BIM技术国内外研究现状综述

窦存杰，董锦坤，贾 君

BIM技术国内外研究现状综述

窦存杰1，董锦坤1，贾 君2

（1.辽宁工业大学 土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001；2.北京金河水务建设集团有限公司，北京 102206）

以BIM技术在国内外的研究现状为基础，对BIM技术在工程中的应用优势、BIM技术二次开发后的研究成果、BIM技术与传统信息管理模式相结合的创新方法进行了系统的整理归纳，并展望了BIM技术未来的发展趋势。

BIM技术；工程；二次开发；信息管理

Building Information Modeling(BIM)即建筑信息模型，该概念是由美国乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授于1975年提出的[1]。目前，BIM技术主要应用于工业建筑、民用建筑、市政工程、水利工程等领域。BIM技术具有协调性、优化性、模拟性、可出图性、可视化等优点，既可以保证工程进度，又提高了工程质量，降低了施工成本[2]，而且能够解决传统施工模式面临的结构复杂、涉及专业多、实施周期长、对各施工组织之间协调能力要求高等问题[3]。将BIM技术与实际工程施工相结合，根据实际需求对BIM技术进行二次开发，对控制项目投资、提高管理效率与工程质量、减少返工和浪费等方面均起着积极作用。

国内外学者对BIM技术的应用与开发方面进行了大量的研究，如今已硕果累累。本文将其研究成果进行分析、总结，为学者提供参考。

1 BIM技术国内研究

BIM技术在全球化浪潮下稳步发展，我国也顺应时代潮流，发行BIM有关政策，实施相关应用标准，积极推动BIM技术的应用。同时，国内学者也对BIM技术的应用与开发进行了大量研究。

田会静等[4]为解决水利工程中专业技术上的问题，通过研究BIM技术在宜良老青龙水库建设中的应用，介绍BIM技术在水利工程中进行地形清基放坡、曲面创建、模型整合、三维可视化和土石方量计算的应用；得出BIM技术应用于水利工程中的整套操作过程，提高了工程效率与质量。

鄢江平等[5]为提高工程管理效率与工程质量，在杨房沟水电站工程中，研发出大坝工程质量智慧管理系统。通过将BIM技术应用于大坝工程中的质量管理、智能温控、智能振捣、智能灌浆等方面，实现了工程质量信息实时采集、分析和决策的动态化管理，解决了传统大坝工程在质量管理上存在的施工信息感知手段不全、分析反馈滞后、施工过程不可追溯等问题。

张静缨等[6]将3DEXPERIENCE平台在SXK水电站中进行应用，就传统水利工程在设计过程中存在的二维图纸不明确、技术交底困难等问题，提出将BIM技术与管理、建模和施工相结合的方法，分析了BIM技术在传统水利工程设计、施工及运维等阶段中所发挥的作用，使协同设计、三维建模与施工仿真模拟在水利工程中的应用得以实现，提高了设计效率，并为后期施工提供了帮助。

杜政等[7]基于水利工程中IFC与WebGL相结合的BIM轻量化应用研究，就BIM技术在水利工程中数据格式不统一、数据传输效率低、硬件设备要求高等问题，提出在水利工程中将BIM数据标准化、轻量化和可视化的基本思路，最终在水利工程中实现多数据源、多平台和大场景的BIM数据共享与交互，推动了水利工程中BIM技术的发展。

刘黎溪等[8]以天水曲溪供水工程地质建模为例，就水利工程施工区域大、地质条件复杂和BIM技术应用困难等特点，提出将试验数据、虚拟数据和属性信息相结合的建模思路，实现了复杂地质建模、实时交互和多版本管理，并建立了BIM标准体系，探索出复杂地质体的建模方法和三维渲染等技术，为项目设计和管理提供了便利。

任海文等[9]为解决堤防工程运维管理方式单一、效率低和信息落后的问题，引入BIM技术，并与堤防运维基础、巡检养护、工情水情等信息相结合，运用于南京市某二级河道堤防工程中，最终实现运维管理信息的可视化。

罗凯等[10]以某节制闸工程为例，介绍了BIM技术在水闸工程中的应用，基于Revit软件对水闸工程样板的开发进行研究，通过参数化建模与水闸样板设计的方法，建立了标准构件库和样本文件，提高了水闸建模和三维设计效率。

