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中国建筑信息化发展战略研究、中国建筑BIM标准框架研究先容

2012-1-18

来源:中国BIM门户;   编辑:厂商供稿

——清华大学App技术学院BIM项目组总监梁进先生在欧特克建筑设计套件新技术研讨会上的发言实录

    梁进:非常感谢主办方给大家这样一个技术交流的机会。我今天主要给大家先容两个研究报告。一是中国建筑信息发展战略研究;二是中国BIM框架的标准研究。这两个研究报告都是从战略和宏观的角度上对BIM的理解和界定。中国建筑信息化发展战略研究是2009年由中国工程院和国家自然科学基金委联合发起的课题,由清华大学来完成的一个报告。在这个报告中主要是从战略层面上对BIM进行深入的解读。大家在研究的过程中,广泛的研究和借鉴了制造行业信息化发展的过程,以及美国、新加坡、香港,还包括日本和欧洲,他们在建筑行业信息化发展过程中所应用的技术。在这个研究过程中大家充分认识到BIM技术将会给建筑行业的发展产生非常大的促进作用,应该说这里面有两个非常重要的价值体现,一是BIM技术可以实现建筑的精确建造;二是BIM技术可以实现生命周期的全程优化。
    问题的提出,大家都知道,建筑行业是一个巨大的产业,另外是国家整个建筑的经济支柱。这里有两个数字,现在在册的建筑施工企业超过7万家,直接从业人口大概超过4000万人,这是什么概念呢?这是一个欧洲中等国家人数的总和,比如像西班牙。如果加上上下游产业,基本上可以达到8000万人,这是一个欧洲大国德国的总体人口。在这样一个重大的行业发展过程中,大家还存在着很多行业问题,如大家都能知道的,这个行业总体来说还是一个非常传统的行业,另外,粗放经营、高排高耗以及生产率低下、资源浪费是一个非常严重的现象,这些东西都严重地制约了整个行业的发展,它直接的表现是产品品质不能够充分保证,成本很难有效降低,劳动生产率难以提高,这些现象直接造成的结果是整个建筑行业发展的竞争能力低下。
    通过刚才大家所先容的这些问题,就提出大家行业发展的战略需求问题。大家说,建筑行业要发展,一是要实现产业升级,二是要实现全面优化,三是要实行技术进步,四是要坚持可持续发展。作为技术进步的角度来说,在过去几十年里大家引进了大量新的建造技术和新材料、新产品、新工艺的应用,形成了一批标志性的建筑,应该说在某些方面大家已经有了长足的进步。但是,它还不能代表和说明大家全行业的进步,大家全行业的进步首先要体现在全面的技术进步,管理水平和整个产品质量的全面优化。从产业升级的角度来说,只有产业整体素质和效率的提高,才能使整个产业全面协调发展。作为技术进步来说,任何一个行业的进步,应当所拥有的推动力是科技和技术。大家在过去每100块钱行业新增加的利润里面有80%是靠传统方式来实现的,换句话说它实现的是靠增加劳动强度、延长劳动时间、增加劳动力的投入,如果这个产业要真正的发展,它必须要实行技术推动,这个推动首先要表现成为支撑技术的应用和推广。
    在这种战略虚投的情况下,大家必须找到可以让这个行业全面发展,并给它以全面支撑的一项技术。大家说信息化技术是全世界推动力最强的关键技术,这个大家从过去几十年发展过程中,从各个行业发展过程中已经能够充分体会。比如计算机技术、App技术、网络技术,还有现在非常热议的云计算技术,这些技术对于大家整个行业都有着非常大的促进作用,使得很多行业形成了快速的发展。大家在研究过程中对BIM技术给了这样一个界定,大家认为它将带动整个建筑产业转变的一次技术飞跃。
    通过以上的研究,大家对BIM技术形成了一个比较明确的战略预期,那就是:1.BIM是建筑领域信息技术发展的基本方向;2.BIM是建筑行业长期普及和应用的过程;3.BIM将促使整个建筑行业发生彻底的转变。
