淺談BIM軟件系統(tǒng)與云計(jì)算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

淺談BIM軟件系統(tǒng)與云計(jì)算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

本文通過對BIM系統(tǒng)和云計(jì)算的一些基本特征和發(fā)展現(xiàn)狀的分析，簡單闡述了筆者對于云計(jì)算時(shí)代BIM軟件系統(tǒng)應(yīng)用模式的一些看法。云計(jì)算的特征符合BIM軟件系統(tǒng)的發(fā)展需要，云計(jì)算時(shí)代的BIM軟件系統(tǒng)應(yīng)該更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)乃至功能的整合和互通。這將為用戶和行業(yè)帶來利益，也更符合綠色低碳的發(fā)展趨勢。

BIM；軟件；云計(jì)算；系統(tǒng)整合

1 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

隨著時(shí)間的推移，人們對于事物的認(rèn)識(shí)總是在不斷進(jìn)步，建筑行業(yè)就是如此。從古代僅憑代代相傳的經(jīng)驗(yàn)搭建房舍，到按照圖紙按照工程管理流程建造樓宇；從手工繪制圖紙到使用數(shù)字化設(shè)備建立數(shù)字化設(shè)計(jì)文檔；從2D模型到3D模型……建筑這個(gè)有著幾千年歷史的學(xué)科發(fā)生著巨大的變化。人們對于建筑的要求、可以應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)手段、對于建造過程的管理方式、對于基礎(chǔ)設(shè)施的管理和使用，建筑領(lǐng)域的方方面面相互影響相互促進(jìn)，隨著需求和生產(chǎn)力的增長更為復(fù)雜的建筑描述和管理方式應(yīng)運(yùn)而生，它就是BIM。

BIM應(yīng)當(dāng)算是建筑行業(yè)近幾年最為熱門的詞匯。BIM是建筑信息模型的英文縮寫，一些標(biāo)準(zhǔn)中對BIM這樣定義：“具有如下特征的建模技術(shù)和過程關(guān)聯(lián)集合：1、物理和功能性的數(shù)字化表達(dá)；2、包含可用于分析處理的模型數(shù)據(jù)；3、模型的變化會(huì)在所有的模型視圖中同步更新”[1]。其實(shí)，BIM并不是一個(gè)新概念，早在20世紀(jì)70年代美國的建筑行業(yè)就有人(Charles Eastman)提出BIM理論(雖然沒有提出BIM這個(gè)詞匯)，但經(jīng)過了30多年的發(fā)展，即便是在起步很早的美國，BIM技術(shù)的應(yīng)用率也只有30%多。而BIM在中國的應(yīng)用，可能還不到10%，這其中或許還包括只能算沾上BIM概念的應(yīng)用。[2]

BIM的產(chǎn)生和發(fā)展自有其道理，土木工程的設(shè)計(jì)、建造、使用、維護(hù)過程中的對于人力、物力、時(shí)間的各種浪費(fèi)，最終導(dǎo)致人們要求能夠得到一種信息更為完整、能夠在整個(gè)過程中起到協(xié)調(diào)作用的統(tǒng)一信息載體。至少從理論上，這種載體可以解決現(xiàn)存的問題。但是，一種新的理念要成為現(xiàn)實(shí)，總要經(jīng)過一個(gè)過程，這個(gè)過程可能是漫長而艱難的。