申玉民等[11]针对BIM图纸多人协同创作存在的问题，通过区块链技术与BIM技术的结合，将区块链去中心化、可溯源和防篡改的功能应用于BIM技术信息数据库之中，解决了BIM图纸版本混杂、难以溯源、数据缺失等问题，为版权划分提供参考。

李洁等[12]针对工程中电缆算量存在的问题，提出电缆建模和工程量统计的方案，基于Revit内置插件Dynamo数据驱动和可视化编程的功能，实现了电缆快速建模和工程量自动统计，并通过实例验证了该技术方案的可行性。

侯学良等[13]为了将施工模拟与施工现场相结合，提出施工图像与BIM模型配准叠加方法，构建了映射模型，实现了图像叠加。通过实例验证，得出该方法可清晰反映出实际施工与计划施工之间的误差，提高了管理水平与效率。

杜鸣曲等[14]以京哈高速改扩建工程为例，探究了BIM技术在桥梁施工中的应用，实现了施工图纸复核、设计优化与可视化管理，提高了安全、质量、进度的管理效率，为BIM技术在桥梁施工阶段及后期运维阶段的应用提供参考。

李谧等[15]通过BIM与GIS融合的方法，独立开发了市政规建管一体化平台，解决了市政工程工期短、数据杂、管理困难等难题，实现了信息、数据、资源共享的智能化管理，提高了市政工程智能管理水平。

齐成龙[16]为克服传统BIM建模效率低下和数据不稳定的缺陷，在达索系统中，利用CAA语言研发出一种桥梁基础模型批量创建及审核工具，该工具具有单独修改特征结果、IFC属性赋值与批量更新、输出结点基础数据等功能，为达索系统二次开发提供参考。

宋永嘉等[17]为提高水闸消能工消能效率，将Revit进行二次开发，并与FLUENT相结合，通过VOF模型和RNG k-ε紊流模型对水闸消力池进行仿真模拟，结果表明，在消力池内增加消力墩可以明显提高消能效率，并加强了BIM与仿真模拟的协同性，可为水闸消能工优化提供参考。

杨群等[18]为提高基坑工程的设计效率，将BIM技术应用于某酒店基坑工程中，利用Revit建立基坑三维模型，并通过Navisworks进行锚索碰撞检查，避免了设计阶段的潜在问题，减少了设计阶段时间的浪费，为研究者提供参考。

韦永丽[19]以杭州市富阳区某桩基工程项目为例，将BIM技术应用在桩基工程施工阶段，可对工程进行质量和资料管理，实现桩基跟踪管控，有效地控制工期、降低成本、避免返工，提高工程施工效率。

任立夫[20]为解决地下管线繁杂而引起的安全隐患等问题，将BIM技术运用到某地区地下管线项目中，为管理者提供三维可视化信息模型，保证数据的精确度，降低了施工与运营成本，实现科学化管理。

郑明新等[21]为使框架桥下穿既有铁路工程中施工人员有效、快速地掌握结构实时信息，以框架桥下穿漳龙线铁路工程为例，研发了基于BIM技术的智慧监测平台，将BIM模型信息属性设置与监测数据相结合运用到桥梁结构施工中，实现信息化施工与数据共享，及时监测施工状态，提高了管理人员的管理效率，使框架桥下穿既有铁路的施工与运营安全得到了保障。

吉方慧等[22]基于BIM技术绿色建筑评价平台的研究，就BIM软件与绿色建筑信息软件互操作性不足的问题，开发了Revit与斯维尔分析软件交互的接口，利用BIM技术信息的完备性、关联性、一致性等优点表达建筑的物理和功能特征，并将相互匹配的项目参数与斯维尔分析软件相结合，实现了建筑信息集成和共享，提高了项目各参与方的绿建分析效率。

张乐敏等[23]针对项目不同阶段参与人员缺乏信息共享导致BIM技术的应用与发展受到限制的问题，将BIM技术与视觉仿真技术VR、AR和MR相结合，对BIM技术在建筑全生命周期的性能与视觉化模拟仿真进行探讨与总结，提升了BIM技术的信息交互能力，为建筑全生命周期不同专业的参与者提供技术参考。

