建筑信息模型(BIM)的衡量標(biāo)準(zhǔn)與特征研究

董 磊 張 洋

(1.國開證券有限責(zé)任公司，北京 100100;2.國家開發(fā)銀行青島市分行，山東 青島 266000)

1 BIM產(chǎn)生的背景

唯物辯證法矛盾論認(rèn)為:事物的發(fā)展是內(nèi)因與外因共同作用的結(jié)果，內(nèi)因是事物變化發(fā)展的根據(jù)，外因是事物變化發(fā)展的條件，外因需要通過內(nèi)因起作用。這一哲理揭示了事物發(fā)展變化的根本原因，具有普遍的適用性。一種工具的起源、發(fā)展、消亡必然有其依賴的特殊環(huán)境條件，隨著環(huán)境的改變，舊的工具的生命力會逐漸削減，直至被新的生產(chǎn)模式所取代。建筑業(yè)的生產(chǎn)工具也不例外，當(dāng)舊的建設(shè)生產(chǎn)工具不再能滿足工程建設(shè)的客觀需求，新的生產(chǎn)工具也必將在內(nèi)因和外因的共同作用下發(fā)生改變。

目前，建筑業(yè)中各項(xiàng)目參與方之間的信息交流還是基于圖形文件，各專業(yè)應(yīng)用軟件通常都只涉及工程項(xiàng)目生命周期的某個(gè)階段或某個(gè)專業(yè)，由于缺少統(tǒng)一、規(guī)范的信息標(biāo)準(zhǔn)，不同開發(fā)商開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)信息集成和共享。在工程項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)階段所使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是相互孤立，自成體系，致使數(shù)據(jù)冗余，形成“信息孤島”現(xiàn)象。美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會的研究表明:因軟件和信息系統(tǒng)之間協(xié)同效率低下而使建設(shè)生產(chǎn)平均每平方米增加了66美元，占到了當(dāng)年建設(shè)成本的6%。建筑生產(chǎn)過程的本質(zhì)是面向物質(zhì)和信息的協(xié)作過程，項(xiàng)目組織的決策和實(shí)施過程的質(zhì)量直接依賴于項(xiàng)目信息的可用性、可訪問性以及可靠性。如果傳統(tǒng)建設(shè)生產(chǎn)模式下割裂的信息結(jié)構(gòu)得不到改變，那么也就無法從根本上改變割裂的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。

2 BIM的發(fā)展軌跡

千百年來，人們一直以圖紙作為表達(dá)設(shè)計(jì)的媒介，但二維的信息表達(dá)方式本身具有很大的局限性，限制了人的構(gòu)思和交流，于是人們開始借助模型來表達(dá)構(gòu)思或分析事物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有人開始在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維建模。早期的計(jì)算機(jī)三維模型較為簡單，僅能用于幾何形狀的分析。后來出現(xiàn)了用于渲染的三維軟件，可以生成具有更佳效果的建筑圖，但是這種三維模型沒有建筑物內(nèi)部空間的劃分，并不能用于設(shè)計(jì)分析和施工規(guī)劃。隨著建筑工程規(guī)模的不斷增大，建筑工程項(xiàng)目所負(fù)載的信息也越來越多?，F(xiàn)代社會對信息的重視讓人們認(rèn)識到信息會對項(xiàng)目整個(gè)建設(shè)周期乃至整個(gè)生命周期產(chǎn)生重要影響，信息利用水平直接影響到建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)水平。因此，十分需要在建筑工程中應(yīng)用合理的方法和技術(shù)來處理各種信息，建立起科學(xué)的、能夠支持項(xiàng)目整個(gè)建設(shè)周期的信息模型，實(shí)現(xiàn)對信息的全面管理。在這種背景下，建筑信息模型(BIM)應(yīng)運(yùn)而生。在20世紀(jì)70年代和80年代，BIM就已經(jīng)開始被研究，當(dāng)時(shí)BIM的發(fā)展受到CAD的沖擊，發(fā)展緩慢。BIM真正開始流行是從2000年以后，由于技術(shù)的突破，很多業(yè)內(nèi)人士開始關(guān)注并研究BIM。這其中既有著名的軟件公司(Autodesk，Bentley和Graphisoft)和建筑企業(yè)(DPR建筑公司、Magraw-Hill建筑信息公司)，也有行業(yè)協(xié)會(如美國建筑師協(xié)會AIA、美國總承包商協(xié)會AGC)、政府部門(如:美國總務(wù)管理局GSA)和科研機(jī)構(gòu)(如美國建筑科學(xué)研究院NIBS、佐治亞理工大學(xué)建筑學(xué)院)。其中美國建筑科學(xué)研究院聯(lián)合設(shè)施信息委員會等國際著名的建筑協(xié)會一起編制了國家建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)NBIMS對BIM的定義較為權(quán)威，在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可。

