建筑信息模型方法學(xué)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的理論框架研究

葉獻(xiàn)國等

摘要：總結(jié)并分析了建筑信息模型（BIM）應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域過程中所存在的問題，提出了建筑信息模型方法學(xué)（結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)）理論，認(rèn)為該理論是由結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則與結(jié)構(gòu)BIM模型理論這兩大分支構(gòu)成；應(yīng)用數(shù)學(xué)建模方法對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與理論分析，解決了結(jié)構(gòu)從業(yè)人員對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)應(yīng)用方式與研究方法模糊的問題，同時(shí)基本原則的數(shù)學(xué)模型也為未來結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的定量化研究打下了基礎(chǔ)。最后闡述了構(gòu)建結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論的實(shí)踐意義，并引出了結(jié)構(gòu)BIM模型這一理論分支。所得結(jié)論為進(jìn)一步討論結(jié)構(gòu)BIM模型的組織構(gòu)架方法奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)工程；建筑信息模型；理論框架；參數(shù)化建模；方法學(xué)

中圖分類號(hào)：TU17文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

從工業(yè)仿真技術(shù)介入制造業(yè)以來，傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與表達(dá)便由平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)?D可視化設(shè)計(jì)。這種轉(zhuǎn)變不僅對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而且也推動(dòng)著建筑業(yè)的信息化發(fā)展。以Chuck所提出的建筑描述系統(tǒng)（Building Description System，BDS）為原型的建筑信息模型作為建筑全生命周期（Building Lifecycle）智能化的重要手段，正在不斷改變著工程項(xiàng)目從初期招投標(biāo)到后期運(yùn)營維護(hù)全過程中各專業(yè)的傳統(tǒng)工作模式。

目前各國學(xué)者對(duì)建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)的研究仍主要集中于BIM發(fā)展戰(zhàn)略等宏觀層面[1-3]，而結(jié)合結(jié)構(gòu)工程的特殊性對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)全生命周期中的應(yīng)用目標(biāo)與使用方法所開展的研究較少，且尚未有任何相關(guān)的方法學(xué)理論被提出。這使得BIM在介入到結(jié)構(gòu)工程工作后蛻變?yōu)槠髽I(yè)的營銷手段，沒有實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)有的價(jià)值，更沒有形成規(guī)范的行業(yè)運(yùn)行模式。隨著建筑業(yè)推行BIM的力度不斷加大，深入分析BIM在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域發(fā)展緩慢的原因，找出可能的解決辦法仍十分迫切。

為此，本文首先分析了結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中所存在的問題，得出了結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的使用目的與推廣價(jià)值。其次針對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用方法，提出了建筑信息模型方法學(xué)（結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)）理論，并論述了該方法學(xué)理論的組織構(gòu)架與工作原則。最后闡述了構(gòu)建結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論的重要實(shí)踐意義，為后續(xù)在該方法學(xué)框架下進(jìn)一步研究3D全BIM工作模式及相關(guān)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的定義及特征維度

根據(jù)《民用建筑信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/T 1069—2014），BIM技術(shù)定義為創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目全生命周期活動(dòng)進(jìn)行管理和優(yōu)化的過程、方法和技術(shù)[4-5]。具體到結(jié)構(gòu)工程中結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，通過創(chuàng)建結(jié)構(gòu)BIM模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)全生命周期中信息流管理的過程和方法。

結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的特征維度除繼承目前已有的BIM基本維度的內(nèi)容[1]外，筆者認(rèn)為還應(yīng)具有結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)所特有的特征維度。

（1）結(jié)構(gòu)BIM的技術(shù)維度。結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)是結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用到的全部先進(jìn)技術(shù)的集成，包括：①高新測(cè)量技術(shù)，如衛(wèi)星遙感測(cè)量、GIS技術(shù)以及激光掃描技術(shù)等；②虛擬仿真技術(shù)，如數(shù)值模擬技術(shù)、逆向工程技術(shù)等；③人工智能，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

