基于內(nèi)容分析法的中、美、英三國BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究

(長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，長沙 410114)

1 引言

在我國，BIM技術(shù)經(jīng)過多年的探索，其應(yīng)用已經(jīng)初見成效，但是推廣和應(yīng)用過程中出現(xiàn)了很多亟需解決的問題，其中受到國內(nèi)外專家廣泛關(guān)注的是國內(nèi)外規(guī)范的差異和國內(nèi) BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺乏[1，2]。

在美國，BIM的應(yīng)用較為廣泛，成立各種BIM協(xié)會，編制基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的NBIMS，建立了較為完善的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系；英國發(fā)布目前最具實(shí)用性的AEC(UK)BIM標(biāo)準(zhǔn)，并取得了階段性成果。這些標(biāo)準(zhǔn)包括與BIM實(shí)施、項(xiàng)目交付和團(tuán)隊(duì)協(xié)作有關(guān)的重要知識和內(nèi)容體系。然而，其中包含的BIM知識很少從整體的角度進(jìn)行歸類，難以體現(xiàn)其預(yù)期用途和益處。在許多標(biāo)準(zhǔn)中，專業(yè)術(shù)語可以互換，也可以不加限制；有些標(biāo)準(zhǔn)的知識內(nèi)容常被標(biāo)題所掩蓋，難以直接識別。鑒于這種模糊性，需要對知識內(nèi)容進(jìn)行分類和分析，一方面，便于將注意力從潛在的無信息標(biāo)題轉(zhuǎn)移到其實(shí)際的知識成果上，另一方面，促進(jìn)BIM知識內(nèi)容分析、比較和進(jìn)一步發(fā)展。

2 基于內(nèi)容分析法的BIM標(biāo)準(zhǔn)研究流程

2.1 BIM標(biāo)準(zhǔn)的分類——BKC分類法

為便于獲取各種BIM標(biāo)準(zhǔn)的知識內(nèi)容并進(jìn)行比較和分析，本文引入BIM知識內(nèi)容(BIM Knowledge Content，簡稱BKC)分類[5]。BKC分類標(biāo)準(zhǔn)來源于Succar B構(gòu)建的BIM框架，將BIM知識內(nèi)容分類為三個知識內(nèi)容集群——指南，協(xié)議和要求：

(1)指南：描述性和可選的文件。闡明目標(biāo)，調(diào)查報告或簡化復(fù)雜的主題；沒有提供詳細(xì)的步驟來達(dá)到目標(biāo)或完成一項(xiàng)活動。

(2)協(xié)議：規(guī)定性和可選的文件。提供詳細(xì)的步驟或條件以達(dá)到目標(biāo)或提供可測量的結(jié)果。

(3)要求：由授權(quán)機(jī)構(gòu)規(guī)定和指定的文件。確定應(yīng)該交付什么，在某些情況下，如何、何時以及由誰交付[6，7]。

每個知識內(nèi)容集群都包括許多標(biāo)簽來識別和界定特定的知識類型。BKC分類法包括三個內(nèi)容集群和18個內(nèi)容標(biāo)簽[6]，本文在表1列出與選取的BIM標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的11個標(biāo)簽，并給出了BIM特定定義的概述。這些集群和標(biāo)簽可以幫助讀者“將閱讀和探討的焦點(diǎn)從潛在的無意義的文件標(biāo)題、句子片斷等轉(zhuǎn)移到實(shí)際的文件內(nèi)容，并使用這些內(nèi)容來推動信息搜索過程[8]”。另外，通過定義一個通用的詞匯來識別知識內(nèi)容[9]，BKC分類法能夠?qū)⒁粋€大范圍的不連貫的領(lǐng)域知識組織成有用、準(zhǔn)確和可信的結(jié)構(gòu)[10]。

表1 BKC分類法：三個內(nèi)容集群中的11個內(nèi)容標(biāo)簽

2.2 BIM標(biāo)準(zhǔn)的選取

BIM標(biāo)準(zhǔn)是由國家及地方政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)組織和行業(yè)協(xié)會編制發(fā)布的公開文件，面向廣泛的讀者，BIM標(biāo)準(zhǔn)包含廣泛的BIM知識，是BIM領(lǐng)域的一項(xiàng)重大努力。目前，全球范圍內(nèi)的BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量龐大，無法統(tǒng)計(jì)。本文受篇幅限制，為了進(jìn)行有針對性的分析，只選取具有代表性和影響力的標(biāo)準(zhǔn)。

