BIM应用的两条主线为：三维技术，解决二维表达的局限与不足；信息技术，解决信息交换的效率问题与障碍。以此来实现信息的集成、传递与共享利用，提高沟通效率，提升过程的管理与控制水平。BIM（技术）包含但不限于以下内容：BIModel、BIModeling（包含可以利用和创建BIM数据的软件）、BIManagement（包含BIM数据及BIM应用产生的数据管理过程）。

美国国家标准NBIMS对BIM的含义进行了四个层面的解释。首先是“产品”，一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字化表达；其次是“信息”，一个设施有关信息的共享知识资源；然后是“过程”，一个分享有关这个设施的信息，为其从早期概念一直到拆除的全生命期的各种决策提供可靠依据的工作过程；最后是“协同”，在项目不同阶段、不同利益相关方基于BIM录入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。

BIM的内涵，是连接工程全生命周期各个阶段数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被工程项目各参与方普遍使用。是建立唯一工程数据源，解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持实体工程生命期动态的工程信息创建、管理和共享利用。

BIM应用的时代背景

美国于2011年和2014年分别提出AMP2.0，即先进制造伙伴计划（AMP，Advanced Manufacturing Partnership）。其核心为“先进制造业回归”，强化先进材料、生产技术、先进制程、数据资料与设计等产业共通。先进传感、控制和平台系统，可视化、信息化和数字化制造。

德国于2013年提出工业4.0，其核心为“智慧工厂”，以物联网为范畴、发展水平整合价值网络、终端对终端流程整合、垂直整合制造网络、工作站基础及CPS等技术。

日本于2015年提出机器人新战略，其核心为“人机共存、未来工厂”，运用传感器、控制/驱动系统、云端运算、人工智能等技术发展机器人，且让其相互联网。实现日本机器人技术成为国际化标准。

中国于2015年提出中国制造2025，其核心为“智能制造”，通过信息化和工业化深度融合，引领和带动整个制造业的发展，实行智能制造、绿色制造和高端装备等五大工程，发展十大领域。

十九大报告提出，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段， 正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。作为第四次工业革命，智能制造以新一代信息技术和先进制造技术深度融合为主要特征。

工业4.0的环境条件：数据互联、人类互联、物联网和服务互联，其核心理念称为CPS。信息物理融合系统Cyber-Physical System联接物理世界与信息科技世界；现实物理世界与数字信息世界的孪生。

问题与现状

在工作模式上，存在项目参与方集成度低，各自相对独立、信息不均、协调困难、效率低下、变更频繁、质量难以控制等问题。

在技术载体上，“图纸”是工程建设及工程管理的“DNA”，缺乏完整性、准确性、连续性。

思维模式方面，当前工具和流程更多关注工作文档，而不是设计本身。工程师们把大量时间花在不那么重要的冗余工作上。

协同模式方面，现有工具和工作流程对协同工作支持不够，增加了项目成本和时间，降低了工程质量。

合作模式上，隔墙效应明显，工作团队之间难以协调，导致工作质量低。

流程模式上，全生命周期各个阶段、各参与方沟通与合作难以协同，导致各方预期难以真正实现。

沟通方式上，准确向客户传达设计思想和创意方案，需要耗费大量精力。

组织模式上，关系复杂且无序，信息交换过程易生歧义、错误、失真或丢失，直接导致生产效率低下。

成本控制方面，人工算量精度及准确性较低。大多数项目会超出预算。设计变更对预算的影响不容易反映。

管理模式方面，现场及过程管理水平低。据统计，建筑工程10%-15%材料会被浪费掉。其主要原因，往往是不合理的设计和现场管理。

交付模式方面，交竣工时，数据没能正确地交付到客户手中，运营管理手册只能人工交付和物理存储，数据易随着时间流逝而丢失，数据的维护和检索非常困难。

面对以上问题，BIM为土建行业产业升级、转型与高质量发展打开了一扇窗口。基于美国独立调查机构和美国BIM标准，我们发现，BIM能更好地理解设计概念，各参与方共同解决问题，提升性能；能减少信息转换错误和损失，项目总体周期缩短5%，提高效率；能减少错漏碰缺，减少浪费和重复劳动，保证质量。另外，还能提升施工现场安全，有效预测建设成本和工期，节省工程成本5%。

BIM 设计应用实践

安康至来凤国家高速 奉节至巫山(渝鄂界)段

一、 BIM+GIS的融合

BIM的应用对象往往是单个建筑物，利用GIS宏观尺度的优势，可将BIM应用扩展到长大线路和大规模区域性工程。

BIM+GIS集成工作流程推动业务智慧决策

二、数字实景信息采集

倾斜摄影技术，是国际测绘领域近年发展起来的一项高新技术。它颠覆了正射影像只能垂直拍摄的局限，在同一飞行平台搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜的5个角度采集影像，成为构建三维实景模型高效的技术手段。

