基于大數(shù)據(jù)的BIM技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展策略研究

李井竹　王仲英

【摘要】隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，建筑業(yè)大數(shù)據(jù)海量產(chǎn)生，BIM技術(shù)與信息技術(shù)的深度集成應(yīng)用日趨廣泛。文章研究了大數(shù)據(jù)的特點與建筑業(yè)數(shù)據(jù)信息標(biāo)。準(zhǔn)通過分析BIM技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀與存在的問題，提出了在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，為加強行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、構(gòu)建BIM協(xié)同平臺等方面的發(fā)展策略。

【關(guān)鍵字】大數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)分析 BIM技術(shù) 應(yīng)用策略

1引言

BIM技術(shù)是建筑業(yè)信息化的基礎(chǔ)，是建筑工程項目可視化、數(shù)字化的表達(dá)，是集成建筑工程全生命周期中的數(shù)據(jù)，能夠在項目的創(chuàng)建、管理、應(yīng)用與共享等方面，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的信息交流與共享。

2大數(shù)據(jù)與建筑業(yè)數(shù)據(jù)

2.1大數(shù)據(jù)的特點

根據(jù)IDC國際數(shù)據(jù)公司檢測，各行業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大約每兩年翻一番，呈指數(shù)級增長態(tài)勢，2020年全球數(shù)量將達(dá)到35ZB，人類社會已經(jīng)邁進大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)的特點可用4個V表達(dá)，既總量大（Volume）、多樣性（Variety）、時效性（Velocity）和價值大（Value）。前三個特征是從數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)處理要求來對大數(shù)據(jù)進行描述的，但數(shù)據(jù)積累和應(yīng)用的最終目的是要產(chǎn)生價值。通過數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘，將數(shù)據(jù)中反映出來的規(guī)律進行歸納總結(jié)，形成知識，進而從大數(shù)據(jù)中識別有用的信息，從而創(chuàng)造價值。數(shù)據(jù)的生成和收集是大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)挖掘得到的信息與知識是大數(shù)據(jù)的價值所在。

2.2建筑業(yè)數(shù)據(jù)

建筑業(yè)是一項復(fù)雜科學(xué)管理，管理過程中將產(chǎn)生巨大的信息量。建筑業(yè)包括普通民用建筑、工業(yè)建筑、道路、橋梁等設(shè)計、施工和維護。建筑設(shè)計階段的分析、建模、計算和繪圖;施工階段的進度控制、造價控制和質(zhì)量控制;完工運營階段對建筑的監(jiān)控、維護等都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。建筑物中也包含著各種各樣的信息，建筑的結(jié)構(gòu)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等各種資源供給和環(huán)境營造等產(chǎn)生了復(fù)雜的數(shù)據(jù)。建筑業(yè)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)總量大、數(shù)據(jù)收集難、數(shù)據(jù)交互性強、數(shù)據(jù)時效性高等特點，提高了數(shù)據(jù)后期處理分析的難度。

BIM的發(fā)展離不開大數(shù)據(jù)的支持，將建筑業(yè)數(shù)據(jù)信息進行全生命周期的建模、項目管理和數(shù)據(jù)集成，進行建筑業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘，形成以軟件為載體的建筑信息的共享和協(xié)作平臺。推進基于BIM的數(shù)值模擬、空間分析和可視化表達(dá)，研究構(gòu)建工程信息數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)工程信息的有效傳遞和共享。

2.3建筑信息模型BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

BIM模型采用IFC體系作為共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用參數(shù)化建模技術(shù)，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的一致性、關(guān)聯(lián)性、及時性和共享性。IFC是由國際組織IAI（International Aliance for Interoperability國際互用聯(lián)盟）制定的開放性國際標(biāo)準(zhǔn)，是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。定義了建筑業(yè)項目全生命周期中的相關(guān)的實體、過程和關(guān)系等，使建筑業(yè)的信息能夠以數(shù)據(jù)的形式存在于基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的模型中。

IDM（Infornation Delivery Manual信息交付手冊）標(biāo)準(zhǔn)和MVD（Model View Definitions模型視圖定義）是對信息的交互過程進行規(guī)范化定義，將交互的信息內(nèi)容、過程和參與者等進行規(guī)定，將所需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容進行有效的利用。IDM標(biāo)準(zhǔn)是以自然語言定義從BIM模型中交換出來的信息。MVD標(biāo)準(zhǔn)則是將此信息交換過程與IFC標(biāo)準(zhǔn)相映射，變成計算機能夠讀懂的定義。

IFD庫作為IFC標(biāo)準(zhǔn)的補充內(nèi)容，通過給所有概念分配GUID的方式來使計算機能夠準(zhǔn)確地識別這些人類語言定義的信息。庫中的術(shù)語和屬性都擁有GUID且與IFC標(biāo)準(zhǔn)相映射。

