BIM在建筑业的位置、评价体系及可能应用

2010-08-06何关培

土木建筑工程信息技术 2010年1期

何关培

(香港优比创新科技有限公司)

1 前言

在经过 21世纪第一个 10年的发展以后,BIM(Building Information Modeling-建筑信息模型)对于工程建设行业的从业者们来说早已经不再是一个陌生的名词了。如何把 BIM在建设项目的设计、施工、运营整个生命周期中使用起来以提升项目质量、缩短项目周期和控制项目造价的课题摆到了越来越多的同行面前。

要在建设项目中实现 BIM的价值,我们首先面临的是这样一些问题:到底什么是 BIM?BIM将给工程建设行业带来什么样的变化?应该如何在一个建设项目中使用 BIM?BIM和目前普及使用的CAD、可视化、CAE、GIS等技术是什么关系?BIM对项目不同参与方如业主、设计师、总包商、分包商、供货商、运营商的工作有些什么影响?

普遍接受的 BIM定义来自于美国建筑科学院(NIBS-National Institute of Building Science)的美国BIM标准(NBIMS-National Building Information Modeling Standard)-“a digital representation of physical and functional characteristics of a facility…and a shared Knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle;defined as existing from earliest conception to demolition.”

这个定义非常简练,可扩展性和可持续性也非常强,主要有下面几层意思:

◦ BIM是一个设施(建设项目)的数字表达和可以分享的知识资源;

◦内容既包括设施的物理信息也包括设施的功能信息;

◦目的是为各种各样的决策提供一个可靠的基础;

◦时间是从设施的概念产生到拆除的整个生命周期。

看了这个 BIM定义(包括其他不同的定义),有两个信息是非常明确的:首先是 BIM的内涵非常丰富,能干的事情非常多;其次是对 BIM的深入理解并没有真正的帮助。这个问题在 20多年前开始的工程建设行业从手工绘图到 CAD绘图的转变过程中并没有碰到。

BIM和目前已经普遍使用的 CAD有一个非常本质的区别,CAD只改变了成果交付的工具,并没有改变成果交付的内容 -图纸;而 BIM恰恰相反,不仅仅改变了工具,比改变工具更重要地是 BIM改变了成果交付的内容,从而也必将逐步改变成果交付的方法和流程。BIM的理解和实施困难的根本原因正是在这里。

图1 建筑业信息化发展现状示意图

本文试图通过从 BIM在工程建设行业的位置、如何判断某个项目用的技术是 BIM或不是 BIM、BIM有哪些可能的应用等几个方面给业内同行一个比较完整的 BIM概念。

2 BIM在建筑业的位置

BIM在工程建设行业的信息化技术中并不是一个孤立的存在,大家耳熟能详的就有 CAD、可视化、CAE、GIS等,那么 BIM在建筑业到底处在一个什么位置呢?

奥美创始人大卫.奥格威认为决定一个广告好坏的关键因素就两个字:定位,对于 BIM的讨论也是同一个道理。

当 BIM作为一个专有名词进入工程建设行业的第一个十年到来的时候,其知名度正在呈现爆炸式的扩大,但对什么是 BIM的认识却也是林林总总,五花八门。

在众多对 BIM的认识中,有两个极端尤为引人注目。其一是把 BIM等同于某一个软件产品,例如BIM就是 Revit或者 ArchiCAD;其二是认为 BIM应该囊括跟建设项目有关的所有信息,包括合同、人事、财务信息等。

要弄清楚什么是 BIM,首先必须弄清楚 BIM的定位,那么 BIM在建筑业究竟处于一个什么样的位置呢?

建设部信息化专家李云贵先生对我国建筑业信息化的历史归纳为每十年解决一个问题:

◦ 六五 -七五(1981-1990):解决以结构计算为主要内容的工程计算问题(CAE);

◦ 八五 -九五(1991-2000):解决计算机辅助绘图问题(CAD);

◦ 十五 -十一五(2001-2010):解决计算机辅助管理问题,包括电子政务(e-government)、电子商务(e-business)、企业信息化(ERP)等。

十一五结束以后的建筑业信息化情况可以简单地用图1来表示。

用一句话来概括就是:纵向打通了,横向没打通。从宏观层面来看,技术信息化和管理信息化之间没关联;从微观层面来看,CAD和 CAE之间也没有关联。

换一个角度也就是,接下来建筑业信息化的重点应该是打通横向。而打通横向的基础来自于建筑业所有工作的聚焦点就是建设项目本身,不用说所有技术信息化的工作都是围绕项目信息展开的,即使管理信息化的所有工作同样也是围绕项目信息展开的,是为了项目的建设和营运服务的。

