第1章 BIM应用案例分析基础知识
1.1 BIM产生的背景
1.1.1当今世界的建筑
当今世界高层建筑越来越多，超高层建筑也越来越高。图1.1-1列举了20座世界超高建筑。
图1.1-1 世界超高建筑举例
图1.1-1 世界超高建筑举例（续）
1.1.2如今行业现状
1.美国建筑业信息化的驱动力和目标
1）工程建设投入的非增值（浪费）部分达到57%，制造业投入的非增值部分为26%，两者相差31%。如图1.1-2所示。
图1.1-2 建筑业及制造业对比
2）2008年美国设计和施工行业规模为1.288万亿美元（全球4.8万亿美元）。
3）美国建筑业如果做到和制造业同样水平，每年可以节约4000亿美元，这个数字不包括运营和维护阶段资金投入。
美国以BIM为核心的建筑业信息化工作目标：到2020年每年节约2000亿美元。
2.建筑行业现状与趋势
从图1.1-3中看出，上线是近40年来机械制造业的生产效率变化情况，下线是建筑业的生产效率变化情况。可以看出机械制造业的生产效率提升了110%，大幅提升，翻了两倍还要多。而建筑业的生产效率没怎么变，甚至还降低了25%，原因就在于建筑业的生产方式没有多大变化，还是沿用以前的生产方式进行建筑的建造。
图1.1-3 建筑业和机械制造业生产效率对比
3.建筑业存在的问题
对于建筑业目前存在的问题，建筑企业各方都有自己的观点。
业主观点：设计图的质量下降；建筑师和工程师应对设计图样的质量承担更多的责任。
施工方观点：建筑师提供的设计图样质量差；当对设计提出疑问时，响应太慢。
（1）全球范围内建筑业在IT的投资不足制造业的20%图1.1-4中可以看出，制造业上的IT投入很高，而建筑业的投入很低，这也是建筑业和制造业之间差距大的原因之一。
图1.1-4 建筑业与制造业对比
建筑业目前用得最多的软件是CAD。如果立面标高和平面标高不一致，CAD是可以出图的，除非人工地找出CAD里的逻辑错误。而在制造业，比如苹果公司，设计图样出完之后，打包直接发到生产厂家生产，根本不需要像建筑业这样，派遣一个设计代表去生产单位。
因此建筑业也应像制造业一样，探索一个全过程的解决方案，在设计时就把所有问题都解决完，在施工阶段直接照图施工即可。
（2）建筑行业存在浪费 “由于效率不高、错误以及工程延误等原因每年给美国6000亿美元的建筑业投资带来2000亿美元的损失。”——2000年美国《经济学家》杂志
（3）信息的断裂丢失 在建筑全生命周期内，传统的信息管理模式会使得各阶段的过渡存在信息的丢失，所以需要一个系统来保证信息的完整性。基于BIM的信息管理模式，就能保证信息在各阶段之间传递时的完整性（图1.1-5）。
图1.1-5 BIM与传统信息管理对比
（4）材料用量的偏差 在建筑行业，材料用量存在着偏差，实际用量多于设计用量的情况较为常见。
例如，设计图样钢筋需求量为5.5万t，实际消耗量为6.5万t，签约时即亏3000余t，飞单3000余t，被分包单位拉走3000余t。
（5）图样的技术瓶颈 目前建筑行业存在的主要问题是图样（图1.1-6）。CAD二维图样，存在很多逻辑错误，因为CAD二维图样之间的信息是分离的，各专业之间也是相互分离的。并且在做设计时要对建筑信息进行多次重复的录入，这部分多数是由人工完成的，很容易疏忽遗漏或出现错误。由于信息的分离和多次录入，势必会造成一些问题，如图样出错，信息遗漏，在实际中无法应用等，如图1.1-7所示。
图1.1-6 图样的技术瓶颈
图1.1-7 生活中存在的一些问题
a）平面和立面不一致 b）平面图符号遗漏 c）缺乏协调、不能使用
图1.1-7 生活中存在的一些问题（续）
d）净高问题 e）无法维护、不能使用、不能更换 f）造型、功能、性能、质量、造价、安全问题
不仅在日常生活中存在着问题，在一些世界级的大型建筑中也存在着图样与实际相分离的问题。
例1.美国90亿美元的Vdara酒店
作为美国拉斯维加斯的城市中心的一部分，五星级酒店Vdara以圆弧形设计独树一帜。但常有住客抱怨，到饭店的游泳池畔做日光浴时，饭店玻璃帷幕反射的强烈阳光实在热得让人吃不消，有人甚至被紫外线严重灼伤。
Vdara酒店采用全玻璃帷幕、凹面设计，因此太阳光直射旅馆时，光线就像照到放大镜一样扩散，并反射到大楼南侧的游泳池区（图1.1-8）。由于当地阳光猛烈，不少住客在享受日光浴时惨遭灼伤。从放在同一区的塑料袋在阳光照射下融化变形，就不难知道太阳光有多猛烈。芝加哥律师平塔斯就是其中一名受害者，他到Vdara酒店住宿时，背部与大腿“像被火烧”，“我感觉像被化学品灼伤，无法想象为什么我的头像被火烧，短短30s，背就好像被火烧过，当时我第一个念头是：老天，他们破坏臭氧层了！”
图1.1-8 五星级酒店Vdara
例2.伦敦奥运会水上运动中心
在伦敦奥运会水上运动中心举行的跳水比赛，多达4800名现场观众没能看到比赛，因为由英国著名建筑设计师扎哈·哈迪德主持设计的奥运会水上中心屋顶框架存在遮挡视线的硬伤，伦敦奥组委最终采用包括退票的方式，为这一问题场馆买单。
由于奥运水上中心的屋顶存在曲度和框架遮挡，有600个观众席因为位置问题无法看见跳水台的跳板。这样，包括奥运会和残奥会在内，共有4800名观众，只能看见跳水运动员入水的一刹那。
奥运场馆何以会犯如此低级错误？据奥运会场馆设计公司博普乐思设计师介绍，扎哈设计团队采用的是2D观赛视线效果研究。如果采用3D视线效果研究，应该能避免这种遮挡观众席问题的发生。
4.建筑师视角
建筑师需要三维设计工具帮助思考，获取信息，设计分析，提交成果。而工业造型软件只能传达视觉信息，在表达建筑材料、建筑构造和建筑性能等信息上却无能为力，所以建筑师需要属于自己的三维设计软件。
5.BIM产生的背景
BIM的产生是由于市场需求（图1.1-9）。
图1.1-9 BIM产生原因
1）现在项目越来越复杂，而二维设计已经不能满足要求了。比如北京的鸟巢，从立面上看是一些杂乱无章的钢网架结构，从平面上看也是一堆错综复杂的钢网架结构，设计师要想很好地表达他的设计意图，很好地将设计意图传达给建造者，就需要通过三维设计来实现。
2）未来产品质量的要求越来越高，面对复杂的形体、低能源消耗、室内环境质量高、安全性能要求高、节约用水、可持续性材料、标志性意义、风力影响、可持续性场地开发等建筑物要求，目前缺乏有效的技术手段。
3）造价和工期控制越来越严格，而目前项目中存在频繁的“错、漏、碰、缺”和设计变更，造成工期延误和改拆费用增加。
4）全球化竞争加剧，目前国内的技术和管理水平落后，与国外存在很大的差距。要弥补差距，就要走向世界，让国外先进的技术走进来。
因此中国建筑行业想要谋求发展，就需要向技术和管理要效益。