BIM在建筑業的位置、評價體系及可能應用

何關培

(香港優比創新科技有限公司)

1 前言

在經過 21世紀第一個 10年的發展以后,BIM(Building Information Modeling-建筑信息模型)對于工程建設行業的從業者們來說早已經不再是一個陌生的名詞了。如何把 BIM在建設項目的設計、施工、運營整個生命周期中使用起來以提升項目質量、縮短項目周期和控制項目造價的課題擺到了越來越多的同行面前。

要在建設項目中實現 BIM的價值,我們首先面臨的是這樣一些問題:到底什么是 BIM?BIM將給工程建設行業帶來什么樣的變化?應該如何在一個建設項目中使用 BIM?BIM和目前普及使用的CAD、可視化、CAE、GIS等技術是什么關系?BIM對項目不同參與方如業主、設計師、總包商、分包商、供貨商、運營商的工作有些什么影響?

普遍接受的 BIM定義來自于美國建筑科學院(NIBS-National Institute of Building Science)的美國BIM標準(NBIMS-National Building Information Modeling Standard)-“a digital representation of physical and functional characteristics of a facility…and a shared Knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle;defined as existing from earliest conception to demolition.”

這個定義非常簡練,可擴展性和可持續性也非常強,主要有下面幾層意思:

? BIM是一個設施(建設項目)的數字表達和可以分享的知識資源;

?內容既包括設施的物理信息也包括設施的功能信息;

?目的是為各種各樣的決策提供一個可靠的基礎;

?時間是從設施的概念產生到拆除的整個生命周期。

看了這個 BIM定義(包括其他不同的定義),有兩個信息是非常明確的:首先是 BIM的內涵非常豐富,能干的事情非常多;其次是對 BIM的深入理解并沒有真正的幫助。這個問題在 20多年前開始的工程建設行業從手工繪圖到 CAD繪圖的轉變過程中并沒有碰到。

BIM和目前已經普遍使用的 CAD有一個非常本質的區別,CAD只改變了成果交付的工具,并沒有改變成果交付的內容 -圖紙;而 BIM恰恰相反,不僅僅改變了工具,比改變工具更重要地是 BIM改變了成果交付的內容,從而也必將逐步改變成果交付的方法和流程。BIM的理解和實施困難的根本原因正是在這里。

圖1 建筑業信息化發展現狀示意圖

本文試圖通過從 BIM在工程建設行業的位置、如何判斷某個項目用的技術是 BIM或不是 BIM、BIM有哪些可能的應用等幾個方面給業內同行一個比較完整的 BIM概念。

2 BIM在建筑業的位置

BIM在工程建設行業的信息化技術中并不是一個孤立的存在,大家耳熟能詳的就有 CAD、可視化、CAE、GIS等,那么 BIM在建筑業到底處在一個什么位置呢?

奧美創始人大衛.奧格威認為決定一個廣告好壞的關鍵因素就兩個字:定位,對于 BIM的討論也是同一個道理。

當 BIM作為一個專有名詞進入工程建設行業的第一個十年到來的時候,其知名度正在呈現爆炸式的擴大,但對什么是 BIM的認識卻也是林林總總,五花八門。

在眾多對 BIM的認識中,有兩個極端尤為引人注目。其一是把 BIM等同于某一個軟件產品,例如BIM就是 Revit或者 ArchiCAD;其二是認為 BIM應該囊括跟建設項目有關的所有信息,包括合同、人事、財務信息等。

要弄清楚什么是 BIM,首先必須弄清楚 BIM的定位,那么 BIM在建筑業究竟處于一個什么樣的位置呢?

