建筑信息模型及其在建筑信息技术中的应用

1 从三维建模到信息建模
模型，从本义上讲，是原型(研究对象)的替代物，是用类比、抽象或简化的方法对客观事物及其规律的描述。由于表达方式的不同，就产生不同类型的模型。例如，数学模型，是运用符号或数学公式，对原型予以模拟表述；图形模型，是运用曲线、柱状图、饼图等反映事物的变化规律；实体模型，参照实物制作，从形状和尺寸上应当符合几何相似的要求。模型的概念被广泛应用于包括自然科学、工程技术、经济、艺术等不同的领域。模型所反映的客观规律越接近、表达原型附带的信息越详尽，则模型的应用水平就越高。
在建筑设计中，制作实体模型也是经常使用的建筑表现手段。应用计算机后，设计人员一直在探索如何使用软件在计算机上进行三维建模。***早实现的是用三维线框图去表现所设计的建筑物，但这种模型过于简化，仅仅是满足了几何形状和尺寸相似的要求。后来出现了诸如3DStudio VIZ、FormZ这类专门用于建筑三维建模和渲染的软件，可以给建筑物表面赋予不同的颜色以代表不同的材质，再配上光学效果，可以生成具有照片效果的建筑效果图。但是这种建立在计算机环境中的建筑三维模型，仅仅是建筑物的一个表面模型，没有建筑物内部空间的划分，更没有包含附属在建筑物上的各种信息，造成很多设计信息缺失。建筑物的表面模型，只能用来推敲设计的体量、造型、立面和外部空间，并不能用于施工。对于一个可以应用于施工的设计来说，附属在建筑物上的信息是非常多的，以墙体为例，设计人员除了需要确定墙体的几何尺寸、所用的材料外，还需要确定墙体的重量、施工工艺、传热系数、……等很多信息。如果不确定这些信息，建筑概预算、建筑施工等很多后续的工作就无法进行。而原有的建筑物三维表面模型，是无法做到在模型上附加这么多信息的。
学术界早就察觉到原有三维建模方法的局限性，一直在探讨在计算机辅助建筑设计中如何进行信息建模。在上个世纪九十年代，正在蓬勃发展的面向对象方法被引入到建筑设计软件的开发中，出现了ADT、天正建筑等用面向对象方法进行二次开发的建筑设计软件。这些软件把建筑上的各种构件(墙、柱、梁、门、窗、设备等)定义为不同的对象，把与建筑设计有关的数据与操作封装在建筑对象中。这样，在计算机上完成的设计图不再是由线段、弧线、圆等基本图元构成的几何图形来合成，而是由具有属性的建筑构件对象构成。由于应用了面向对象技术，使得三维建模与平面图可以同步完成，实现了三维模型和平面图双向联动，修改平面图(三维模型)时，三维模型(平面图)上的对应构件也同时被修改。此外，还可以实现关联构件的智能联动、视算一体化、……等。如果更进一步，还可以在建筑对象中封装更多的属性数据，例如建筑材料及其密度、导热系数等物理参数等，这就为同时进行结构计算、节能计算等创造了条件，使系统具有为优化设计提供实时计算分析的能力。
这样，通过应用面向对象技术在计算机辅助建筑设计中实现了信息建模。
实践表明，光是在建筑设计中实现信息建模是远远不够的。虽然，前面提及的ADT、天正建筑这类建筑设计软件的具有一定的信息建模能力，但由于它们是以诸如AutoCAD这样的计算机绘图软件为平台开发的，由于绘图软件所用技术的局限性，因此无法确保能获取高质、可靠、集成和完全协调的信息，更无法支持建筑工程全生命周期的管理。
随着建筑工程规模越来越大，附加在建筑工程项目上的信息量也越来越大。当代社会对信息的日益重视，使人们认识到与建筑工程项目的有关信息会对整个建筑工程周期乃至整个建筑物生命周期都会产生重要的影响。例如，建筑物用地的地质资料、所用的建筑材料以及材料的各种数据对项目的施工方式、生产成本及工期、使用后的维护都密切相关。对这些信息利用得好、处理得好，就能够节省工程开支，缩短工期，也可以惠及使用后的维护工作。因此，十分需要在建筑工程中广泛应用信息技术，快速处理与建筑工程有关的各种信息，合理安排工期，控制好生产成本，尽量消灭建筑项目中由于规划和设计不当甚至是错误所造成的工程损失以及工期延误。鉴于此，就必须在整个建筑工程周期乃至整个建筑物生命周期中，实现对信息的***管理。建筑设计作为建筑工程的******，也是整个建筑工程信息的源头，在建筑业信息化中肩负十分重要的责任。
在整个建筑工程周期中，信息量应当如同图1上面那条曲线那样，是随着时间不断增长的；而实际上，在目前的建筑工程中，各个阶段的信息并不能够很好的衔接，使得信息量的增长如同图1下面那条曲线那样，在不同阶段的衔接处出现了断点，出现了信息“回流”的现象。造成这样的原因有很多，其中一个重要原因，就是在信息的源头――建筑设计阶段，没有建立起科学的、能够支持建筑