纬地秘籍

      纬地软件收集到了该次培训学习活动的总结报告，供各位纬地软件用户和行业内专业技术人员参考研习。

一、培训学习的基本情况

建筑信息模型（BIM）技术是一种采用数字手段承载、可视化等手段表达工程项目物理特征、功能特征等信息，辅助工程项目方案优化、决策，提升工程品质和运营维护管理水平的技术工具。为学习借鉴发达国家BIM技术发展的先进经验，提升我国交通运输建设、管理信息化和智能化水平，提升工程建设品质，经批准，交通运输部公路局组织了由设计、建设、管理单位组成的“建筑信息模型技术”培训团，于2016年11月5日至18日赴美国进行了为期14天的培训。培训期间，全体团员严格遵守外事纪律和相关规定，按计划完成了既定培训课程和公务活动。

本次培训主要围绕BIM的发展历程、技术水平和应用现状进行，活动采用三种形式进行。一是课堂学习，全体团员在杜克大学、乔治·梅森大学，听取了BIM概念、美国BIM发展概况、美国BIM研究与应用概况、美国BIM技术标准体系、美国BIM软件研发与应用概况、美国BIM人才队伍建设概况、美国BIM技术在公路、桥梁领域的运用经验、BIM在北卡州交通系统的实践、BIM技术在美国都市交通系统中的运用经验等相关课程。二是公务交流，拜访了美国联邦交通部公路局、北卡州交通部、华盛顿特区交通部、美国建筑科学研究院（NIBS）、美国设计施工协会（DIBA）等机构，深入了解了BIM在美国公路系统中运用情况，美国典型公路、桥梁和综合交通项目BIM应用案例、自动设备导引技术（AMG）在美国公路建设中的应用、美国各州交通公路系统的BIM运用情况等。三是现场考察，现场参观了U-0071东端联络线工程（U-0071 East End Connector）等，并带回了设计图纸、现场照片等珍贵的第一手资料。

培训期间，各位团员认真听讲、积极思考、踊跃提问、互动交流，还利用晚上休息时间就下一步如何更好地推进BIM在交通行业的应用进行了深入的研讨，并举行了总结讨论会，大家纷纷发言，交流了此次培训学习的心得体会，为交通运输部出台推进BIM应用的相关指导意见提供了支撑。通过培训学习，团员们拓宽了视野、提高了认识、增强了信心，为在今后工作中推动我国公路建设行业推广应用BIM技术、推进BIM相关产业发展提供了非常有益的帮助，培训效果很好。

图1 杜克大学培训现场

图2 乔治·梅森大学听课现场

图3 与美国联邦交通部公路局交流

图4 与北卡交通部交流

图5 与华盛顿特区交通部交流

图6 与美国建筑科学研究院（NIBS）交流

图7 与美国设计施工协会交流

图8 参观U-0071东端联络线工程

   二、美国建筑信息模型（BIM）技术发展及应用情况

（一）美国BIM技术发展情况

1. BIM的相关概念

美国不同领域对BIM的概念不尽相同。从此次调研的情况来看，与BIM相关的概念有Building Information Modeling、Building Information Management、Civil Integrated Management（CIM），以及Bridge Information Modeling（也叫BIM）。包括美国联邦交通部在内的多个交通领域部门更倾向于使用CIM来定义用于在基础设施建设、管理和维护的全过程的信息化技术。

为了维持报告的一致性和连贯性，并与国内的概念相统一，本报告仍然使用“用于公路等基础设施领域全生命期的3D模型和信息化技术”这个概念。

2. BIM的起源和发展

BIM从提出到逐步完善，再到工程建设行业的普遍接受，经历了几十年的历程。1975年Chuck Eastman教授在AIA Journal上发表的文章中首次提出了“Building Description System”的工作原型。20世纪80年代，人们逐步开始研究讨论相关实施技术，包括三维建模、自动成图、智能参数化组件、关系数据库、实施施工进度计划模拟等。20世纪90年代，BIM研究的发展在全球范围得到广泛的认可。2000年以后BIM相关建模技术、软件开发与应用逐渐成熟，形成了一批以Autodesk、ArchiCAD及Bentley等为代表的知名软件开发团队与公司。2008年起，BIM研究和应用在全球范围内都迎来了爆炸式的增长，已经在房屋建筑师和设计单位中广泛应用，成为建筑行业最热门的技术之一。