2 BIM技术国外研究现状

BIM技术在国外的研究和发展起步比较早、应用相对成熟，已经形成了相对完善的标准体系，大部分工程的全生命周期均采用了BIM技术，并在工程的各个阶段得到了应用。国外学者对BIM技术进行了深入的研究。

Fu等[24]为使建筑信息标准化和格式化，将IFC查看器进行二次开发，创造了一个集成交互环境，方便信息检索，实现了数据存储和表达的标准化，为决策者提供准确信息。

Chan-Sik等[25]为避免管理缺陷引起工程进度慢和成本超支的问题，提出了缺陷管理框架，通过缺陷数据采集、特定缺陷汇总和AR缺陷检测系统3个解决方案，将缺陷管理从被动变为主动，方便使用者之间远程交互和信息传递，在理论上防止施工过程中产生缺陷。

Beatriz等[26]为解决建筑垃圾循环利用率低的问题，基于时间因素提出4D-BIM算法，将建筑垃圾进行循环再利用规划，通过建筑垃圾估算和可视化的功能，提高废弃物循环利用率，促进工作人员以建筑垃圾管理为中心的沟通合作。

Antonia等[27]以马德里巴拉哈斯18R-36L跑道为例，对如何利用BIM、物联网和DLT提高机场路面施工管理效率进行探索，通过施工期间的数据收集以及信息交互，提出了机场路面各阶段管理者相关联的管理框架，解决了管理方式不统一的问题。

Farzad等[28]为解决项目中计划与竣工之间存在的误差，提出了按需自动仿真框架，通过游戏引擎和VR技术处理竣工数据，将实际竣工图像叠加在BIM模型上，方便项目人员、客户对比施工情况与BIM模型之间的差别，为学者提供参考。

Hegemann等[29]为解决设计阶段中衬砌段位置无法确定的问题，提出将TBM施工与BIM模型相结合的方案，实现了信息集中管理和交互，提升了BIM的应用价值，为评估、运维等阶段提供数据参考。

Khaled等[30]对于BIM设备管理中存在人工手动检索效率低的问题，开发出基于BIM技术的MR框架，通过现场AR程序和办公室IAV程序，使3D虚拟对象与文本信息叠加在真实建筑物视图之上，实现设备可视化管理，方便管理人员浏览，减少数据输入的错误率，缩短数据输入的时间，从而提高了管理效率。

Al-Kasasbeh等[31]针对建筑全生命周期资产利用率低所造成大量资金浪费的问题，利用ETL技术将BIM与DBMS相集成，并基于WBS框架开发出贯穿项目全生命周期的建筑资产管理系统，实现了建筑资产的有效管理，为项目节省了大量资金。

Stegnar等[32]为解决传统信息管理技术无法对建筑能源进行有效优化改造，提出基于PIR和EIR改进BIM框架的方法，降低了投资成本，提高了管理效率，为改造设计的研发提供参考。

Liu等[33]针对BIM模型数据库缺乏施工领域语义，导致数据库与施工面存在交互的问题，基于建筑专业领域词汇提出语义查询方法并向QTO对齐，该方法可精准提取出建筑物有效信息并以3D模型呈现，降低了工作者的沟通成本，提高了工作效率。

Sheryl等[34]为纠正装配式建筑工程中实际情况与模拟结果产生的偏差，将4D模拟技术运用到工程中，极大地提高了施工效率和工程质量。

Behzadan等[35]为便于同时管控工程的质量与进度，提出将BIM与AR相结合，运用于装配式建筑中，提高工程管理效率，降低管理成本。

Costa[36]将BIM技术与数据连接相结合，对收集的建筑部件信息按需求进行定义，运用于装配式建筑部件设计中，为研究BIM技术在装配式建筑中应用的学者提供参考。

从BIM技术在国内外工程中的发展进程来看，BIM技术不仅可以解决工程问题，改善工程高估冒算、少算漏算等现象，还能将项目信息集中化管理，提高管理效率。

3 结论与展望

3.1 结论

通过对国内外BIM研究成果分析总结，并结合BIM可视化、可出图性等优点，主要得出以下结论。

(1)国内学者将BIM技术与实际工程相结合，应用于规划、设计、施工、运营管理等阶段，针对工程施工所遇到的实际问题提出相对应的解决措施，提高了工程效率，减少资金浪费，推动国内工程信息化发展。

