【智慧证书】BIM与软件

计算机软件(Computer Software)是指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。程序必须装入机器内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入机器。软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户，为了使计算机系统具有较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须通盘考虑软件与硬件的结合，以及用户的要求和软件的要求。

　　软件（software）是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件并不只是包括可以在计算机上运行的电脑程序，与这些电脑程序相关的文档一般也被认为是软件的一部分，简单的说软件就是程序加文档的集合体。程序不等于软件，程序只有被客户所接受、实现了商业价值，才叫做软件，其中还要做包括营销、建立经销渠道等等大量工作。

　　一般来讲软件被划分为系统软件、应用软件，其中系统软件包括操作系统（如windows）、中间件软件(中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间，是一类软件的统称)、数据库软件（sql server、oracle、DB2等）；应用软件包括行业管理软件（社保系统，电力系统，银行系统等）、文字处理软件（如Office、WPS）、辅助设计软件（如AutoCAD、Photoshop）、媒体播放软件（暴风影音、豪杰超级解霸、Windows Media Player、RealPlayer）、系统优化软件（windows优化大师、超级兔子魔法设置）等等。

　　3D建模通俗来讲就是通过三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。在计算机里显示3d图形，就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界，因此在计算机显示的3d图形，就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小，就会形成立体感。计算机屏幕是平面二维的，我们之所以能欣赏到真如实物般的三维图像，是因为显示在计算机屏幕上时色彩灰度的不同而使人眼产生视觉上的错觉，而将二维的计算机屏幕感知为三维图像。基于色彩学的有关知识，三维物体边缘的凸出部分一般显高亮度色，而凹下去的部分由于受光线的遮挡而显暗色。这一认识被广泛应用于网页或其他应用中对按钮、3d线条的绘制。比如要绘制的3d文字，即在原始位置显示高亮度颜色，而在左下或右上等位置用低亮度颜色勾勒出其轮廓，这样在视觉上便会产生3d文字的效果。具体实现时，可用完全一样的字体在不同的位置分别绘制两个不同颜色的2d文字，只要使两个文字的坐标合适，就完全可以在视觉上产生出不同效果的3d文字。

　　BIM与软件是BIM不得不说的话题。

　　BIM利益相关方，无论是软件开发商、业主、设计、施工、运维及政府各方每个人，100%都认可：BIM不是软件。可在实际应用中，为什么无论是管理部门、BIM标准制定者、设计院、施工企业、运维及业主离开“BIM软件”就谈不上BIM了？

　　前两年我看到了一张“BIM没有软件”的PPT（图4－1）：

图4-1 BIM没有软件

　　因为没有看到全文，从这一张PPT上也不敢贸然断定把“BIM without the Software”认为“BIM没有软件”是否正确，但它提醒我们对于BIM与软件需要有更进一步的认识。

　　因此，我们需要厘清BIM与软件的关系。为此，我查阅了美国《NBIMS》关于BIM与软件的相关关系描述并试图分析BIM与软件的关系。

　　1．BIM不是软件但离不开软件

　　美国国家建筑信息模型标准(NBIMS)是建设行业转型的关键元素。NBIMS为建筑信息交换制定了标准定义，通过使用标准的语义和本体模型来支持严苛的业务环境。如在软件中得以实施，该标准将成为准确高效的沟通和业务活动的基础，这正是建筑行业及行业转型所必需的。此外，该标准还有助于工程项目相关过程的所有参与者能由业务合同获得更可靠的产出成果。

　　NBIMS行动计划意识到BIM需要支持以下内容的合规的、透明的数据结构：

• 包括建筑信息交换的具体业务案例。

• 支持业务案例所必需的用户数据视图。

• 用于信息互换和结果验证的机读交换机制（软件）

　　“BIM需要支持以下内容的合规的、透明的数据结构”可以表达为图4-2:

图4-2 BIM需要支持多学科的、透明的数据结构

　　回顾图1-4 NBIMS信息交换框架组织的第2层（图4-3），我们可以直观理解“业务案例”。

图4-3

　　建设行业利益相关各方在BIM使用和信息交换中的角色

• 业主–有关其项目的高度概括性信息。

• 规划师–有关实际场地和公司计划需要的既有信息。

• 房地产经纪人–有关支持房地产买卖的场地或设施的信息。

• 评估师–有关支持设施评估的信息

• 按揭银行 - 有关人口统计数据、公司状况和生存能力的信息。

• 设计师 - 规划和场地信息。

• 工程师 - 可导入设计和分析软件的电子模型。

• 造价和算量师 - 可得准确用工量的电子模型。

• 详细说明 – 智能对象，由它来详细说明并链接到后面阶段。

• 律师和合同– 辩护或诉讼需要的更为准确的法律描述。

• 施工承包商 - 和订购用智能对象和用来存储获得信息的地方。

• 分包商 - 更清晰的沟通，并给予以总包商同样的支持。

• 预制件厂商 – 能使用智能模型对制造过程进行数控。

• 法规官员 - 合规审查软件可以更快、更准确地处理模型。

• 物业经理 - 提供的产品、保修和维护的信息。

• 维护保养 - 轻松识别维修和更换的零件和产品。

• 改造修复–将不可预见的条件和由此产生的成本降至最低。

• 处理和回收利用–深入了解可循环使用的材料和物品。

• 范围研究、测试和模拟 –项目虚拟建造，消除碰撞冲突。

• 安全和职业健康。了解所使用的材料和化学品。

• 环境和环保机构 –环境影响分析后的改善信息。

• 设备运行 - 处理流程的3维可视化效果。

• 节能和绿色 -更轻松地完成节能优化分析，可以更多地考虑多个备选方案，如建筑在场地中的布置及其朝向所产生的影响。

• 空间和安全–3维显示的智能化对象，有助更好的了解薄弱所在。

• 网络管理人员 - 3维的物理网络布置对故障定位非常宝贵。

• 首席信息官(CIOs) –更好的业务决策和现有设施的信息的基础。

• 风险管理–更好地了解潜在风险，懂得如何规避和尽量降低损失。

• 房客支持系统 - 设施可视化标识导向系统（建筑用户往往看不懂楼层平面图）。

• 紧急救援–及时准确的信息可将生命财产的损失降到最低。

　　BIM需要支持建设行业的以上及其他任何一项业务案例，为某一经认证的业务案例提供的交换模型是否正确需要软件验证。

　　BIM不是软件但它是业务案例（任务）软件输入信息的一部分。

　　2．理想BIM与任务软件相对独立

　　BIM是一个数据库，所有利益相关者参与共建BIM（图4-4），这并不意味着可以用一个超级软件创建BIM。

图4-4

　　BIM的创建和应用是一个合作过程，美国《NBIMS》给出了BIM关系图（原图3.4-4，本文图4-5）：

图4-5 BIM关系图

　　图4-5确定了许多在项目全生命期发生的传统功能和活动，它们在 BIM模型本体上是相关的（Figure 3.2-4 identifies many of the traditional functions and activities that occur during a facility lifecycle, which are all ontologically related in a BIM.），相互之间可以依赖或不依赖。

　　换句话说，图3－5所示的“传统功能和活动”任务应用软件按一定的规则应用及创建BIM数据，如图4-6（原载于《NBIMS》图5.2-2）。

图4-6 “传统功能和活动”与BIM

　　至此，我们可以认为BIM与软件相对独立， “传统功能和活动”任务软件通过信息交付手册（Information Delivery Manual, IDM）从“IFC（Industry Foundation Classes）+IFD（International Framework for Dictionaries）产品模型”中获取数据完成任务并按照IDM的要求将数据送入“IFC+IFD产品模型”中为其他任务软件使用。

　　美国《NBIMS》在叙述NBIMS与“工具制造商”的关系中指出：

　　NBIM标准主张建设行业可行的软件可互操作性要验收设施的开放性信息模型和与每个参与的应用程序的接口。如果数据模型涉及全行业(即代表设施的全生命期),标准提供了行业各应用软件程序成为可互操作的机会。