（二）美国建筑行业BIM技术应用情况

得益于计算技术、软件技术、建筑技术和多样性的客户需求，美国很早就开始了建筑行业信息化研究，BIM技术是其中的一个重要成果，其研究与应用都走在了世界前列。

目前，美国大量房屋建筑项目已经开始应用BIM，组建了各种BIM协会，并出台了各种BIM标准。根据McGraw Hill的调研，2007年美国工程建设行业采用BIM的比例为28%，至2009年增长为49%，到2012年已经达到了71%。74%的建筑承包商已经在应用BIM技术，超过了建筑师（70%）及机电工程师（67%）。2016年，有超过四分之三的人赞同BIM技术的全面应用。BIM的价值在不断被认可。

（三）美国BIM信息标准发展现状

数据的标准化、通用化是BIM技术协调和数据交换的基础。各个BIM软件平台都有自己的数据格式，要实现平台间数据交换，需要建立统一的数据标准，即BIM信息标准体系。

在美国，BIM技术标准主要包括国际ISO标准、美国国家标准、各州标准、企业和协会标准等。IFC标准体系也正在推动交通基础设施相关BIM标准，其中道路部分主要由韩国牵头、桥梁部分主要由法国牵头、铁路部分主要由中国牵头。美国建筑行业的BIM标准比较庞杂，公路行业的BIM标准正在制定中，此外，还有Open Bridge Information Model（OpenBrIM 2.0）、Land Topography（LandXML）、National Bridge Inventory（NBI）、Bentley OpenBridgeiModel等相关标准。

总体而言，目前美国的BIM标准仍然处于起步阶段，种类繁杂，但远远达不到实用阶段。掌握核心技术软件商对数据格式的标准化并不积极，各自建立了自己的数据标准，并排斥与其他软件的兼容性。IFC等标准目前仍只能在不同软件平台之间传递部分BIM信息，大量有价值的信息丢失在转换过程中。

目前，在在公路交通行业应用较多的BIM相关信息标准主要有：

（1）开放式桥梁信息模型（OpenBrIM 2.0）。由美国联邦高速公路管理局和红方程公司联合开发的一种开放式桥梁信息模型标准。

（2）LandXML。一种描述地形、公路路线、管道系统和其他土地测量相关的信息和开发的数据模型标准。

（3）美国国家桥梁数据库（NBI）。美国桥梁的数据库。该数据主要包含了桥梁的记录，如描述桥梁所有者权限、位置、路线的功能分类、桥梁历史、设计标准、桥梁结构、桥梁跨径信息和一组预定义桥梁组件（用于评估）。该组件包含桥面板、上部结构、下部结构、通道及通道保护、涵洞。

（4）Bentley OpenBridgeiModel。Bentley®系统软件公司于2015年公布的一种桥梁信息建模标准，该标准作为Bentley公司i-model计划的一部分，但该桥梁信息建模标准目前尚未发布。

（四）美国BIM软件研发与应用现状

经过多年发展，美国的BIM及BIM相关软件门类繁多，研发公司主要有Autodesk、Bentley、Google、Trelligence等。其中在土木建筑领域市场占有率较高的主要是Autodesk和Bentley公司。

这些大型软件公司凭借对BIM的深刻理解以及多年的研发投入和积累沉淀，形成了各自的BIM解决方案系列软件，占据了国际绝大部分市场。建筑行业的BIM软件已经较为成熟，基本达到买来即用的程度，但在公路、桥梁、隧道、水运工程方面的软件还在不断发展完善中，存在一些专业领域的空白，没有一套BIM软件能够达到买来即用的程度，需要在基础平台上进行各专业二次开发才能满足应用需求。

目前Autodesk公司最为核心的BIM软件是Autodesk Revit，除此之外还有Autodesk Inventor、Autodesk Infraworks 360、Autodesk Civil 3D、Autodesk Navisworks、Autodesk Vault等一系列软件来支持BIM在工程全生命期的应用。同时，Autodesk公司建立了大型的服务器集群，将相关的软件功能集成到云平台，通过云计算的方式为客户提供服务。

Bentley BIM产品线包括Architecture、Structural、Mechanical System、Electrical、Piping和Site等。Bentley产品在道路、桥梁、市政、水利等基础设施领域也有着广泛的应用。

（五）美国BIM人才队伍建设概况

美国既存在独立的、主要承担BIM工作的公司，也鼓励设计、管理等相关人员直接应用BIM技术进行设计、建造和管理。美国BIM的人才队伍大体可分为BIM软件开发人才、BIM软件应用人才两大类，BIM软件应用人才有可以进一步细分为设计、建造、管理等专业人才。得益于全球领先的软件教育、软件研发大环境和深厚的技术沉淀，美国在BIM软件开发人才方面有着得天独厚的优势，相关人才储备在世界各国是最充裕的。