就目前的行业发展趋势分析,BIM作为建设项目信息的承载体,作为我国建筑业信息化下一个十年横向打通的核心技术和方法之一已经没有太大争议。

基于对我国建筑业信息化发展和 BIM技术的理解,我们可以用图2来描述 BIM在建筑业的位置。

现代化、工业化、信息化是我国建筑业发展的三个方向,建筑业信息化可以划分为技术信息化和管理信息化两大部分,技术信息化的核心内容是建设项目生命周期管理(BLM-Building Lifecycle Management),企业管理信息化的核心内容是企业资源计划(ERP-Enterprise Resource Planning)。

图2 BIM在建筑业的位置

如前所述,不管是技术信息化还是管理信息化,建筑业的工作主体是建设项目本身,因此,没有项目信息的有效集成,管理信息化的效益也很难实现。

技术信息化可以划分为 BIM(Building In formation Modeling建筑信息模型)和 PIM(Project Information Management项目信息管理)两个部分,其中BIM的主要角色是创建信息,PIM的主要角色是使用信息(也有人把建筑业信息化的过程分为创建、管理、分享三个层次,但作者认为管理、分享只是手段,最终是为使用服务的)。因此可以形象地把BIM的目的归纳为做对图(信息),把 PIM的目的归纳为用对图(信息)。

BIM通过其承载的工程项目信息把创建信息(做对图)的其他技术信息化方法如 CAD/CAE等集成了起来,从而成为了技术信息化的核心或者说技术信息化横向打通的桥梁。

我们可以这样预计中国建筑业信息化的未来十年:

◦ 十二五 -十三五(2011-2020):BIM

3 什么是 BIM,什么不是 BIM?

BIM技术在工程设计中日异得到广泛应用,受到广大工程设计人员的密切关注。那末,该项技术的应用,人们自然而然地就会产生,如何对其应用情况的评价问题。这在 CAD刚刚开始应用的年代,类似的问题也常常摆在我们面前。例如,一张只用CAD画了轴网,其余还是手工画的图纸能称得上是一张 CAD图吗?显然不能;那么一张用 CAD画了所有线条,而用手工涂色块和根据校审意见进行修改的图是一张 CAD图吗?答案就应该为“是”了。

答案看似非此即彼,但答案的得出也会有一些难以说清的情况。但总体来看,判断 CAD的难度不大,甚至可以用一个百分比来把这件事情讲清楚,即这是一张百分之多少的 CAD图。

同样一件事情,对 BIM来说,难度就要大得多。事实上目前有不少关于某个软件产品是不是 BIM软件、某个项目的做法属不属于 BIM范畴的争论和探讨一直在发生和继续着。

那么如何判断一个产品或者项目是否可以称得上是一个 BIM产品或者 BIM项目,如果两个产品或项目比较起来,如何区分哪一个的 BIM程度更高或能力更强呢?

3.1 BIM能力成熟度模型

美国国家 BIM标准(National Building Information Modeling Standard-以下简称 NBIMS)提供了一套以项目生命周期信息交换和使用为核心的可以量化的 BIM评价体系,叫做 BIM能力成熟度模型(BIM Capability Maturity Model-以下简称 BIM CMM),如图3所示。

横轴是对 BIM方法和过程进行量化评价的 11个要素,纵轴把每个要素划分成 10级不同的成熟度,其中 1级表示最不成熟,10级表示最成熟。例如第8个要素的图形信息(Graphic In formation),第1级为“纯粹文字,没有图形”,第10级为 “nD-加入时间成本等”。

3.2 BIM CMM计分表

BIM CMM采用百分制计分,当确定了上述 11个要素的权重系数以后,计分表也就确定了。见图4。

图4 BIM CM M计分表

例如,第一个要素数据丰富性(Data Richness)的最高分为 8.4分,最低分为 0.84分,当数据丰富性处在第5级成熟度的时候,这个要素得分为4.2分。

3.3 BIM CMM计分举例

当我们对于某一个被评测对象的 11个要素选择了各自的成熟级别以后,分别从上述计分表中找出对应的分数,累加以后就可以得到这个对象的BIM得分。

下面的例子我们分别选择 11个要素的成熟级别如表1。

表1 某评测案例的各评测要素成熟级别的选择

这样就得出这个评测对象的得分为 19.2分。根据 NBIMS的规定,2009年最低标准的 BIM为 40分(也就是说这个例子没有达到 BIM的最低标准),50分为通过 BIM认证,70分银牌 BIM,80分金牌BIM,90分白金 BIM,本案例离通过 BIM认证还差30.9分。如图5所示。