    在研究报告中大家给BIM的整体实施也给出了这样一个相对的结论,大家看BIM未来的实施,必须是企业、行业和国家三位一体的全面推动。同时大家也看到,大家给一个时间节点,一个是2010、2015和2020,大家认为在2010年以前,BIM是一个概念普及的阶段,到2010-2015年阶段是BIM技术推动的过程。从2015-2020年,甚至到2025年,大家认为BIM是一个全行业普及的过程,到那时候BIM技术所产生的巨大威力就能体现出来。
    在“十二五”过程中,国家出台了很多关于BIM的政策,比如刚才主办方先容的,住建部在2011-2015年建筑信息化发展纲要中就在主题目标中把技术列为了大家信息化核心技术。二是从科技部在“十二五”过程中也围绕着BIM技术开展了很多重大的课题,比如像BIM技术的研究以及产业化应用的示范,这里面有一个小的细节,在“十二五”以前关于BIM技术的研究基本上都是在高新司来负责,到“十二五”以后,很多BIM研究就由社发司负责,这就意味着这个技术要在全行业或者全社会来推动。
    简单先容一下信息化发展的过程。大家都是在大家这个行业中,大家是从岗位信息化到部门信息化一直到企业信息化,这个过程应该说已经基本实现。从岗位到企业的信息化是局部信息化,但是大家要知道,大家要靠信息化来支撑整个建筑行业的发展,大家必须走到行业信息化的局面。行业信息化就意味着数据要集成、资源共享和专业协作。
    刚才是从概念上和理论上对BIM有了一个基本的理解,现在要从信息化的角度对BIM重新给予解读。(图)这是大家都非常熟悉的图,在过去很多专业先容中,很多专业会议中,大家都知道这个图表,这个图外围的是各个专业领域,中间是一个共享的建筑信息模型,但是大家知道,这个图表和模型没有说明信息在这个过程中是如何传递的,大家也就很难从这个图表过程中对信息化的技术是如何实现有一个比较明确的理解。BIM信息是怎么形成的呢?应该是在App技术引导下所创建的数据模型,以及在产业链业务活动和流程引导下所形成的业务模型之间所形成的一种映射关系,这种映射关系也就能够说明在这个图表里大家所能够看到的这些相关的线的信息所表达的内容,只有形成了这样一个基本关系,大家的BIM才能够真正实现信息的有效传递。
   BIM的概念,BIM是什么呢?大家认为BIM是信息技术在建筑行业的一个具体应用,是创建并利用数字化模型对建筑项目进行设计、建造和运营管理的过程和方法,它并贯穿于建筑的全生命周期。在这个概念里有三层意思,一是建筑信息模型技术,在整个建筑行业里的应用,模型技术不是大家行业独有的技术,它在制造业、航空业等其它领域都在被广泛应用,BIM是这种技术在大家行业里的具体应用。二是创建并利用数字化模型对建筑项目进行设计、建造、运维和管理的过程和方法,这里面要强调的是BIM是一个过程和方法,同时这个过程和方法要贯穿于整个建筑的全生命周期,大家对BIM的理解要从这三个层次上去认识。
    大家现在说从IT角度或者应用角度上怎么深入理解BIM呢?应该从以下三方面:一是从BIM的技术角度;二是从BIM的过程角度;三是从BIM的应用价值角度上去理解BIM。BIM总体上来说还是属于CAD的技术范畴,但是从过去来说,大家CAD的技术,它的数据力度是什么呢?是点和线,也就是大家现在所理解的平面,它的设计结果是由平面来表达的。随着App技术的发展,随着IT技术的发展,这个过程就演变成或者上升成,数据力度是以建筑对象作为基本。比如大家在设计过程中,门、窗、楼板、屋面,创建和构建都是以直接表达的三维形式。再下一个阶段,CAD技术的数据力度就转变成为了,它是以建筑对象以及对象间关系的基本语义作为表达的。这是什么意思呢?实际上是说大家未来的模型主要体现的是内在的参数,就是说这些参数来表达大家几何的真实意义。在这个过程中大量的图形学技术被采用,比如曲线曲面技术、实体造型技术、参数化技术以及真实的表达技术等等。
