1、BIM相关知识BIM在建设项目招投标阶段的应用研究一、绪论1.1 研究背景及意义信息化是建筑产业现代化的主要特征之一，在当代信息快速发展的前提下，我国建筑市场与招标投标行业已进入一种新常态：以“互联网+”为标志，结合大数据、BIM技术、电子化等三大科技手段促进工程建设领域快速发展产生质的飞跃，也为建筑业的改革发展带来革命性、方向性的变化。BIM技术是继CAD之后出现在工程建设领域又一革命性的计算机应用技术，是对工程建设领域管理方式的创新革命，也是“十二五”期间建筑业信息化发展重点之一2。同时BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分，必将极大地促进建筑领域生产方式的变革3。首先，在BIM技术及理
2、论的帮助下，通过技术改造、方法和流程创新建筑行业的生产效率能够实现大幅度的提升，即使这种提升仅是工业、制造业的70%就可以实现数千亿美元的投资节省4。其次，BIM技术可通过集成项目信息的收集、管理、交换更新、存储过程和项目业务流程，为建设项目全生命周期中的不同阶段、不同参与方提供及时、准确、足够的信息，支持不同项目阶段之间、不同项目参与方之间以及不同应用软件之间的信息交流和共享，以实现项目决策、设计、招投标、施工全过程的方案优化和质量的提高，以及工程建设行业持续不断的行业生产力水平提升4。总之，研究BIM技术对于国家层面，符合国家十二五整体发展规划；对于行业层面，有利于推动建筑业在信息时代，高
3、度整合资源、集成信息，向产业科技化、智能化转型；对于企业层面，能够快速融入时代发展进程，占领市场先机并促进企业转型升级，实现更多的经济效益；对于个人层面，可以开拓建筑视野、创新思维模式2。如今，我国建筑工程项目的现状是“信息传递效率低，信息协同和共享性差，信息利用价值低”，如何充分利用BIM技术去挖掘和管理工程建设各个阶段的信息，实现信息的高效传递、实时共享与科学应用，是促进建筑业技术升级的关键手段之一。招投标阶段是BIM全生命周期管理的中间阶段，它起着承上启下的重要作用。在现阶段的招投标方案制作中，BIM技术应该贯彻到建设方案的决策到设计乃至施工阶段的模拟分析，招投标阶段应该是BIM应用效果
4、最显著的阶段，但是在实际应用中却未达到这种效果。同时，BIM应用也将对招投标阶段产生重大的影响，它要求业主、设计方、咨询方等该阶段的主要参与方改变原有的组织与工作流程，以跨越组织边界的方式协同工作，将各方的相关设计决策、专业知识有效合理地集成到BIM中，并通过BIM所提供的实时信息共享能力辅助决策与设计且进行施工模拟、成本控制分析等，在较为合理和广泛的意义上优化原来的投标方案，以满足业主方的要求、节省资源和成本及保护环境等。本文将聚焦招投标阶段，先通过结合国内建筑工程项目的实际环境，对招投标阶段BIM应用的多个侧面进行分析研究，分析出可能存在的问题并提出改进建议，为招投标阶段BIM的应用发展奠
5、定基础；然后以BIM技术为主，电子化为次，大数据为辅助，并以建筑项目管理理论为基础，同时结合建筑数据采集、信息传递、信息应用和IFC标准等技术，架构出一套较为行之有效的招投标信息管理系统或者平台，以期推动后续招投标信息管理系统软件的开发；最后达到提高招标投标的质量和效率，有力地保障工程量清单的全面和精确，促进投标报价的科学、合理，加强招投标管理的精细化水平，减少风险，进一步促进招标投标市场规范化、市场化、标准化发展的目的。对于BIM技术在工程建设领域的研究绝不简单是技术流程、方法和管理方式的改造，它是关系到我国建筑行业的重大战略决策！1.2 国内外研究现状1.2.1 BIM在招投标阶段的研究文
6、献综述尹亚辉2分析了BIM技术在招投标阶段的应用价值和BIM应用于招投标阶段的可行性，并基于BIM和相关理论提出了解决方案，同时进行了相关项目案例的应用分析。刘众，徐涛，唐贤斐5通过分析BIM技术和招投标管理的主要内容，探讨了BIM技术在改造项目招投标管理中的应用：(1)设计验证、优化；(2)通过BIM进行工程量统计；(3)解决现场路勘困难；(4)利用BIM进行管线综合碰撞，提前解决索赔签证及工期延误；(5)通过模拟施工、虚拟建造，合理确定工期，评判施工技术标。仇瑞雪6通过对我国电子招投标系统建设存在的信息孤岛现象进行分析以及对BIM技术的介绍，提出了建设基于BIM的工程项目电子招投标系统的初
