基于內容分析法的中、美、英三國BIM標準的研究

(長沙理工大學 交通運輸工程學院，長沙 410114)

1 引言

在我國，BIM技術經過多年的探索，其應用已經初見成效，但是推廣和應用過程中出現了很多亟需解決的問題，其中受到國內外專家廣泛關注的是國內外規范的差異和國內 BIM相關標準的缺乏[1，2]。

在美國，BIM的應用較為廣泛，成立各種BIM協會，編制基于IFC標準的NBIMS，建立了較為完善的BIM標準體系；英國發布目前最具實用性的AEC(UK)BIM標準，并取得了階段性成果。這些標準包括與BIM實施、項目交付和團隊協作有關的重要知識和內容體系。然而，其中包含的BIM知識很少從整體的角度進行歸類，難以體現其預期用途和益處。在許多標準中，專業術語可以互換，也可以不加限制；有些標準的知識內容常被標題所掩蓋，難以直接識別。鑒于這種模糊性，需要對知識內容進行分類和分析，一方面，便于將注意力從潛在的無信息標題轉移到其實際的知識成果上，另一方面，促進BIM知識內容分析、比較和進一步發展。

2 基于內容分析法的BIM標準研究流程

2.1 BIM標準的分類——BKC分類法

為便于獲取各種BIM標準的知識內容并進行比較和分析，本文引入BIM知識內容(BIM Knowledge Content，簡稱BKC)分類[5]。BKC分類標準來源于Succar B構建的BIM框架，將BIM知識內容分類為三個知識內容集群——指南，協議和要求：

(1)指南：描述性和可選的文件。闡明目標，調查報告或簡化復雜的主題；沒有提供詳細的步驟來達到目標或完成一項活動。

(2)協議：規定性和可選的文件。提供詳細的步驟或條件以達到目標或提供可測量的結果。

(3)要求：由授權機構規定和指定的文件。確定應該交付什么，在某些情況下，如何、何時以及由誰交付[6，7]。

每個知識內容集群都包括許多標簽來識別和界定特定的知識類型。BKC分類法包括三個內容集群和18個內容標簽[6]，本文在表1列出與選取的BIM標準相關的11個標簽，并給出了BIM特定定義的概述。這些集群和標簽可以幫助讀者“將閱讀和探討的焦點從潛在的無意義的文件標題、句子片斷等轉移到實際的文件內容，并使用這些內容來推動信息搜索過程[8]”。另外，通過定義一個通用的詞匯來識別知識內容[9]，BKC分類法能夠將一個大范圍的不連貫的領域知識組織成有用、準確和可信的結構[10]。

表1 BKC分類法：三個內容集群中的11個內容標簽

2.2 BIM標準的選取

BIM標準是由國家及地方政府機構、學術組織和行業協會編制發布的公開文件，面向廣泛的讀者，BIM標準包含廣泛的BIM知識，是BIM領域的一項重大努力。目前，全球范圍內的BIM相關標準數量龐大，無法統計。本文受篇幅限制，為了進行有針對性的分析，只選取具有代表性和影響力的標準。

作者對中、美、英三國正式發布的公開可用的BIM相關標準進行檢索和查閱，并對這近100部標準進行系統地學習和分析，從而對BIM標準有了大致了解。為了提高檢索結果的主題契合度，并保證標準中各數據的完整性與有效性，對上述標準進行逐一選擇，去除適用范圍受限、研究主題不符的部分標準，最終選取有效標準61部，詳見表2。

2.3 BIM標準的分析——內容分析法

內容分析法以知識的內容特征為對象，通過嚴謹的方法分析知識內容，不僅獲得顯性知識內容，更重要的去挖掘和歸納潛在的或隱含的知識[11]。內容分析法的應用建立在趨勢推理、共變推理、因果推理、趨勢比較、不同內容群比較、內容內比較、有標準的內容比較等[12]。