IFC、IDM/MVD和IFD是建筑信息模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，這三方面的綜合應(yīng)用給BIM模型提供了最基本的數(shù)據(jù)環(huán)境。建模的數(shù)據(jù)由IFC標(biāo)準(zhǔn)格式進行儲存，IFD庫對IFC標(biāo)準(zhǔn)進行補充，更加細(xì)致的用GUID標(biāo)識建筑業(yè)中的各種概念。IDM/MVD對應(yīng)用BIM模型的各項目參與方之間不同的信息交換需求進行了語義定義，并通過與IFC標(biāo)準(zhǔn)的映射來讓計算機能夠識別并處理這些信息交換需求。

3數(shù)據(jù)分析在BIM應(yīng)用中的現(xiàn)狀與問題

3.1BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，我國建筑業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展迅猛，在建筑工程的設(shè)計階段、施工階段、運維階段等得到廣泛應(yīng)用。“十三五”時期，建筑業(yè)信息化建設(shè)不斷深入，基于BIM的信息化集成應(yīng)用環(huán)境是發(fā)展趨勢。

建筑設(shè)計企業(yè)的BIM技術(shù)主要應(yīng)用于方案設(shè)計、施工圖、設(shè)計協(xié)同等。利用BIM技術(shù)建立三維環(huán)境仿真模型，生成3D圖紙、配置文件等，對現(xiàn)場環(huán)境進行針對性分析，對設(shè)計方案進行比較，對空氣循環(huán)、材料、排水等建材材料模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，對預(yù)算成本進行控制等。施工企業(yè)的BIM技術(shù)主要應(yīng)用在于碰撞檢查、模擬施工、三維渲染、有效協(xié)同、宣傳展示等方面。在工程建設(shè)進度、質(zhì)量及成本管理等應(yīng)用中的也發(fā)揮著作用，提高了工程管理成效，全方位提升工程建設(shè)的綜合效益。運維企業(yè)在運維階段應(yīng)用主要體現(xiàn)在信息管理、維護管理、節(jié)能減排管理等方面。

2019年，中國建筑業(yè)協(xié)會對全國31個省市回收到的868份BIM用戶有效問卷進行調(diào)研。從BIM應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用重點、發(fā)展趨勢、應(yīng)用方法與應(yīng)用價值等多個視角分析了2019年建筑業(yè)企業(yè)BIM應(yīng)用情況。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2019年與2017年相比，BIM應(yīng)用超過3年的企業(yè)從22.7%大幅提升到50.12%。項目數(shù)量在10個以上的企業(yè)從16.9%提高到33.07%，占比提升了近一倍。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，企業(yè)層面有清晰BIM目標(biāo)規(guī)劃的與BIM技術(shù)應(yīng)用年限、應(yīng)用項目數(shù)量有關(guān)?，F(xiàn)階段，建立BIM組織的達(dá)58%，在技術(shù)、商務(wù)、生產(chǎn)等方面的業(yè)務(wù)均有覆蓋。在技術(shù)管理中的方案模擬、碰撞檢查、圖紙會審和交底等較為成熟的業(yè)務(wù)應(yīng)用率超過50%。

3.2存在的問題

我國建筑業(yè)企業(yè)的BIM應(yīng)用環(huán)境已初步成熟，為企業(yè)管理和生產(chǎn)方式變革提供了工具和手段。但我國BIM總體應(yīng)用水平不高，仍面臨著諸多瓶頸。當(dāng)前主要存在著以下三方面問題：

①標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：BIM數(shù)據(jù)維度復(fù)雜，要求具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)。但在我國，一是數(shù)據(jù)孤島普遍存在，數(shù)據(jù)交換難，建筑法規(guī)不統(tǒng)一，存在多樣性;二是在不同省市地區(qū)，建筑業(yè)的行業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，存在行業(yè)壁壘;三是大數(shù)據(jù)綜合分析、智能分析等技術(shù)尚未形成較為完整的技術(shù)體系;四是我國建筑工程缺少細(xì)分專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，IFC體系國際數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也沒有在我國有效地應(yīng)用和推廣。

②人才短缺：人是BIM應(yīng)用的關(guān)鍵。首先是在企業(yè)內(nèi)部，BIM技術(shù)人員具有BIM理念，且掌握BIM工具的復(fù)合型BIM人才較為缺乏，不能夠制訂科學(xué)合理的BIM應(yīng)用規(guī)劃和方案，阻礙了BIM技術(shù)在實際應(yīng)用中的發(fā)展和推廣。其次是高校對BIM人才的培養(yǎng)滯后。高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)、策略、路徑等與市場需求存在差距，師資力量缺乏、相關(guān)課程開設(shè)不足等現(xiàn)實情況，造成了新生力量掌握BIM技術(shù)的整體水平不高。