图5 评测案例的得分统计及评价

3.4 关注区域图

根据上述评分案例,还可以得到关注区域图,见图6。每一个要素的成熟度情况和改进方向一目了然。

图6 评测案例的成熟度关注区域图

3.5 对我国 BIM发展的借鉴意义

尽管 NBIMS的 BIM能力成熟度模型本身也还处于不断发展的过程当中,而且对于要素种类、权重和数量的确定,成熟度各个级别的定义和总级别数量的确定,以及总体 BIM成熟度的分级条件等都还有不少可以商榷的地方,而且我国工程建设行业的实际情况跟美国相比也存在着各种各样的差异,完全按照这套模式对中国的 BIM技术应用的过程、方法、产品、项目进行评价也肯定会有一定的不适合甚至不合理的情况,但是总体来说使用这套模式对我们目前进行的 BIM工作进行评价已经具有非常实际的参考意义了。

备注:封面、封底图由 ArchiCAD建筑软件完成。

笔者认为这套工作方法对我国的 BIM发展至少有如下两点非常直接有效的借鉴意义:

◆使用其它行业已经非常成熟的能力成熟度模型(CMM)来建立 BIM评价体系,可以充分利用前人和其它行业的工作成果,也有利于应用推广。

◆评价体系(包括标准)和 BIM本身一起逐步发展和逐步完善,互相促进的同时互为制约,让业内人士既有章可循又不固步自封,而不是等到 BIM应用成熟了再来制定标准。

4 BIM有些什么可能的应用?

美国 bSa(buildingSMART alliance)的“BIM Project Execution Planning Guide Version 1.0-BIM项目实施规划指南 1.0版”在对目前美国 AEC领域的BIM使用情况进行调查研究的基础上总结了目前BIM的 25种不同应用如图7所示。

图7 美国AEC领域的BIM技术应用

上述 BIM应用按照建设项目从规划、设计、施工到运营的发展阶段按时间组织,有些应用跨越一个到多个阶段(例如 3D协调),有些应用则局限在某一个阶段内(例如结构分析)。

一个建设项目的 BIM实施不需要、不可能也不必要把上述所有的 BIM应用都用上,而是根据项目的特点和团队的特点选择合适的 BIM应用。下面具体介绍 BIM应用选择的过程。

4.1 定义建设项目的 BIM目标

在具体选择某个建设项目要实施的 BIM应用以前,首先要为项目确定 BIM目标,这些 BIM目标必须是具体的、可衡量的,以及能够促进建设项目的规划、设计、施工和运营成功进行的。

BIM目标可以分为两种类型,第一类跟项目的整体表现有关,包括缩短项目工期、降低工程造价、提升项目质量等,例如关于提升质量的目标包括通过能量模型的快速模拟得到一个能源效率更高的设计、通过系统的 3D协调得到一个安装质量更高的设计、开发一个精确的记录模型改善运营模型建立的质量等。

第二类跟具体任务的效率有关,包括利用 BIM模型更高效地绘制施工图、通过自动工程量统计更快做出工程预算、减少在物业运营系统中输入信息的时间等。

有些 BIM目标对应于某一个 BIM应用,也有一些 BIM目标可能需要若干个 BIM应用来帮助完成。在定义 BIM目标的过程中优先级表示某个 BIM目标对该建设项目设计、施工、运营成功的重要性。表2是一个建设项目定义 BIM目标的案例:

表2 建设项目定义BIM目标案例

4.2 信息的使用确定信息的创建

大家知道 BIM是建设项目信息和模型的集成表达,BIM实施的成功与否不但取决于某一个 BIM应用对建设项目带来的生产效率提高,而且更取决于该 BIM应用建立的 BIM信息在建设项目整个生命周期中被其他 BIM应用重复利用的利用率。换言之,为了保证 BIM实施的成功,项目团队必须清楚他们建立的 BIM信息未来的用途。

例如,建筑师在建筑模型中增加一个墙体,这个墙体可能包括材料数量、热工性能、声学性能和结构性能等,建筑师需要知道将来这些信息是否有用以及会被如何使用?数据在未来的使用可能和使用方法将直接影响模型的建立以及涉及到数据精度的质量控制等过程。

通过定义 BIM的后续应用,项目团队就可以掌握未来会被重复利用的项目信息以及主要的项目信息交换要求,从而最终确定与该建设项目相适应的 BIM应用。