7、步构想，并对该系统的优势与应用前景进行了展望。刘畅7在研究BIM在建设工程全生命周期的造价管理时，简单分析了BIM在建设工程招投标阶段的造价管理；杨一凡8在研究BIM在建设工程全生命周期的成本控制时，简单分析了BIM在招投标阶段的成本控制应用。孙陈俊妍9等提出了BIM技术在招投标阶段应用的五大优势：（1）重复的设计工作减少；（2）更有利于电子化招投标的实现；（3）更好地体现技术方案；（4）更有利于项目成本控制；（5）对合同进行集成管理。栾凤娇10等通过研究BIM技术在全过程造价管理中的应用，提出了BIM在招投标阶段的两个重要应用：确定标底和生成投标文件。彭蔚11将BIM作为改善现行工程造价管理
8、的手段，对BIM在建设工程全过程造价管理中的适用性进行了分析，并讨论了BIM在建设工程投资决策阶段、设计阶段、招投标阶段、施工建造阶段、竣工验收阶段等全过程的应用，其对于BIM在招投标阶段的应用研究具有一定的参考价值。李楠楠12认为在招投标阶段，利用BIM模型，可直接统计出建筑的实物工程量，根据清单计价规则套上清单信息，形成招标文件的工程量清单，快速完成招标控制价，同时投标单位可以按照招标文件要求自主报价，使招投标变得更为简单快捷。苏万民，常运青，谢明生13认为在招投标阶段，根据BIM设计模型，可以快速准确地获得招标所需的工程量，检查设计院提供的设计方案是否满足多专业协调规划，以及消防、安全、
9、节能、建造成本等各方面的要求；还可以帮助选择优质的施工方和监理方，确保后期BIM应用的有效开展；同时通过建立BIM预算模型，可以提前发现图纸问题，可以精确地统计工程量，形成准确的工程量清单，可以精确地测算项目造价，以便有效安排资金计划，进行不平衡报价控制，防止可能高达10%的造价结算损失等。李学俊，姚德山，刘学荣14通过分析解决工程项目招投标尤其是大型工程存在的工程预算精确度不高等问题，提出了将应用于招投标系统的设想，首先分析了基于BIM招投标系统和工程预算的业务流程，然后设计了基于BIM的招投标系统架构，有助于企业进行决策和信息化建设。葛艳平15在推广和应用BIM技术时，认为工程造价单位或建
10、设单位可以从BIM模型中抽取工程量，再结合项目特征编制工程量清单，可以很大程度上减少施工阶段的工程量纠纷；同时也认为在招标过程中，拟建项目的建设单位可将BIM模型作为招标文件的一部分分派给投标单位，投标单位可以从BIM模型迅速获得准确的工程量数据，再与招标文件工程量清单相比较，制定出更好的投标策略。以上这些学者主要分析了BIM在招投标阶段应用的问题、可行性及其优势等等，但是很少探讨如何去实现BIM在招投标阶段的实际应用，而其需要哪些技术，需要哪些方法，需要如何去管理等等这些极其关键且重要的方面也未曾研究，以下是一些学者对BIM关键技术的研究情况，而这些本文认为是对BIM在招投标阶段的应用研究非
11、常有借鉴意义和参考价值的，其将推动研究更快且更好地进行下去。李犁，邓雪原16通过分析BIM在国内外的发展状况和BIM技术在目前阶段发展中所存在的问题，提出了基于BIM技术的建筑信息平台的构建。丰亮，陆惠民17从工程项目管理信息系统的研究及应用实践现状出发，总结了现阶段存在的问题，介绍了BIM的概念、特点及应用前景，进而分析了基于BIM架构下工程项目管理信息系统的优势，提出了基于BIM的工程项目管理信息系统的架构及其九大功能模块。宋勇刚18通过分析BIM技术、BIM实施标准和法规及BIM在设计阶段的影响因素，建立了设计阶段BIM应用项目的一般性能力成熟度模型，而这对本文BIM在招投标阶段的应用具
12、有一定的借鉴和参考价值。马智亮19对比分析国内外BIM技术的应用现状，发现BIM技术在设计阶段和施工阶段的应用都已得到较快和叫好的发展，但是在招投标阶段的发展则还基本没有，而这也说明本文的研究是值得去进行的。张建平20等针对工程项目管理对BIM应用的实际需求，提出了一个新的BIM工程项目管理整体实施方案和系统架构。李明瑞21等通过分析我国建筑工程项目“信息传递效率低、信息协同和共享性差、信息利用价值低”的现状，提出：基于BIM技术，结合工程项目的过程管理、多要素管理、参与方管理以及知识管理，构建在分布式网络环境下以数据层、信息模拟层和功能应用层为核心的信息集成管理的概念模型，并依据平台管理和信
13、息集成管理两大模块，进行BIM信息集成管理系统平台的功能设计。张建平22等通过研究集成BIM基本结构、建模流程、应用架构以及建模关键技术，开发了BIM数据集成与服务平台（BIM Data Integration and Server Plafform,BIMDISP)的原型系统，并通过实际工程的应用，验证了BIMDISP的可行性和适用性，为面向全生命周期的BIM创建、管理与应用探索了新的方法和技术。刘尚蔚23等分析了建筑行业中信息互用所面临的问题及产生这些问题的原因，介绍了BIM环境下信息的互用方式，通过实例解释了IFC的信息描述方式，提出了基于IFC标准的BIM信息互用方法，解决了软件间信息