(2)国外学者为推动BIM技术快速发展实现信息标准化，对BIM技术进行二次开发，根据具体需求进行具体分析并制定解决方案，满足使用者对功能的需求。

3.2 展望

随着计算机技术的发展、国家政策的支持和行业标准的建立，BIM技术在未来的发展将不断完善，慢慢走向成熟。为推广BIM技术的应用，做出以下展望。

(1)建立完善的BIM人才培养与考核机制，制定合理的奖惩措施，促进工作人员对新兴技术学习的主动性。

(2)建立便于甲方、设计院、施工方交流的标准化平台，方便工程各参建单位进行技术交流。

(3)从长远角度看待BIM技术，需加大硬件资金的投入，可为项目运维阶段节省大量资金。

[1] 祝连波. 我国建筑业信息化研究文献综述[J]. 生产力研究, 2010(1): 254-256.

[2] 魏锐, 张广辉. 浅析BIM技术在水利工程施工中的应用[J]. 人民黄河, 2020, 42(S2): 173-174.

[3] 赵振宇. BIM技术在某综合体工程施工中的应用研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2020.

[4] 田会静, 赵建豪, 张志青, 等. BIM技术在宜良老青龙水库建设中的应用研究[J]. 人民长江, 2020, 51(S2): 115-117, 174.

[5] 鄢江平, 翟海峰. 杨房沟水电站建设质量智慧管理系统的研发及应用[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(12): 169-175, 182.

[6] 张静缨, 包腾飞. 基于3DEXPERIENCE平台的水利工程BIM应用[J]. 人民长江, 2020, 51(S2): 108-111, 169.

[7] 杜政, 王海俊, 谈震, 等. 基于IFC与WebGL的水利工程BIM轻量化应用研究[J]. 中国农村水利水电, 2020(11): 199-203.

[8] 刘黎溪, 李万红, 苏丽娜, 等. 天水曲溪供水工程地质BIM技术应用研究[J]. 中国农村水利水电, 2020(10): 219-221, 227.

[9] 任海文, 刘永强, 闫文杰. 基于BIM技术的堤防工程运维信息管理系统设计与实现[J]. 水电能源科学, 2020, 38(10): 116-120.

[10] 罗凯, 孙永明, 孙峰, 等. 基于Revit的水闸工程样板开发及应用研究[J]. 水电能源科学, 2020, 38(11): 174-177.

[11] 申玉民, 王金龙, 胡殿凯, 等. 基于区块链的建筑信息模型图纸多人协同创作系统[J/OL]. 计算机应用: 1-10. [2021-01-18]. https://kns-cnki-net.wvpn.lnut.edu.cn/ kcms/detail/51.1307.TP.20210114.0910.006.html.

[12] 李洁, 王亮, 张瑞强. 基于Revit与Dynamo交互模式的电缆算量方法研究[J]. 建筑经济, 2020, 41(S2): 93-96.

[13] 侯学良, 薛靖国, 王毅, 曾颖. 基于投影的施工图像与BIM模型配准叠加方法[J]. 图学学报, 2021, 42(1): 141-149.

[14] 杜鸣曲, 杨科, 张婷. BIM技术在京哈高速公路改扩建工程的应用[J]. 公路, 2021, 66(1): 395-398.

[15] 李谧, 贺晓钢, 李博涵, 等. 基于BIM+GIS的市政工程规建管一体化应用研究[J]. 地下空间与工程学报, 2020, 16(S2): 527-539.

[16] 齐成龙. 基于达索平台CAA架构的桥梁基础BIM建模及审核工具开发[J]. 结构工程师, 2020, 36(6): 214-220.

[17] 宋永嘉, 张豪杰, 朱浩岩, 等. 基于BIM的水闸消能工优化设计应用研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2020, 18(6): 15-20, 27.

[18] 杨群, 谢立广, 王建立. BIM技术在某基坑工程中的应用研究[J]. 山西建筑, 2021, 47(5): 71-73.

[19] 韦永丽. BIM技术在桩基工程中的应用[J]. 黑龙江科学, 2021, 12(4): 102-103.

[20] 任立夫. 基于BIM技术的地下管线建模应用分析[J]. 测绘通报, 2021(2): 149-152.