（2）結(jié)構(gòu)BIM的過程維度。繼承建筑全生命周期的思想，形成工程結(jié)構(gòu)全生命周期模式，使得結(jié)構(gòu)工程服務(wù)于結(jié)構(gòu)初選（特指建筑初步方案中的結(jié)構(gòu)形式）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土建施工、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)鑒定加固直至結(jié)構(gòu)拆除。

（3）結(jié)構(gòu)BIM的價(jià)值維度。憑借結(jié)構(gòu)BIM模型的完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)工作的可視、信息協(xié)調(diào)一致和模型重復(fù)利用[6-8]，提高了結(jié)構(gòu)工作效率。

2結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域是建設(shè)工程信息化發(fā)展的產(chǎn)物。結(jié)合已有的工程實(shí)例，筆者將從以下3個(gè)方面闡述結(jié)構(gòu)工程中的BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題。

2.1結(jié)構(gòu)BIM模型

依據(jù)國家《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）與北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/T 1069—2014）[9]中對(duì)BIM模型的定義，判定結(jié)構(gòu)工程中所應(yīng)用到的主流軟件模型是否為結(jié)構(gòu)BIM模型。

筆者首先對(duì)結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用頻率最高的軟件模型（Revit、斯維爾軟件、ArchiCAD，PKPM、盈建科、AutoCAD，AutoCAD-Architecture，Tekla，IFC）進(jìn)行比較分類（表1）：

2.2結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的價(jià)值

結(jié)構(gòu)工程在BIM未被引入之前就是依托數(shù)字化模型開展工作的，許多已有軟件模型均已實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)成果3D表達(dá)、設(shè)計(jì)成果自動(dòng)生成（結(jié)構(gòu)施工圖、土建工程量統(tǒng)計(jì)、土建造價(jià)計(jì)算等）和協(xié)同工作等需求。根據(jù)目前已有的BIM應(yīng)用實(shí)例不難發(fā)現(xiàn)，由于BIM技術(shù)的介入，不僅使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)模型堆砌現(xiàn)象嚴(yán)重，一個(gè)項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)專業(yè)所使用的軟件模型數(shù)量過多，模型使用不具有系統(tǒng)性，多個(gè)軟件模型間的主次關(guān)系不清晰，而且使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作變得冗雜，在克服與中國國家結(jié)構(gòu)規(guī)范不相吻合時(shí)增加了大量的接口開發(fā)、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等復(fù)雜的重復(fù)性工作，還增加了軟件間模型相互轉(zhuǎn)化的工作負(fù)擔(dān)、出錯(cuò)概率和時(shí)間浪費(fèi)。如結(jié)構(gòu)模型通過接口轉(zhuǎn)換不僅耗時(shí)長、構(gòu)件錯(cuò)誤現(xiàn)象嚴(yán)重，而且蘊(yùn)含有難以發(fā)現(xiàn)的模型錯(cuò)誤，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)模型的錯(cuò)誤會(huì)極大地影響結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，多數(shù)時(shí)候如果對(duì)接口轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行修改則不如重新建模；此外基于結(jié)構(gòu)BIM模型直接生成的DWG圖紙通常難以滿足施工圖歸檔要求，一般情況下均需要翻圖后才能夠歸檔。因此，目前在符合中國規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)3D建模、分析及繪圖軟件十分成熟的條件下，無法看出基于結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的工程軟件對(duì)結(jié)構(gòu)工程工作所帶來的實(shí)際價(jià)值。故需要研究結(jié)構(gòu)工程使用BIM技術(shù)的目標(biāo)以及結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)工程的實(shí)際價(jià)值。endprint

2.3結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用與研究方法

中國已有的國家規(guī)范將BIM定義為一種技術(shù)方法，也可將其定義為一種業(yè)務(wù)流程。目前在中國的工程應(yīng)用中，BIM的方法性被削弱，大多數(shù)企業(yè)僅將BIM作為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種補(bǔ)充，結(jié)構(gòu)工程使用BIM的目的僅用作簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)模型3D效果展示和服務(wù)于外專業(yè)的碰撞檢查?？梢钥闯觯谶@種應(yīng)用模式下BIM技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)工程工作本身不具有任何實(shí)際意義。