作者對中、美、英三國正式發(fā)布的公開可用的BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢索和查閱，并對這近100部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和分析，從而對BIM標(biāo)準(zhǔn)有了大致了解。為了提高檢索結(jié)果的主題契合度，并保證標(biāo)準(zhǔn)中各數(shù)據(jù)的完整性與有效性，對上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐一選擇，去除適用范圍受限、研究主題不符的部分標(biāo)準(zhǔn)，最終選取有效標(biāo)準(zhǔn)61部，詳見表2。

2.3 BIM標(biāo)準(zhǔn)的分析——內(nèi)容分析法

內(nèi)容分析法以知識的內(nèi)容特征為對象，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ǚ治鲋R內(nèi)容，不僅獲得顯性知識內(nèi)容，更重要的去挖掘和歸納潛在的或隱含的知識[11]。內(nèi)容分析法的應(yīng)用建立在趨勢推理、共變推理、因果推理、趨勢比較、不同內(nèi)容群比較、內(nèi)容內(nèi)比較、有標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容比較等[12]。

本文將11個內(nèi)容標(biāo)簽應(yīng)用于所選取的BIM標(biāo)準(zhǔn)中，這些標(biāo)簽的分布見表2。表中分析的標(biāo)準(zhǔn)包括大量的專業(yè)BIM知識，覆蓋面和分布差異很大。

3 分析與啟示

3.1 中、美、英三國BIM知識內(nèi)容的簡要分析

3.1.1 英國

英國的BIM標(biāo)準(zhǔn)幾乎包含了所有的知識內(nèi)容標(biāo)簽。為了識別BIM長期發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，英國建筑業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)委員會 ( AEC ( UK) BIM Standard Committee)在特定BIM產(chǎn)品應(yīng)用中解釋和擴(kuò)展了通用標(biāo)準(zhǔn)中的一些概念，制定了AEC(UK)BIM標(biāo)準(zhǔn)(參見表2 UK03)，該標(biāo)準(zhǔn)作為指南文件下的G5標(biāo)簽，為英國的AEC企業(yè)從CAD過渡到BIM提供切實(shí)可行的戰(zhàn)略方案，例如，該如何命名模型、如何命名對象、單個組件的建模、與其他應(yīng)用程序或?qū)I(yè)的數(shù)據(jù)交換等[13]。根據(jù)政府建設(shè)戰(zhàn)略2011-2015(參見表2 UK01)確定的三個主要里程碑(稱為成熟度水平)，英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(British Standards Institution，BSI)制定了BIM標(biāo)準(zhǔn)路線圖，并定義了0-3級的BIM成熟度水平：0級(基于2D CAD而沒有統(tǒng)一管理)，1級(基于2D /3D CAD文件的協(xié)作)，2級(基于BIM文件的協(xié)作)和3級(完全開放和集成的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)環(huán)境)。為了支持2級成熟度水平的實(shí)施，英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(BSI)發(fā)布了“BS 1192”(參見表2 UK10-UK16)，該系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立了管理施工信息的生產(chǎn)、分配和質(zhì)量的方法。由P4標(biāo)簽的定義可以看出，這是一組用于定義或判斷產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，隨著時間的推移，可能成為服務(wù)或交付標(biāo)準(zhǔn)。然而，盡管這些標(biāo)準(zhǔn)中的大多數(shù)都是近幾年發(fā)布實(shí)行，但有許多類似的可交付成果和很多重復(fù)的工作(參見表2)。

