基于大數據的BIM技術應用與發展策略研究

李井竹　王仲英

【摘要】隨著信息技術的迅猛發展，建筑業大數據海量產生，BIM技術與信息技術的深度集成應用日趨廣泛。文章研究了大數據的特點與建筑業數據信息標。準通過分析BIM技術應用的現狀與存在的問題，提出了在大數據環境下，為加強行業標準的制定、提高人才培養質量、構建BIM協同平臺等方面的發展策略。

【關鍵字】大數據 數據分析 BIM技術 應用策略

1引言

BIM技術是建筑業信息化的基礎，是建筑工程項目可視化、數字化的表達，是集成建筑工程全生命周期中的數據，能夠在項目的創建、管理、應用與共享等方面，實現可持續發展的信息交流與共享。

2大數據與建筑業數據

2.1大數據的特點

根據IDC國際數據公司檢測，各行業產生的數據量大約每兩年翻一番，呈指數級增長態勢，2020年全球數量將達到35ZB，人類社會已經邁進大數據時代。大數據的特點可用4個V表達，既總量大（Volume）、多樣性（Variety）、時效性（Velocity）和價值大（Value）。前三個特征是從數據本身和數據處理要求來對大數據進行描述的，但數據積累和應用的最終目的是要產生價值。通過數據分析與數據挖掘，將數據中反映出來的規律進行歸納總結，形成知識，進而從大數據中識別有用的信息，從而創造價值。數據的生成和收集是大數據分析的基礎，數據挖掘得到的信息與知識是大數據的價值所在。

2.2建筑業數據

建筑業是一項復雜科學管理，管理過程中將產生巨大的信息量。建筑業包括普通民用建筑、工業建筑、道路、橋梁等設計、施工和維護。建筑設計階段的分析、建模、計算和繪圖;施工階段的進度控制、造價控制和質量控制;完工運營階段對建筑的監控、維護等都會產生大量數據。建筑物中也包含著各種各樣的信息，建筑的結構、給排水系統、空調系統和電氣系統等各種資源供給和環境營造等產生了復雜的數據。建筑業數據具有數據類型多、數據總量大、數據收集難、數據交互性強、數據時效性高等特點，提高了數據后期處理分析的難度。

BIM的發展離不開大數據的支持，將建筑業數據信息進行全生命周期的建模、項目管理和數據集成，進行建筑業大數據挖掘，形成以軟件為載體的建筑信息的共享和協作平臺。推進基于BIM的數值模擬、空間分析和可視化表達，研究構建工程信息數據庫，最終實現工程信息的有效傳遞和共享。

2.3建筑信息模型BIM數據標準

BIM模型采用IFC體系作為共同的數據標準，采用參數化建模技術，實現信息數據的一致性、關聯性、及時性和共享性。IFC是由國際組織IAI（International Aliance for Interoperability國際互用聯盟）制定的開放性國際標準，是面向對象的數據模型。定義了建筑業項目全生命周期中的相關的實體、過程和關系等，使建筑業的信息能夠以數據的形式存在于基于IFC標準的模型中。

IDM（Infornation Delivery Manual信息交付手冊）標準和MVD（Model View Definitions模型視圖定義）是對信息的交互過程進行規范化定義，將交互的信息內容、過程和參與者等進行規定，將所需要的數據內容進行有效的利用。IDM標準是以自然語言定義從BIM模型中交換出來的信息。MVD標準則是將此信息交換過程與IFC標準相映射，變成計算機能夠讀懂的定義。

IFD庫作為IFC標準的補充內容，通過給所有概念分配GUID的方式來使計算機能夠準確地識別這些人類語言定義的信息。庫中的術語和屬性都擁有GUID且與IFC標準相映射。

IFC、IDM/MVD和IFD是建筑信息模型的數據基礎，這三方面的綜合應用給BIM模型提供了最基本的數據環境。建模的數據由IFC標準格式進行儲存，IFD庫對IFC標準進行補充，更加細致的用GUID標識建筑業中的各種概念。IDM/MVD對應用BIM模型的各項目參與方之間不同的信息交換需求進行了語義定義，并通過與IFC標準的映射來讓計算機能夠識別并處理這些信息交換需求。

3數據分析在BIM應用中的現狀與問題

3.1BIM應用現狀

近年來，我國建筑業BIM技術發展迅猛，在建筑工程的設計階段、施工階段、運維階段等得到廣泛應用。“十三五”時期，建筑業信息化建設不斷深入，基于BIM的信息化集成應用環境是發展趨勢。

建筑設計企業的BIM技術主要應用于方案設計、施工圖、設計協同等。利用BIM技術建立三維環境仿真模型，生成3D圖紙、配置文件等，對現場環境進行針對性分析，對設計方案進行比較，對空氣循環、材料、排水等建材材料模擬產生的數據進行統計整理，對預算成本進行控制等。施工企業的BIM技術主要應用在于碰撞檢查、模擬施工、三維渲染、有效協同、宣傳展示等方面。在工程建設進度、質量及成本管理等應用中的也發揮著作用，提高了工程管理成效，全方位提升工程建設的綜合效益。運維企業在運維階段應用主要體現在信息管理、維護管理、節能減排管理等方面。

