系统科学方法在BIM中的应用研究_梁炳堃_罗远峰

系统科学方法在BIM中的应用研究

梁炳堃1，罗远峰2

（1.湖南农业大学，长沙410128）（2.广东技术师范学院，广州510000）

要：探讨一种系统科学方法在BIM中的应用。以系统科学方法为指导，建立BIM系统的构成模型，对BIM的应用现状进行分析并提出建议。通过系统科学方法协调多种软件、多个专业、各个承包商和业主等更具参考意义。从整体和全局出发，系统分析BIM技术在建筑工程项目中的应用，为推进BIM技术在建筑业的发展提供新的思路。关键词：BIM；系统科学；流程图摘

ApplicationResearchoftheSystemScienceMethodinBIM

LIANGBing-kun1,LUOYuan-feng2

（1.HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128）

（2.GuangdongPolytechnicNormalUniversity,Guangzhou510000）

Abstract：ExploreanewscientificmethodintheBIM.WithsystemsciencemethodasaguidetoestablishtheBIMsystemconfigurationmodel,theapplicationstatusofBIMisanalyzedandmaderecommendationson.Itprovidesmorereferencevaluebyusingsystemsciencemethodforcoordinatingavarietyofsoftware,anumberofprofessional,individualcontractorsandowners.Fromthewholeandoverallsituation,theBIMtechnologyisanalyzedsystematicallyinarchitecturalengineeringprojects,whichprovidesnewideasforpromotingthedevelopmentofBIMandconstruction.

Keywords：BIM；systemscience；processmapping

1引言

随着住建部编制的建筑业“十二五”规划明确提出要推进BIM协同工作等技术应用，国内

中国学者钱学森认为：“系统是由相互作用

相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分”

[1]

BIM应用正呈现快速发展趋势。对BIM技术的不

断探索过程中，越来越多的理论应用到BIM技术的研究和应用中，系统科学方法为推进BIM及建筑业的发展提供了新的思路。

利用系统科学方法，建立BIM系统的构成模型，从整体和全局出发，系统地分析BIM的各个组成部分及认识BIM的应用效益。并对国内BIM的应用现状进行分析统计，发现BIM的实施过程中存在的问题，结合系统科学方法提出建议，为研究BIM提供新的思路。

。

系统科学诞生于20世纪40年代末，是探索系统的存在方式和运动变化规律的学问，是对系统本质的正确反映和真理性认识，是一个知识体系。迄今为止，主要有系统论、运筹学、控制论、耗散结构理论、协同学、突变论、超循环论等一大批学科，是20世纪中叶以来发展最快的一大门综合性科学。系统科学把事物看作系统，从系统结构和功能，从系统的演化，研究各学科的共性规律，是各门学科的方法论和基础。

系统科学方法是指用系统科学的理论和观点，把研究对象放在系统的形式中，从整体和全局出

2系统科学方法

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广州建筑GUANGZHOUARCHITECTURE2014年第5期

发，从系统与要素、要素与要素、结构与功能以及系统与环境的对立统一关系中，对研究对象进行考察、分析和研究，以得到最优化的处理与解决问题的一种科学研究方法。下面将使用系统科学方法，对BIM在建筑工程项目全生命周期的应用价值进行分析。

通专业、给排水专业、电气专业、智能化专业、动力专业、工艺专业等，专业知识为BIM的应用提供知识支持，扩大BIM的应用领域。

（3）软件系统包括核心建模软件、方案设计软件、几何造型软件、可持续分析软件、机电分析软件、结构分析软件、可视化软件、综合碰撞检查软件、深化设计软件、二维绘图软件、造价管理软件、发布和审核软件等

[2]

3BIM系统及应用效益分析

3.1建立BIM系统的构成模型

BIM（BuildingInformationModeling）是以建

筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。把BIM看成一个系统，利用系统科学方法绘制出BIM系统的构成模型（见图1）。

，软件是实现

BIM价值的重要工具，软件的更新将使BIM模型

有质的提高，BIM的应用效益也越大。

（4）模型系统包括设计模型、分析模型、算量模型、施工模型、4D模型、5D模型、竣工验收模型、运维模型等，模型是BIM的载体，通过模型指导BIM在建筑工程项目中规划阶段、设计阶段、施工阶段及运营阶段的应用，提高建筑工程项目的质量、安全和效率。

3.2BIM系统的应用效益分析

因果回路图是表示系统结构的重要工具，由正反馈回路和负反馈回路组成

[3]

