BIM 完整循環(huán)數(shù)據(jù)量化的概念性議案

蔡孟璿 金仁漢

(韓國慶熙大學(xué)AEC 信息建筑研究室，龍仁 446 -701)

前言

隨著BIM(Building Information Modeling)在設(shè)計(jì)工程當(dāng)中的廣泛應(yīng)用而步入正軌，BIM 應(yīng)用評(píng)估也連帶普及。實(shí)際上，BIM 應(yīng)用評(píng)估均集中在設(shè)計(jì)建模和工程設(shè)計(jì)與施工階段為主流評(píng)估范疇。BIM 的竣工資料和整體建物數(shù)據(jù)的整理和設(shè)施管理運(yùn)用方面至今還沒呈現(xiàn)出一體化運(yùn)用。此外，現(xiàn)有的BIM 評(píng)估模式以評(píng)估BIM 技術(shù)應(yīng)用及熟練度居多，其次就是項(xiàng)目有否運(yùn)用BIM的成果對(duì)比。這種BIM 使用與否的評(píng)估實(shí)際上作用不大，BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比，評(píng)估效益反而更為顯著［4］。

BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比的出處，源自與對(duì)建筑物生命周期的反思。對(duì)于建筑物生命周期，大部分誤解認(rèn)為一個(gè)BIM 項(xiàng)目里的BIM 數(shù)據(jù)是推進(jìn)累積性的，從項(xiàng)目開發(fā)一直到完工集成竣工資料為止，是直線形而非完整的循環(huán)(圖1)。完整循環(huán)，即閉環(huán)式，簡(jiǎn)單來說就是以產(chǎn)品生命周期或者新藥物推進(jìn)過程中的IV 期臨床實(shí)驗(yàn)［2］為例，產(chǎn)品在革新過程中，當(dāng)前版本的反饋資料和數(shù)據(jù)成就了以后版本的基礎(chǔ)，是關(guān)鍵因素之一。借鑒于產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(Product Data Modeling)［1］而成形的BIM，到目前為止在閉環(huán)式完整循環(huán)推進(jìn)上頗為欠缺。系統(tǒng)化及數(shù)據(jù)化對(duì)比BIM 項(xiàng)目以供往后項(xiàng)目參考的資料頗少。在這方面，也基于建筑物比一般產(chǎn)品壽命長、規(guī)模與功能廣泛、功能修改等多種因素［1］，BIM 竣工數(shù)據(jù)的量化收集和對(duì)比作為可利用反饋資料的前提非常困難。

因此，本研究從建筑物及其終端用戶、其周邊環(huán)境、以及其城市基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)聯(lián)上推進(jìn)BIM 跨項(xiàng)目的細(xì)項(xiàng)數(shù)字化對(duì)比，并以云端數(shù)據(jù)處理為開發(fā)方式與媒介，以其達(dá)到BIM 數(shù)據(jù)完整循環(huán)的理念。

1 BIM 數(shù)據(jù)完整循環(huán)

1.1 建筑物生命周期現(xiàn)況

1.2 建筑物生命周期理想狀態(tài)

建筑物生命周期的完整循環(huán)(圖2)，即閉環(huán)式，是基于BIM 在建筑階段的運(yùn)用，以及為實(shí)現(xiàn)BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比而推論的概念。在這個(gè)概念體系下，項(xiàng)目中累積的BIM 數(shù)據(jù)得以透過數(shù)據(jù)萃取作分項(xiàng)性跨項(xiàng)目對(duì)比。透過BIM 跨項(xiàng)目分項(xiàng)對(duì)比推論出的定量值，最終可引申為循證設(shè)計(jì)與施工的依據(jù)，以量化數(shù)據(jù)為評(píng)估結(jié)果，支援往后的項(xiàng)目。

為此，本案首先以論文資料庫搜查方式分析整理，總結(jié)出近代BIM 數(shù)據(jù)操作應(yīng)用上的普及范圍和趨勢(shì)，從而探討B(tài)IM 跨項(xiàng)目對(duì)比的可行性及方案。

2 論文庫文獻(xiàn)綜述

此分析部分來自ASCE (American Society of Civil Engineering)論文資料庫［注釋1］，以BIM 和“云端”(BIM、cloud、computing)為搜索詞而獲得的179 篇搜尋結(jié)果當(dāng)中得出。首先以題目及摘要篩選，再獲取在第一輪篩選后的45 篇符合題目的正文，文獻(xiàn)綜述閱讀后整理為:8 篇論文直接點(diǎn)題，及18 篇與BIM 數(shù)據(jù)處理相關(guān)的論文。圖3 為文獻(xiàn)主題整理結(jié)果。

圖3 BIM 數(shù)據(jù)處理的文獻(xiàn)主題整理結(jié)果

從ASCE 論文資料庫搜查出的結(jié)果可見，BIM 和云端科技并合論述的發(fā)表資料并不多，8 篇點(diǎn)題的結(jié)果均是2012 至2014 年的發(fā)表論文，屬于較新的發(fā)展方向。另外，在BIM 領(lǐng)域里除了軟件供應(yīng)商之外，利用云端進(jìn)行BIM 數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用例子也不多［5］［7］［8］。

