BIM在建筑業(yè)的位置、評(píng)價(jià)體系及可能應(yīng)用

何關(guān)培

(香港優(yōu)比創(chuàng)新科技有限公司)

1 前言

在經(jīng)過 21世紀(jì)第一個(gè) 10年的發(fā)展以后,BIM(Building Information Modeling-建筑信息模型)對(duì)于工程建設(shè)行業(yè)的從業(yè)者們來說早已經(jīng)不再是一個(gè)陌生的名詞了。如何把 BIM在建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)整個(gè)生命周期中使用起來以提升項(xiàng)目質(zhì)量、縮短項(xiàng)目周期和控制項(xiàng)目造價(jià)的課題擺到了越來越多的同行面前。

要在建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn) BIM的價(jià)值,我們首先面臨的是這樣一些問題:到底什么是 BIM?BIM將給工程建設(shè)行業(yè)帶來什么樣的變化?應(yīng)該如何在一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中使用 BIM?BIM和目前普及使用的CAD、可視化、CAE、GIS等技術(shù)是什么關(guān)系?BIM對(duì)項(xiàng)目不同參與方如業(yè)主、設(shè)計(jì)師、總包商、分包商、供貨商、運(yùn)營(yíng)商的工作有些什么影響?

普遍接受的 BIM定義來自于美國(guó)建筑科學(xué)院(NIBS-National Institute of Building Science)的美國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS-National Building Information Modeling Standard)-“a digital representation of physical and functional characteristics of a facility…and a shared Knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle;defined as existing from earliest conception to demolition.”

這個(gè)定義非常簡(jiǎn)練,可擴(kuò)展性和可持續(xù)性也非常強(qiáng),主要有下面幾層意思:

? BIM是一個(gè)設(shè)施(建設(shè)項(xiàng)目)的數(shù)字表達(dá)和可以分享的知識(shí)資源;

?內(nèi)容既包括設(shè)施的物理信息也包括設(shè)施的功能信息;

?目的是為各種各樣的決策提供一個(gè)可靠的基礎(chǔ);

?時(shí)間是從設(shè)施的概念產(chǎn)生到拆除的整個(gè)生命周期。

看了這個(gè) BIM定義(包括其他不同的定義),有兩個(gè)信息是非常明確的:首先是 BIM的內(nèi)涵非常豐富,能干的事情非常多;其次是對(duì) BIM的深入理解并沒有真正的幫助。這個(gè)問題在 20多年前開始的工程建設(shè)行業(yè)從手工繪圖到 CAD繪圖的轉(zhuǎn)變過程中并沒有碰到。

BIM和目前已經(jīng)普遍使用的 CAD有一個(gè)非常本質(zhì)的區(qū)別,CAD只改變了成果交付的工具,并沒有改變成果交付的內(nèi)容 -圖紙;而 BIM恰恰相反,不僅僅改變了工具,比改變工具更重要地是 BIM改變了成果交付的內(nèi)容,從而也必將逐步改變成果交付的方法和流程。BIM的理解和實(shí)施困難的根本原因正是在這里。

圖1 建筑業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀示意圖

本文試圖通過從 BIM在工程建設(shè)行業(yè)的位置、如何判斷某個(gè)項(xiàng)目用的技術(shù)是 BIM或不是 BIM、BIM有哪些可能的應(yīng)用等幾個(gè)方面給業(yè)內(nèi)同行一個(gè)比較完整的 BIM概念。

2 BIM在建筑業(yè)的位置

BIM在工程建設(shè)行業(yè)的信息化技術(shù)中并不是一個(gè)孤立的存在,大家耳熟能詳?shù)木陀?CAD、可視化、CAE、GIS等,那么 BIM在建筑業(yè)到底處在一個(gè)什么位置呢?

奧美創(chuàng)始人大衛(wèi).奧格威認(rèn)為決定一個(gè)廣告好壞的關(guān)鍵因素就兩個(gè)字:定位,對(duì)于 BIM的討論也是同一個(gè)道理。

當(dāng) BIM作為一個(gè)專有名詞進(jìn)入工程建設(shè)行業(yè)的第一個(gè)十年到來的時(shí)候,其知名度正在呈現(xiàn)爆炸式的擴(kuò)大,但對(duì)什么是 BIM的認(rèn)識(shí)卻也是林林總總,五花八門。

在眾多對(duì) BIM的認(rèn)識(shí)中,有兩個(gè)極端尤為引人注目。其一是把 BIM等同于某一個(gè)軟件產(chǎn)品,例如BIM就是 Revit或者 ArchiCAD;其二是認(rèn)為 BIM應(yīng)該囊括跟建設(shè)項(xiàng)目有關(guān)的所有信息,包括合同、人事、財(cái)務(wù)信息等。

要弄清楚什么是 BIM,首先必須弄清楚 BIM的定位,那么 BIM在建筑業(yè)究竟處于一個(gè)什么樣的位置呢?