    BIM是模型化信息,这里有大量参数表达,这个参数表达过程中要有语义和常识的技术,集成和协同的技术,总体来说,BIM技术应该是一个综合性的技术应用。在这个过程中大家也能够有一个体会,BIM技术是从简单技术到复合技术一直到复杂技术一个综合应用的过程。我刚才到会场以后,简单看了一下今天欧特克的套件设计,我觉得好像在这个过程中也能找到一些相关的映射关系,比如在第一个版本里,基本上是二维的工具App,第二个版本是二维加三维,到第三个版本是二维加三维再加一些相关的分析App,分析App主要是创造数据。
    大家从过程的角度上对BIM进行理解,大家说开发、设计、建造、运维和拆除,这是一个建筑物典型的从摇篮到坟墓的过程,这个过程大家也可以叫生命周期,这个生命周期在BIM的状态下是怎么来体现的呢?从BIM技术的角度来说,就体现出若干个相关的模型,比如概念模型、设计模型、建造模型和运维模型,大家在这一个建筑的全生命周期过程中,一个是用模型来表达大家各个阶段建筑的对象,二是大家通过模型来提取和传递相关的信息。从应用的角度上,BIM怎么理解呢?BIM有三个非常重要的表达能力,一是表现能力;二是计算能力;三是沟通能力。表现能力对大家来说是最直观的,大家体会也是最深切的。比如在制造业,每生产一个产品,它一定要有样机或者样品,对这个样品反复修改和优化,最后定形再去修改,在大家建筑行业不可能这样做,但是BIM技术给了大家一个非常重要的手段。大家不光可以用几何来建立,在通过电脑和App建立一个虚拟的建筑物,同时在这个建筑物里把所有相关信息都填充进去,在这个过程中就使得业主可以非常充分的理解大家的设计,同时对大家的制造过程或者施工过程给予全程的监督和管理。大家管这个过程叫建筑结果前置。计算能力,BIM模型是带有大量参数的模型,这种参数模型再利用一些计算App,大家就可以进行比较和优化,比较优化的结果是,它可以保证大家的产品品质,控制大家的风险,降低大家的成本。
    前面大家对BIM进行了一些整体的理论层面的研讨,BIM要真正在行业里实施,它需要什么样的条件呢?大家说BIM实施的条件之一,就是要建立BIM的标准体系。为什么这么讲呢?BIM的作用是使建筑项目的各方面信息从规划、设计、建造一直到物业管理到运营,一直到资本重组整个过程中信息无阻传递,因此需要在建筑物几十、上百年的使用周期中,有一个各个阶段信息集成、共享和协作的基准线,这就是BIM标准。建立这个标准是大家整个BIM实施过程中一个最重要的条件之一。
    回到先容的第二个研究报告,中国BIM标准框架研究,大家简称为CBIMS,这个标准和其它技术标准有一些非常明显的区别。CBIMS标准首先面向的是IT领域,同时要面向的是工程建造领域,一个标准要规范两个领域的行为,在技术标准里面是很少见的,或者说是绝无仅有的。第二个特点,CBIMS有两个相关的子标准,一是技术标准,二是实施标准,大家说CBIMS的技术标准是对IT工具的技术规则,换句话说,就是面向大家App企业、App服务商的,它的实施规则面向的是设计、建造和运维企业,为他们在这个过程中实施BIM提出一些具体的技术要求。
    大家看一下CBIMS的技术标准,在CBIMS标准里面有三个子标准,信息语义标准、数据存储标准、信息传递标准,这三个子标准要实现信息交换过程中保证格式兼容、语义统一、沟通有序。怎么理解呢?因为前面讲到,BIM是很多专业App的运用,不同App之间怎么能够保证他们有效存储和交换,它的格式标准就是非常重要的内容。信息语义标准,因为大家是在多专业、多环节、多领域里去运用同样一个技术,大家的表达和表述必须是一致的,比如广东人用粤语表达的一个意思,对于北方人来说就很难理解,如果他用标准话表达,我马上就能理解他表达的是什么意思,不会在理解中产生歧义。信息传递的标准,比如你在路上,什么时候可以停车,什么时候可以开车,什么时候可以左转,什么时候可以右转,在不同的地区你是左行还是右行,这对信息的交换都是至关重要的。在这个技术标准里,大家说在每一项子标准下面还有一些标准节点,比如说叫数据存储标准里的文件格式、语义映射、App接口和测试规范等等。