從文獻(xiàn)主題整理結(jié)果可見，現(xiàn)行BIM 數(shù)據(jù)的運(yùn)用趨勢(shì)，無論是前期的測(cè)量模擬數(shù)據(jù)或是竣工數(shù)據(jù)采集，以探討數(shù)據(jù)采集及云點(diǎn)數(shù)據(jù)處理居多。搜尋到的篇章均以技術(shù)操作為重心，制定特細(xì)測(cè)量體系，在如何應(yīng)用上及應(yīng)用效率上的范例述說不多。即使竣工數(shù)據(jù)也僅限于建物數(shù)掃描階段，在設(shè)施管理方面并沒有展示深入的BIM 數(shù)據(jù)合并應(yīng)用。

3 BIM 數(shù)據(jù)量化分類方案

基于上述文獻(xiàn)整理發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有例子均以個(gè)別方向建立測(cè)量體系，可見在BIM 項(xiàng)目的整體數(shù)據(jù)量化上，工整架構(gòu)欠缺。在閉環(huán)式理念為基礎(chǔ)上，如何理解眾多范疇的BIM 數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入數(shù)字化系統(tǒng)里積蓄為數(shù)據(jù)庫，從而引申至BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比，本案認(rèn)為先是需要分類整理BIM 數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)。以下是概念方案說明:

BIM 數(shù)據(jù)量化分類方案首先分為兩大類別:1)屬性對(duì)比;2)關(guān)系比較。關(guān)系比較類別下再細(xì)分三組:1)終端用戶關(guān)系;2)周邊環(huán)境關(guān)系;3)城市配套管網(wǎng)關(guān)聯(lián)。如圖4 所示。

圖4 BIM 數(shù)據(jù)量化分類方案

3.1 屬性對(duì)比

屬性對(duì)比主要是利用BIM 數(shù)據(jù)建立對(duì)比值，如項(xiàng)目建物性能上、布局上、模型架構(gòu)上的對(duì)比數(shù)字化對(duì)比。以EXPRESS 編程語言中的IFC(Industry Foundation Classes)開放及中立型數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)互通格式基礎(chǔ)，及IFC XML、其他XML 架構(gòu)和COBie 數(shù)據(jù)架構(gòu)等格式支援。簡(jiǎn)單以節(jié)能設(shè)計(jì)中建材及建物實(shí)況對(duì)比為例，隔熱防凍材料總量及建物實(shí)際能耗;窗戶、墻體面積及能耗、維修費(fèi)等對(duì)比，可透過樣本數(shù)據(jù)增加累積而成為可再用對(duì)比值數(shù)據(jù)。

3.2 關(guān)系比較

3.2.1 終端用戶關(guān)系

關(guān)系比較類中的終端用戶關(guān)系主要關(guān)注用戶動(dòng)態(tài)行為，后評(píng)價(jià)或設(shè)施績(jī)效評(píng)估(Facility Performance Evaluation)、目標(biāo)用途與實(shí)況差異等數(shù)據(jù)比較—設(shè)計(jì)階段模擬的人流狀況，在建筑物實(shí)際使用中上得以確認(rèn)和比較的數(shù)據(jù)。在比較同等性能的建筑項(xiàng)目中，量化終端用戶數(shù)據(jù)能使不同規(guī)模的項(xiàng)目在同空間配置上加以規(guī)范及量化準(zhǔn)則。

3.2.2 周邊環(huán)境關(guān)系

周邊環(huán)境關(guān)系和城市配套管網(wǎng)關(guān)聯(lián)部分與綜合地理信息系統(tǒng)(GIS)和點(diǎn)云等掃描技術(shù)有關(guān)。周邊環(huán)境關(guān)系注重選址及周邊境況狀況變化對(duì)比，是以該項(xiàng)目作主體的角度去衡量該項(xiàng)目對(duì)人流所引起的變化及相鄰綠化區(qū)的影響等。這是在建物翻新與保育項(xiàng)目中的普遍焦點(diǎn)，可是在開發(fā)項(xiàng)目中常常被忽略的要點(diǎn)。這方面的數(shù)據(jù)收集，能以可行性研究階段為始發(fā)點(diǎn)，例如周邊尺度限制和區(qū)域限制等，以cityGML 及GIS 相關(guān)格式支援處理是可量化的評(píng)估因素之一。

3.2.3 城市配套管網(wǎng)關(guān)聯(lián)

城市配套管網(wǎng)關(guān)聯(lián)建立于系統(tǒng)化數(shù)據(jù)收集的長遠(yuǎn)運(yùn)行前提下，對(duì)項(xiàng)目從屬的城市、區(qū)域而言，該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)(人流、車流、耗能)等，是能為其地域管網(wǎng)的配套提供龐大而精確的數(shù)據(jù)。像醫(yī)院群、學(xué)校群在城市聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃是應(yīng)用例子。基于BIM 中IFC及COBie 格式跟GIS 的互通現(xiàn)狀限制，整合兩方面的數(shù)據(jù)利用是重要的一環(huán)。