数字正射影像（DOM），应用无人机照片生成地面分辨率0.1m的数字正射影像，在工程规划、勘察、设计等各个阶段，提升工作效率和准确性。

三、实景模型重构

其步骤为：1.匹配点云 ；2.构建三角网；3.创建白膜；4.匹配纹理。

白帝城大桥实景

四、三维地质建模

在三维地形平面图上根据工程需求进行勘探钻孔的布置。

数据库中自动记录该钻孔的坐标位置以及孔口地面高程数据，同时后期根据现场实测孔口标高，可对相关数据进行修正。根据现场钻孔根据已有的钻孔地层岩性分布、地质产状、构造等信息，可生成三维地质钻孔分布。

白帝城大桥地质模型

桥位区水位消涨动态模拟（水文模拟）

五、道路工程参数化建模

建模的基本原则为，总体上按设计图纸进行建模，路基分为整体式路基和分离式路基两种，正常情况下路基宽度有25.5米和12.75米两种；互通匝道分为单向双车道和单向单车道两种，宽度为9米和10.5米。

建模方法为，利用Bentley土木软件基于设计的模式进行三维精确建模，同时赋予各构件材质和位置等信息，以用于后期管理。包括路基参数化建模和GC实测地形建模。

奉节东枢纽互通

瞿塘峡互通

六、桥梁工程

参数化正向建模，利用CATIA对复杂构件进行参数化精确建模，极大提高了建模效率及模型的精确性。

桥梁索塔参数化建模

GIS+现实重构+大溪河大桥BIM模型

白帝城大桥加劲梁精细化设计 钢箱梁断面

特大桥梁桥塔族库

七、隧道工程

隧道专业利用OpenRoads Designer完成边仰坡及洞口、洞身模型，应用ProStructures完成管棚支护、初期支护、型钢格栅拱架、系统锚杆、二衬钢筋模型。

深入应用Bentley软件参数化功能，提高了建模及变更效率。通过隧道洞口与实景模型的结合，真实展示了洞口与周边自然环境的和谐性，利于方案的优化提升。

通过断面参数化，导入支护断面类型设计文件（DWG格式），并制作支护类型模板库文件。包括S5a、 S5b、 S5c、S4a、 S4b、 S3、 ST5、ST4、ST3等13个段支护断面类型及人行横通道、车型横通道支护断面类型。

GIS+现实重构+龙骨坡隧道进洞口BIM模型

除此之外，还有机电设备模型、交安设施模型、绿化等方面，都可通过该技术实现。

八、设计验证与优化

通过二维图纸到三维模型的转换，使设计人员发现不同专业二维图纸中的冲突干扰，通过协同工作实现不同专业的空间拓扑关系可视化及可量化，提前解决冲突干扰，减少变更，降低成本。

