淺談BIM軟件系統與云計算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

淺談BIM軟件系統與云計算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

本文通過對BIM系統和云計算的一些基本特征和發展現狀的分析，簡單闡述了筆者對于云計算時代BIM軟件系統應用模式的一些看法。云計算的特征符合BIM軟件系統的發展需要，云計算時代的BIM軟件系統應該更好的實現數據乃至功能的整合和互通。這將為用戶和行業帶來利益，也更符合綠色低碳的發展趨勢。

BIM；軟件；云計算；系統整合

1 發展現狀和趨勢

隨著時間的推移，人們對于事物的認識總是在不斷進步，建筑行業就是如此。從古代僅憑代代相傳的經驗搭建房舍，到按照圖紙按照工程管理流程建造樓宇；從手工繪制圖紙到使用數字化設備建立數字化設計文檔；從2D模型到3D模型……建筑這個有著幾千年歷史的學科發生著巨大的變化。人們對于建筑的要求、可以應用于建筑設計的技術手段、對于建造過程的管理方式、對于基礎設施的管理和使用，建筑領域的方方面面相互影響相互促進，隨著需求和生產力的增長更為復雜的建筑描述和管理方式應運而生，它就是BIM。

BIM應當算是建筑行業近幾年最為熱門的詞匯。BIM是建筑信息模型的英文縮寫，一些標準中對BIM這樣定義：“具有如下特征的建模技術和過程關聯集合：1、物理和功能性的數字化表達；2、包含可用于分析處理的模型數據；3、模型的變化會在所有的模型視圖中同步更新”[1]。其實，BIM并不是一個新概念，早在20世紀70年代美國的建筑行業就有人(Charles Eastman)提出BIM理論(雖然沒有提出BIM這個詞匯)，但經過了30多年的發展，即便是在起步很早的美國，BIM技術的應用率也只有30%多。而BIM在中國的應用，可能還不到10%，這其中或許還包括只能算沾上BIM概念的應用。[2]

BIM的產生和發展自有其道理，土木工程的設計、建造、使用、維護過程中的對于人力、物力、時間的各種浪費，最終導致人們要求能夠得到一種信息更為完整、能夠在整個過程中起到協調作用的統一信息載體。至少從理論上，這種載體可以解決現存的問題。但是，一種新的理念要成為現實，總要經過一個過程，這個過程可能是漫長而艱難的。

BIM應用困難可能取決于幾個方面的原因。最基本和最直觀的就是技術上的障礙。在BIM誕生之初，計算機系統還不足以支持建筑物全生命周期所需的各種信息的多種方式的描述和展現，那個時候的計算機系統能夠以圖形展示信息都很困難，所需設備也很昂貴，更不要奢望以3D形式記錄和展示整個建筑物的全方位信息了。這方面的問題目前逐漸被由摩爾定律控制的信息技術的發展解決了。另一個更為關鍵的原因是人們的需求。早期，多數建筑物還比較簡單，規模相對較小，人們還比較容易駕馭這樣的設計和建造過程，因此對于信息的整合和人員的協作要求不是很高(相對而言)，人們已經習慣了這樣的工作方式，當越來越多規模巨大或是復雜程度很高的建筑出現的時候，人們還不能完全適應那些可以更好地駕馭這種建筑的設計手段和管理方式，或者難以在改變習慣來適應新需要和堅持老習慣并接受不完美的設計之間做出抉擇，因為畢竟BIM設計流程的改造，改進的過程中反而會消耗額外的管理成本。此外，由于建筑和工程都與人相關，所以更復雜的情況是這樣的變革中還摻雜著各種經濟利益和關系等因素?？傊邮苄率挛锟偸鞘掷щy的。