此外，中國對(duì)BIM的研究方向偏重于宏觀發(fā)展規(guī)劃、軟件應(yīng)用以及軟件接口（插件）開發(fā)。已有的研究成果中對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的使用目的、應(yīng)用價(jià)值、研究方向、軟件資源需求等均未有過系統(tǒng)性的討論。因此，結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用方法退化與關(guān)鍵問題的非系統(tǒng)性研究是導(dǎo)致目前結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)發(fā)展十分緩慢的重要原因，故需要系統(tǒng)地研究結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用方法和研究方向。

綜上所述，筆者認(rèn)為結(jié)構(gòu)工程為實(shí)現(xiàn)3D全BIM模式工作，首先應(yīng)當(dāng)明確BIM在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的使用目的、價(jià)值、應(yīng)用方式和研究方向，其次應(yīng)強(qiáng)化BIM的方法特性，建立建筑信息模型方法學(xué)（結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)）理論以指導(dǎo)實(shí)踐工作。3建筑信息模型方法學(xué)理論框架

方法是一個(gè)處理問題的規(guī)定過程，而方法學(xué)是一組方法，其涵蓋工程結(jié)構(gòu)全生命周期中的各個(gè)部分，是結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐與科學(xué)研究哲學(xué)的統(tǒng)一。方法學(xué)以方法為研究對(duì)象，探索方法的一般結(jié)構(gòu)、發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展方向以及科學(xué)研究中各種方法的相互制約關(guān)系。在科學(xué)研究哲學(xué)中，方法學(xué)的結(jié)構(gòu)由科學(xué)調(diào)研的原則與科學(xué)調(diào)研的工具構(gòu)成，科學(xué)調(diào)研的原則決定了如何配制和解釋科學(xué)調(diào)研的工具。

BIM作為一種方法被引入到結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，應(yīng)從方法學(xué)的角度進(jìn)行研究。可以得出，建筑信息模型方法學(xué)（結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)）是由結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則（簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)BIM的基本原則）這一科學(xué)調(diào)研原則以及結(jié)構(gòu)BIM模型這一科學(xué)調(diào)研工具共同構(gòu)成。結(jié)構(gòu)BIM的基本原則決定著如何構(gòu)建和解釋結(jié)構(gòu)BIM模型（圖1）。本文限于篇幅，將主要討論結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則。

需要說明的是為了體現(xiàn)結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)是工程實(shí)踐與科學(xué)研究哲學(xué)的統(tǒng)一，筆者沿用了科學(xué)調(diào)研的原則與科學(xué)調(diào)研的工具這2種稱謂。

3.1結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則

透過對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，首先需要明確結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的研究實(shí)質(zhì)。筆者認(rèn)為其研究實(shí)質(zhì)由5個(gè)方面共同構(gòu)成：①結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用目的；②結(jié)構(gòu)BIM模型的組織構(gòu)架方法；③結(jié)構(gòu)BIM模型的建模方法；④結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的保障方法；⑤結(jié)構(gòu)BIM模型的應(yīng)用方法。

這5個(gè)方面構(gòu)成了結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的基本原則（圖1），這5個(gè)基本原則又是結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論中的子方法或子方法學(xué)，指導(dǎo)并貫穿于工程結(jié)構(gòu)全生命周期中各個(gè)階段的結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)應(yīng)用過程。