本文將11個內容標簽應用于所選取的BIM標準中，這些標簽的分布見表2。表中分析的標準包括大量的專業BIM知識，覆蓋面和分布差異很大。

3 分析與啟示

3.1 中、美、英三國BIM知識內容的簡要分析

3.1.1 英國

英國的BIM標準幾乎包含了所有的知識內容標簽。為了識別BIM長期發展的戰略目標，英國建筑業BIM標準委員會 ( AEC ( UK) BIM Standard Committee)在特定BIM產品應用中解釋和擴展了通用標準中的一些概念，制定了AEC(UK)BIM標準(參見表2 UK03)，該標準作為指南文件下的G5標簽，為英國的AEC企業從CAD過渡到BIM提供切實可行的戰略方案，例如，該如何命名模型、如何命名對象、單個組件的建模、與其他應用程序或專業的數據交換等[13]。根據政府建設戰略2011-2015(參見表2 UK01)確定的三個主要里程碑(稱為成熟度水平)，英國標準協會(British Standards Institution，BSI)制定了BIM標準路線圖，并定義了0-3級的BIM成熟度水平：0級(基于2D CAD而沒有統一管理)，1級(基于2D /3D CAD文件的協作)，2級(基于BIM文件的協作)和3級(完全開放和集成的互聯網服務環境)。為了支持2級成熟度水平的實施，英國標準協會(BSI)發布了“BS 1192”(參見表2 UK10-UK16)，該系列標準規范建立了管理施工信息的生產、分配和質量的方法。由P4標簽的定義可以看出，這是一組用于定義或判斷產品質量和服務的標準，隨著時間的推移，可能成為服務或交付標準。然而，盡管這些標準中的大多數都是近幾年發布實行，但有許多類似的可交付成果和很多重復的工作(參見表2)。

表2 來自中、英、美三個國家的重要BIM標準及對應標簽

編號名稱發布機構及時間對應內容標簽US16北美BIM的商業價值:多年趨勢分析和用戶評級(2007-2012)McGraw-Hill Construction 2012G1、G4US17BIM指南NYCDDC 2012P1;M1、M2US18設施業主規劃指南-版本1.0賓州州立大學2012G3;M2US19USACE BIM最小建模矩陣(M3)V1.0USACE 2012P1US20國家BIM標準-美國TM版本2NIBS 2013G3、G5;P1、P3、P4US21信息交流項目USACE 2013US22COBie指南:對NBIMSUS COBie標準的評論East, B.,& Carrasquillo-Man-gual,M. 2013US23國家BIM標準-美國TM版本3NIBS 2016G3、G5;P1、P3、P4US24美國國家BIM指南———業主篇-NIBS 2017G3CN01中國建筑信息模型標準CBIMS框架清華大學BIM課題組2010G2CN02建筑工程信息模型應用統一標準住房和城鄉建設部2017G3CN03建筑信息模型分類和編碼標準住房和城鄉建設部2018P1、P3、P4CN04建筑工程信息模型存儲標準住房和城鄉建設部 審批中P1、P3、P4CN05建筑工程設計信息模型交付標準住房和城鄉建設部 審批中P1、P3、P4;M2CN06制造工業工程設計信息模型應用標準住房和城鄉建設部 審批中P1、P3、P4;M2CN07建筑信息模型施工應用標準住房和城鄉建設部2018P1、P3、P4;M2CN08中國市政行業BIM實施指南中國勘察設計協會市政工程設計分會2015P1、P3、P4;M2CN09建筑機電工程BIM構件庫技術標準中國安裝協會標準工作委員會2015P1、P3、P4;M2CN10建筑裝飾裝修工程BIM實施標準中國建筑裝飾協會2016P1、P3、P4;M2備注:UK指英國;US指美國;CN指中國

3.1.2 美國

美國的BIM標準在三個內容集群均勻分布。其中，美國國家BIM標準NBIMS已更新發布了三個版本(參見表2 US06、US20、US23)，覆蓋了與BIM實施和協作相關的大多數主題，并且包括用于性能評估的BIM能力成熟度模型，其知識內容涵蓋了指南集群下的G3、G5以及協議集群下的P1、P3、P4標簽等，具有更全面的觀點，是一部完整的BIM指導性和規范性的標準[14]，可以作為其他機構的參考文件。第二版以經 ISO認證的IFC、XML、Omniclass、IFD等技術標準為參考，對第二部分的規定進行重新編撰，進行大幅的修改與補充材料以及架構重組而成。其中的信息交換標準包含了COBie、空間規劃復核、能耗分析、工程量和成本分析等[4]；指南和應用指的是最小BIM、BIM項目實施規劃與內容指南等，大部分國家目前也是處于指南和應用層面[15]。2016年發布的第三版擴展內容包括信息交換、參考標準、標準實踐案例和詞匯表/術語表[3]。縱觀表2可以發現，美國的標準中一些知識內容非常類似，例如行業機構(參見表2 US02、US07和US08)和地方政府(參見表2US08和US17)的部分重復。其另一個重要特征是涵蓋所有項目生命周期階段(參見表2 US10和US11)的工作流程和程序的可用性。此外，美國的標準包含了由政府機構和大型企業發布的大量要求(如合同模板和采購要求等)。這些要求清楚地表明這些機構在推動全行業應用BIM方面發揮的主導作用，例如，為制定一套覆蓋所有領域的信息交換規范(例如表2 US21)，有利于整個項目生命周期的數據采集。