在信息语义标准里面,信息的分类编码、数据词典的建立以及信息范围的确定,这也是大家要在信息技术规则里给予明确的。信息传递标准,大家要知道信息如何去流转,另外需求如何进行交换,功能怎么样组织,以及用什么App来实现,这对大家来说都是非常重要的。我现在要简单讲一下这三个方面的标准在过去十几年中,国际上有很多组织和机构都在研究,而且产生了很多结果,比如现在大家熟悉的FC这种交换方式,但是大家注意,所有这些标准对于在中国本土应用还都要重新给以鉴定或者重新研究。从技术角度来说,要对这些技术标准的内容给予重新的研究,这是一个非常庞大的工程,但是它也是一个非常重要的工作。
    现在来先容一下CBIMS的实施保准。大家看到CBIMS实施标准的底层仍然叫CBIMS的技术标准,它支撑的是大家的实施标准,在实施标准里分成了行为标准、交付标准、资源标准,就是要支撑设计单位、施工单位和运营单位在建立自己企业级的实施规则和标准。
    大家把BIM理解成为全周期的技术,因此大家就要把整个建筑重新做一个界定,大家把过去所割裂的各个阶段整合成为一个整体,大家分成设计阶段、施工阶段和运营阶段,在每个阶段里又规定出资源、行为和交付,施工阶段也存在资源、行为和交付,在运营阶段也存在着资源、行为和交付,大家做出这样的抽象工作的意义是什么呢?就是让在一个很长的阶段性非常明显的过程中形成一个统一的平台,在这个统一界面上信息才能够有效流动。当然,大家说这个实施过程前面还应该加上开发过程,后面还应该加上一个建筑物的拆解过程,这就会是一个完整的生命周期过程。
    大家现在看到的过程,从资源投入到行为,然后产出的是交付物,大家把它叫做建筑阶段的信息过程模型。建筑交付物在大家设计范围里,或者在设计阶段里它的表现形式是图纸或者模型,如果在建造过程中或者施工过程中,它所交付的是大家完工的交付物。如果在运营阶段,所体现的是一个有效的使用环境。在这个过程中资源对应的是资源标准,资源标准对应的是里面非常具体的子标准。行为对应的是行为标准,行为对应的是在行为过程中的子标准。总而言之,这个过程实际上是大家为BIM未来在整个实施和运用过程中所建立的一种概念模型。
    举个例子,在设计阶段,大家把设计阶段分成设计资源、设计行为和设计交付,在这几个方块下面又形成了环境资源、模型构件库或者文件交换格式,在这些最底层的具体标准内容里,和大家在座的具体工作会产生直接的关系,但是大家要知道,这些内容标准的子标准或者详细标准的界定,必须依赖于整个理论框架的建立。
    大家在研究过程中对模型未来的演变也做了一些探讨,现在大家看到的是大家都很熟悉的一个设计过程,比如大家有方案设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段,在这个过程中有建筑专业、结构专业和机电设备专业不同的专业,但是在大家现在的操作过程中,所有方面是离散的,是以点的状态存在的。大家认为,如果以BIM的方式存在,下一个阶段可能会是基于方案设计阶段建立了一个整体模型,初步设计阶段建立一个整体模型和施工图阶段建立一个整体模型,每个阶段模型里面包含的是建筑专业的信息、结构专业的信息和机电设备专业的信息,它会把这些专业里面所形成的信息融在一个模型里面,为什么会形成这样呢?可能业主在给大家提BIM要求的时候,他会要求模型深度,不同的模型深度所包含的信息是不同的。在未来比较理想化的BIM模型是什么样的呢?它是在一个整体的模型里面,或者是一个基础模型里,它包含了设计方案阶段、初步设计阶段和施工图阶段,在不同阶段里建筑的信息、结构的信息、机电设备的信息以及其它分析的相关信息都包含在一个模型里面。大家可能会问,大家现在的模型在现在的电脑上还跑不动呢,怎么可能把这么多数据再集中到一个模型里面呢。大家说从IT技术发展的角度来看,这个问题是随着技术的进步会得到有效解决。比如未来轻量化的技术,远程访问技术、企业级云计算技术和未来的公有云计算的技术,这些技术都会使得这些问题得到有效的改善。再加上大家硬件环境和App的改进,使得最终形成模型整体形式成为现实。为什么要形成整体的模型成为未来的交付物,因为在整体模型里面才能保证数据第一是完整的,第二你在这个模型里所有的数据是有约束的。所以在不同阶段之间传递的时候,才会解决过去在应用过程中所存在的很多信息的丢失、不能有效传递这样大量信息传导的问题。