③協(xié)同平臺應(yīng)用不普及：狹義的BIM是解決項目施工過程中的技術(shù)問題，是一項工程技術(shù)。廣義的BIM包括建筑信息模型、通訊、云數(shù)據(jù)等，是一項管理技術(shù)，用于提升管理能力為目標(biāo)，增強企業(yè)核心競爭力。現(xiàn)階段，我國BIM的專項應(yīng)用多，集成應(yīng)用少，尤其是與項目管理系統(tǒng)相結(jié)合的集成化、協(xié)同化應(yīng)用更少。BIM存在管理不統(tǒng)一、軟件開發(fā)不完備、集成度不高等問題，缺乏面向用戶系統(tǒng)的、協(xié)同的BIM信息化應(yīng)用平臺。

4大數(shù)據(jù)環(huán)境下BIM的發(fā)展策略

4.1加強行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定

BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)等是規(guī)范行業(yè)信息資源，促進信息的共享和整合，實現(xiàn)BIM技術(shù)與項目管理相融合的保障。

近年來，國家非常重視建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。住建部在2012年開始制訂工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各地方政府相繼出臺了關(guān)于BIM應(yīng)用的各類政策推動和指導(dǎo)性文件。2016年住建部發(fā)布《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》。2019年的《建筑信息模型設(shè)計交付標(biāo)準(zhǔn)》《建筑工程設(shè)計信息模型制圖標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》三項BIM領(lǐng)域內(nèi)重要國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，有力地推動了BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用，促進了我國智能建筑業(yè)的發(fā)展。

BIM標(biāo)準(zhǔn)體系不僅需要國家標(biāo)準(zhǔn)的支持，還需要企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有效地配合。與國家標(biāo)準(zhǔn)相比，BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)擔(dān)任著落地實施的任務(wù)。國內(nèi)BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定更要合理地借鑒國外BIM標(biāo)準(zhǔn)，確保標(biāo)準(zhǔn)體系的完整性，從而提高建筑工程整體水平。

4.2提高人才培養(yǎng)質(zhì)量

一是建筑行業(yè)企業(yè)大力投入，按需培養(yǎng)人才。在項目實踐中不僅要培養(yǎng)掌握BIM技術(shù)的人，更應(yīng)該注重培養(yǎng)具有BIM理念，掌握BIM方法熟練操作技術(shù)的BIM復(fù)合型人才。結(jié)合崗位和業(yè)務(wù)領(lǐng)域需求，構(gòu)建合理的BIM人才結(jié)構(gòu)體系。

二是高等院校做到適應(yīng)社會需要，強化校企協(xié)同，培養(yǎng)BIM人才。充分調(diào)研行業(yè)企業(yè)對BIM人才的需求，及時調(diào)整專業(yè)人才培養(yǎng)方案，加大師資培養(yǎng)力度。通過鼓勵學(xué)生參加專業(yè)認(rèn)證等方式，促進學(xué)生系統(tǒng)掌握BIM技術(shù)，提升能力水平，為社會培養(yǎng)BIM技術(shù)生力軍。

（3）構(gòu)建BIM協(xié)同平臺

在BIM協(xié)同平臺上，橫向收集建設(shè)項目全生命周期的信息，縱向與項目和崗位的BIM應(yīng)用相集成。運用系統(tǒng)的觀點、方法和理論，在統(tǒng)一的平臺下，開展組織、協(xié)調(diào)、控制等活動，產(chǎn)生數(shù)據(jù)，獲取信息，進行經(jīng)營管理與決策，構(gòu)建多方共贏，形成協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)平臺。

2015年住建部在《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》中明確提出，到2020年末，建筑行業(yè)甲級勘察、設(shè)計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用。2019年住建部批準(zhǔn)《工程建設(shè)項目業(yè)務(wù)協(xié)同平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》為行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在政策層面上，為協(xié)同平臺的應(yīng)用定下了指導(dǎo)性目標(biāo)。在國家對BIM行業(yè)的大力推動下，系統(tǒng)化、協(xié)同化的BIM平臺將有力促進項目全生命周期升級，驅(qū)動管理模式的創(chuàng)新，實現(xiàn)企業(yè)科學(xué)決策，引領(lǐng)建筑業(yè)智慧化運行與發(fā)展。

5小結(jié)

BIM與大數(shù)據(jù)的融合推動了建筑業(yè)技術(shù)水平的不斷提升。以BIM為核心，隨著移動應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)的引入，建筑行業(yè)信息化的深度集成與應(yīng)用，對提高協(xié)同工作效率，實現(xiàn)項目精細(xì)化管理具有重要的推動作用。這是開創(chuàng)智慧建筑時代的關(guān)鍵所在，這也是未來BIM的重要發(fā)展方向。