4 云端集BIM 技術(shù)運(yùn)用調(diào)研

以上述的數(shù)據(jù)分類為根據(jù)，處理復(fù)合的數(shù)據(jù)關(guān)系以及多層的數(shù)據(jù)庫，需要高效率運(yùn)算系統(tǒng)。基于本案的概念性階段，本研究還未開發(fā)出以上所述的數(shù)字量化系統(tǒng)。所以本研究整合適用案例，鑒于公用數(shù)據(jù)收集用難及運(yùn)算處理繁復(fù)，云端運(yùn)用是高效的方法。

首先以BIM 云端評(píng)分計(jì)(Building Information Modeling Cloud Score［5］)為例，其運(yùn)算系統(tǒng)模式透過數(shù)據(jù)庫積累后重復(fù)數(shù)據(jù)植入，以聚合數(shù)據(jù)挖掘過程得以重復(fù)調(diào)教系統(tǒng)中的測(cè)量基準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)輸入量來逐漸調(diào)教系統(tǒng)編輯非偏置的BIM 測(cè)量基準(zhǔn)。此案例以SaaS 社群云端服務(wù)部署，對(duì)使用者提供BIM 評(píng)分成績(jī)表來廣泛吸納BIM 上傳文檔，使數(shù)據(jù)庫得以積累并促進(jìn)運(yùn)行調(diào)教。

其次是網(wǎng)格式架構(gòu)(Grid-based computation infrastructure［7］)，以湊合個(gè)體機(jī)器來對(duì)應(yīng)及輔助處理與管理密集量結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)。

上文提及的個(gè)別方向建立測(cè)量體系，在A Test Bed for Verifying and Comparing BIM-based Energy Analysis Tools［8］案例中實(shí)現(xiàn)了BIM 局部數(shù)據(jù)，僅能源分析的分析評(píng)估應(yīng)用程式。以BIM 公開格式IFC(Industrial Foundation Class)為數(shù)據(jù)輸入本格式，初次實(shí)現(xiàn)了能源分析的數(shù)據(jù)互通機(jī)制。

5 小結(jié)

本文主要提出現(xiàn)行建筑流程后期數(shù)據(jù)飽和的缺點(diǎn)，認(rèn)為BIM 數(shù)據(jù)及BIM 的竣工數(shù)據(jù)值得分析而加以利用。BIM 數(shù)據(jù)操作應(yīng)用上的現(xiàn)行狀況，提出BIM 數(shù)據(jù)完整循環(huán)的概念和BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比的方向，對(duì)應(yīng)BIM 復(fù)層數(shù)據(jù)的首步BIM 數(shù)據(jù)量化分類方案。提出在此架構(gòu)上必須以云端科技來克服數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)收集、運(yùn)算速度及系統(tǒng)復(fù)雜等問題。本文仍處于初步構(gòu)想階段，還未達(dá)到開發(fā)云端及BIM 數(shù)據(jù)系統(tǒng)方案階段，但根據(jù)綜述的例子，本文中的BIM 跨項(xiàng)目對(duì)比構(gòu)思還是切合實(shí)際并具有發(fā)展前景的。

［注釋1］:使用ASCE 論文資料庫是基于其眾多的搜尋結(jié)果而既定。由于此論文庫并不是BIM 及竣工數(shù)據(jù)上最為流行普及的刊物，本文的分析數(shù)據(jù)是受一定程度影響。其他論文庫因搜尋結(jié)果而未被采納的有:Taylor＆Francis Online，Architectural Science Direct，and Science Direct.

［1］C.M.Eastman，Building Product Models:Computer Environments，Supporting Design and Construction.Florida，USA:CRC Press，1999.

［2］L.Friedman and C.Furberg D.DeMets，F(xiàn)undamentals of Clinical Trails.，4th ed.:Springer，2010.

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［4］H.and P.Pishdad-Bozorgi Abdirad，“Trends of Assessing BIM Implementation in Construction Research，”Computing in Civil and Building Engineering 2014，pp.496-503，2014.

［5］R.Liu and R.R.A.Issa，F(xiàn).ASCE J.Du，“BIM Cloud Score:Benchmarking BIM Performance，”Journal of Construction Engineering and Management，vol.140，no.11，p.140 (11)，November 2014.

［6］L.Zhang and R.R.A.Issa.，“Comparison of BIM Cloud Computing Frameworks，”Computing in Civil Engineering 2012，pp.389 -396，2012.

［7］A.Ismail and R.J.Scherer M.Polter，“Towards an Integrated Grid-and Cloud-Based Structural Analysis Platform，”Computing in Civil and Building Engineering 2014，pp.431 -438，2014.

［8］H.Kuo and S.Hsieh Y.Wen，“A Test Bed for Verifying and Comparing BIM-Based Energy Analysis Tools，”Computing in Civil and Building Engineering 2014，pp.211-218，2014.