    刚才是从理论的角度上对BIM发展的过程和对未来的一些预期做了一些判断。现在用一两个案例做点说明。大家现在给大家选的第一个案例是天津邮轮码头,这是一个非常熟悉也很著名的案例。过去大家看这个案例的时候,基本上从每个专业的角度,比如技术专业怎么建模,或者从机电专业,大家今天要给大家看的是什么呢,信息在多专业之间如何协同和流转。大家知道这个项目的总包方是由中建二局,他要面向和七个单位进行协作,在这个过程中它就形成了七个单位七个模型。在这个过程中它是如何实现信息传导的呢?比如设计院建了一个外延模型,大家管它较2而模型1。结构专业做了一个全比例的结构模型,管它叫模型2,把模型1和模型2提交给总包方,总包方合并成模型3,模型3里面包含了建筑和结构的相关信息,然后他再导给G2C加工和G2C安装的部门,形成模型4,最后他再把模型3传递给幕墙专业和机电设备专业,形成模型5和模型6,最终他们再把模型5和模型6导回总包方,总包方把它合并成为包括建筑主体、结构、机电安装等等相关信息的模型7。这个过程中大家来说就形成了这样一个非常有效的信息流转和传递过程。
    (图)这是不同专业所建立的不同模型。大家现在要说明的是,这个模型对大家来说是非常有价值的,它也是一个非常有价值的探讨。最后业主和开发商在交流的时候,虽然他们碰到了很多困难,但是总体上来说它实现了信息在这个过程中协作性流转,非常重要。他们说没有BIM技术就不可能完成这个项目,大家认为这是一个非常有价值的结论。
    再举一个小的例子,大家在BIM实施的整体过程中还存在很多问题,因为它仅仅是一个推动的开始。柳东实验初中这样一个小的建筑,业主虽然在他的招投标文件中提到了BIM,但是他并不知道BIM怎么去运用,所以给设计方带来很多困惑。严格说他应该在文件过程中,对设计交付有一个明确的要求或者标准,比如模型的交付深度,内容和格式。从这些角度来讲,大家在实施过程中还有很多问题要解决。比如从重大技术问题上来说,比如集成技术、共享技术、协作技术。从企业在推动角度来说,要全面实施BIM,必须从从业者的角度和管理者的角度,都共同对BIM有深刻的认识来推动它。比如习惯的改变、学习能力的改变,还有你是不是肯在BIM上增加投入,你有了投入是不是就意味着你有了BIM的实施呢?还不是,因为业务流程还需要改造。从全行业来说,BIM在推动过程中还会遇到很多问题,比如信息资源共享,产业链各个环节逐步透明的问题,以及到法律法规相关的改变。
    通过以上大家可以看到,BIM从实施的角度来说有了很多经济,也存在很多问题,大家刚才讨论的是BIM标准问题,大家认为BIM的标准将来真正的实施是在于企业标准的确立,企业标准核心仍然是CBIMS标准,在不同的企业,设计企业、施工企业和运维企业,它依据这样一个标准的内容,再建立起自己的实施细则。只有当这个全面的从技术到实施架构,一直到企业实施规则全面建立的时候,大家BIM就是真正普及的那一天。
    最后回到最开始研究的结论,大家说BIM是什么呢?1.BIM是建筑领域信息技术发展的一个基本方向。2.BIM是建筑行业长期普及和应用的过程。3恩.BIM将促使建筑业态发生彻底的转变。这三个结论是大家两个研究报告所得出的基本结论,希翼通过这样一个基本结论能给大家从战略的角度上和宏观的层面上有所帮助。我的报告完了,谢谢大家。
 
 
 
 
 
 

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