3.1.1結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的目標(biāo)域原則

首先回顧2個(gè)數(shù)學(xué)概念：

根據(jù)上述定義，此時(shí)來明確結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用目的。筆者認(rèn)為，只有結(jié)構(gòu)BIM模型最大限度地接近實(shí)際結(jié)構(gòu)，才能當(dāng)施工、造價(jià)等一系列工程活動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)本體信息有調(diào)用需求時(shí)直接讀?。ú槐卦俅伍_展模型轉(zhuǎn)換工作或重新建模工作）到精確的構(gòu)件位置與工程量信息，并能夠?qū)a(chǎn)生的新信息反饋給結(jié)構(gòu)BIM模型系統(tǒng)，從而避免工程結(jié)構(gòu)全生命周期中發(fā)生信息流斷裂與資源浪費(fèi)。因此，實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)虛擬仿真”才是BIM介入結(jié)構(gòu)工程的目標(biāo)，“結(jié)構(gòu)虛擬仿真”系筆者針對(duì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)全生命周期全BIM工作所提出的術(shù)語，包括結(jié)構(gòu)本體仿真、結(jié)構(gòu)狀態(tài)仿真、場(chǎng)環(huán)境仿真以及結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)維過程中的相關(guān)活動(dòng)仿真。據(jù)此，筆者推廣單側(cè)極限的概念得出了結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的目標(biāo)域原則。

結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)目標(biāo)域原則的實(shí)質(zhì)是指：根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益所確定的結(jié)構(gòu)BIM模型，其精度必須在規(guī)范要求的最低精度與虛擬仿真精度之間取值，且結(jié)構(gòu)BIM模型系統(tǒng)具有無限逼近結(jié)構(gòu)實(shí)際本體的潛力，能夠隨時(shí)響應(yīng)工程項(xiàng)目對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型精度需求的改變。需要指出的是：能夠隨時(shí)響應(yīng)工程項(xiàng)目對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型精度需求的改變體現(xiàn)在任意給定的模型期望精度ε這一不確定的極限定義參數(shù)上，故不難看出，BIM技術(shù)的應(yīng)用過程與函數(shù)極限定義的本質(zhì)是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的，這也從側(cè)面反映了結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論的指導(dǎo)思想符合自然數(shù)學(xué)原理。

筆者提出這條原則主要是由于結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中全部工作均是圍繞著一個(gè)主要的數(shù)字化模型進(jìn)行。整個(gè)BIM過程是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)虛擬仿真和土建虛擬建造，并用以指導(dǎo)實(shí)踐工作，而不僅是實(shí)現(xiàn)軟件間結(jié)構(gòu)模型的傳遞或結(jié)構(gòu)施工圖出圖。考慮到結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)在實(shí)施過程中的經(jīng)濟(jì)效益約束，不能夠也不可能要求任何規(guī)模的結(jié)構(gòu)工程其最終的結(jié)構(gòu)BIM模型都達(dá)到虛擬仿真精度。然而任何階段的結(jié)構(gòu)BIM模型都應(yīng)當(dāng)具有逼近結(jié)構(gòu)實(shí)際本體的潛力，以便隨時(shí)響應(yīng)外部環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型精度需求的改變。這才是結(jié)構(gòu)BIM模型和其他3D模型本質(zhì)的區(qū)別和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域引入BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。否則在3D結(jié)構(gòu)建模與分析軟件眾多的當(dāng)下，結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)工程工作是不具有價(jià)值的。

3.1.2結(jié)構(gòu)BIM模型架構(gòu)原則

BIM技術(shù)是方法，但其必須以軟件模型為載體，結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用BIM技術(shù)離不開結(jié)構(gòu)BIM模型。中國的一些研究成果表明：BIM模型應(yīng)具有多維度特性，能夠從二維到多維表達(dá)工程項(xiàng)目實(shí)體和相關(guān)活動(dòng)[12]；BIM模型能夠基于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行劃分，形成分階段子模型，并通過濾過的方式實(shí)現(xiàn)模型的調(diào)用[13]。

結(jié)合結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)目標(biāo)域原則，筆者得出結(jié)構(gòu)BIM模型并不是單一的軟件模型，而是一個(gè)復(fù)雜的模型系統(tǒng)，其必定存在相應(yīng)的組織架構(gòu)。因此，可將結(jié)構(gòu)BIM模型本體的組成方法理論定義為結(jié)構(gòu)BIM模型架構(gòu)原則，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

筆者認(rèn)為，結(jié)構(gòu)BIM模型應(yīng)僅受當(dāng)前模型精度x的影響，與精度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，其他一切外部條件因素只能影響x的取值，而無法直接影響到結(jié)構(gòu)BIM模型本體。該原則是為建立數(shù)集（精度取值）與模型實(shí)體間的相互映射關(guān)系，通過精度來控制結(jié)構(gòu)BIM模型本體架構(gòu)，以期實(shí)現(xiàn)在不同精度條件下對(duì)不同架構(gòu)的模型進(jìn)行規(guī)范。endprint

