推介BIM理论与应用

一、什么是 BIM?

BIM 为 Building Information Modeling ( 建筑信息模型 ) 之简称，或许对于大多数人而言， BIM 这个急速窜红的新名词还很陌生，在浩如烟海的因特网世界里，能够查到许多众说纷纭的解释，以及下列几点说法，有部份人认为是使用某个软件，诸如 Autodesk Revit 、 Bentley Architecture 、 Graphisoft ArchiCAD 等，或者是将三维模型赋予详尽的对象属性、规格数据等，又或许以上几种解释仍然不能诠释 BIM 完整的涵义，因此 BIM 到底是什么 ? 而 BIM 又能够实际做些什么 ? 本文希望能藉由各个专业领域的论点说明及整理，能够帮助大家更理解什么是 BIM ，及其相关理念。

在说明 BIM 是什么之前，首先要了解一下建筑业的作业流程，及其生态中所存在的一些问题，我们通常都知道房屋是由业主，或投资商出资兴建建筑物，由建筑师绘制设计图，再由工料测量师依照设计图计算所需费用，最后由承包商依照设计图营建施工，但往往在所有建造工期结束后却发生问题，比较常会遇到承包商依照设计图完工之后，却还是必须打穿墙面、切开管线后追加一些额外的装修费用，经常在豪华饭店或百货大楼里，总有些地方会挂着「注意阶梯」、「小心头部」等警示标语，小区住宅里总是有些房间夏天闷热、有些冬天寒冷，甚至有些工程刚完工，却又面临要拆除，至于像是水管爆裂时，相关设计单位也得耗费多时，才能找到阀门将其关闭等。至于像遇到需要变更设计时，每变更一次就要再花一次费用。然而这些随之升高却事先未能预见的费用，都并不是像地震、风灾等，不可抗拒的自然灾害因素所引起的，而是在什么都正常的情况下所产生的费用。

但为什么该预留的洞口不存在，或者是口径不敷使用，是否是在施工时发生了错误，或者是设计图不够周延。若假设原先的设计图是错的，也绝非表示设计师不够专业、不够认真，但对于绝大部分的设计师而言，却也是不想发生的挑战。

1. 设计图问题

然而设计的图纸发生这些错误的原因为何 ? 可能性有很多，大致可从几个方面来看。首先是各行其事，工程设计所牵涉到的项目包括建筑、结构、照明、电力、电信、空调、给排水、消防等等，但这些专业之间的分工是清晰的，合作是模糊的，各自独立项目的图纸都是对的，合在一起时却是有问题的。没有一个专门的职位负责多个专业的协调，有的只是专业协调会，开会的时候都各自认真的检视着自己的图纸，但最后的结果是，每套项目的图纸依然有问题。

其次是纸上谈兵，设计和施工在学校里是两个不同的专业，也许设计师认为施工人员理论水平欠缺，而施工人员却认为，设计师的设计是纸上谈兵，实际可能发生的问题是，依照设计师的图纸，有些内容在施工的时候是做不出来的，即便是做的出来，也得耗费九牛二虎之力，于是就得请设计师修改图纸，修改完成后，再依照新的设计图纸重新施工。

第三种可能为变更频繁，所谓变更就是在原始的图纸上做整形，整形完后必须记住哪些是修改过，哪些是未经修改的，否则可能变成一片混乱，甚至到了无法收拾的地步。

然而建筑物是依照设计图所建造出来的，但设计图纸的项目与数量却又非常之多，每个项目的设计图纸甚至多达数十张，若在修改频繁的状况下，每张图纸都要逐一重复修改，势必耗费大量的工时。虽然藉由计算机软硬件设备快速的发展，这方面问题已由专业绘图软件，获得相当大幅度的改善。但参与相关设计的部门及人员众多，相互之间的沟通与协调，也并非想象中的完善，因此在不断持续变更设计的同时，若无法有效率且正确的持续修订图纸，发生混乱或错误的设计将是可预见的。

2. BIM 功用

在建筑流程中，业主出资请建筑师设计建筑图样，再由承包商照图施工，却在施工过程中发现，机电工程与土木建筑发生冲突，此时只好暂停施工，等建筑师修改完图纸，待工料测量师重新计算后，业主却只能继续追加预算，才能够继续完成施工，但造成的金钱损失、工期的延误等等问题却已是事实，建筑工程不能按照时程准时完工，是绝大多数业主与承包商的梦餍。

• 有什么方法能够减少追加预算 ?
• 如何保证各项工程按时完工 ?
• 如何把设计方案，依照实际情况真实的模拟出来 ?
• 如何把不合理或不可行的设计方案，都预先检测出并实时修改 ?
• 如何立即得到任何一个变更对成本影响的分析 ?
• 如何动态记录所有的变更，得到一个与实际建物一致的信息模型，并用于后续数十年的营运管理 ?

