三、BIM 的研究
對于BIM 國內外一些知名大學率先展開了卓有成效的基礎性研究。1996 年美國斯坦福大學提出的4D 模型，將建筑構件的3D 模型與施工進度的各種工作相鏈接，動態地模擬這些構件的變化過程；新加坡南洋理工大學提出了一個基于IFC 的網絡工作平臺，采用網絡及XML 技術進行信息交換，支持建筑設計到結構分析的模型轉換；英國索爾福德大學提出的基于IFC 信息模型的4D 計劃管理工具，實現了施工計劃模擬、概預算以及施工項目假設分析。筆者及清華大學研究組于2002 年研發的4D 施工管理擴展模型，將建筑物及其施工現場3D 模型與施工進度相鏈接，并與施工資源和場地布置信息集成一體，2006 年開發了基于IFC 和BIM 的4D 建筑施工管理系統和物業智能管理系統。
隨著對信息建模研究的不斷深入，一些著名軟件開發商也提出了名稱各異的信息模型概念。匈牙利Graphisoft 公司提出虛擬建筑（Virtual Building, VB ）的概念，并應用于建筑設計軟件ArchiCAD 中；美國Bentley 公司基于全信息建筑模型（Single Building Model，SBM），推
本文作者及研究組承擔的“十一五”科技支撐項目“建筑設計與施工一體化信息共享技術研究”課題，通過對BIM和IFC進行系統地研究，建立了基于IFC的BIM體系架構，開發了面向設計與施工的BIM建模系統、BIM數據集成管理平臺及BIM數據庫，為BIM的建立和應用探索了理論、方法和開發技術。
1、基于IFC 的BIM 基本架構
基于IFC 的BIM 基本架構是一個包括數據層、模型層、應用層的網絡結構體系，其基本思路是隨著工程項目的進展和需要分階段創建BIM ，即從項目規劃到設計、施工、運營不同階段，針對不同的應用建立相應的子信息模型。各子信息模型能夠自動演化，可以通過對上一階段模型進行數據提取、擴展和集成，形成本階段信息模型，也可針對某一應用集成模型數據，生成應用子信息模型，隨著工程進展最終形成面向建筑生命期的完整信息模型。2、面向設計與施工的BIM 建模系統引入建筑業國際標準IFC ,將建筑3D 模型與設計、施工及管理信息集成一體，實現了3D 模型參數化創建與顯示，建筑構件和體量、材料、進度、成本、質量、安全等信息關聯、查看、編輯和擴展，模型的IFC 格式導入與導出等功能。本系統適用于各種建筑設計與施工階段的BIM建模與編輯，為BIM 創建提供了工具。
2、面向設計與施工的BIM 建模系統
引入建筑業國際標準IFC ， ，將建筑3D 模型與設計、施工及管理信息集成一體，實現了3D 模型參數化創建與顯示，建筑構件和體量、材料、進度、成本、質量、安全等信息關聯、查看、編輯和擴展，模型的IFC 格式導入與導出等功能。本系統適用于各種建筑設計與施工階段的BIM建模與編輯，為BIM 創建提供了工具。
3、基于IFC 的BIM 數據集成與管理平臺
可基于BIM 工程數據庫進行信息存儲、管理和高效的訪問，并基于子信息模型技術實現建設過程中BIM 數據積累、管理和共享。平臺提供了BIM 數據存儲、維護、管理以及三維幾何模型和材料、進度等工程信息的瀏覽與查詢功能，實現多用戶的權限控制和并發訪問。該平臺為基于BIM 的AEC/FM 系統提供底層數據支持，是面向建筑生命期工程信息管理的平臺支撐。
4.、建筑施工IFC 數據描述標準
結合我國建筑施工信息管理的特點和相關國家及行業標準，在IFC標準研究的基礎上，編制了建筑施工IFC 數據描述標準。標準基于IFC原有架構，應用IFC 實體擴展和屬性集擴展機制，針對建筑施工的成本管理、進度管理、質量管理、安全管理及綠色施工的五個方面進行了IFC 實體和屬性集擴展，共擴展IFC 實體91 個、IFC 屬性集126 條，形成了構建建筑施工信息模型的IFC數據描述和體系結構。為實現工程設計、施工與運營維護的信息共享和交流，開發新一代建筑施工管理系統提供了數據標準，填補了建筑施工統一數據描述標準的空白。
5、基于BIM 技術的建筑施工優化控制和管理系統
該系統研究基于IFC 標準定義了施工管理領域涉及的人力、機械、材料等資源信息模型，通過建立將資源信息模型與施工計劃、成本和施工場地信息模型進行關聯的信息集成機制，構建基于IFC 的施工優化信息模型。綜合應用離散事件模擬、蒙特卡羅隨機模擬和粒群優化算法的理論和方法，分析施工資源與施工工期之間的動態關系以及不與施工工期之間的動態關系以及不確定性事件對工程工期的影響，實現了合理工期條件下的施工資源和場地的優化，以及在一定資源和場地條件下對施工工序進行優化，并將4D 施工管理系統（4D-GCPSU） ）與基于離散事件模擬的施工優化系統（SDESA ） ）進行集成，實現4D 施工過程優化以及施工操作的可視化模擬。該系統在北京奧運會國家體育場、廣州珠江新城西塔等多個大型工程示范應用，有效的輔助設計施工人員進行施工進度安排與優化，場地布置和施工操作優化，明顯提高了關鍵工序的施工效率和精度，提高了信息化管理水平。
6、基于BIM 的建筑工程4D 施工管理及安全分析系統
該系統研究發展4D 模型理論，綜合應用BIM 技術，建立4D 施工信息模型，實現了施工進度、資源、成本、場地的4D 集成化動態管理和4D 可視化模擬。該系統引入IFC 標準，開發IFC 文件解析器和IFC 數據轉換接口，建立建筑施工安全管理和結構分析的IFC 數據描述，實現設計與施工信息的交流與共享。通過直接獲取結構設計信息，自動生成4D 施工安全信息模型，實現了施工過程時變結構和支撐體系的安全分析，進度、資源、成本的沖突分析和預測，以及相應的預警機制和決策支持。通過建立施工場地設施時變空間模型，實現了施工設施與設施、設施與建筑構件在施工過程中的動態碰撞檢測。