建設(shè)部信息化專家李云貴先生對(duì)我國(guó)建筑業(yè)信息化的歷史歸納為每十年解決一個(gè)問題:

? 六五 -七五(1981-1990):解決以結(jié)構(gòu)計(jì)算為主要內(nèi)容的工程計(jì)算問題(CAE);

? 八五 -九五(1991-2000):解決計(jì)算機(jī)輔助繪圖問題(CAD);

? 十五 -十一五(2001-2010):解決計(jì)算機(jī)輔助管理問題,包括電子政務(wù)(e-government)、電子商務(wù)(e-business)、企業(yè)信息化(ERP)等。

十一五結(jié)束以后的建筑業(yè)信息化情況可以簡(jiǎn)單地用圖1來表示。

用一句話來概括就是:縱向打通了,橫向沒打通。從宏觀層面來看,技術(shù)信息化和管理信息化之間沒關(guān)聯(lián);從微觀層面來看,CAD和 CAE之間也沒有關(guān)聯(lián)。

換一個(gè)角度也就是,接下來建筑業(yè)信息化的重點(diǎn)應(yīng)該是打通橫向。而打通橫向的基礎(chǔ)來自于建筑業(yè)所有工作的聚焦點(diǎn)就是建設(shè)項(xiàng)目本身,不用說所有技術(shù)信息化的工作都是圍繞項(xiàng)目信息展開的,即使管理信息化的所有工作同樣也是圍繞項(xiàng)目信息展開的,是為了項(xiàng)目的建設(shè)和營(yíng)運(yùn)服務(wù)的。

就目前的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析,BIM作為建設(shè)項(xiàng)目信息的承載體,作為我國(guó)建筑業(yè)信息化下一個(gè)十年橫向打通的核心技術(shù)和方法之一已經(jīng)沒有太大爭(zhēng)議。

基于對(duì)我國(guó)建筑業(yè)信息化發(fā)展和 BIM技術(shù)的理解,我們可以用圖2來描述 BIM在建筑業(yè)的位置。

現(xiàn)代化、工業(yè)化、信息化是我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的三個(gè)方向,建筑業(yè)信息化可以劃分為技術(shù)信息化和管理信息化兩大部分,技術(shù)信息化的核心內(nèi)容是建設(shè)項(xiàng)目生命周期管理(BLM-Building Lifecycle Management),企業(yè)管理信息化的核心內(nèi)容是企業(yè)資源計(jì)劃(ERP-Enterprise Resource Planning)。

圖2 BIM在建筑業(yè)的位置

如前所述,不管是技術(shù)信息化還是管理信息化,建筑業(yè)的工作主體是建設(shè)項(xiàng)目本身,因此,沒有項(xiàng)目信息的有效集成,管理信息化的效益也很難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)信息化可以劃分為 BIM(Building In formation Modeling建筑信息模型)和 PIM(Project Information Management項(xiàng)目信息管理)兩個(gè)部分,其中BIM的主要角色是創(chuàng)建信息,PIM的主要角色是使用信息(也有人把建筑業(yè)信息化的過程分為創(chuàng)建、管理、分享三個(gè)層次,但作者認(rèn)為管理、分享只是手段,最終是為使用服務(wù)的)。因此可以形象地把BIM的目的歸納為做對(duì)圖(信息),把 PIM的目的歸納為用對(duì)圖(信息)。

BIM通過其承載的工程項(xiàng)目信息把創(chuàng)建信息(做對(duì)圖)的其他技術(shù)信息化方法如 CAD/CAE等集成了起來,從而成為了技術(shù)信息化的核心或者說技術(shù)信息化橫向打通的橋梁。

我們可以這樣預(yù)計(jì)中國(guó)建筑業(yè)信息化的未來十年:

? 十二五 -十三五(2011-2020):BIM

3 什么是 BIM,什么不是 BIM?

BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中日異得到廣泛應(yīng)用,受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的密切關(guān)注。那末,該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,人們自然而然地就會(huì)產(chǎn)生,如何對(duì)其應(yīng)用情況的評(píng)價(jià)問題。這在 CAD剛剛開始應(yīng)用的年代,類似的問題也常常擺在我們面前。例如,一張只用CAD畫了軸網(wǎng),其余還是手工畫的圖紙能稱得上是一張 CAD圖嗎?顯然不能;那么一張用 CAD畫了所有線條,而用手工涂色塊和根據(jù)校審意見進(jìn)行修改的圖是一張 CAD圖嗎?答案就應(yīng)該為“是”了。

答案看似非此即彼,但答案的得出也會(huì)有一些難以說清的情況。但總體來看,判斷 CAD的難度不大,甚至可以用一個(gè)百分比來把這件事情講清楚,即這是一張百分之多少的 CAD圖。

同樣一件事情,對(duì) BIM來說,難度就要大得多。事實(shí)上目前有不少關(guān)于某個(gè)軟件產(chǎn)品是不是 BIM軟件、某個(gè)項(xiàng)目的做法屬不屬于 BIM范疇的爭(zhēng)論和探討一直在發(fā)生和繼續(xù)著。

那么如何判斷一個(gè)產(chǎn)品或者項(xiàng)目是否可以稱得上是一個(gè) BIM產(chǎn)品或者 BIM項(xiàng)目,如果兩個(gè)產(chǎn)品或項(xiàng)目比較起來,如何區(qū)分哪一個(gè)的 BIM程度更高或能力更強(qiáng)呢?

3.1 BIM能力成熟度模型

美國(guó)國(guó)家 BIM標(biāo)準(zhǔn)(National Building Information Modeling Standard-以下簡(jiǎn)稱 NBIMS)提供了一套以項(xiàng)目生命周期信息交換和使用為核心的可以量化的 BIM評(píng)價(jià)體系,叫做 BIM能力成熟度模型(BIM Capability Maturity Model-以 下 簡(jiǎn) 稱 BIM CMM),如圖3所示。

橫軸是對(duì) BIM方法和過程進(jìn)行量化評(píng)價(jià)的 11個(gè)要素,縱軸把每個(gè)要素劃分成 10級(jí)不同的成熟度,其中 1級(jí)表示最不成熟,10級(jí)表示最成熟。例如第8個(gè)要素的圖形信息(Graphic In formation),第1級(jí)為“純粹文字,沒有圖形”,第10級(jí)為 “nD-加入時(shí)間成本等”。

3.2 BIM CMM計(jì)分表

BIM CMM采用百分制計(jì)分,當(dāng)確定了上述 11個(gè)要素的權(quán)重系數(shù)以后,計(jì)分表也就確定了。見圖4。

圖4 BIM CM M計(jì)分表

例如,第一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)豐富性(Data Richness)的最高分為 8.4分,最低分為 0.84分,當(dāng)數(shù)據(jù)豐富性處在第5級(jí)成熟度的時(shí)候,這個(gè)要素得分為4.2分。

3.3 BIM CMM計(jì)分舉例

當(dāng)我們對(duì)于某一個(gè)被評(píng)測(cè)對(duì)象的 11個(gè)要素選擇了各自的成熟級(jí)別以后,分別從上述計(jì)分表中找出對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù),累加以后就可以得到這個(gè)對(duì)象的BIM得分。

下面的例子我們分別選擇 11個(gè)要素的成熟級(jí)別如表1。

表1 某評(píng)測(cè)案例的各評(píng)測(cè)要素成熟級(jí)別的選擇

這樣就得出這個(gè)評(píng)測(cè)對(duì)象的得分為 19.2分。根據(jù) NBIMS的規(guī)定,2009年最低標(biāo)準(zhǔn)的 BIM為 40分(也就是說這個(gè)例子沒有達(dá)到 BIM的最低標(biāo)準(zhǔn)),50分為通過 BIM認(rèn)證,70分銀牌 BIM,80分金牌BIM,90分白金 BIM,本案例離通過 BIM認(rèn)證還差30.9分。如圖5所示。

圖5 評(píng)測(cè)案例的得分統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)