3 BIM的衡量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)特征

盡管BIM的概念已經(jīng)隱含表達(dá)了BIM工具應(yīng)具有的特征，但僅憑概念仍難以準(zhǔn)確掌握BIM的特征，不少人將BIM和傳統(tǒng)的三維建模工具(如3D Max，3D CAD)等同起來。為了能更好地認(rèn)識和區(qū)分BIM工具和傳統(tǒng)的三維建模工具的差別，有些組織和研究人員提出了BIM的衡量標(biāo)準(zhǔn)。Chuck Eastman等(2008)提出BIM應(yīng)具備以下4個(gè)特征:1)采用智能化(計(jì)算機(jī)可以識別的)與數(shù)字化的方式來表示建筑構(gòu)件;2)構(gòu)件中內(nèi)含的信息可以表達(dá)構(gòu)件的屬性和行為，支持?jǐn)?shù)字化分析工作;3)模型中所有的信息可以達(dá)到一致關(guān)聯(lián);4)模型的數(shù)據(jù)庫將作為建設(shè)過程中產(chǎn)品信息的唯一來源。2006年，美國資深BIM應(yīng)用單位M.A.Mortenson公司提出了BIM衡量標(biāo)準(zhǔn)。M.A.Mortenson公司是美國最早將BIM應(yīng)用于實(shí)踐的承包商，曾在建造世界著名的迪斯尼音樂廳項(xiàng)目中成功應(yīng)用BIM技術(shù)。該公司將BIM理解為對建筑設(shè)施的智能化模擬，并認(rèn)為比較成熟的BIM應(yīng)該要具備6種特征，即數(shù)字化、多維化、可量化、全面性、可獲得性和可持久性。M.A.Mortenson公司同時(shí)也提出上述六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是未來BIM要實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)前的BIM工具只能達(dá)到前兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。Autodesk公司BIM專家何關(guān)培先生認(rèn)為，可以稱之為BIM工具的軟件應(yīng)包括以下5個(gè)特征:1)可視化:具有“所見即所得”的功能;2)協(xié)調(diào):可以利用軟件發(fā)現(xiàn)和解決不同系統(tǒng)中存在的沖突和障礙;3)模擬:能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中的建設(shè)任務(wù)進(jìn)行虛擬演示和分析;4)優(yōu)化:在模擬分析的基礎(chǔ)上可以對建設(shè)任務(wù)提出改進(jìn)的方向;5)出圖:根據(jù)創(chuàng)建的模型自動生成圖紙。《美國國家建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)》提出了用11個(gè)指標(biāo)來衡量BIM的成熟度，即:數(shù)據(jù)的豐富性、全壽命周期視角、變更管理、多專業(yè)的協(xié)作、業(yè)務(wù)流程、實(shí)時(shí)性、時(shí)效性、信息交流的方式、圖形化的信息、空間定位能力、信息的精確性、協(xié)同能力。在這11項(xiàng)指標(biāo)中，信息的可視化、精確性、豐富性、有效傳遞性及協(xié)同性五項(xiàng)指標(biāo)是對當(dāng)前BIM工具的要求，而全壽命視角、業(yè)務(wù)流程變革、數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和空間定位等要求則不作為當(dāng)前階段BIM應(yīng)用的基本要求，而是在將來需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

4 結(jié)語

BIM界定標(biāo)準(zhǔn)雖然存在一定的差異，但造成差異的原因在于評價(jià)角度不同。Chuck Eastman教授和Moterson公司提出的界定標(biāo)準(zhǔn)是從技術(shù)角度考慮的，而何關(guān)培先生提出的界定標(biāo)準(zhǔn)是從應(yīng)用角度提出的，但他們所提的標(biāo)準(zhǔn)之間是具有緊密聯(lián)系的，何關(guān)培先生所提出的BIM工具應(yīng)具有的協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化功能是可以通過BIM軟件的參數(shù)化和智能化特征來體現(xiàn)的。本文認(rèn)為，在當(dāng)前階段，凡是具有多維化、參數(shù)化、智能化這些基本特征的建筑生產(chǎn)工具都可以認(rèn)為是BIM工具，BIM工具不是針對某一參與方和某一階段的某一種工具，它包括服務(wù)于整個(gè)建設(shè)生產(chǎn)周期的所有軟件，如設(shè)計(jì)、分析、模擬、造價(jià)等。當(dāng)然，隨著時(shí)間的推移，對BIM工具的技術(shù)和功能要求也會越來越高，BIM工具的界定標(biāo)準(zhǔn)也會不斷提高，現(xiàn)在被認(rèn)為達(dá)到BIM工具基本要求的設(shè)計(jì)、分析軟件在將來可能就無法滿足對BIM的界定標(biāo)準(zhǔn)。

［1］Arno Schlueter，F(xiàn)rank Thesseling.Building information model based energy/exergy performance assessment in early design stages［J］.Automation in Construction，2009，18(2)：153-163.

［2］Associated General Contractors of America(AGC).The Contractor’s Guide to BIM，1st ed.AGC Research Foundation.NV：Las Vegas，2006.

［3］Bentley.Build As One—BIM is a new way of approaching the design and documentation of building projects.http：//www.bentley.com/en-US/Promo/Build+As+One/What+is+it/，2008.

［4］Bentley.Does the Building Industry Really Need to Start Over-A Response from Bentley to Autodesk’s BIM-Revit Proposal for the Future.http：//www.laiserin.com/features/bim/bentley_bim_whitepaper.pdf，2008.

［5］Bentley.White paper of Bentley for BIM.http：//www.bentley.com/en-US/Building Information Models(BIM)，2007.

［6］Eastman C.BIM Handbook：A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］.John Wiley and Sons，NY，2008：93-460.

［7］Akinci B.A formalism for utilization of sensor systems and integrated project models for active construction quality control［J］.Automation in Construction，2006，15(2)：124-138.

［8］Akintoye A，F(xiàn)itzgerald E..A survey of current cost estimating practices in the UK［J］.Construction Management＆ Economics，2000，18(2)：55-65.

［9］National Institute of Building Science.National Building Information Model Standard［EB/OL］.http：//www.facilityinformationcouncil.org/bim，2008.