九、自动出图及工程量统计

根据已有的BIM模型，制定相应的图框模板，可直接从模型剖切生成二维图纸。根据模型的属性，可以直接统计对应构件的工程量，形成工程量统计表。

十、模型浏览与展示

移动端的模型实时查看与细节浏览，是数字化交付的一种重要途径。

满足现场的实时可视化管理，可在智能手机或平板等移动端上进行模型的实时调取与查看。其主要的技术方法是——

?用Microstation CE版打开BIM模型对象

?在Microstation中将模型发布成i-model文件

?利用IPAD安装Navigator移动端

将BIM对象的i-model文件载入移动端的Navigator中，即可实现模型的可视操作。

十一、电子成果交付

按照施工图设计深度对构件模型的精细度（LOD300）进行划分并分类整理。

基于BIM的设计小结

设计阶段BIM典型应用点包括：

1）GIS技术+现实捕捉；

2 ）实景数字地形；

3 ）三维地质建模；

4 ）参数化正向建模；

5 ）多专业协同设计；

6 ）可视化方案研究；

7 ）精细化构件设计；

8 ）设计验证与优化；

9 ）自动设计出图；

10）自动精确算量；

11）辅助结构分析；

12）全景漫游及细部展示；

13）电子成果交付。

BIM 建管养一体化

贵州湄潭至石阡高速公路

一、项目概述

湄潭至石阡高速公路主线全长93.60km，起点位于湄潭县黄家坝镇与杭瑞高速衔接，终点位于石阡县北龙洞村与沿榕高速和石大高速衔接。

新舟机场联络线全长18.36km，起点对接本项目主线，终点位于新舟镇与机场迎宾大道衔接。

建设规模：全长113公里，桥隧比54.92%；大桥157座，其中，乌江悬索桥主跨680米；14条隧道，总长63.4km；13座互通。总投资25.3亿美元。

建设模式：BOT+EPC+政府补贴。预计建设工期4年，2021年通车。

二、项目挑战

1.路线里程长，专业多，数据量庞大。

2.项目区域地形复杂，交通不便，现场管理路程长。

3.参建人员多，传统沟通方式效率低，信息传递滞后。

4.传统管理方式验收无痕，不便追溯建设过程中数据。

乌江特大桥

川岩坝隧道

三、项目实施

建设与管理数字孪生。1.向施工和管理团队交付设计模型；2.基于BIM的虚拟建造；3.开发信息管理平台实现项目工作流程的数据采集；4.实时数字孪生模型；5.在项目完成时交付集成项目模型。

集成可视化设计图纸会审。设计及施工阶段的模型数据生产通过Bentley平台协同完成，将管理数据与模型数据完成系统集成后开展项目过程控制及分析，为管理决策提供依据，为终端用户提供了强大、智能、高效、精准的管理手段。

每个服务独立部署于不同进程中，服务间（模块间）通过轻量化的交互机制联通，服务可独立扩展伸缩。

公共部门与私人企业合作模式(PPP)，工程总承包(EPC)模式DBB即设计-招标-建造模式(Design-Bid-Build) 。

基于GIS+BIM的征地拆迁管理。基于Bentley优秀的BIM+GIS集成能力将实景模型、设计红线、设计模型集成，实现拆迁地块权属、位置、状态及费用的实时可视化,高效有序地推进征迁工作。提升拆迁效率20%,节省费用1000余万元。

虚拟建造。VDC 虚拟设计施工，在建设前建立建筑物虚拟模型，包括:几何信息（长宽高位置 ）、业务信息（材料、重量、价格、进度和施工工艺），等等。即基于一个虚拟平台，在实际建造之前用模型对建筑的性能、成本、可施工性、运营情况进行模拟和分析，以便提前发现问题、解决问题，直至获得最佳的设计和施工方案，从而指导真实的施工。这一理念的实施，将大大降低返工成本和管理成本。

四、BIM管理系统

湄石高速BIM管理系统是基于云技术、GIS技术、互联网技术及IoT技术于一体的BIM综合管理平台，其主要服务对象面向基础设施领域各参建方。以项目为管理单元，横向贯穿各方责任主体，纵向贯通项目单元至集团高层，构建企业级平台。

BIM管理平台体系包括——

?PC桌面端：BIM模型展示、可视化管控、电子沙盘

? App移动端：数据采集、数据处理、数据协同、文件流转

?Web网页端：项目OA、文件审批、项目统计报表、移动办公

多层管理体系，实现信息一体化协同管理。SOA可以使应用程序根据业务的需要变得更加灵活，以适应不断变化的环境，比如经常改变业务级别、业务重点、关系其他与业务有关的因素，这些因素甚至会影响业务的性质。

智能化二三维资源管理。设计文件、变更通过平台与模型关联，自动关联分部分项，随时随地通过web及移动端查看图纸，提高便利性及时效性。

安全管理模块主要包括人机管理、隧道掘进监控、党建促安全、安全巡检、安全专项施工方案、安全技术交底等内容。

资产数字孪生。Digital twin已生成超过120 G的数据。项目完成后，将建立项目资产的数字孪生模型，并为项目运营和维护作出重大贡献。

BIM 应用挑战与探讨

全面成熟的BlM应用面向全体参与者和全生命周期，局限于传统业务域及流程的条块分割，将很难实现BIM的总体价值。

当前BIM产生最大应用效益的有效途径为，解决实际问题！BIM技术的发展涉及整个?业所有层次的?与专业，BIM技术推?遇到的阻?来自??面面，包括?、社会和?化、行业规则、商业模式、管理流程、法律因素，等等。

BIM的全面应用，是建设行业推广BIM技术的价值体现，将实现建设项目全生命期信息共享。BIM技术支持项目全生命期各阶段、多参与方、各专业间的信息共享、协同工作和精细管理。将实现建设项目全生命期的可预测和可控制，BIM技术支持环境、经济、耗能、安全等多方面的分析、模拟，实现项目生命期全方位的预测和控制。将促进建设行业生产方式的改变，BIM技术支持设计、施工与管理一体化，促进行业生产方式变革。将推动建设行业工业化发展，BIM连接项目生命期各阶段的数据、过程和资源，支持行业产业链贯通，为工业化发展提供技术保障。确保精细化、精益化、精准化，提高行业设计、建设、管理和发展质量，是产业升级与高质量发展的重要技术手段！

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