3.1.3結(jié)構(gòu)BIM模型成模原則

結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)定義指出BIM的應(yīng)用核心為結(jié)構(gòu)BIM模型，應(yīng)用條件為計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)。中國的一些研究成果表明，目前存在有2種成模方法：①通過宏觀軟件（特指操作單元為軟件文件）層面上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)BIM模型構(gòu)建[14]；②通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫（特指操作單元為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)）的形式來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)BIM模型構(gòu)建[15-17]。

不難看出，結(jié)構(gòu)BIM模型的成模方法是十分重要的，無論是否沿用上述2種方法，其必定是結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論的重要分支，會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用。因此筆者認(rèn)為成模方法應(yīng)作為結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)的指導(dǎo)原則之一，可被定義為結(jié)構(gòu)BIM模型成模原則（以下簡(jiǎn)稱成模原則），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

）

結(jié)構(gòu)BIM模型成模方式受計(jì)算機(jī)軟硬件水平和工程項(xiàng)目復(fù)雜程度的影響，因此需要根據(jù)不同工程的復(fù)雜程度和技術(shù)保障水平來確定采用何種成模方法。成模原則的提出是希望建立起結(jié)構(gòu)BIM模型在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)行方式與外部技術(shù)保障水平、項(xiàng)目復(fù)雜程度間的相互映射關(guān)系，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型本體文件進(jìn)行規(guī)范的存儲(chǔ)和交互。

3.1.4結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)保障原則

軟件開發(fā)和二次開發(fā)應(yīng)當(dāng)采用何種計(jì)算機(jī)工程方法學(xué)理論，將關(guān)系到結(jié)構(gòu)模型本體的精度和表達(dá)形式。中國有相當(dāng)一部分研究是針對(duì)BIM軟件開發(fā)的[18-20]，因此結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)方法學(xué)原則中應(yīng)當(dāng)包含有這個(gè)方向上的指導(dǎo)原則，可被定義為結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)保障原則（簡(jiǎn)稱保障原則）。技術(shù)保障水平衡量參數(shù)的取值是綜合考慮了BIM實(shí)施單位的軟件水平、計(jì)算機(jī)硬件水平和人員水平等因素后所共同確定的。設(shè)想如果后期在BIM發(fā)展的過程中能夠確定出技術(shù)保障水平衡量參數(shù)的取值方法，那么該參數(shù)即可以對(duì)企業(yè)的BIM實(shí)力進(jìn)行衡量并與企業(yè)資質(zhì)相掛鉤，這樣能夠規(guī)范對(duì)BIM技術(shù)實(shí)施過程的管理，以消除企業(yè)將BIM作為營銷手段的可能。

3.1.5結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)應(yīng)用管理原則

結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的價(jià)值體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)BIM模型的實(shí)際應(yīng)用中，不論采用何種建模方法，結(jié)構(gòu)BIM模型均是為實(shí)際工程服務(wù)的。如何規(guī)范構(gòu)建與使用結(jié)構(gòu)BIM模型，也是結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)作為一種方法向勞動(dòng)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的重要一步。筆者將這些方法稱為結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)應(yīng)用管理原則，其具體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)BIM模型使用方法[如建設(shè)工程全生命周期管理（BLM）][21-26]與相關(guān)規(guī)范[27-30]、法律的約束。

3.2結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)基本原則間的相互關(guān)系

3.2.1基本原則的外環(huán)境

除上述在結(jié)構(gòu)BIM的基本原則中所提及的結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)實(shí)施外部影響因素外，筆者認(rèn)為還存在2類直接的外部影響因素：經(jīng)濟(jì)可行性和結(jié)構(gòu)工程外部需求（簡(jiǎn)稱工程需求）。