在美国，BIM软件的研发公司担负推广BIM软件和培养BIM应用人才的主要责任。首先，客户人才培养是BIM研发公司与客户产品服务的一部分，研发公司主动帮助客户培训技术人员，以熟练掌握BIM软件的相关技能；其次，所有的BIM软件都对高校免费开放，鼓励高校研究人员和学生了解并掌握BIM技术；再次，针对行业主管部门，比如联邦及各州交通部，BIM研发公司也会通过产品宣传和技术培训等手段，提高行业主管部门的BIM技术水平，以促进软件的推广应用。此外，设计和施工企业为提高生产效率、降低人员成本，也乐于培训相关员工，使其掌握BIM应用技术。

通过BIM研发公司的不断努力和相关各方在项目实践中的切身体会，美国BIM软件应用的人才队伍逐渐壮大，整个行业的BIM技术水平也得到不断提升。

（六）建筑信息模型（BIM）技术在美国交通领域的应用现状

BIM技术在美国已广泛运用在建筑领域，并在美国公路等交通行业项目的规划设计、施工和运营维护中进行了成功的尝试，但与建筑领域相比，尚处于从传统的二维设计向三维设计、应用BIM技术的过渡阶段。

1. 公路交通行业的BIM应用水平

美国公路交通行业BIM技术主要应用在三维模型设计优化和方案展示、施工机械控制方面，并开始在项目的维护和资产管理中应用，在提高项目安全性、控制成本、提高效率方面展现了良好的效果。但是，对于电子文档的法律地位仍然存在巨大争议。

目前，有4个州已经明确要求在设计阶段应用三维模型，有30个州正在对三维模型的效益进行评估或试验。

图9 工程设计阶段三维模型应用比例

很多施工企业已经或正在开始试用带有自动导引设备（Automatical Machine Guidance，AMG）系统的设备，以求提高控制精度、节约人力成本，部分项目业主也开始利用BIM技术进行施工质量管理。

图10 施工阶段三维模型应用比例

     已经有2个州将BIM技术用于运维阶段，32个州正在开展评估或试验。运维阶段主要利用BIM技术管理智能数据采集、建立公路数据目录和公路资产管理，以及对已建成项目三维数据模型的维护。

图11运维阶段三维模型应用比例

图12 美国161号高速公路BIM模型

     在4D模型的基础上，增加各模型构件相关的费用信息，就形成了包括成本的5D模型（反映与实际成本相关数据的时间、空间、工序维度关系的数据库），将成本汇总、统计、拆分对应起来，可以实时读取建造过程中的费用清单，便于更精确的进行施工过程中的备工备料，更有效地进行费用成本控制。
      如北塔兰特高速公路，总长13.5英里，总造价为25亿美元，通过在4D模型基础上对BIM模型进行划分，增加费用信息，采用电子化工作流程，实施获取相关的材料成本信息、人工成本信息，进行了精细化工程费用管控的尝试。

图13 北塔兰特高速公路BIM模型

     据介绍，目前有9个州正在尝试使用4D和5D技术来改进项目工程管理，并提供更准确的项目成本估算。

5．在施工中的应用

美国人工成本高，为降低工程成本，一些企业已经开始利用BIM模型作为AMG的施工控制信息，代替施工放样测量，以提高施工质量和效率，目前主要是在土方和路面施工中尝试应用这一技术。在建的北卡罗莱纳州U-0071 East End Connector项目中的部分设备就采用了这一技术。

图14 智能施工机械（AMG）

      6．BIM技术在后期运营维护中的应用

美国已经有将三维设计模型应用于项目运维阶段的案例，如将3D数据运用于公路数据目录和公路资产管理，并根据实际情况修正3D模型，建立基于完工状态的，更准确的3D设计模型等。BIM模型中所有关于构件信息，包括项目的空间信息、材料、数量等维护阶段所需要的所有信息，将会利用统一的数据格式存储起来，并在项目使用寿命期间不断得到丰富和维护。

图15 BIM技术在运营维护中的应用

三、美国BIM技术发展经验的启示

BIM技术在美国交通建设行业已经得到广泛的关注，但对于其效益和应用范围仍处于论证、发展过程中，多数管理部门仍处于研究、观望状态，几个应用了BIM技术的州，也只是在一些环节应用了BIM技术，而不是全面应用。这次培训让我们及时掌握了BIM技术发展的前沿情况，也充分了解了当前BIM技术应用的情况、带来的效果和不足，通过此次培训，从以下几方面获得了较多的领会：