BIM應(yīng)用困難可能取決于幾個(gè)方面的原因。最基本和最直觀的就是技術(shù)上的障礙。在BIM誕生之初，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還不足以支持建筑物全生命周期所需的各種信息的多種方式的描述和展現(xiàn)，那個(gè)時(shí)候的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠以圖形展示信息都很困難，所需設(shè)備也很昂貴，更不要奢望以3D形式記錄和展示整個(gè)建筑物的全方位信息了。這方面的問題目前逐漸被由摩爾定律控制的信息技術(shù)的發(fā)展解決了。另一個(gè)更為關(guān)鍵的原因是人們的需求。早期，多數(shù)建筑物還比較簡單，規(guī)模相對較小，人們還比較容易駕馭這樣的設(shè)計(jì)和建造過程，因此對于信息的整合和人員的協(xié)作要求不是很高(相對而言)，人們已經(jīng)習(xí)慣了這樣的工作方式，當(dāng)越來越多規(guī)模巨大或是復(fù)雜程度很高的建筑出現(xiàn)的時(shí)候，人們還不能完全適應(yīng)那些可以更好地駕馭這種建筑的設(shè)計(jì)手段和管理方式，或者難以在改變習(xí)慣來適應(yīng)新需要和堅(jiān)持老習(xí)慣并接受不完美的設(shè)計(jì)之間做出抉擇，因?yàn)楫吘笲IM設(shè)計(jì)流程的改造，改進(jìn)的過程中反而會(huì)消耗額外的管理成本。此外，由于建筑和工程都與人相關(guān)，所以更復(fù)雜的情況是這樣的變革中還摻雜著各種經(jīng)濟(jì)利益和關(guān)系等因素?？傊?，接受新事物總是十分困難的。

雖然BIM方面的專家認(rèn)為技術(shù)在BIM流程中所占的比重遠(yuǎn)少于管理，但這是我們目前較容易改進(jìn)的。因此，我們暫且拋開太多的復(fù)雜因素，僅著眼于技術(shù)。從設(shè)計(jì)行業(yè)乃至人類社會(huì)的發(fā)展來看，我們越來越依賴于信息技術(shù)。從大型計(jì)算機(jī)到個(gè)人電腦，計(jì)算能力的發(fā)展總是成為我們設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)，信息技術(shù)可以影響其它行業(yè)的發(fā)展。很多年前，計(jì)算機(jī)行業(yè)的大師們就預(yù)言計(jì)算將會(huì)成為一種資源，他們聲稱網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)，并把計(jì)算資源的獲取與電力資源進(jìn)行類比，認(rèn)為計(jì)算資源將會(huì)像供電那樣統(tǒng)一供給，按需使用。時(shí)至今日，技術(shù)的發(fā)展將預(yù)言變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，“云計(jì)算”已經(jīng)越來越清晰地展現(xiàn)在我們面前。如果說幾年前我們還可以把它當(dāng)作概念的炒作，今天云計(jì)算作為各種計(jì)算資源整合技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，已經(jīng)開始落地生根了。相信在不久的將來購買配置很高的計(jì)算設(shè)備只會(huì)是少數(shù)供應(yīng)商的需要，而我們將以更便宜的價(jià)格使用性能更高的“計(jì)算資源”。[3]而這種計(jì)算方式的變革也將為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來巨大影響，信息更為復(fù)雜的BIM也將得到更好的技術(shù)支持。

我們也可以注意到，在云計(jì)算領(lǐng)域和BIM領(lǐng)域都出現(xiàn)了一個(gè)共同的概念——整合。其實(shí)整合是一種發(fā)展的必然，是把一些特殊的專業(yè)性較強(qiáng)的問題，讓少數(shù)人解決，讓更多的人可以專注于其領(lǐng)域本身的方法。也就是，分工更為明確了。