2019年，中國建筑業協會對全國31個省市回收到的868份BIM用戶有效問卷進行調研。從BIM應用現狀、應用重點、發展趨勢、應用方法與應用價值等多個視角分析了2019年建筑業企業BIM應用情況。通過調查發現，2019年與2017年相比，BIM應用超過3年的企業從22.7%大幅提升到50.12%。項目數量在10個以上的企業從16.9%提高到33.07%，占比提升了近一倍。調研數據顯示，企業層面有清晰BIM目標規劃的與BIM技術應用年限、應用項目數量有關。現階段，建立BIM組織的達58%，在技術、商務、生產等方面的業務均有覆蓋。在技術管理中的方案模擬、碰撞檢查、圖紙會審和交底等較為成熟的業務應用率超過50%。

3.2存在的問題

我國建筑業企業的BIM應用環境已初步成熟，為企業管理和生產方式變革提供了工具和手段。但我國BIM總體應用水平不高，仍面臨著諸多瓶頸。當前主要存在著以下三方面問題：

①標準不統一：BIM數據維度復雜，要求具有統一的數據信息標準。但在我國，一是數據孤島普遍存在，數據交換難，建筑法規不統一，存在多樣性;二是在不同省市地區，建筑業的行業信息標準不統一，存在行業壁壘;三是大數據綜合分析、智能分析等技術尚未形成較為完整的技術體系;四是我國建筑工程缺少細分專業領域應用標準，IFC體系國際數據標準也沒有在我國有效地應用和推廣。

②人才短缺：人是BIM應用的關鍵。首先是在企業內部，BIM技術人員具有BIM理念，且掌握BIM工具的復合型BIM人才較為缺乏，不能夠制訂科學合理的BIM應用規劃和方案，阻礙了BIM技術在實際應用中的發展和推廣。其次是高校對BIM人才的培養滯后。高校人才培養的目標、策略、路徑等與市場需求存在差距，師資力量缺乏、相關課程開設不足等現實情況，造成了新生力量掌握BIM技術的整體水平不高。

③協同平臺應用不普及：狹義的BIM是解決項目施工過程中的技術問題，是一項工程技術。廣義的BIM包括建筑信息模型、通訊、云數據等，是一項管理技術，用于提升管理能力為目標，增強企業核心競爭力。現階段，我國BIM的專項應用多，集成應用少，尤其是與項目管理系統相結合的集成化、協同化應用更少。BIM存在管理不統一、軟件開發不完備、集成度不高等問題，缺乏面向用戶系統的、協同的BIM信息化應用平臺。

4大數據環境下BIM的發展策略

4.1加強行業標準的制定

BIM應用標準、數據接口標準等是規范行業信息資源，促進信息的共享和整合，實現BIM技術與項目管理相融合的保障。

近年來，國家非常重視建筑行業標準的制定。住建部在2012年開始制訂工程建設標準規范，各地方政府相繼出臺了關于BIM應用的各類政策推動和指導性文件。2016年住建部發布《建筑信息模型應用統一標準》。2019年的《建筑信息模型設計交付標準》《建筑工程設計信息模型制圖標準》和《建筑信息模型分類和編碼標準》三項BIM領域內重要國家、行業標準的發布，有力地推動了BIM技術在我國的應用，促進了我國智能建筑業的發展。

BIM標準體系不僅需要國家標準的支持，還需要企業標準有效地配合。與國家標準相比，BIM行業標準擔任著落地實施的任務。國內BIM標準的制定更要合理地借鑒國外BIM標準，確保標準體系的完整性，從而提高建筑工程整體水平。

4.2提高人才培養質量

一是建筑行業企業大力投入，按需培養人才。在項目實踐中不僅要培養掌握BIM技術的人，更應該注重培養具有BIM理念，掌握BIM方法熟練操作技術的BIM復合型人才。結合崗位和業務領域需求，構建合理的BIM人才結構體系。

二是高等院校做到適應社會需要，強化校企協同，培養BIM人才。充分調研行業企業對BIM人才的需求，及時調整專業人才培養方案，加大師資培養力度。通過鼓勵學生參加專業認證等方式，促進學生系統掌握BIM技術，提升能力水平，為社會培養BIM技術生力軍。

（3）構建BIM協同平臺

在BIM協同平臺上，橫向收集建設項目全生命周期的信息，縱向與項目和崗位的BIM應用相集成。運用系統的觀點、方法和理論，在統一的平臺下，開展組織、協調、控制等活動，產生數據，獲取信息，進行經營管理與決策，構建多方共贏，形成協同發展的產業生態平臺。

2015年住建部在《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》中明確提出，到2020年末，建筑行業甲級勘察、設計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業應掌握并實現BIM與企業管理系統和其他信息技術的一體化集成應用。2019年住建部批準《工程建設項目業務協同平臺技術標準》為行業產品標準。在政策層面上，為協同平臺的應用定下了指導性目標。在國家對BIM行業的大力推動下，系統化、協同化的BIM平臺將有力促進項目全生命周期升級，驅動管理模式的創新，實現企業科學決策，引領建筑業智慧化運行與發展。

5小結

BIM與大數據的融合推動了建筑業技術水平的不斷提升。以BIM為核心，隨著移動應用、物聯網、人工智能等為代表的新一代信息技術的引入，建筑行業信息化的深度集成與應用，對提高協同工作效率，實現項目精細化管理具有重要的推動作用。這是開創智慧建筑時代的關鍵所在，這也是未來BIM的重要發展方向。