（一）我们推进BIM技术应用需要克服的主要问题。

1. 推广BIM技术的收益尚不明确。目前我国公路设计、建设、管养等单位的软硬件平台尚不能支撑BIM的设计和管理要求，需要升级，人员也需要补充培训，所需费用对于当前的多数从业企业是一笔不小的负担，而所带来的效益还在验证中，尚不明确，无法判断投资效益比。

2. 软件间协调难度大。公路工程项目参与方众多，且不同软件的优势不同，往往需要协同使用不同的软件。虽然多个行业协会等都在推进BIM数据的标准化，但掌握核心技术的软件商对此并不积极，美国也尚未形成统一的BIM平台，我国需要克服的困难更多。

3. 项目管理要求还不完全适应。BIM技术可以通过模型协调参建各方，协同工作，减少信息传递不连续引起的实施冲突等。但由此带来了新的问题，一是管理层级与目前我国的管理体制不一致，二是工作过程中的传递的都是电子信息，所保留的工作痕迹与现行管理要求不一致。

4. 行业BIM相关人才队伍不足。美国的BIM人才虽然总量可观，但距离BIM全面应用的要求仍然不足，我国差距更大。全面应用BIM技术能够将设计人员更多的从绘图任务中解放出来，用更多的精力投入设计工作，“绘图员”将变成“设计师”，在这一点上，我们人才不足的矛盾更加突出。

（二）推进BIM技术应用的建议

为加快推进BIM技术的推广应用，结合美国BIM技术发展的经验、现状和观点，以及我国当前的现状，培训团对发展策略和推荐措施提出如下建议:

1. 关于发展策略

（1）紧密跟踪，分阶段推进。紧密跟踪BIM技术的发展，根据公路建设的需要，首先在条件成熟和容易获得效益的专业领域进行试点，评估应用效益，促进技术的成熟，利用示范、技术外溢等手段，分阶段逐步达到广泛应用BIM技术的目标。

（2）市场主导与政策保障相结合。市场经济的试错功能是技术优胜劣汰最佳途径，在技术仍然在发展期的情况下，政府制定发展方向和路线图风险极高，案例已不胜枚举。美国BIM技术的推广是以获得经济和社会效益为先导的，试点多、总结多，谨慎推进，这一做法值得借鉴。利用收益引导市场主体积极尝试BIM技术，是更加稳妥的途径。政府应当在管理制度等方面给BIM技术的应用提供宽松的发展环境，完善竞争规则，为其健康发展保驾护航。

（3）示范引领与协调发展相结合。鼓励技术复杂、投资较大项目优先开展BIM技术试点应用、示范，及时总结、宣传、推广成功经验，提升行业对BIM技术认识，推进BIM技术的成熟和普及，促进促进设计、施工、建设管理、运营养护、公共信息服务等各方面BIM技术应用协调发展。

（4）自主创新与融合应用相结合。营造自主创新的政策环境，扶持公路行业BIM技术的开发和应用。在引进的基础上，推进具有自主知识产权的BIM软件和应用技术的研发，促进行业BIM技术不断进步。支持BIM技术与云计算技术、监测技术、移动施工技术和虚拟现实技术等前沿技术相结合。

2. 关于推进措施

（1）充分发挥企业的主体作用。充分发挥企业主体作用，形成项目法人单位负责牵头，协调设计、施工、咨询等各方共同推进BIM技术应用的环境。鼓励高校、科研机构和软件厂商积极开展BIM关键技术研究，形成BIM技术应用成套关键技术和成果，共同推动BIM技术的应用。

（2）完善政府监管模式。行业主管部门应认真研究应用BIM技术对建设管理水平提高的作用和对管理模式的新要求，尽快确立电子签章等的法律地位，探索建立基于BIM技术的工程质量、安全监督模式，以更好发挥BIM技术的带来的效益，促使企业主动应用BIM技术。

（3）加强试点的示范效应。首先选择容易获得效益的结构复杂桥梁、地质复杂隧道、环保景观等工程进行试点，总结经验，评估效果，展示收益，在示范中促进BIM技术的成熟，利用示范推动BIM技术的普及。对一般项目，鼓励根据工程特点，先选择在桥梁、隧道等控制性工程进行BIM技术应用，并逐步推到整体项目。

（4）推进设计工作方式的转变。市场上的商业软件已经具备直接针对目标进行三维设计的能力，但设计人员在软件的使用能力和设计习惯上尚未适应这一变化。设计单位应加强人员的培训，尽快完成这一转变，提高设计效率和质量，并避免二次翻模所发生的不必要成本。