2 BIM與“云”結(jié)合的相關(guān)問題

2.1 技術(shù)問題

目前，設(shè)計(jì)人員所熟悉的工作方式大多是單機(jī)為主的，人們在一臺(tái)機(jī)器上使用CAD軟件繪制圖紙，然后使用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，如“U盤”，或者使用即時(shí)通訊軟件來拷貝或傳遞做好的CAD圖形文件。這種協(xié)作過程簡單但缺乏諸如版本管理等技術(shù)的支持，無法通過軟件系統(tǒng)的幫助追溯某個(gè)過去的時(shí)間點(diǎn)的工作狀態(tài)來找到問題或者修正錯(cuò)誤，管理者也無法利用這樣的信息來控制工作的進(jìn)度，往往需要通過很多的會(huì)議來解決不同專業(yè)和設(shè)計(jì)人員之間的問題。為此，軟件開發(fā)商開發(fā)出了一系列針對這些需求的軟件系統(tǒng)，比如Bentley的ProjectWise、Vico System的施工過程管理系統(tǒng)等等。這些軟件系統(tǒng)有的仍然基于文件的拷貝，有的則基于統(tǒng)一的協(xié)同服務(wù)器，它們可以以模型為核心，為人員之間的協(xié)作提供輔助功能，盡可能幫助設(shè)計(jì)人員和管理者找到數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而提高設(shè)計(jì)、建造工作的效率和準(zhǔn)確性。還有一些軟件系統(tǒng)可以承接設(shè)計(jì)過程所定義的模型，為這些建筑或基礎(chǔ)設(shè)施的后期維護(hù)提供幫助，例如可以提前報(bào)告管線老化應(yīng)該更換等等。軟件商從多種角度入手，為建筑的全生命周期提供支持，唯一可能出現(xiàn)問題的就是數(shù)據(jù)的流通和整合。

同樣的模型數(shù)據(jù)在不同軟件系統(tǒng)中以不同形式進(jìn)行描述，而不同軟件只能完成建筑物開發(fā)過程中的某一個(gè)階段所需的功能，數(shù)據(jù)在這些異構(gòu)的軟件系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞的時(shí)候很可能發(fā)生損失或曲解，就像我們玩的傳話游戲一樣。我們可能需要對模型的描述方式規(guī)范化，從而統(tǒng)一各種軟件的數(shù)據(jù)格式。但是就如同建筑行業(yè)一樣，軟件開發(fā)商也各自有各自的利益，很難要求它們?nèi)孔裱撤N數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這些問題，這些軟件開發(fā)商也是各自拿出各自的解決方案。比如Autodesk的Revit試圖整合各個(gè)專業(yè)在各個(gè)階段的數(shù)據(jù)，利用其市場促成其數(shù)據(jù)格式成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但大一統(tǒng)的數(shù)據(jù)帶來的問題是系統(tǒng)運(yùn)行效率不高，至少在目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下是這樣的。另一些軟件公司開發(fā)了性能更為強(qiáng)大的圖形系統(tǒng)，同時(shí)以另外一種視角來解決數(shù)據(jù)互通的問題，比如Bentley通過定義一種可以自描述可交換的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口來實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式的傳遞和展示，但是要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中更細(xì)節(jié)的協(xié)同工作尚有不足。而且，隨著模型規(guī)模的增大和設(shè)計(jì)過程的推進(jìn)，它們的模型數(shù)據(jù)都會(huì)變得越來越大，一致使用單一文件的方式處理這些模型數(shù)據(jù)多少存在不便，也容易出現(xiàn)文件拷貝過程中人為造成的錯(cuò)誤。

如果上述這些軟件系統(tǒng)能夠使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置處理同一個(gè)項(xiàng)目的模型數(shù)據(jù)及相關(guān)管理信息，則可以更好地解決數(shù)據(jù)流通的問題，如果其軟件系統(tǒng)支持在云端運(yùn)行，應(yīng)該對其運(yùn)行性能也能有所緩解。云計(jì)算技術(shù)通過把可以并行處理任務(wù)動(dòng)態(tài)分配到多個(gè)虛擬的計(jì)算設(shè)備上，然后再通過具體軟件系統(tǒng)特定的歸約程序，把運(yùn)算結(jié)果整合在一起來提高運(yùn)算效率。從另一個(gè)角度來看這就是對計(jì)算資源的整合，可以把閑置的計(jì)算資源更充分的利用起來，讓更多的人共享這些計(jì)算資源。這些虛擬的計(jì)算設(shè)備包括CPU、內(nèi)存、磁盤等等。當(dāng)然，前提是這些軟件支持在云服務(wù)器上運(yùn)行。