雖然BIM方面的專家認為技術在BIM流程中所占的比重遠少于管理，但這是我們目前較容易改進的。因此，我們暫且拋開太多的復雜因素，僅著眼于技術。從設計行業乃至人類社會的發展來看，我們越來越依賴于信息技術。從大型計算機到個人電腦，計算能力的發展總是成為我們設計能力的技術基礎，信息技術可以影響其它行業的發展。很多年前，計算機行業的大師們就預言計算將會成為一種資源，他們聲稱網絡就是計算機，并把計算資源的獲取與電力資源進行類比，認為計算資源將會像供電那樣統一供給，按需使用。時至今日，技術的發展將預言變為現實，“云計算”已經越來越清晰地展現在我們面前。如果說幾年前我們還可以把它當作概念的炒作，今天云計算作為各種計算資源整合技術發展的產物，已經開始落地生根了。相信在不久的將來購買配置很高的計算設備只會是少數供應商的需要，而我們將以更便宜的價格使用性能更高的“計算資源”。[3]而這種計算方式的變革也將為建筑設計領域帶來巨大影響，信息更為復雜的BIM也將得到更好的技術支持。

我們也可以注意到，在云計算領域和BIM領域都出現了一個共同的概念——整合。其實整合是一種發展的必然，是把一些特殊的專業性較強的問題，讓少數人解決，讓更多的人可以專注于其領域本身的方法。也就是，分工更為明確了。

2 BIM與“云”結合的相關問題

2.1 技術問題

目前，設計人員所熟悉的工作方式大多是單機為主的，人們在一臺機器上使用CAD軟件繪制圖紙，然后使用移動存儲設備，如“U盤”，或者使用即時通訊軟件來拷貝或傳遞做好的CAD圖形文件。這種協作過程簡單但缺乏諸如版本管理等技術的支持，無法通過軟件系統的幫助追溯某個過去的時間點的工作狀態來找到問題或者修正錯誤，管理者也無法利用這樣的信息來控制工作的進度，往往需要通過很多的會議來解決不同專業和設計人員之間的問題。為此，軟件開發商開發出了一系列針對這些需求的軟件系統，比如Bentley的ProjectWise、Vico System的施工過程管理系統等等。這些軟件系統有的仍然基于文件的拷貝，有的則基于統一的協同服務器，它們可以以模型為核心，為人員之間的協作提供輔助功能，盡可能幫助設計人員和管理者找到數據之間的聯系，從而提高設計、建造工作的效率和準確性。還有一些軟件系統可以承接設計過程所定義的模型，為這些建筑或基礎設施的后期維護提供幫助，例如可以提前報告管線老化應該更換等等。軟件商從多種角度入手，為建筑的全生命周期提供支持，唯一可能出現問題的就是數據的流通和整合。

同樣的模型數據在不同軟件系統中以不同形式進行描述，而不同軟件只能完成建筑物開發過程中的某一個階段所需的功能，數據在這些異構的軟件系統中進行傳遞的時候很可能發生損失或曲解，就像我們玩的傳話游戲一樣。我們可能需要對模型的描述方式規范化，從而統一各種軟件的數據格式。但是就如同建筑行業一樣，軟件開發商也各自有各自的利益，很難要求它們全部遵循某種數據標準。為了解決這些問題，這些軟件開發商也是各自拿出各自的解決方案。比如Autodesk的Revit試圖整合各個專業在各個階段的數據，利用其市場促成其數據格式成為事實標準，但大一統的數據帶來的問題是系統運行效率不高，至少在目前的計算機系統下是這樣的。另一些軟件公司開發了性能更為強大的圖形系統，同時以另外一種視角來解決數據互通的問題，比如Bentley通過定義一種可以自描述可交換的可擴展數據接口來實現不同數據格式的傳遞和展示，但是要實現設計過程中更細節的協同工作尚有不足。而且，隨著模型規模的增大和設計過程的推進，它們的模型數據都會變得越來越大，一致使用單一文件的方式處理這些模型數據多少存在不便，也容易出現文件拷貝過程中人為造成的錯誤。

如果上述這些軟件系統能夠使用統一的數據存儲位置處理同一個項目的模型數據及相關管理信息，則可以更好地解決數據流通的問題，如果其軟件系統支持在云端運行，應該對其運行性能也能有所緩解。云計算技術通過把可以并行處理任務動態分配到多個虛擬的計算設備上，然后再通過具體軟件系統特定的歸約程序，把運算結果整合在一起來提高運算效率。從另一個角度來看這就是對計算資源的整合，可以把閑置的計算資源更充分的利用起來，讓更多的人共享這些計算資源。這些虛擬的計算設備包括CPU、內存、磁盤等等。當然，前提是這些軟件支持在云服務器上運行。