3.4 關(guān)注區(qū)域圖

根據(jù)上述評(píng)分案例,還可以得到關(guān)注區(qū)域圖,見圖6。每一個(gè)要素的成熟度情況和改進(jìn)方向一目了然。

圖6 評(píng)測(cè)案例的成熟度關(guān)注區(qū)域圖

3.5 對(duì)我國(guó) BIM發(fā)展的借鑒意義

盡管 NBIMS的 BIM能力成熟度模型本身也還處于不斷發(fā)展的過程當(dāng)中,而且對(duì)于要素種類、權(quán)重和數(shù)量的確定,成熟度各個(gè)級(jí)別的定義和總級(jí)別數(shù)量的確定,以及總體 BIM成熟度的分級(jí)條件等都還有不少可以商榷的地方,而且我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的實(shí)際情況跟美國(guó)相比也存在著各種各樣的差異,完全按照這套模式對(duì)中國(guó)的 BIM技術(shù)應(yīng)用的過程、方法、產(chǎn)品、項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)也肯定會(huì)有一定的不適合甚至不合理的情況,但是總體來說使用這套模式對(duì)我們目前進(jìn)行的 BIM工作進(jìn)行評(píng)價(jià)已經(jīng)具有非常實(shí)際的參考意義了。

備注:封面、封底圖由 ArchiCAD建筑軟件完成。

筆者認(rèn)為這套工作方法對(duì)我國(guó)的 BIM發(fā)展至少有如下兩點(diǎn)非常直接有效的借鑒意義:

◆使用其它行業(yè)已經(jīng)非常成熟的能力成熟度模型(CMM)來建立 BIM評(píng)價(jià)體系,可以充分利用前人和其它行業(yè)的工作成果,也有利于應(yīng)用推廣。

◆評(píng)價(jià)體系(包括標(biāo)準(zhǔn))和 BIM本身一起逐步發(fā)展和逐步完善,互相促進(jìn)的同時(shí)互為制約,讓業(yè)內(nèi)人士既有章可循又不固步自封,而不是等到 BIM應(yīng)用成熟了再來制定標(biāo)準(zhǔn)。

4 BIM有些什么可能的應(yīng)用?

美國(guó) bSa(buildingSMART alliance)的“BIM Project Execution Planning Guide Version 1.0-BIM項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃指南 1.0版”在對(duì)目前美國(guó) AEC領(lǐng)域的BIM使用情況進(jìn)行調(diào)查研究的基礎(chǔ)上總結(jié)了目前BIM的 25種不同應(yīng)用如圖7所示。

圖7 美國(guó)AEC領(lǐng)域的BIM技術(shù)應(yīng)用

上述 BIM應(yīng)用按照建設(shè)項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)的發(fā)展階段按時(shí)間組織,有些應(yīng)用跨越一個(gè)到多個(gè)階段(例如 3D協(xié)調(diào)),有些應(yīng)用則局限在某一個(gè)階段內(nèi)(例如結(jié)構(gòu)分析)。

一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的 BIM實(shí)施不需要、不可能也不必要把上述所有的 BIM應(yīng)用都用上,而是根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)選擇合適的 BIM應(yīng)用。下面具體介紹 BIM應(yīng)用選擇的過程。

4.1 定義建設(shè)項(xiàng)目的 BIM目標(biāo)

在具體選擇某個(gè)建設(shè)項(xiàng)目要實(shí)施的 BIM應(yīng)用以前,首先要為項(xiàng)目確定 BIM目標(biāo),這些 BIM目標(biāo)必須是具體的、可衡量的,以及能夠促進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)成功進(jìn)行的。

BIM目標(biāo)可以分為兩種類型,第一類跟項(xiàng)目的整體表現(xiàn)有關(guān),包括縮短項(xiàng)目工期、降低工程造價(jià)、提升項(xiàng)目質(zhì)量等,例如關(guān)于提升質(zhì)量的目標(biāo)包括通過能量模型的快速模擬得到一個(gè)能源效率更高的設(shè)計(jì)、通過系統(tǒng)的 3D協(xié)調(diào)得到一個(gè)安裝質(zhì)量更高的設(shè)計(jì)、開發(fā)一個(gè)精確的記錄模型改善運(yùn)營(yíng)模型建立的質(zhì)量等。