[21] 郑明新, 杜子真, 康蒙, 等. 基于BIM技术的框架桥下穿既有铁路智慧监测平台研究[J/OL]. 重庆交通大学学报: 自然科学版: 1-6. [2021-03-21].https://kns-cnki-net. wvpn.lnut.edu.cn/kcms/detail/50.1190.U.20210218.1132.002.html.

[22] 吉方慧, 刘洋, 周建强, 等. 基于BIM的绿色建筑评价平台的应用与分析[J]. 长江技术经济, 2021, 5(S1): 34-37.

[23] 张乐敏, 张若曦, 殷彪. BIM在建筑全生命周期中的仿真模拟应用与趋势[J]. 城市建筑, 2020, 17(16): 169-174.

[24] Fu Changfeng, Ghassan Aouad, Angela Lee, Amanda Mashall-Ponting, Song Wu. IFC model viewer to support nD model application[J]. Automation in Construction, 2005, 15(2): 178-185.

[25] Chan-Sik Park, Do-Yeop Lee, Oh-Seong Kwon, et al. A framework for proactive construction defect management using BIM, augmented reality and ontology-based data collection template[J]. Automation in Construction, 2013, 33: 61-71.

[26] Beatriz C Guerra, Fernanda Leite, Kasey M Faust. 4D-BIM to enhance construction waste reuse and recycle planning: Case studies on concrete and drywall waste streams[J]. Waste Management, 2020, 116: 79-90.

[27] Antonia Pacios Á, lvarez, Joaquí, n Ordieres-Meré Á, et al. Opportunities in airport pavement management: Integration of BIM, the IoT and DLT[J]. Journal of Air Transport Management, 2021, 90: 101941.

[28] Farzad Pour Rahimian, Saleh Seyedzadeh, Stephen Oliver, et al. On-demand monitoring of construction projects through a game-like hybrid application of BIM and machine learning[J]. Automation in Construction, 2020, 110: 103012.

[29] Hegemann Felix, Stascheit Janosch, Maidl Ulrich. As-built documentation of segmental lining rings in the BIM representation of tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2020, 106: 103582.

[30] Khaled El Ammari, Amin Hammad. Remote interactive collaboration in facilities management using BIM-based mixed reality[J]. Automation in Construction, 2019, 107: 102940.

[31] Al-Kasasbeh Maha, Abudayyeh Osama, Liu Hexu. An integrated decision support system for building asset management based on BIM and Work Breakdown Structure[J]. Journal of Building Engineering, 2021, 34: 101959.

[32] StegnarG, CerovšekT. Information needs for progressive BIM methodology supporting the holistic energy renovation of office buildings[J]. Energy, 2019, 173: 317-331.

[33] Liu Hexu, Lu Ming, Mohamed Al-Hussein. Ontology- based semantic approach for construction-oriented quantity take-off from BIM models in the light-frame building industry[J]. Advanced Engineering Informatics, 2016, 30(2): 190-207.

[34] Sheryl Staub-French, Alan Russell, Ngoc Tran. Linear Scheduling and 4D Visualization[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 2008, 22(3): 192-205.

[35] Behzadan A H, Iqbal A, Kamat V R. A collaborative augmented reality based modeling environment for construction engineering and management education[C]// Simulation Conference (WSC), Proceedings of the 2011 Winter. IEEE, 2011.

[36] Costa G. Connecting building component catalogues with BIM models using semantic technologies: an application for precast concrete components[J]. Automation in Construction, 2015, 57: 239-248.

Overview of BIM Technology Research Status at Home and Abroad

DOU Cun-jie1, DONG Jin-kun1, JIA Jun2

（1.School of Civil and Architectural Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China;2.Beijing Jinhe Water Construction Group Co. Ltd, Beijing 102206, China）

Based on the research status of BIM technology at home and abroad, the application advantages of BIM technology in engineering, the research results after the secondary development of BIM technology, and the innovative methods combining BIM technology with traditional information management mode are systematically summarized, and the future development trend of BIM technology is prospected.

BIM technology; engineering; secondary development; information management

TU17

A

1674-3261(2021)04-0245-05

10.15916/j.issn1674-3261.2021.04.008

2021-03-28

窦存杰(1995-)，女，黑龙江牡丹江人，硕士生。

董锦坤(1969-)，男，辽宁凌海人，教授，博士。

责任编校：孙 林