云計算發展至今，很多人都已經了解云計算服務的三個層次：IaaS、PaaS、SaaS，它們也是云計算時代可能的軟件運營模式。作為BIM軟件系統的開發商，只需考慮SaaS即可，也就是將軟件作為服務，只需要將IaaS和PaaS這些云計算基礎設施的運維交給計算機領域的專家即可(不管是公有云還是私有云)，但是軟件開發者還需要考慮軟件的架構設計是否能夠滿足部署在云端的要求即可。

這里僅限于“淺談”，不對軟件架構深究，只整理幾個與應用相關的熱門話題。有人說云計算中一個十分關鍵的問題是數據安全。有人認為在云存儲中，更容易保證數據安全，理由是云數據中心有更為專業的人士負責設備和軟件系統的維護。也有人持反對意見，認為數據存儲在云端，數據的所有者的權限較難保障，而云端數據目前所受攻擊較少僅是因為云存儲的應用還相對較少。

其實，這里的數據安全應該包含兩個層面的內容，一個是數據在面對災難時的可恢復性，另一個才是數據的保密性。第一個問題不言而喻，基于本文開始所說的更細的分工的問題，肯定是專業的云數據中心更能保證數據的可恢復性，因為在這方面已經有很多較成熟的技術存在，而這些技術的確十分專業。作為數據的保密性，有人提出可以對數據進行加密，但這是以犧牲數據訪問的便利作為代價的。還有一種可能，就是對需要保密的項目僅使用私有云，但是這需要更多的資金和人力成本。筆者個人認為在很長一段時間應該會是私有云、公有云共存的，因為基礎設施和技術的完善需要時間的檢驗。

另一方面人們的觀念和社會的相關法律也需要不斷提高和完善。從技術上講，其實云計算只是對原有技術的系統化和整合，是技術積累到一定程度的產物。我們以前使用的電子郵件、即時通訊、網絡存儲、電商，其實都是云計算的體現，那時候安全的東西不會因為有了新的名字就變得更安全，但也不會變得不安全。從根本上來說，技術上沒有絕對的安全，真正的安全其實是需要法制來保障的。

除了整合，BIM軟件系統和云計算還會提到一個軟件方面的術語：可伸縮性，也就是按需供給，不在不必要的時候浪費成本。云計算中的可伸縮性是依靠分布式架構和系統虛擬化來實現的，系統可以在需要的時候為特定軟件提供更多的計算資源，從而平衡各種不同軟件在同一時刻的資源消耗，這也是云計算可以比自己購置設備在單位時間內更便宜的原因。對于BIM軟件而言，對計算資源(云計算基礎設施)的消耗的可伸縮性可以完全依賴于云計算平臺，從這個角度來說，云計算時代將為BIM技術提供更好的支持。特別是公有云，不但能節省計算設備的成本，也可以節省軟件開銷，因為基于SaaS的云BIM系統應該是以服務的形式提供的，且不同BIM系統之間也更容易實現互通。留給BIM軟件開發商的問題也就是如何適應并部署在云端了，并且以多大的程度開放以實現系統間的互通。BIM方面的專家認為沒有一款軟件可以涵蓋BIM涉及的全部階段和精度范圍，Jerry Laiserin就把BIM描述為一個包含三個維度的Cube，分別是Scope of Process、Spectrum of Performance、Scale of Product，他認為通常一個軟件系統只能涵蓋這個BIM Cube的一個小立方單元。如果發展確如他所說，這一點對于BIM軟件開發商而言將意味著競爭、合作和發展的各種可能性，而對于用戶而言，則是更豐富的選擇。言歸正傳，BIM軟件應該在這種大背景下，能夠以更靈活的方式來滿足用戶的需要，而不一定要一家獨大，應該以行業的利益為先，從而實現自身更長遠的利益。筆者認為，這種靈活性就是BIM軟件系統自身的可伸縮性。

從BIM相關理論誕生的時候開始，就對BIM所應當滿足的設計和管理等各方面需求做出了明確闡述。加之這個時代對于計算的依賴和計算設備的變革，人們對計算移動性要求越來越高，BIM也一定會順應這種大的趨勢，現有的BIM系統無一例外的重視移動設備的開發。實際上，這種移動性不一定特指移動設備，可能還可以包含Web等方式對于BIM所承載的多維度信息的獲取和更新。而BIM與云計算技術的結合也會更順理成章的滿足這種應用要求。