云計(jì)算發(fā)展至今，很多人都已經(jīng)了解云計(jì)算服務(wù)的三個(gè)層次：IaaS、PaaS、SaaS，它們也是云計(jì)算時(shí)代可能的軟件運(yùn)營模式。作為BIM軟件系統(tǒng)的開發(fā)商，只需考慮SaaS即可，也就是將軟件作為服務(wù)，只需要將IaaS和PaaS這些云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)維交給計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專家即可(不管是公有云還是私有云)，但是軟件開發(fā)者還需要考慮軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)是否能夠滿足部署在云端的要求即可。

這里僅限于“淺談”，不對軟件架構(gòu)深究，只整理幾個(gè)與應(yīng)用相關(guān)的熱門話題。有人說云計(jì)算中一個(gè)十分關(guān)鍵的問題是數(shù)據(jù)安全。有人認(rèn)為在云存儲(chǔ)中，更容易保證數(shù)據(jù)安全，理由是云數(shù)據(jù)中心有更為專業(yè)的人士負(fù)責(zé)設(shè)備和軟件系統(tǒng)的維護(hù)。也有人持反對意見，認(rèn)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，數(shù)據(jù)的所有者的權(quán)限較難保障，而云端數(shù)據(jù)目前所受攻擊較少僅是因?yàn)樵拼鎯?chǔ)的應(yīng)用還相對較少。

其實(shí)，這里的數(shù)據(jù)安全應(yīng)該包含兩個(gè)層面的內(nèi)容，一個(gè)是數(shù)據(jù)在面對災(zāi)難時(shí)的可恢復(fù)性，另一個(gè)才是數(shù)據(jù)的保密性。第一個(gè)問題不言而喻，基于本文開始所說的更細(xì)的分工的問題，肯定是專業(yè)的云數(shù)據(jù)中心更能保證數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性，因?yàn)樵谶@方面已經(jīng)有很多較成熟的技術(shù)存在，而這些技術(shù)的確十分專業(yè)。作為數(shù)據(jù)的保密性，有人提出可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，但這是以犧牲數(shù)據(jù)訪問的便利作為代價(jià)的。還有一種可能，就是對需要保密的項(xiàng)目僅使用私有云，但是這需要更多的資金和人力成本。筆者個(gè)人認(rèn)為在很長一段時(shí)間應(yīng)該會(huì)是私有云、公有云共存的，因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施和技術(shù)的完善需要時(shí)間的檢驗(yàn)。

另一方面人們的觀念和社會(huì)的相關(guān)法律也需要不斷提高和完善。從技術(shù)上講，其實(shí)云計(jì)算只是對原有技術(shù)的系統(tǒng)化和整合，是技術(shù)積累到一定程度的產(chǎn)物。我們以前使用的電子郵件、即時(shí)通訊、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、電商，其實(shí)都是云計(jì)算的體現(xiàn)，那時(shí)候安全的東西不會(huì)因?yàn)橛辛诵碌拿志妥兊酶踩?，但也不?huì)變得不安全。從根本上來說，技術(shù)上沒有絕對的安全，真正的安全其實(shí)是需要法制來保障的。