。可以帮助政策

制定者观察政策的效果，改善决策者的心智模式，可以用来处理复杂系统的政策制定问题。为了清晰认识BIM的应用效益，作者对BIM系统绘制了因果回路图（见图2）。

图1BIM系统的构成模型

从整体分析：将BIM分为四个子系统，分别为参与方、软件、专业及模型系统。每个子系统间通过信息进行联系，其中参与方是主体、软件是手段、专业是支撑、模型是载体、信息是灵魂。参与方对BIM的认识及应用的提高，将使各专业联系更加紧密，同时促进BIM软件的研发，从而提高模型的质量，最终BIM的应用效益得到提高。在BIM系统外部，环境也起着非常重要的影响，如信息化的趋势、社会的发展、国家政策的鼓励等都促进了BIM在国内的发展。

从局部分析：

（1）参与方系统包含业主、设计方、施工方、监理、咨询、供应商等，参与方是BIM的直接使用者，通过BIM进行可视化交流、协调沟通，从而提高工作效率。

（2）专业系统包含建筑专业、结构专业、暖

图2BIM系统因果回路图

BIM专业知识体系的完善，将促进BIM软件

的研发，同时研发成本增加，会影响BIM的应用效益，最后形成软件效益的负反馈回路（B1）；

BIM专业知识的完善、BIM软件的研发及参与方

的协调沟通，会提高BIM模型质量，同时建模成本增加，影响BIM的应用效益，最后形成模型效

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梁炳堃等：系统科学方法在BIM中的应用研究

益的负反馈回路（B2）；BIM软件、BIM模型质量及参与方的协调，将增加BIM应用功能，从而影响BIM的应用效益，最后形成BIM应用效益的正反馈回路（R3）；国家政策的鼓励、BIM专业知识的完善及BIM应用功能的增加，将促进参与方的协调沟通能力，同时协调成本增加，会影响BIM应用效益，最后形成协调效益的负反馈回路（B3）。对于BIM的模型质量存在模型质量控制的正反馈回路（R1），对于BIM应用存在BIM应用控制回路（R2）。另外，BIM标准的建立，会促进

筑工程项目中的应用价值。另外，对排名靠前的非自主开发软件绘制了BIM使用率排名（见图

3）。从图中可知，核心建模软件Revit使用率为69%，综合碰撞检查软件Navisworks使用率为62%，可视化软件3DsMAX使用率为42%，二维

绘图软件AutoCAD使用率为42%，深化设计软件Tekla使用率为35%，几何造型软件、可持续分析软件、结构分析软件等使用率较低。从BIM软件的使用情况可以看出，虽然提及的软件达137个，但是适合各个项目的软件较少，针对各项目开发的BIM软件缺乏，还须加大对软件的研发力度，才能更好地提高BIM在建筑全生命周期的应用价值。

BIM专业知识的完善，同时国家政策的鼓励，会

提高参与方的协调沟通能力。

4基于BIM系统对国内BIM应用现状分析

利用BIM系统的构成模型及BIM系统的因果回路图，结合系统科学方法，对国内BIM的应用现状进行分析。

使用率

4.1数据来源

“工程建设BIM应用大赛”是由中国建筑业协会主办、中国建筑业协会工程建设质量管理分会承办，在工程施工、工程总承包及相关领域推动

图3BIM软件使用率排名

软件名称

BIM技术应用的重要举措。申报成果570项，其

中BIM单项应用成果455项、BIM集成应用成果

4.2.2BIM人才分析

经统计，参与BIM应用的人才共261人，其中透露BIM履历及水平的有129人，未透露有

115项。BIM应用的专业范围和项目承包模型基本

覆盖了土建、安装、钢构、幕墙、项目总承包、施工总承包和专业分包等主要专业和模式

[4]

132人。下面对已透露BIM履历及水平的人进行

分析统计（见图4），从图中可知，接触BIM最长的为8年，最短仅为1年，绝大部分为2～4年，比例高达76%。直接反映出国内BIM人才紧缺，

。本

文将参考《首届工程建设BIM应用大赛成果选编

2013》进行分析。4.2BIM应用情况分析

作者对《首届工程建设BIM应用大赛成果选编2013》中共26个项目进行分析统计，其中包含

BIM的教育体系尚未完善，也体现了2011年住建

部编制的建筑业“十二五”规划中对BIM的推广普及已初见成效。

人数

BIM软件分析、BIM人才分析及BIM应用功能分

析。同时对各项目中提出的问题、经验教训及效果评估等内容进行了归总分析。下面对统计结果进行分析：

4.2.1BIM软件分析

经统计，各项目中提及的BIM软件共有137个，作者对各项目提及的软件进行了分析统计。其中，有6个项目针对本项目自主开发了BIM软件，来促进BIM在项目中的实施，提高BIM在建

图4BIM人才的履历及水平统计图

接触BIM年限

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广州建筑GUANGZHOUARCHITECTURE2014年第5期

4.2.3BIM应用功能分析

作者根据BIM的20种典型应用

[5]