14、互用不良的问题，并在实际案例中验证了该方法的正确及可行性。 张建平等24根据建筑业以及工程信息的特点提出了基于IFC的BIM基本架构，其开发的基于IFC的BIM数据集成平台和BIM数据库及其相应的数据保存，跟踪和扩充机制，有效解决了海量数据的存储和分布异构数据的一致和共享问题，实现了设计和施工阶段不同应用软件间的数据集成、共享和交换。余芳强，张建平25等等为支持面向建筑全生命周期(BLC)的建筑信息模型创建和应用，实现根据各专业任务的信息需求快速提取所需子信息模型，并提出了一种基于IFC标准的BIM子模型视图（MVD）半自动生成方法。1.2.2 BIM相关研究文献概述通过在中国知网、万方数据资
15、源系统、SCI和EI等中外文资源网站中，对BIM在工程建设中的应用，从2002年到2015年这13年之间进行文献检索，发现已发表的BIM相关文章数量超过10000篇。在这些文献中，所研究的主题可以大致分为以下5大类：（1）BIM应用：该类文献探索利用BIM的3D可视化进行建筑设计，利用4D技术进行项目施工计划编制、施工模拟和施工过程管理，利用5D技术进行项目施工成本控制、模拟与管理，基于BIM进行运营和维护管理和基于BIM模型进行能耗分析等应用，同时通过实际项目案例进行实践，研究BIM的全寿命周期应用与管理，也更多地关注BIM的技术特点、国内外研究现状与方向及BIM对建设工程项目的价值等等。（
16、2）BIM数据互用技术：该类文献关注BIM软件之间的数据互用与相关软件的开发技术，包括各种类型的BIM数据交换技术方案、数据库、网络服务器、信息管理系统或平台、数据挖掘、智能化和云计算技术等18。（3）BIM与组织流程：该类文献关注在BIM应用的项目中，各种管理流程之间的集成、多专业之间协同工作、工作模式变革等管理问题18。（4）BIM相关标准：以国际联盟组织Building SMART的标准框架IFC/IFD/IDM为中心，该类文献研究BIM软件之间的数据交换标准、BIM项目实施过程管理标准、BIM相关的信息交付标准、数据字典、数据分类与编码、模型转换技术和支撑技术标准等相关内容18。（5）
17、BIM与研究机构：在一些软件公司、设计院、高等学校、科研机构等设立BIM研究机构，同时在一些地产公司、施工企业也使用BIM技术，并着重进行BIM方向的设计软件开发、优化、项目管理生命周期集成、运营维护以及在各阶段带来的成本优化等方面，进行深入的分析和研究，推动BIM技术更快更好的发展。（6）BIM研究与教学实践：以BIM技术带动项目组织流程的变革为创新点，在大学、研究生教育课程中引进相关项目案例、BIM实施工具、创新的管理流程，介绍创新课程的研究开发及探索性施教过程18。1.2.3 区域性BIM实施标准区域性BIM实施标准一般是建立在充足的本地案例基础上的，因此区域性BIM实施标准的编制与贯彻
18、情况，从一个侧面反映一个国家或地区BIM发展的水平18。2007年12月和2012年5月，美国先后发布了对BIM实施具有实际指导作用的国家级BIM标准NBIMS的第一版和第二版，规范了BIM标准。2012年7月，日本建筑学会发布了日本 BIM 指南，给日本的设计院和施工单位的 BIM 技术应用作出指导，主要包括了 BIM 团队建设、BIM 设计流程、BIM 数据处理、应用 BIM 进行预算、模拟等方面15。2010年4月，英国推出了实用性较强的BIM标准“面向Revit的英国建筑业BIM标准（AEC（UK)BIM Standard for Autodesk Revit)”,2014年3月，英国
19、国家标准委员会（BSI）又向ISO组织推荐“BIM建设项目交付阶段信息管理标准”26，这些标准对其他国家的BIM应用也提供指导性的参考价值。韩国的BIM技术应用处于世界前列。2010年1月，韩国国土交通海洋部制定并提出建筑领域BIM应用指南，作为BIM项目的指导性标准。虽然我国对BIM标准有了比较充足的认识，但是至今还未完全制定出适合我国国情的BIM标准框架体系-CBIMS(Chinese building Information Modeling Standard)。2011年12月，清华大学软件学院出版了中国建筑信息模型标准框架研究，2013年3月又出版了设计企业BIM实施标准指南。201