建設部信息化專家李云貴先生對我國建筑業信息化的歷史歸納為每十年解決一個問題:

? 六五 -七五(1981-1990):解決以結構計算為主要內容的工程計算問題(CAE);

? 八五 -九五(1991-2000):解決計算機輔助繪圖問題(CAD);

? 十五 -十一五(2001-2010):解決計算機輔助管理問題,包括電子政務(e-government)、電子商務(e-business)、企業信息化(ERP)等。

十一五結束以后的建筑業信息化情況可以簡單地用圖1來表示。

用一句話來概括就是:縱向打通了,橫向沒打通。從宏觀層面來看,技術信息化和管理信息化之間沒關聯;從微觀層面來看,CAD和 CAE之間也沒有關聯。

換一個角度也就是,接下來建筑業信息化的重點應該是打通橫向。而打通橫向的基礎來自于建筑業所有工作的聚焦點就是建設項目本身,不用說所有技術信息化的工作都是圍繞項目信息展開的,即使管理信息化的所有工作同樣也是圍繞項目信息展開的,是為了項目的建設和營運服務的。

就目前的行業發展趨勢分析,BIM作為建設項目信息的承載體,作為我國建筑業信息化下一個十年橫向打通的核心技術和方法之一已經沒有太大爭議。

基于對我國建筑業信息化發展和 BIM技術的理解,我們可以用圖2來描述 BIM在建筑業的位置。

現代化、工業化、信息化是我國建筑業發展的三個方向,建筑業信息化可以劃分為技術信息化和管理信息化兩大部分,技術信息化的核心內容是建設項目生命周期管理(BLM-Building Lifecycle Management),企業管理信息化的核心內容是企業資源計劃(ERP-Enterprise Resource Planning)。

圖2 BIM在建筑業的位置

如前所述,不管是技術信息化還是管理信息化,建筑業的工作主體是建設項目本身,因此,沒有項目信息的有效集成,管理信息化的效益也很難實現。

技術信息化可以劃分為 BIM(Building In formation Modeling建筑信息模型)和 PIM(Project Information Management項目信息管理)兩個部分,其中BIM的主要角色是創建信息,PIM的主要角色是使用信息(也有人把建筑業信息化的過程分為創建、管理、分享三個層次,但作者認為管理、分享只是手段,最終是為使用服務的)。因此可以形象地把BIM的目的歸納為做對圖(信息),把 PIM的目的歸納為用對圖(信息)。

BIM通過其承載的工程項目信息把創建信息(做對圖)的其他技術信息化方法如 CAD/CAE等集成了起來,從而成為了技術信息化的核心或者說技術信息化橫向打通的橋梁。

我們可以這樣預計中國建筑業信息化的未來十年:

? 十二五 -十三五(2011-2020):BIM

3 什么是 BIM,什么不是 BIM?

BIM技術在工程設計中日異得到廣泛應用,受到廣大工程設計人員的密切關注。那末,該項技術的應用,人們自然而然地就會產生,如何對其應用情況的評價問題。這在 CAD剛剛開始應用的年代,類似的問題也常常擺在我們面前。例如,一張只用CAD畫了軸網,其余還是手工畫的圖紙能稱得上是一張 CAD圖嗎?顯然不能;那么一張用 CAD畫了所有線條,而用手工涂色塊和根據校審意見進行修改的圖是一張 CAD圖嗎?答案就應該為“是”了。

答案看似非此即彼,但答案的得出也會有一些難以說清的情況。但總體來看,判斷 CAD的難度不大,甚至可以用一個百分比來把這件事情講清楚,即這是一張百分之多少的 CAD圖。

同樣一件事情,對 BIM來說,難度就要大得多。事實上目前有不少關于某個軟件產品是不是 BIM軟件、某個項目的做法屬不屬于 BIM范疇的爭論和探討一直在發生和繼續著。

那么如何判斷一個產品或者項目是否可以稱得上是一個 BIM產品或者 BIM項目,如果兩個產品或項目比較起來,如何區分哪一個的 BIM程度更高或能力更強呢?