第二類跟具體任務(wù)的效率有關(guān),包括利用 BIM模型更高效地繪制施工圖、通過自動(dòng)工程量統(tǒng)計(jì)更快做出工程預(yù)算、減少在物業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中輸入信息的時(shí)間等。

有些 BIM目標(biāo)對(duì)應(yīng)于某一個(gè) BIM應(yīng)用,也有一些 BIM目標(biāo)可能需要若干個(gè) BIM應(yīng)用來幫助完成。在定義 BIM目標(biāo)的過程中優(yōu)先級(jí)表示某個(gè) BIM目標(biāo)對(duì)該建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)成功的重要性。表2是一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目定義 BIM目標(biāo)的案例:

表2 建設(shè)項(xiàng)目定義BIM目標(biāo)案例

4.2 信息的使用確定信息的創(chuàng)建

大家知道 BIM是建設(shè)項(xiàng)目信息和模型的集成表達(dá),BIM實(shí)施的成功與否不但取決于某一個(gè) BIM應(yīng)用對(duì)建設(shè)項(xiàng)目帶來的生產(chǎn)效率提高,而且更取決于該 BIM應(yīng)用建立的 BIM信息在建設(shè)項(xiàng)目整個(gè)生命周期中被其他 BIM應(yīng)用重復(fù)利用的利用率。換言之,為了保證 BIM實(shí)施的成功,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)必須清楚他們建立的 BIM信息未來的用途。

例如,建筑師在建筑模型中增加一個(gè)墻體,這個(gè)墻體可能包括材料數(shù)量、熱工性能、聲學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能等,建筑師需要知道將來這些信息是否有用以及會(huì)被如何使用?數(shù)據(jù)在未來的使用可能和使用方法將直接影響模型的建立以及涉及到數(shù)據(jù)精度的質(zhì)量控制等過程。

通過定義 BIM的后續(xù)應(yīng)用,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就可以掌握未來會(huì)被重復(fù)利用的項(xiàng)目信息以及主要的項(xiàng)目信息交換要求,從而最終確定與該建設(shè)項(xiàng)目相適應(yīng)的 BIM應(yīng)用。

4.3 BIM應(yīng)用的選擇程序

選擇 BIM應(yīng)用需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估決定:

4.3.1 定義可能的 BIM應(yīng)用

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)考慮每一個(gè)可能的 BIM應(yīng)用以及它們和項(xiàng)目目標(biāo)之間的關(guān)系。

4.3.2 定義每一個(gè) BIM應(yīng)用的責(zé)任方

每個(gè) BIM應(yīng)用至少應(yīng)該包括一個(gè)責(zé)任方,責(zé)任方應(yīng)該包括所有涉及該 BIM應(yīng)用實(shí)施的所有項(xiàng)目成員,以及對(duì) BIM應(yīng)用實(shí)施起輔助作用的可能外部參與方。

4.3.3 評(píng)估每一個(gè) BIM應(yīng)用的每一個(gè)參與方下列幾個(gè)方面的能力

a、資源:參與方具備實(shí)施 BIM應(yīng)用需要的資源嗎?這些資源包括 BIM團(tuán)隊(duì)、軟件、軟件培訓(xùn)、硬件、IT支持等;

b、能力:參與方是否具備實(shí)施某一特定 BIM應(yīng)用的知識(shí)?

c、經(jīng)驗(yàn):參與方過去是否實(shí)施過某一特定 BIM應(yīng)用?

4.3.4 定義每一個(gè) BIM應(yīng)用增加的價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)

進(jìn)行某一特定 BIM應(yīng)用可能獲得的價(jià)值和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4.3.5 確定是否實(shí)施某一個(gè) BIM應(yīng)用

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)詳細(xì)討論每一個(gè) BIM應(yīng)用是否適合該建設(shè)項(xiàng)目和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的具體情況,包括每一個(gè)BIM應(yīng)用可能給項(xiàng)目帶來的價(jià)值以及實(shí)施的成本,實(shí)施或不實(shí)施每一個(gè) BIM應(yīng)用可能給項(xiàng)目帶來的風(fēng)險(xiǎn)等等,最后確定在該建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)施哪一些BIM應(yīng)用,不實(shí)施哪一些 BIM應(yīng)用。

[1]National Institute of Building Sciences,United States National Building Information Modeling Standard,Version 1-Part 1

[2]buildingSMART alliance of National Institute of Building Sciences,BIM Project Execution Planning Guide,Version 1.0