大家都在问如何解决以上问题时， BIM 就是解决这类问题的最佳方案。因此总结来说，软件只是 BIM 的一种工具，而建筑物的信息模型可视为 BIM 的结果之一，然而具体的 BIM 到底是什么呢 ? 有个贴切的说法，即是将 BIM 称为「 BIM 咨询师」，该说法有个有趣的论述 ( 何关培 2010):

• BIM = 让业主预见未来的水晶球 = 降低成本 + 节省时间 + 提升质量
• 要实践上述目标，没有 BIM 软件很难做到，没有 BIM 专业人员绝对做不到，故 : 
• BIM = BIM 专业人员 + BIM 软件，又因 BIM 专业人员肯定会使用 BIM 专业软件。 
• 因此， BIM = BIM 专业人员。假如，我们把 BIM 专业人员称之为 BIM 咨询师，则 : 
• BIM 就等于 BIM 咨询师。

然而提到 BIM 专业咨询师，必然会有人问 BIM 咨询师，应该具备何种条件，才能做 BIM 咨询师 ? 当然不懂 BIM 专业的人是无法做 BIM 咨询师，并且可能将 BIM 说成是虚拟现实，就像 BIM 可以做 CAD 做的事，但是 BIM 并不是 CAD 。因此，若设计师学会 BIM 就可以做 BIM 咨询师。但这里必须特别注意的是，设计师不能直接做为 BIM 咨询师，因为 BIM 咨询师的其中一项重要工作，就是找出设计图的错误，所以，如果设计师做为 BIM 咨询师的结果，就好像会计与审计不分的情况，故 BIM 咨询师应该是一个，独立专业的咨询服务部门。

二、 BIM 的建筑信息交换标准

第一、数据交换工程艰巨，当我们将 BIM 导入工程项目、企画的过程中必定会遇到一件事，即 BIM 必须交换整合建商、原料供货商，以及各项规划、测量、消防、会计、营运等，非常多部门的信息，并且在不同阶段从策划、施工、营运与拆除，其中所横跨的生命周期，时间亦非常之长久，加上整个建筑生命周期内所有参与人员，使用的软件数量可能多达上百种，因此在这非常多元的环境中，多方面的信息如何做正确，及有效的传递与沟通，势必是一件非常艰巨的工程。

第二、软件升级数量庞大，对应措施费时耗力。如果在涉及的软件数量比较少的情况下，由下示意图 (1) 可以用来表达各软件之间的数据交换方式。但这种方式当涉及的软件达到一定的数量之后，档案数据之间的相互交换，会使成本以几何级数的增加，例如只要有一个软件的数据格式，由于版本升级等原因进行了变动时，所有其他软件和该软件之间相对应的方式，就必须同步进行更新。

1. 工业基础类别 (IFC)

为了更方便有效的解决，上述软件之间数据交换问题，需开发一个所有软件都支持的数据标准格式，使软件之间的数据交换，皆由该数据标准交换来完成，如下示意图 (2) 所示，因此国际组织 IAI(Industry Alliance for Interoperability) 机构提出了一套建筑数据整合标准 IFC (Industry Fundation Classes) ，对于一般 BIM 用户而言，并不需要特别关注「工业基础类别」这个翻译，只需要知道 IFC 是 BIM 信息交换标准格式就可以了。 IFC 是一种开放性数据格式，作为信息的交换以及共享、使用于整个营建管理上，藉由该标准定义门、窗、墙、灯具、家具等实质对象，以及空间、结构等一些抽象概念，以对象数据库的方式来处理数据内容，让所有参与方在各阶段使用不同软件产生出的数据，能够相互流通、应用与整合。

三、 BIM 应用

在房价高涨与绿色环保意识抬头的今日，城市规划中主要的关键指标，例如容积率、建蔽率、建筑密度、绿建筑指针等，这些都密切影响着居住者的健康、舒适度及生活质量，但也说明了在一定的指标限制下，如何能够得到最有利于城市居民生活的规划方案？对于这些问题， BIM 城市规划咨询能够提供传统 GIS 与 CAD 技术条件下，几乎无法得到的科学参考依据。

由于传统 CAD 技术支持有限，因此，多数建筑设计的功能计算，都仅以合乎规范为要求而已，只有极少数资金充足、指标性的建筑物等，才可能进行较完整的建筑功能分析。另外，在此必须先说明，质量和功能是两个不同的概念，一般所说的质量是指施工质量，即实际建筑物对设计文件要求的完整度。然而在先天不足后天难补的情况下，一个功能不怎样的建筑规划设计，施工质量再好也称不上是好的建筑。 BIM 建筑性能咨询能够使建物在有限的造价、工期等条件下，进行必要的建筑性能分析。因此， BIM 建筑性能咨询，可达成主要如下之分析工作 :

• 修建性详细规划方案空间部局的日照分析
• 城市规划区域舒适度分析
• 城市区域景观可视度分析
• 城市区域建筑节能分析
• 城市规划空间布局的空气流动分析
• 城市噪音分析
• 低碳城市数字化技术支持