3.1 BIM能力成熟度模型

美國國家 BIM標準(National Building Information Modeling Standard-以下簡稱 NBIMS)提供了一套以項目生命周期信息交換和使用為核心的可以量化的 BIM評價體系,叫做 BIM能力成熟度模型(BIM Capability Maturity Model-以 下 簡 稱 BIM CMM),如圖3所示。

橫軸是對 BIM方法和過程進行量化評價的 11個要素,縱軸把每個要素劃分成 10級不同的成熟度,其中 1級表示最不成熟,10級表示最成熟。例如第8個要素的圖形信息(Graphic In formation),第1級為“純粹文字,沒有圖形”,第10級為 “nD-加入時間成本等”。

3.2 BIM CMM計分表

BIM CMM采用百分制計分,當確定了上述 11個要素的權重系數以后,計分表也就確定了。見圖4。

圖4 BIM CM M計分表

例如,第一個要素數據豐富性(Data Richness)的最高分為 8.4分,最低分為 0.84分,當數據豐富性處在第5級成熟度的時候,這個要素得分為4.2分。

3.3 BIM CMM計分舉例

當我們對于某一個被評測對象的 11個要素選擇了各自的成熟級別以后,分別從上述計分表中找出對應的分數,累加以后就可以得到這個對象的BIM得分。

下面的例子我們分別選擇 11個要素的成熟級別如表1。

表1 某評測案例的各評測要素成熟級別的選擇

這樣就得出這個評測對象的得分為 19.2分。根據 NBIMS的規定,2009年最低標準的 BIM為 40分(也就是說這個例子沒有達到 BIM的最低標準),50分為通過 BIM認證,70分銀牌 BIM,80分金牌BIM,90分白金 BIM,本案例離通過 BIM認證還差30.9分。如圖5所示。

圖5 評測案例的得分統計及評價

3.4 關注區域圖

根據上述評分案例,還可以得到關注區域圖,見圖6。每一個要素的成熟度情況和改進方向一目了然。

圖6 評測案例的成熟度關注區域圖

3.5 對我國 BIM發展的借鑒意義

盡管 NBIMS的 BIM能力成熟度模型本身也還處于不斷發展的過程當中,而且對于要素種類、權重和數量的確定,成熟度各個級別的定義和總級別數量的確定,以及總體 BIM成熟度的分級條件等都還有不少可以商榷的地方,而且我國工程建設行業的實際情況跟美國相比也存在著各種各樣的差異,完全按照這套模式對中國的 BIM技術應用的過程、方法、產品、項目進行評價也肯定會有一定的不適合甚至不合理的情況,但是總體來說使用這套模式對我們目前進行的 BIM工作進行評價已經具有非常實際的參考意義了。

備注:封面、封底圖由 ArchiCAD建筑軟件完成。

筆者認為這套工作方法對我國的 BIM發展至少有如下兩點非常直接有效的借鑒意義:

◆使用其它行業已經非常成熟的能力成熟度模型(CMM)來建立 BIM評價體系,可以充分利用前人和其它行業的工作成果,也有利于應用推廣。

◆評價體系(包括標準)和 BIM本身一起逐步發展和逐步完善,互相促進的同時互為制約,讓業內人士既有章可循又不固步自封,而不是等到 BIM應用成熟了再來制定標準。

4 BIM有些什么可能的應用?

美國 bSa(buildingSMART alliance)的“BIM Project Execution Planning Guide Version 1.0-BIM項目實施規劃指南 1.0版”在對目前美國 AEC領域的BIM使用情況進行調查研究的基礎上總結了目前BIM的 25種不同應用如圖7所示。

圖7 美國AEC領域的BIM技術應用

上述 BIM應用按照建設項目從規劃、設計、施工到運營的發展階段按時間組織,有些應用跨越一個到多個階段(例如 3D協調),有些應用則局限在某一個階段內(例如結構分析)。

一個建設項目的 BIM實施不需要、不可能也不必要把上述所有的 BIM應用都用上,而是根據項目的特點和團隊的特點選擇合適的 BIM應用。下面具體介紹 BIM應用選擇的過程。