20、3年11月中国建筑科学研究院推出了其负责编制的建筑信息模型交付统一标准讨论稿。2014年9月1日，北京市正式实施地方性BIM标准民用建筑信息模型(BM)设计基础标准。随着这些不同BIM标准的丰富发展，学者相信不远的将来我国将正式发布出CBIMS。1.2.4 BIM实施政策法规方面的研究国家和地方政府的支持与推动将为BIM的发展起到有力的促进作用，这一点从BIM技术在美国建筑业的应用情况可知。统计数据表明：2011年有71%的企业在项目中应用BIM，而这一比例在2003年只有28%27。2009年7月，美国威斯康辛州作为第一个明文规定所有大型公共建筑设施均需采用BIM技术的州政府，大力在州内推广
21、BIM技术的实际应用。同年8月，德克萨斯州设施委员会也相继宣布关于BIM技术应用于州政府投资的设计及施工项目的要求，并且计划拓展更为详细的BIM准则和标准。2010年3月，日本的国土交通省的官厅营缮部门宣布，将在未来其管辖内的建筑类项目中，根据具体设计施工等业务逐步推进BIM技术的应用。韩国将于2016年实现国内全部公共基础设施及国有投资项目采取BIM技术的信息化管理18。我国国家住房和城乡建设部发布的2011-2015年建筑业信息化发展纲要和关于推进建筑信息模型（BIM）应用指导意见，对建筑行业信息化发展具有很高的指导意义，其中将BIM技术作为“十二五”计划的重点研究技术和发展目标，涉及BI
22、M在建设、设计、施工、运营管理等领域中的应用，以我国建筑业信息化发展状况为基础，突出了BIM与其他信息化技术集成化发展的方向。1.3 参考文献1 安连发.BIM技术在招投标领域的应用及现实意义J.建筑市场与招标投标，2015(5).2 尹亚辉.BIM技术在项目全生命周期的应用研究D.北京建筑大学, 2015.3 住房城乡建设部.关于推进建筑信息模型应用的指导意见J.中国勘察设计, 2015(10).4 李军.基于BIM的项目建设成本动态监控系统设计与开发D.山东建筑大学, 2013.5 刘众，徐涛，唐贤斐. BIM在改造项目招投标管理中的应用探讨J.建设监理, 2014(6):8-10.6 仇
23、瑞雪.浅析BIM技术在工程项目电子招投标系统建设中的应用J.招标与投标，2015(6):58-60.7 刘畅.基于BIM的建设工程全过程造价管理研究D.重庆大学，2014.8 杨一凡.基于BIM的工程项目成本控制分析D.大连理工大学，2014.9 孙陈俊妍，徐莎，常晓.BIM技术在工程项目全寿命周期信息化管理的运用J.江苏科技信息, 2014(21):72-74.10 栾凤娇，谭晓慧，薛松等.BIM技术在全过程造价管理中的应用J.市政技术，2015(5):192-196.11 彭蔚.BIM在建设工程造价管理中的适用性分析J.工程经济, 2015(6):5-9.12 李楠楠.浅谈BIM技术在建设
24、项目全寿命周期管理中的应用J.价值工程，2015(19):27-29.13 苏万民，常运青，谢明生.浅析BIM在工程项目全寿命周期管理中的应用J.建设监理，2015(9):10-13.14 李学俊，姚德山，刘学荣.基于BIM的建筑企业招投标系统研究J.建筑技术,2014,45(10):946-948.15 葛艳平.基于BIM技术的房地产开发项目成本控制D.长安大学, 2014.16 李犁，邓雪原.基于BIM技术的建筑信息平台的构建J.土木建筑工程信息技术,2012(2):25-29.17 丰亮，陆惠民.基于BIM的工程项目管理信息系统设计构想J.建筑管理现代化,2009,23(4):362-3
25、66.18 宋勇刚.BIM在项目设计阶段的应用研究D.大连理工大学,2014.19 马智亮.BIM技术及其在我国的应用问题和对策J.中国建设信息,2010(4):12-15.20 张建平，梁雄，刘强等.基于BIM的工程项目管理系统及其应用J.土木建筑工程信息技术,2012(4):1-6.21 李明瑞,李希胜,沈琳.基于BIM的建筑信息集成管理系统概念模型J.森林工程,2015,31(1):143-148.22 张建平，余芳强，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技术研究J.土木建筑工程信息技术,2012(1):6-14.23 刘尚蔚，推晓伟，魏群.基于IFC标准的BIM信息互用研究J.华北水