除了整合，BIM軟件系統(tǒng)和云計(jì)算還會(huì)提到一個(gè)軟件方面的術(shù)語：可伸縮性，也就是按需供給，不在不必要的時(shí)候浪費(fèi)成本。云計(jì)算中的可伸縮性是依靠分布式架構(gòu)和系統(tǒng)虛擬化來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)可以在需要的時(shí)候?yàn)樘囟ㄜ浖峁└嗟挠?jì)算資源，從而平衡各種不同軟件在同一時(shí)刻的資源消耗，這也是云計(jì)算可以比自己購置設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)更便宜的原因。對于BIM軟件而言，對計(jì)算資源(云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施)的消耗的可伸縮性可以完全依賴于云計(jì)算平臺(tái)，從這個(gè)角度來說，云計(jì)算時(shí)代將為BIM技術(shù)提供更好的支持。特別是公有云，不但能節(jié)省計(jì)算設(shè)備的成本，也可以節(jié)省軟件開銷，因?yàn)榛赟aaS的云BIM系統(tǒng)應(yīng)該是以服務(wù)的形式提供的，且不同BIM系統(tǒng)之間也更容易實(shí)現(xiàn)互通。留給BIM軟件開發(fā)商的問題也就是如何適應(yīng)并部署在云端了，并且以多大的程度開放以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互通。BIM方面的專家認(rèn)為沒有一款軟件可以涵蓋BIM涉及的全部階段和精度范圍，Jerry Laiserin就把BIM描述為一個(gè)包含三個(gè)維度的Cube，分別是Scope of Process、Spectrum of Performance、Scale of Product，他認(rèn)為通常一個(gè)軟件系統(tǒng)只能涵蓋這個(gè)BIM Cube的一個(gè)小立方單元。如果發(fā)展確如他所說，這一點(diǎn)對于BIM軟件開發(fā)商而言將意味著競爭、合作和發(fā)展的各種可能性，而對于用戶而言，則是更豐富的選擇。言歸正傳，BIM軟件應(yīng)該在這種大背景下，能夠以更靈活的方式來滿足用戶的需要，而不一定要一家獨(dú)大，應(yīng)該以行業(yè)的利益為先，從而實(shí)現(xiàn)自身更長遠(yuǎn)的利益。筆者認(rèn)為，這種靈活性就是BIM軟件系統(tǒng)自身的可伸縮性。

從BIM相關(guān)理論誕生的時(shí)候開始，就對BIM所應(yīng)當(dāng)滿足的設(shè)計(jì)和管理等各方面需求做出了明確闡述。加之這個(gè)時(shí)代對于計(jì)算的依賴和計(jì)算設(shè)備的變革，人們對計(jì)算移動(dòng)性要求越來越高，BIM也一定會(huì)順應(yīng)這種大的趨勢，現(xiàn)有的BIM系統(tǒng)無一例外的重視移動(dòng)設(shè)備的開發(fā)。實(shí)際上，這種移動(dòng)性不一定特指移動(dòng)設(shè)備，可能還可以包含Web等方式對于BIM所承載的多維度信息的獲取和更新。而BIM與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合也會(huì)更順理成章的滿足這種應(yīng)用要求。

2.2 非技術(shù)問題

BIM不能只談技術(shù)，專家們認(rèn)為技術(shù)只在BIM領(lǐng)域占有很小的比例，這里與技術(shù)相對的是流程和管理。就像當(dāng)初推廣ERP系統(tǒng)一樣，管理沒有可以套用的模式，因此配合管理的軟件系統(tǒng)也很難像CAD那樣能做出普適的功能。流程和管理包含的內(nèi)容非常多，也不是筆者可以駕馭的，這里只分享幾點(diǎn)與云計(jì)算相關(guān)的感受。

云計(jì)算會(huì)為計(jì)算資源的提供者和使用者帶來商業(yè)模式的變化，計(jì)算資源不再以購買設(shè)備作為消費(fèi)模式，而是按需購買資源。這可能與我們的一些傳統(tǒng)觀念有一定沖突，好像計(jì)算機(jī)買到家里才算是一種資產(chǎn)。但實(shí)際上，計(jì)算機(jī)作為一種設(shè)備會(huì)老化、淘汰，是一種消耗品，時(shí)間長了還會(huì)產(chǎn)生大量的電子垃圾。換一種思考方式，我們可以像使用電一樣按需購買，而把發(fā)電機(jī)的維護(hù)交給電力公司，這就是當(dāng)初把計(jì)算設(shè)備作為資源考慮的大師們所做的類比。云計(jì)算支持用配置并不很高的設(shè)備對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，這也從某種程度上緩解了電子垃圾造成的浪費(fèi)。當(dāng)然，集中的計(jì)算資源作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，也需要很大的管理成本，但是就如同當(dāng)初的發(fā)電機(jī)發(fā)展為電廠一樣，規(guī)模效應(yīng)會(huì)攤平這種成本。