3.1.3 中國

我國的BIM標準對BIM實施的具體流程以及精細度要求等做了詳細說明(參見表2 CN02-CN07)，但在案例研究、合同、分類的數量卻驚人地低。在三個內容集群中的分布不平均，是我國行業利益相關者面臨的一個根本性挑戰。

3.2 BIM知識內容在各國的比較

BKC分類標準允許在不同標準之間以及不同國家之間進行比較。作為分層分類，這三個具有不同特性的標簽集群提供了對每個國家BIM領域的深入了解。圖1對中、美、英三國的BIM標準中內容標簽的數量和分布進行了初步可視化分析，特別強調了與中、英相比，美國制定了大量相關要求。它還突出了美國的均衡分布與中國跨集群的不均衡分布之間的差異，甚至缺乏具體集群內的知識內容。圖1初步表示了如何使用BKC分類法來分析和比較不同國家的知識可交付成果。

圖1 中、美、英三國指南，協議和要求的分布

3.3 美、英兩國BIM標準對我國的啟示

盡管我國針對BIM應用推廣做了很多努力，國家級BIM標準的數量已達數十部之多，但體系仍不夠健全，對于BIM技術的審查、管理等標準遲遲未推出，技術數據的具體應用標準存在大量空白。而且，BIM技術的應用范圍已經擴展到工程建設項目的深化設計、虛擬施工、運維管理及全生命周期，應用領域從傳統建筑業拓寬到管線綜合、城市軌道交通等城市基礎建設領域，然而這方面的相關標準并沒有跟進。總體來看，BIM標準的體系性存在缺陷，一方面表現在地方行業標準內容重復性嚴重，目前關于BIM 技術的應用指南就有上海、深圳等多座城市自行編制，且主要集中于BIM技術應用點的介紹，內容重復，造成大量行政及學術研究成本浪費；另一方面，標準體系的研究過于分散，標準制定權責定義不清，地方標準往往不明確應該負責哪塊內容，也不了解哪塊內容的標準存在缺失。相較而言，美、英兩國BIM標準體系更完善，覆蓋面更廣，內容更細化，政策導向更清晰明確，相關行業機構的支持力度更大，雖然依舊存在一些技術問題及一定程度的實施難度，但仍值得我們學習和借鑒。

目前我國的BIM標準還在不斷修訂完善中，這是一個循序漸進的過程。雖然我國的BIM標準制定工作落后于美、英兩國，但是只要我們把握好國內BIM應用的大好形勢，腳踏實地地積累BIM項目實踐經驗，并虛心研究國外優秀成熟的標準，就能在BIM領域有所收獲。制訂工作應該自上而下，根據國家、市場、行業、企業內部等的要求制訂所有項目參與主體可共同遵循的、貫穿于整個項目全生命周期的BIM標準，既要確保各行業間的統籌性和戰略性，又要力求務實、細致。

4 結語

BIM標準包含大量的知識領域。通過組織這些標準的知識內容，可以實現全行業的比較分析和知識缺口識別。我國現有標準與國外發達國家標準仍存在較大差距，需要持續地完善及修正。本文對中、美、英三國的61部BIM標準應用BKC分類法進行分類分析，并深層次地了解其知識內容的可用性及其分布。未來的研究可以通過考慮更加細化的標簽來擴展內容分類，還可以開發一個在線數據庫，以進一步組織領域知識，并使擴展的研究成果得到有效維護、管理和訪問。來自其他國家的BIM標準也可以進行分析和比較，以提供對現有知識內容的更廣泛和更加結構化的理解，減少整個行業的重復工作并促進BIM的應用。