考慮到經(jīng)濟(jì)可行性具有一定的不確定性和受多種不確定因素控制的特點(diǎn)，可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性是其影響因素的函數(shù)，能夠采用函數(shù)映射關(guān)系來衡量，筆者將此稱為結(jié)構(gòu)BIM經(jīng)濟(jì)控制函數(shù)，即

在結(jié)構(gòu)工程全生命周期以外的其他專業(yè)或工程不確定因素的影響條件下，外部環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型存在一定的信息需求。筆者采用工程需求函數(shù)這一函數(shù)映射關(guān)系來衡量外部環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的需求，即

3.2.2基本原則間的相互關(guān)系

基于泛函和復(fù)合函數(shù)的定義，并結(jié)合BIM技術(shù)基本原則和外環(huán)境的數(shù)學(xué)表達(dá)式，不難推廣得出模型精度是一確定的數(shù)值，但其受成模原則和外環(huán)境的控制，即模型精度與成模原則和外環(huán)境間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。成模原則是保障原則的函數(shù)，外部環(huán)境是其各自對(duì)應(yīng)變量的函數(shù)。因此，當(dāng)相應(yīng)的映射函數(shù)確定時(shí)，模型精度與其影響變量之間成復(fù)合函數(shù)關(guān)系；當(dāng)相應(yīng)的映射函數(shù)可變時(shí)，模型精度此時(shí)被認(rèn)定為函數(shù)的函數(shù)，故此時(shí)形成一種多變量泛函關(guān)系。

目前，筆者尚無法確定模型精度與外部影響函數(shù)間應(yīng)當(dāng)是何種映射關(guān)系，相關(guān)研究文獻(xiàn)中也沒有對(duì)此問題的回答。因此筆者列出了這2種可能的映射關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

4結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論的實(shí)踐意義

方法學(xué)理論是結(jié)構(gòu)工程過程、實(shí)踐和哲學(xué)的統(tǒng)一，貫穿于工程結(jié)構(gòu)全生命周期。結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論具有十分重要的意義，這是由于方法學(xué)理論為結(jié)構(gòu)這一復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)注入了紀(jì)律；方法學(xué)中定義了一些BIM產(chǎn)物，這些產(chǎn)物是整個(gè)BIM運(yùn)行過程中信息溝通的載體；方法學(xué)為BIM項(xiàng)目的進(jìn)度測(cè)量、風(fēng)險(xiǎn)管理與規(guī)范運(yùn)行定義了里程碑；方法學(xué)原則的數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)定量化實(shí)施的手段，其不僅能夠清晰反映各種影響因素間的相互關(guān)系，而且為未來結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)精確化操作打下了理論基礎(chǔ)。

目前，中國結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，在實(shí)際工程項(xiàng)目中，上述原則中的相關(guān)參量和函數(shù)映射關(guān)系并沒有規(guī)范化和精確的定量，但是嘗試應(yīng)用上述原則定性分析工程實(shí)例也能夠?qū)Y(jié)構(gòu)BIM項(xiàng)目的應(yīng)用狀況有一個(gè)大致的判斷。5結(jié)語

（1）本文所提出的結(jié)構(gòu)BIM方法學(xué)理論框架是從方法學(xué)（哲學(xué)）的角度對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)開展研究的大膽嘗試，解決了從業(yè)人員對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的使用目的、使用方法、研究內(nèi)容、研究方向模糊的問題。通過對(duì)所提出的方法學(xué)原則進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，為結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)定量化實(shí)施打下了基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)方法學(xué)理論的另一分支結(jié)構(gòu)BIM模型——科學(xué)調(diào)研的工具實(shí)質(zhì)上是基本原則的進(jìn)一步具體化，是對(duì)基本原則中相關(guān)映射函數(shù)具體形式的討論。

（2）BIM技術(shù)目前在中國尚處于摸索階段，本文從方法學(xué)理論的角度敘述了筆者對(duì)結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的思考。本文中所提出的相關(guān)理論難免有不足之處，將在后續(xù)的研究中不斷的改進(jìn)與完善，并通過扶持企業(yè)3D全BIM轉(zhuǎn)型落腳于實(shí)處，最終普遍推廣到工程實(shí)踐中。

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