（6）加强与国外先进组织机构的交流合作。及时掌握BIM技术发展动态，积极借鉴，少走弯路，促进我国BIM技术和应用水平的提高。

（7）加大BIM技术软件研发力度。鼓励应用单位采用二次开发等形式，形成更高水平的应用软件，提高与基础平台厂商对话的话语权；鼓励国有大型企业将BIM基础平台开发作为一项长期战略目标，建立长期稳定的研发投入和考核机制，尽快形成具有市场竞争力的自主基础平台，为相关领域信息安全提供保障。

（三）对推动BIM技术信息标准体系建设的建议

BIM技术信息标准是实现不同软件、不同企业间实现利用BIM技术沟通交流的基础。推广BIM的重要意义之一就是改进信息的传递，如果建立一套完全独立的BIM信息标准，则意味着与体系外的沟通被人为切断。国际标准化协会等各种标准组织，起草BIM信息标准的目的都是为了实现不同软件、不同平台之间的无缝衔接。因此，我们没有必要建立一个与国际标准不同的BIM信息标准，而应该主动加强与相关国际标准组织、核心软件商之间的交流沟通，及时把握发展动态，积极参与相关工作，尽快推进BIM技术信息的标准化。

衔接段，我国的BIM技术信息标准应以翻译国际上成熟的标准为基础，并结合我国的实际情况进行优化完善。相关的工作成果也应该积极展示，并力争推动纳入国际标准体系之中。

（四）对推进BIM软件发展的建议

BIM技术在工程项目中的应用是工程建设信息表述和传递的跨越性进步，但每个公司的产品有各自的特点和优势，单纯依靠某一个BIM软件平台难以解决全部的工程需求，也不一定能完全适应我国公路建设的需要，应采用自主研发与引进相结合的发展策略。

设计阶段的BIM建模软件基础平台开发存在较大难度，建议优先考虑选择开发性好的基础平台进行专业软件的二次开发，解决BIM专业软件从无到有进而到优的问题，推动整个基础设施行业的BIM应用发展，BIM数据格式标准可以先参考IFC格式。

设计阶段后的BIM模型应用软件，建议以模型显示驱动引擎为突破口进行基础平台的开发，结合软件开发技术、互联网技术、物联网技术、云平台架构，开发出自主知识产权的国产BIM平台。

建议从政策上鼓励大型国企、企业集团将BIM技术相关基础平台开发作为企业发展的长期战略任务，结合企业自身特点，构建适当的工作模式，以企业科研经费支持和自身造血相结合的方式推动BIM基础平台的研发工作。

（五）对BIM人才队伍建设的建议

BIM技术是一种进阶的技术工具，如果只能由独立的团队进行应用和维护，将大幅度抵消BIM技术带来的效益，容易形成信息脱节，不利于BIM技术的推广和真正落地。我国的BIM人才培养应以将现有的设计、施工、运维、管理人员培养成为BIM应用人才作为主要工作。

参考美国的做法，这项工作应主要由软件开发商承担，但考虑到我国的国情，还应该包括单位内部的传帮带式学习。

四、总结

BIM技术是一种融合数字化、信息化和智能化技术的设计和管理工具，是计算机技术、信息技术发展到一定阶段的产物，给工程界带来了重大变化，将深刻的影响工程领域的现有生产方式和管理模式，其影响将在未来逐渐显现。

真正认识、理解BIM技术，把握其本质，用好这项技术的关键，BIM技术只有与设计、施工、运维、管理者真正融合，才能真正发挥它的威力和效益。

这次培训的时机，正处于美国BIM技术的推广应用过程中，BIM技术的优点已经逐步显露和变得可被预测，存在的问题和不足也有了较充分的暴露，是全方位了解BIM技术的极佳时机，团员们把握这一良机，深入了解了BIM技术，汲取前人的经验，为加快推进BIM技术在公路领域的应用、少走弯路提出了自己的真知灼见，希望报告的内容能够为推动我国BIM技术的健康发展提供有益的帮助。

本次培训中有幸参观了美国的公路工程施工现场，对培训团刺激最大的并不是BIM技术的应用，而是美国工程施工的精细程度，这是真正的差距，是BIM技术不能弥补的差距，是我们需要奋起直追的又一个领域，没有这一步的跨越，我们将永远不能超越。

最后，感谢有关方面对本次培训的大力支持和帮助，特别要感谢杜克大学中国研究中心的精细安排和组织。谢谢！

以上报告内容来自于该活动调研报告，并经过相关负责人同意发布。纬地软件技术支持部未对文字内容进行修改。禁止未经许可，对本文档内容进行转载！

纬地软件技术支持部