26、利水电大学学报:自然科学版,2014,35(6):52-56.24 张建平，张洋，张新.基于IFC的BIM及其数据集成平台研究C/第十四届全国工程设计计算机应用学术会议.2008.25 余芳强,张建平,刘强.基于IFC的BIM子模型视图半自动生成J.清华大学学报:自然科学版,2014(8):987-992.26 British Standards Institution,Specification for information management for the capital/delivery phase of construction projects using building i
27、nformation modeling,PAS 1192-2:2013,2014.27 McGraw-Hill Construction,The Business Value of BIM in North America,二、BIM等相关理论与方法的概述2.1 BIM技术概述2.1.1 BIM的概念BIM 的全称是 Building Information Modeling（建筑信息模型），同时它也被国内外众多设计师们称之为继CAD技术后建筑业的第二次革命性技术。1975年,美国乔治亚技术学院建筑与计算机专业的查克伊斯曼博士（Chuck Eastman,Ph.D.）第一次提出BIM理念:建筑
28、信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能,将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中,而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息用1。因为BIM是一个在正在发展中的新事物，因此对于BIM的定义与解释也在不断的发展与完善之中。迄今为止，仍然没有一种单一且被完全广泛接受的BIM定义，以下是目前为止认同度较高的几种定义。（1）2002年,Autodesk公司正式提出BIM的概念：BIM是建筑物在被设计和建造的过程中的可计算数码信息 2。此后BIM这一新名词被广泛接受。2009年，美国McGraw-Hill公司对BIM进行了定义：BIM是一个通过构建并使用数字
29、化信息模型对建设工程项目进行设计管理、施工管理和运营维护的过程 3。（2）美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义4可分成三个部分：1)BIM是一个建设项目物理和功能特性的数字化表达；2)BIM是一个知识资源共享的过程，即分享有关整个建设项目的所有信息，为从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；3)在项目的不同阶段，参建各方通过在BIM中插入、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。（3）国际标准组织设计信息委员会(ISODIC)给出的BIM标准定义是:BIM是在开放的工业标准下,对建设要素的物理和功能特性及相关建设项目生命周期的可考量的表现,有效的支持决
30、策制定,以期更好地实现项目价值5。（4）美国建筑师协会（AIA）对BIM的定义是：连接工程信息数据库的建模技术 6。美国国家建筑科学学会设施信息委员会（NIBS-FIC）对BIM的定义是：BIM是在开放的行业标准下建筑设施的物理和功能特性及其生命周期内相关信息的可计算可管理的形式表现，从而为决策提供支持，更好地实现项目的价值 6。（5）美国国家建筑科学研究所(The National Institute of Building Science,简称 NBIS)将BIM定义为对建筑物理特征和功能特征进行数字化表示,它也是共享的知识资源,可以在建设项目全生命周期内进行分析和决策值 7。美国总承包商
31、协会(Associated General Contractors of American,简称 AGC)将 BIM定义为项目以对象为导向的多数据智能参数化数字表示 7。（6）我国住房和城乡建设部工程质量安全监管司处长对BIM作出了解释：BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用4。最近，国际智慧建造组织8（building SMART International,简称bSI）根据国内外BIM的发展情况对BIM进一步作出了定义，它包括三个层次：1）第一个层次是Building Information Model,即建筑信息模型，它解释为：建筑信息模型是一个工程项目物理特征和功能特性的数字化表达，可以作为该项目相关信息的共享知识资源，为项目全生命周期内的所有决策提供可靠