4.1 定義建設項目的 BIM目標

在具體選擇某個建設項目要實施的 BIM應用以前,首先要為項目確定 BIM目標,這些 BIM目標必須是具體的、可衡量的,以及能夠促進建設項目的規劃、設計、施工和運營成功進行的。

BIM目標可以分為兩種類型,第一類跟項目的整體表現有關,包括縮短項目工期、降低工程造價、提升項目質量等,例如關于提升質量的目標包括通過能量模型的快速模擬得到一個能源效率更高的設計、通過系統的 3D協調得到一個安裝質量更高的設計、開發一個精確的記錄模型改善運營模型建立的質量等。

第二類跟具體任務的效率有關,包括利用 BIM模型更高效地繪制施工圖、通過自動工程量統計更快做出工程預算、減少在物業運營系統中輸入信息的時間等。

有些 BIM目標對應于某一個 BIM應用,也有一些 BIM目標可能需要若干個 BIM應用來幫助完成。在定義 BIM目標的過程中優先級表示某個 BIM目標對該建設項目設計、施工、運營成功的重要性。表2是一個建設項目定義 BIM目標的案例:

表2 建設項目定義BIM目標案例

4.2 信息的使用確定信息的創建

大家知道 BIM是建設項目信息和模型的集成表達,BIM實施的成功與否不但取決于某一個 BIM應用對建設項目帶來的生產效率提高,而且更取決于該 BIM應用建立的 BIM信息在建設項目整個生命周期中被其他 BIM應用重復利用的利用率。換言之,為了保證 BIM實施的成功,項目團隊必須清楚他們建立的 BIM信息未來的用途。

例如,建筑師在建筑模型中增加一個墻體,這個墻體可能包括材料數量、熱工性能、聲學性能和結構性能等,建筑師需要知道將來這些信息是否有用以及會被如何使用?數據在未來的使用可能和使用方法將直接影響模型的建立以及涉及到數據精度的質量控制等過程。

通過定義 BIM的后續應用,項目團隊就可以掌握未來會被重復利用的項目信息以及主要的項目信息交換要求,從而最終確定與該建設項目相適應的 BIM應用。

4.3 BIM應用的選擇程序

選擇 BIM應用需要從以下幾個方面進行評估決定:

4.3.1 定義可能的 BIM應用

項目團隊考慮每一個可能的 BIM應用以及它們和項目目標之間的關系。

4.3.2 定義每一個 BIM應用的責任方

每個 BIM應用至少應該包括一個責任方,責任方應該包括所有涉及該 BIM應用實施的所有項目成員,以及對 BIM應用實施起輔助作用的可能外部參與方。

4.3.3 評估每一個 BIM應用的每一個參與方下列幾個方面的能力

a、資源:參與方具備實施 BIM應用需要的資源嗎?這些資源包括 BIM團隊、軟件、軟件培訓、硬件、IT支持等;

b、能力:參與方是否具備實施某一特定 BIM應用的知識?

c、經驗:參與方過去是否實施過某一特定 BIM應用?

4.3.4 定義每一個 BIM應用增加的價值和風險

進行某一特定 BIM應用可能獲得的價值和潛在風險。

4.3.5 確定是否實施某一個 BIM應用

項目團隊詳細討論每一個 BIM應用是否適合該建設項目和項目團隊的具體情況,包括每一個BIM應用可能給項目帶來的價值以及實施的成本,實施或不實施每一個 BIM應用可能給項目帶來的風險等等,最后確定在該建設項目中實施哪一些BIM應用,不實施哪一些 BIM應用。

[1]National Institute of Building Sciences,United States National Building Information Modeling Standard,Version 1-Part 1

[2]buildingSMART alliance of National Institute of Building Sciences,BIM Project Execution Planning Guide,Version 1.0