表2 來自中、英、美三個國家的重要BIM標(biāo)準(zhǔn)及對應(yīng)標(biāo)簽

編號名稱發(fā)布機(jī)構(gòu)及時間對應(yīng)內(nèi)容標(biāo)簽US16北美BIM的商業(yè)價值:多年趨勢分析和用戶評級(2007-2012)McGraw-Hill Construction 2012G1、G4US17BIM指南NYCDDC 2012P1;M1、M2US18設(shè)施業(yè)主規(guī)劃指南-版本1.0賓州州立大學(xué)2012G3;M2US19USACE BIM最小建模矩陣(M3)V1.0USACE 2012P1US20國家BIM標(biāo)準(zhǔn)-美國TM版本2NIBS 2013G3、G5;P1、P3、P4US21信息交流項(xiàng)目USACE 2013US22COBie指南:對NBIMSUS COBie標(biāo)準(zhǔn)的評論East, B.,& Carrasquillo-Man-gual,M. 2013US23國家BIM標(biāo)準(zhǔn)-美國TM版本3NIBS 2016G3、G5;P1、P3、P4US24美國國家BIM指南———業(yè)主篇-NIBS 2017G3CN01中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)CBIMS框架清華大學(xué)BIM課題組2010G2CN02建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2017G3CN03建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2018P1、P3、P4CN04建筑工程信息模型存儲標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 審批中P1、P3、P4CN05建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 審批中P1、P3、P4;M2CN06制造工業(yè)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 審批中P1、P3、P4;M2CN07建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2018P1、P3、P4;M2CN08中國市政行業(yè)BIM實(shí)施指南中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會市政工程設(shè)計(jì)分會2015P1、P3、P4;M2CN09建筑機(jī)電工程BIM構(gòu)件庫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中國安裝協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)工作委員會2015P1、P3、P4;M2CN10建筑裝飾裝修工程BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)中國建筑裝飾協(xié)會2016P1、P3、P4;M2備注:UK指英國;US指美國;CN指中國

3.1.2 美國

美國的BIM標(biāo)準(zhǔn)在三個內(nèi)容集群均勻分布。其中，美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)NBIMS已更新發(fā)布了三個版本(參見表2 US06、US20、US23)，覆蓋了與BIM實(shí)施和協(xié)作相關(guān)的大多數(shù)主題，并且包括用于性能評估的BIM能力成熟度模型，其知識內(nèi)容涵蓋了指南集群下的G3、G5以及協(xié)議集群下的P1、P3、P4標(biāo)簽等，具有更全面的觀點(diǎn)，是一部完整的BIM指導(dǎo)性和規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)[14]，可以作為其他機(jī)構(gòu)的參考文件。第二版以經(jīng) ISO認(rèn)證的IFC、XML、Omniclass、IFD等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為參考，對第二部分的規(guī)定進(jìn)行重新編撰，進(jìn)行大幅的修改與補(bǔ)充材料以及架構(gòu)重組而成。其中的信息交換標(biāo)準(zhǔn)包含了COBie、空間規(guī)劃復(fù)核、能耗分析、工程量和成本分析等[4]；指南和應(yīng)用指的是最小BIM、BIM項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃與內(nèi)容指南等，大部分國家目前也是處于指南和應(yīng)用層面[15]。2016年發(fā)布的第三版擴(kuò)展內(nèi)容包括信息交換、參考標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐案例和詞匯表/術(shù)語表[3]?？v觀表2可以發(fā)現(xiàn)，美國的標(biāo)準(zhǔn)中一些知識內(nèi)容非常類似，例如行業(yè)機(jī)構(gòu)(參見表2 US02、US07和US08)和地方政府(參見表2US08和US17)的部分重復(fù)。其另一個重要特征是涵蓋所有項(xiàng)目生命周期階段(參見表2 US10和US11)的工作流程和程序的可用性。此外，美國的標(biāo)準(zhǔn)包含了由政府機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)發(fā)布的大量要求(如合同模板和采購要求等)。這些要求清楚地表明這些機(jī)構(gòu)在推動全行業(yè)應(yīng)用BIM方面發(fā)揮的主導(dǎo)作用，例如，為制定一套覆蓋所有領(lǐng)域的信息交換規(guī)范(例如表2 US21)，有利于整個項(xiàng)目生命周期的數(shù)據(jù)采集。

3.1.3 中國

我國的BIM標(biāo)準(zhǔn)對BIM實(shí)施的具體流程以及精細(xì)度要求等做了詳細(xì)說明(參見表2 CN02-CN07)，但在案例研究、合同、分類的數(shù)量卻驚人地低。在三個內(nèi)容集群中的分布不平均，是我國行業(yè)利益相關(guān)者面臨的一個根本性挑戰(zhàn)。