要BIM系统中所有子系统相互配合，共同进步，

，结合项目

目前BIM的应用功能以BIM单项应用为主，集成应用刚起步。BIM的应用功能不足，将导致参与方协调能力下降和BIM应用效益无法体现。

第四，BIM参与方协调问题。由于各参与方对BIM的认识不同，对BIM的期望也不同，难以协调一致，造成BIM在实施过程中的浪费，难以实现BIM的应用价值。

中提及的BIM应用进行分类统计，统计了29种

BIM的应用（见图5），从图中可知，BIM建模在

项目中的使用率为100%，碰撞检查使用率为

92%，施工进度模拟使用率为81%，深化设计使

用率为62%，工程量统计及施工工序模拟均为

46%等。从BIM的应用功能统计结果可知，国内BIM的应用尚处于起步阶段，现阶段BIM的应用

主要集中在BIM建模、碰撞检测及模拟展示等，对于性能分析、施工组织模拟、现场配合及运营管理的应用还有很大提升空间，也反映出国内

5BIM应用的建议

第一，BIM软件系统的研发，需要参与方系统与专业系统中软件人才的参与。同时，国家应尽快建立统一的BIM数据标准，规定软件间数据接口规范，便于对BIM软件的研发及普及。

第二，BIM人才培养需要专业系统中各个专业的支撑。BIM人才目前主要靠BIM培训，难以解决BIM人才的缺乏，只有在大学课程中开设

BIM应用正呈现快速发展趋势。4.3问题汇总

通过对大赛各项目的统计分析，以及各项目反馈的问题，利用系统科学方法，同时结合国内

BIM的研究现状，归结为以下四个问题：

第一，BIM软件缺乏。BIM软件属于软件系统，现有软件接口不适应软件间数据传递，容易造成数据丢失。项目研发的BIM软件缺乏，将导致BIM模型质量下降、参与方协调能力下降及

BIM课程，才能够实现BIM人才的量级突破，才

能够进入建筑业的BIM时代。

第三，BIM的应用功能的体现需要软件系统提供软件工具、专业系统提供知识支撑和参与方系统的协调配合，才能建立高质量的BIM模型，从而指导项目的实施。同时，还需要在更多的建筑工程项目中大胆地创新与尝试。

第四，参与方系统是BIM系统的主体，属于复杂系统，建议绘制BIM流程图（如图6），从整体和全局出发，把握BIM的应用流程，指导各参与方在BIM的实施过程中的沟通协调，提高工作效率。

本文以初次管线综合流程图为例进行分析：

BIM的应用功能受到限制，从而影响BIM的应用

效益。

第二，BIM人才紧缺。BIM人才属于参与方系统，包含BIM项目总负责人、BIM技术总工程师、BIM各建模人员等。BIM人才出现断层现象，中高层BIM人才严重缺乏。BIM人才紧缺将导致

BIM模型质量下降、参与方的协调能力下降及BIM应用功能受限，从而影响BIM的应用效益。

第三，BIM应用功能不足。BIM应用功能需

使用率

应用功能

图5BIM的应用功能统计图

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梁炳堃等：系统科学方法在BIM中的应用研究

图6初次管线综合流程图

从整体分析，能清晰地知道初次管线综合流程中责任人、所需要的信息及所产生的信息，及时发现流程中不合理的地方，以便修正与协调。结合甘特图（进度计划横道图），各责任人可以清晰地找到自己的进场时间、需要完成的工作及准备的资料，有效地提高各责任人的协调组织能力，加快工程进度。

从局部分析，各责任人按进度计划指导工作，能清楚地知道上一流程及下一流程的工作任务，以便收集所需要的信息及工作后产生的信息。对于复杂部分，可以对该进程进行细化分解，以致掌控

计分析，提出BIM在现阶段存在的问题，并结合

BIM系统模型对BIM的应用提出建议。系统科学

方法突破了传统的思想方式，从整体看问题，综合考虑各部分，结合外部环境进行分析，为推进

BIM及建筑业的发展提供新的思路。

参考文献

[1]许国志.系统科学[M].上海：上海科技教育出版社，

2000.

[2]何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息

技术，2010(4)：110-117.

[3]盖玉娥.促进我国现代物流服务体系构建的财税政策研

究—采用因果回路图工具的分析[J].技术与方法，

BIM应用的整个流程，实现BIM的应用价值。

2013(17)：247-250.

6结语

随着对BIM技术的不断探索，在项目中不同程序的应用，BIM的价值已经得到建筑行业各参与方的肯定，使得越来越多的人参与到BIM技术的研究和应用中。本文使用系统科学方法对BIM进行分析，构建了BIM系统的构成模型及BIM系统因果回路图。同时对BIM的应用现状进行了统

[4]中国建筑业协会工程建设质量管理分会.首届工程建设

BIM应用大赛成果选编[M]，2013.

[5]过俊.BIM在国内建筑全生命周期的典型应用[J].建

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