建筑信息模型(BIM)的衡量標準與特征研究

董 磊 張 洋

(1.國開證券有限責任公司，北京 100100;2.國家開發銀行青島市分行，山東 青島 266000)

1 BIM產生的背景

唯物辯證法矛盾論認為:事物的發展是內因與外因共同作用的結果，內因是事物變化發展的根據，外因是事物變化發展的條件，外因需要通過內因起作用。這一哲理揭示了事物發展變化的根本原因，具有普遍的適用性。一種工具的起源、發展、消亡必然有其依賴的特殊環境條件，隨著環境的改變，舊的工具的生命力會逐漸削減，直至被新的生產模式所取代。建筑業的生產工具也不例外，當舊的建設生產工具不再能滿足工程建設的客觀需求，新的生產工具也必將在內因和外因的共同作用下發生改變。

目前，建筑業中各項目參與方之間的信息交流還是基于圖形文件，各專業應用軟件通常都只涉及工程項目生命周期的某個階段或某個專業，由于缺少統一、規范的信息標準，不同開發商開發的應用系統之間難以實現信息集成和共享。在工程項目實施的各個階段所使用的計算機系統都是相互孤立，自成體系，致使數據冗余，形成“信息孤島”現象。美國標準技術協會的研究表明:因軟件和信息系統之間協同效率低下而使建設生產平均每平方米增加了66美元，占到了當年建設成本的6%。建筑生產過程的本質是面向物質和信息的協作過程，項目組織的決策和實施過程的質量直接依賴于項目信息的可用性、可訪問性以及可靠性。如果傳統建設生產模式下割裂的信息結構得不到改變，那么也就無法從根本上改變割裂的生產結構。

2 BIM的發展軌跡

千百年來，人們一直以圖紙作為表達設計的媒介，但二維的信息表達方式本身具有很大的局限性，限制了人的構思和交流，于是人們開始借助模型來表達構思或分析事物。隨著計算機技術的發展，有人開始在計算機上進行三維建模。早期的計算機三維模型較為簡單，僅能用于幾何形狀的分析。后來出現了用于渲染的三維軟件，可以生成具有更佳效果的建筑圖，但是這種三維模型沒有建筑物內部空間的劃分，并不能用于設計分析和施工規劃。隨著建筑工程規模的不斷增大，建筑工程項目所負載的信息也越來越多。現代社會對信息的重視讓人們認識到信息會對項目整個建設周期乃至整個生命周期產生重要影響，信息利用水平直接影響到建設目標的實現水平。因此，十分需要在建筑工程中應用合理的方法和技術來處理各種信息，建立起科學的、能夠支持項目整個建設周期的信息模型，實現對信息的全面管理。在這種背景下，建筑信息模型(BIM)應運而生。在20世紀70年代和80年代，BIM就已經開始被研究，當時BIM的發展受到CAD的沖擊，發展緩慢。BIM真正開始流行是從2000年以后，由于技術的突破，很多業內人士開始關注并研究BIM。這其中既有著名的軟件公司(Autodesk，Bentley和Graphisoft)和建筑企業(DPR建筑公司、Magraw-Hill建筑信息公司)，也有行業協會(如美國建筑師協會AIA、美國總承包商協會AGC)、政府部門(如:美國總務管理局GSA)和科研機構(如美國建筑科學研究院NIBS、佐治亞理工大學建筑學院)。其中美國建筑科學研究院聯合設施信息委員會等國際著名的建筑協會一起編制了國家建筑信息模型標準NBIMS對BIM的定義較為權威，在行業內得到了廣泛認可。

3 BIM的衡量標準和技術特征

盡管BIM的概念已經隱含表達了BIM工具應具有的特征，但僅憑概念仍難以準確掌握BIM的特征，不少人將BIM和傳統的三維建模工具(如3D Max，3D CAD)等同起來。為了能更好地認識和區分BIM工具和傳統的三維建模工具的差別，有些組織和研究人員提出了BIM的衡量標準。Chuck Eastman等(2008)提出BIM應具備以下4個特征:1)采用智能化(計算機可以識別的)與數字化的方式來表示建筑構件;2)構件中內含的信息可以表達構件的屬性和行為，支持數字化分析工作;3)模型中所有的信息可以達到一致關聯;4)模型的數據庫將作為建設過程中產品信息的唯一來源。2006年，美國資深BIM應用單位M.A.Mortenson公司提出了BIM衡量標準。M.A.Mortenson公司是美國最早將BIM應用于實踐的承包商，曾在建造世界著名的迪斯尼音樂廳項目中成功應用BIM技術。該公司將BIM理解為對建筑設施的智能化模擬，并認為比較成熟的BIM應該要具備6種特征，即數字化、多維化、可量化、全面性、可獲得性和可持久性。M.A.Mortenson公司同時也提出上述六項標準是未來BIM要實現的標準，而當前的BIM工具只能達到前兩項標準。Autodesk公司BIM專家何關培先生認為，可以稱之為BIM工具的軟件應包括以下5個特征:1)可視化:具有“所見即所得”的功能;2)協調:可以利用軟件發現和解決不同系統中存在的沖突和障礙;3)模擬:能夠對現實中的建設任務進行虛擬演示和分析;4)優化:在模擬分析的基礎上可以對建設任務提出改進的方向;5)出圖:根據創建的模型自動生成圖紙。《美國國家建筑信息模型標準》提出了用11個指標來衡量BIM的成熟度，即:數據的豐富性、全壽命周期視角、變更管理、多專業的協作、業務流程、實時性、時效性、信息交流的方式、圖形化的信息、空間定位能力、信息的精確性、協同能力。在這11項指標中，信息的可視化、精確性、豐富性、有效傳遞性及協同性五項指標是對當前BIM工具的要求，而全壽命視角、業務流程變革、數據采集的實時性和空間定位等要求則不作為當前階段BIM應用的基本要求，而是在將來需要實現的目標。

4 結語

BIM界定標準雖然存在一定的差異，但造成差異的原因在于評價角度不同。Chuck Eastman教授和Moterson公司提出的界定標準是從技術角度考慮的，而何關培先生提出的界定標準是從應用角度提出的，但他們所提的標準之間是具有緊密聯系的，何關培先生所提出的BIM工具應具有的協調、模擬、優化功能是可以通過BIM軟件的參數化和智能化特征來體現的。本文認為，在當前階段，凡是具有多維化、參數化、智能化這些基本特征的建筑生產工具都可以認為是BIM工具，BIM工具不是針對某一參與方和某一階段的某一種工具，它包括服務于整個建設生產周期的所有軟件，如設計、分析、模擬、造價等。當然，隨著時間的推移，對BIM工具的技術和功能要求也會越來越高，BIM工具的界定標準也會不斷提高，現在被認為達到BIM工具基本要求的設計、分析軟件在將來可能就無法滿足對BIM的界定標準。

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