2.2 非技術問題

BIM不能只談技術，專家們認為技術只在BIM領域占有很小的比例，這里與技術相對的是流程和管理。就像當初推廣ERP系統一樣，管理沒有可以套用的模式，因此配合管理的軟件系統也很難像CAD那樣能做出普適的功能。流程和管理包含的內容非常多，也不是筆者可以駕馭的，這里只分享幾點與云計算相關的感受。

云計算會為計算資源的提供者和使用者帶來商業模式的變化，計算資源不再以購買設備作為消費模式，而是按需購買資源。這可能與我們的一些傳統觀念有一定沖突，好像計算機買到家里才算是一種資產。但實際上，計算機作為一種設備會老化、淘汰，是一種消耗品，時間長了還會產生大量的電子垃圾。換一種思考方式，我們可以像使用電一樣按需購買，而把發電機的維護交給電力公司，這就是當初把計算設備作為資源考慮的大師們所做的類比。云計算支持用配置并不很高的設備對系統進行擴展，這也從某種程度上緩解了電子垃圾造成的浪費。當然，集中的計算資源作為一種基礎設施，也需要很大的管理成本，但是就如同當初的發電機發展為電廠一樣，規模效應會攤平這種成本。

云計算時代的BIM軟件也會和其它云端應用一樣，借助云的規模效應，在更大更開放的環境中相互競爭，同時相互合作，更好地實現數據互通，甚至是功能共享。用戶得到的可能會是整合度更高的BIM軟件，因為任何的封閉系統都更難生存。所以云時代的BIM系統的最大受益者會是用戶。

3 美好的未來

云計算時代的計算模式將為BIM系統的發展帶來更為廣闊的空間，設計人員將能夠更容易更充分地利用這些軟件開展工作，并節約設計和溝通的成本，BIM在云計算時代將為基礎設施建設和運維帶來變革。同時，云計算時代的軟件系統能夠更高效的利用計算資源，從而實現更為低碳環保的目標。

[1] Chuck Eastman, Paul Teicholz, Rafael Sacks, Kathleen Liston. BIM Handbook, 2nd ed. P16.

[2] Jerry Laiserin. BIMET 2013.

[3] 吳朱華. 云計算核心技術剖析. 人民郵電出版社, 2011.

[4] 姚宏宇, 田溯寧. 云計算：大數據時代的系統工程. 電子工業出版社, 2013.

[5] Stephen R.Smoot, Nam K.Tan. 私有云計算：整合、虛擬化和面向服務的基礎設施. 機械工業出版社, 2013.

[6] 《虛擬化與云計算》小組. 虛擬化與云計算. 電子工業出版社, 2009.

[7] 何清華, 潘海濤, 李永奎, 錢麗麗. 基于云計算的BIM實施框架研究. 建筑經濟, 2012年第5期.

[8] Choi,YungKi. BIM的一個新趨勢-基于云的BIM. www.chinabim.com, 2013.

[9] 郭邦軍. 基于云計算構建BIM模型研究綜述. 城市建設理論研究, 2013年第20期.

[10]Chris France. 基于云計算的虛擬設計與建造. www.chinabim.com, 2013.

[11]張培穎. 上海中心BIM工程云：傳統建筑和云計算聯姻. www.TechTarget.com, 2013.

Discussion on BIM Software System and Cloud Computing

Fang Qi

(CABRTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100013,China)

This article introduces characteristics and development of BIM system and cloud computing and demonstrates some views about the application mode of the BIM system in the cloud computing background. The features of the cloud computing can meet the requirements of the development of the BIM system, and the BIM ware (the BIM software system) based on cloud computing technology will better integrate data and functions. The new computation mode and the BIM system will benefit the users and the whole CAD market and meet the low carbon trend.

BIM； Software； Cloud Computing； Integration of System

“十二五”國家863課題“基于建筑信息模型的三維建筑工程設計軟件開發與應用”(SS2013AA041306)

方琦(1979-)，男，工程師。主要研究方向：建筑工程計算機輔助設計。

F406.2：TU17

A

1674-7461(2015)01-0049-04