
2.1 BIM 软件
BIM 模型的搭建需要通过软件平台来实现，而建筑信息模型相关软件的运用，打破了传统设计的盲点，提高了团队设计与分析效率，所以本节主要介绍国内外关于 BIM 的相关软件有哪些，对国内外的 BIM 软件的用途进行梳理。
国外对于 BIM 技术的运用较为成熟，因此，有关 BIM 软件的开发也较为广泛，主要集中在这几所大公司开发的 BIM 软件：美国 Autodesk 公司开发的Revit 及 Navisworks 软件，Revit 是集建筑、结构、机电等专业于一体的 BIM 设计软件平台，而 Navisworks 软件适用于 BIM 模型碰撞检测分析以及动态模拟浏览；美国 Bentley 公司开发的专业建筑软件，即 Bentley Architecture 软件，可以建立三维模型和对复杂建筑进行设计；芬兰 Tekla 公司开发用于钢结构模型建立和深化设计的 Tekla Xsteel 软件。还有些软件是对 BIM 模型的功能进行辅助分析的，比如： IES、Fluent 等软件是对 BIM 模型进行物理模拟；3ds Max、AccuRender、 Artlantis 等 则 是 对 BIM 模 型 进 行 三 维 效 果 设 计 ； ES Virtual Environment、Design master、Trane Trace 则是对 BIM 模型进行水、暖、电的系统分析；ArchiBUS、FacilityONE 是对 BIM 模型的运营管理软件。
虽然国内的 BIM 技术发展晚于国外，对于 BIM 建模主要依赖于国外建模软件，但是对于 BIM 软件的二次开发方面，我国还是取得了一定的成效，比如：博超、鸿业软件是用于对 BIM 模型进行水、电、暖的分析软件；用于结构碰撞检测分析的鲁班软件；对可持续绿色分析的天正软件；对 BIM 模型进行深化设计的探索者软件；对 BIM 模型进行预算管理的广联达、斯维尔、神机妙算等软件。国内自主研发的 BIM 软件平台有广联达公司开发的 MagiCAD 软件以及用于 BIM 协同管理平台的 BIM5D 软件、我国科学院自主开发的 PKPM 软件平台。我国对于 BIM 技术的运用还在不断发展中，因此相较于国外对于 BIM 技术的各个领域的广泛应用，我国 BIM 技术的开发前景还是很广阔的。
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2.2 BIM 技术优势
由于 BIM 技术具有设计模型的可视化、设计信息多元化、面向对象建模、参与方协同合作[14]的特点，从方案设计到施工阶段以及后期的运营及维护阶段，都有 BIM 的应用空间[15]，这也体现出了 BIM 技术的建筑生命周期的特性。
2.2.1 设计阶段
一个建筑项目的落成，是从可行性研究、设计阶段、施工阶段直到投产使用才能实现的，而将这一系列过程落到纸面上进行具体化设计的过程，则主要是由设计阶段实现的，因而设计方案的好坏决定了项目最终实现的成功与否。通过将 BIM 技术运用到设计阶段，可以让使用者直观看到设计者的意图。基于BIM 软件平台，设计人员可以实时共享 BIM 模型中的信息，对模型进行优化修改，避免因为反复查阅图纸等工作造成的工作效率低下，其具体的优势如下：
1、BIM 模型最大的特点体现在信息的集成，这是传统 CAD 设计无可比拟。BIM 软件平台从构件模型到各专业模型的建立过程中，平台会将模型的信息进行存储，当使用者对模型进行修正时，
BIM 平台会将修改后的信息进行实时且同步的更新，并将信息更新到平台的东、南、西、北立、剖面图、材料明细单中，这是传统计算机辅助设计所不具备的功能。
2、当涉及多个专业进行模型设计时，信息共享的优势就显得尤为重要。在传统设计工作中，一个大型工程项目常常涉及到很多个专业进行设计工作，如果某一个专业的设计图纸出现错误，那么就要协调沟通相关专业进行设计图的修改，随之而来的是大量的沟通与矛盾，因而将大量的时间浪费掉，严重影响设计工作的效率。BIM 平台的协同设计可以实现各个专业的设计模型共享。当建筑设计人员完成建筑部分建模时，机电专业可以在建筑模型的基础上建立起管道、排风、强弱电等专业，实现模型的统一轴线、统一标高、改善工程内部和利益相关方的沟通方式，从而达到优化整个项目的最终目标[16]。
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第 3 章 碰撞检测与数据分析 ...................... 13
3.1 模型建立 ........................ 13
3.2 碰撞检测....................13
第 4 章 某健康中心管线排布工程中的 BIM 技术实例 ........................... 24
4.1 因子分析 ................................ 24
4.1.1 数据检验 ............................... 25
4.1.2 主成分分析 ............................... 25
第 4 章 某健康中心管线排布工程中的 BIM 技术实例
4.1 因子分析
为了将计算过程变得简单化，同时使数据分析的结果可以更加精确、直观，按照上一章节的步骤对碰撞数据进行因子分析。由于选择原始数据作为变量时，在获取的过程中会存着相互并不统一的数学单位，所以需要对原始数据进行归一化处理，以减少误差。原始数据归一化结果如表 4-1 所示。
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结论
将 BIM 技术应用到在北京某健康中心工程中的设计、施工、管理阶段，结果表明因子分析方法与 BIM 碰撞检测技术相结合，对工程模型优化提供了理论支撑，解决了各个专业管道之间的碰撞问题，提前规避了施工阶段可能存在的问题，有效改善 BIM设计图纸的精确度低的问题，降低了设计成本，为今后类似工程提供了技术支撑。同时族模型的建立也为今后类似工程提供了参考依据、丰富了 BIM 数据资源。运用 BIM 技术进行施工交底、安全教育、洽商变更、物资采购也为今后的工程管理工作提供了新的管理思路和模式。具体研究工作及其结论如下：
1、数据整理
本工程主要是针对机电模型进行优化分析，明确了消防喷淋管作为主要研究对象，研究其分别与消防栓、排风、送风、给水、供暖管道碰撞，得到 6 个指标：消防喷淋-消防栓管道（XPL-XHS）、消防喷淋-排烟管道（XPL-PY）、消防喷淋-排风管道（XPL-PF）、消防喷淋-送风管道（XPL-SF）、消防喷淋-给水管道（XPL-GS）、消防喷淋-供暖管道（XPL-GN）。将基于 CAD 图纸建立的 BIM 模型进行碰撞检测分析，按照 20 个功能区域和六个指标对数据进行整理，得到 6 列 20 行的碰撞统计点。
2、指标分析
通过运用因子分析方法对碰撞统计点进行分析，得到六个指标间的相关性公式，和影响六个指标的两个公共因子。通过对六个指标载荷系数高低的分析，得到最具有解释性的三个碰撞指标，即：XPL-PF、XPL-SF、XPL-GN，以及能够解释公共因子的两个代表性指标 XPL-PF，XPL-GN。然后基于上述分析对产生碰撞的区域进行综合得分排名，选取得分靠前的区域作为典型区域加以分析。
参考文献（略）