3.2 BIM知識內(nèi)容在各國的比較

BKC分類標(biāo)準(zhǔn)允許在不同標(biāo)準(zhǔn)之間以及不同國家之間進(jìn)行比較。作為分層分類，這三個具有不同特性的標(biāo)簽集群提供了對每個國家BIM領(lǐng)域的深入了解。圖1對中、美、英三國的BIM標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容標(biāo)簽的數(shù)量和分布進(jìn)行了初步可視化分析，特別強(qiáng)調(diào)了與中、英相比，美國制定了大量相關(guān)要求。它還突出了美國的均衡分布與中國跨集群的不均衡分布之間的差異，甚至缺乏具體集群內(nèi)的知識內(nèi)容。圖1初步表示了如何使用BKC分類法來分析和比較不同國家的知識可交付成果。

圖1 中、美、英三國指南，協(xié)議和要求的分布

3.3 美、英兩國BIM標(biāo)準(zhǔn)對我國的啟示

盡管我國針對BIM應(yīng)用推廣做了很多努力，國家級BIM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量已達(dá)數(shù)十部之多，但體系仍不夠健全，對于BIM技術(shù)的審查、管理等標(biāo)準(zhǔn)遲遲未推出，技術(shù)數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)存在大量空白。而且，BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到工程建設(shè)項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)、虛擬施工、運(yùn)維管理及全生命周期，應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)建筑業(yè)拓寬到管線綜合、城市軌道交通等城市基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，然而這方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并沒有跟進(jìn)?？傮w來看，BIM標(biāo)準(zhǔn)的體系性存在缺陷，一方面表現(xiàn)在地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容重復(fù)性嚴(yán)重，目前關(guān)于BIM 技術(shù)的應(yīng)用指南就有上海、深圳等多座城市自行編制，且主要集中于BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)的介紹，內(nèi)容重復(fù)，造成大量行政及學(xué)術(shù)研究成本浪費(fèi)；另一方面，標(biāo)準(zhǔn)體系的研究過于分散，標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)責(zé)定義不清，地方標(biāo)準(zhǔn)往往不明確應(yīng)該負(fù)責(zé)哪塊內(nèi)容，也不了解哪塊內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)存在缺失。相較而言，美、英兩國BIM標(biāo)準(zhǔn)體系更完善，覆蓋面更廣，內(nèi)容更細(xì)化，政策導(dǎo)向更清晰明確，相關(guān)行業(yè)機(jī)構(gòu)的支持力度更大，雖然依舊存在一些技術(shù)問題及一定程度的實(shí)施難度，但仍值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

目前我國的BIM標(biāo)準(zhǔn)還在不斷修訂完善中，這是一個循序漸進(jìn)的過程。雖然我國的BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作落后于美、英兩國，但是只要我們把握好國內(nèi)BIM應(yīng)用的大好形勢，腳踏實(shí)地地積累BIM項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并虛心研究國外優(yōu)秀成熟的標(biāo)準(zhǔn)，就能在BIM領(lǐng)域有所收獲。制訂工作應(yīng)該自上而下，根據(jù)國家、市場、行業(yè)、企業(yè)內(nèi)部等的要求制訂所有項(xiàng)目參與主體可共同遵循的、貫穿于整個項(xiàng)目全生命周期的BIM標(biāo)準(zhǔn)，既要確保各行業(yè)間的統(tǒng)籌性和戰(zhàn)略性，又要力求務(wù)實(shí)、細(xì)致。

4 結(jié)語

BIM標(biāo)準(zhǔn)包含大量的知識領(lǐng)域。通過組織這些標(biāo)準(zhǔn)的知識內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的比較分析和知識缺口識別。我國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與國外發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)仍存在較大差距，需要持續(xù)地完善及修正。本文對中、美、英三國的61部BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用BKC分類法進(jìn)行分類分析，并深層次地了解其知識內(nèi)容的可用性及其分布。未來的研究可以通過考慮更加細(xì)化的標(biāo)簽來擴(kuò)展內(nèi)容分類，還可以開發(fā)一個在線數(shù)據(jù)庫，以進(jìn)一步組織領(lǐng)域知識，并使擴(kuò)展的研究成果得到有效維護(hù)、管理和訪問。來自其他國家的BIM標(biāo)準(zhǔn)也可以進(jìn)行分析和比較，以提供對現(xiàn)有知識內(nèi)容的更廣泛和更加結(jié)構(gòu)化的理解，減少整個行業(yè)的重復(fù)工作并促進(jìn)BIM的應(yīng)用。