云計(jì)算時(shí)代的BIM軟件也會(huì)和其它云端應(yīng)用一樣，借助云的規(guī)模效應(yīng)，在更大更開放的環(huán)境中相互競爭，同時(shí)相互合作，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，甚至是功能共享。用戶得到的可能會(huì)是整合度更高的BIM軟件，因?yàn)槿魏蔚姆忾]系統(tǒng)都更難生存。所以云時(shí)代的BIM系統(tǒng)的最大受益者會(huì)是用戶。

3 美好的未來

云計(jì)算時(shí)代的計(jì)算模式將為BIM系統(tǒng)的發(fā)展帶來更為廣闊的空間，設(shè)計(jì)人員將能夠更容易更充分地利用這些軟件開展工作，并節(jié)約設(shè)計(jì)和溝通的成本，BIM在云計(jì)算時(shí)代將為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)維帶來變革。同時(shí)，云計(jì)算時(shí)代的軟件系統(tǒng)能夠更高效的利用計(jì)算資源，從而實(shí)現(xiàn)更為低碳環(huán)保的目標(biāo)。

[1] Chuck Eastman, Paul Teicholz, Rafael Sacks, Kathleen Liston. BIM Handbook, 2nd ed. P16.

[2] Jerry Laiserin. BIMET 2013.

[3] 吳朱華. 云計(jì)算核心技術(shù)剖析. 人民郵電出版社, 2011.

[4] 姚宏宇, 田溯寧. 云計(jì)算：大數(shù)據(jù)時(shí)代的系統(tǒng)工程. 電子工業(yè)出版社, 2013.

[5] Stephen R.Smoot, Nam K.Tan. 私有云計(jì)算：整合、虛擬化和面向服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

[6] 《虛擬化與云計(jì)算》小組. 虛擬化與云計(jì)算. 電子工業(yè)出版社, 2009.

[7] 何清華, 潘海濤, 李永奎, 錢麗麗. 基于云計(jì)算的BIM實(shí)施框架研究. 建筑經(jīng)濟(jì), 2012年第5期.

[8] Choi,YungKi. BIM的一個(gè)新趨勢-基于云的BIM. www.chinabim.com, 2013.

[9] 郭邦軍. 基于云計(jì)算構(gòu)建BIM模型研究綜述. 城市建設(shè)理論研究, 2013年第20期.

[10]Chris France. 基于云計(jì)算的虛擬設(shè)計(jì)與建造. www.chinabim.com, 2013.

[11]張培穎. 上海中心BIM工程云：傳統(tǒng)建筑和云計(jì)算聯(lián)姻. www.TechTarget.com, 2013.

Discussion on BIM Software System and Cloud Computing

Fang Qi

(CABRTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100013,China)

This article introduces characteristics and development of BIM system and cloud computing and demonstrates some views about the application mode of the BIM system in the cloud computing background. The features of the cloud computing can meet the requirements of the development of the BIM system, and the BIM ware (the BIM software system) based on cloud computing technology will better integrate data and functions. The new computation mode and the BIM system will benefit the users and the whole CAD market and meet the low carbon trend.

BIM； Software； Cloud Computing； Integration of System

“十二五”國家863課題“基于建筑信息模型的三維建筑工程設(shè)計(jì)軟件開發(fā)與應(yīng)用”(SS2013AA041306)

方琦(1979-)，男，工程師。主要研究方向：建筑工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

F406.2：TU17

A

1674-7461(2015)01-0049-04