　　NBIMS委员会不打算开发或实施软件或集成系统，或提供技术和数据处理服务。然而，NBIMS项目会通过标准为那些从事概念开发、外包、宣传和教育的人员提供支持。NBIMS 和工具制造商之间的关系是协作关系。第4章有预计信息交换内容的详细规定， 第5章有关于标准制订和使用的详细规定。总之，NBIMS主要是确立方法，指导制订和描述开放的、可互操作的建筑信息交换的方法，与典型业务流程一致并对其起支持作用的交换数据集说明，以及将交换数据集纳入其他人开发的软件应用程序和集成解决方案的说明。

　　最后，传统的计算机CAD在可预见的未来还将继续发挥作用，参考文献也提供国家CAD标准 （NCS）的链接，介绍NCS的重要持续作用及其与3D、4D和其它虚拟模型和工程环境的关系。

　　随着有更多的应用程序和web服务系统开发出来为建设行业所用，就会更加需要将引用的数据纳入某些系统，这些系统需要该数据管理用于分析和决策支持的智能系统。NBIMS计划推动了制定这类数据的结构和工作流程，使它纳入行业所使用的软件产品中。

　　3．现实BIM是软件间信息无缝交换

　　正如《NBIMS》所言：目前没有可以支持建设行业全部范围内工作的软件应用程序, 可能永远也不会有。随着BIM的使用逐步扩大，NBIMS委员会希望通过NBIM标准创造一种能力：各方都能选到最适合自己要求,深信能够自由地与他方协作并高效地交换数据的软件。

　　软件的可互操作性是在软件层面上多个有其不同内部数据结构的应用程序之间的信息的无缝数据交换。就软件来讲，术语互操作性用来描述不同程序通过一套共同的业务程序, 读取和写入相同的文件格式, 使用相同的协议进行交换数据的能力。可互操作性的实现是通过将每个参与应用程序的内部数据结构的组成部分映射（mapping） 到通用的数据模型，反之亦然。如果采用的通用数据模型是开放性的,任何应用程序都可以参与映射过程，因而与参与映射过程的其他任何应用程序形成了可互操作关系。可互操作性消除了将每个应用程序（不同版本的程序）与别的应用程序（不同版本的程序）的集成工作, 大大降低了成本。

　　NBIMS V1-P1介绍BIM的视野比较宽，它不是聚焦在软件产品和行业实施BIM的具体案例分析，而是从建筑供应链流程的全生命期视野角度列出以贸易伙伴之间定义和标准化信息交换的必要工作范围，针对这些工作的建议、及展现适当原则和结果的工作进展例子。

　　NBIMS计划的重点在于全生命期的建筑信息模型的业务要求部分, 提供了要求和详细说明,供软件开发人员在应用程序中实现。委员会将NBIM标准与软件开发人员的工作分离使得单个软件公司可以按照各自意愿基于单纯的、开放的和中立的交换标准来编制应用程序，而不需要支持很多专有的翻译器。这种方法使许多应用程序在设施全生命期中做出贡献，承接上一阶段工作的信息，转而提供给下一阶段的工作。然后，每个应用程序都免费将最佳实践收入囊中，再向用户提供的具体的功能。

　　如前所述，软件的互操作性是各种类型的应用程序之间的无缝数据交换, 各应用程序可能都有自己的内部数据结构。软件的集成是互操作性的一个特殊情况, 在那里, 相同的数据模型用于单独的应用程序, 或两个应用程序之间发生特定的集成。这样，互操作性是在有限的应用程序组内实现(通常该组的应用程序各自服务于不同的学科、行业过程或业务情况)。通过同意共享数据模型或执行指定的集成，软件开发商寻求市场的优势。数据集被直接导入和/或导出，或应用程序界面直接访问数据文件。传统上，集成的数据模型和应用程序都是专有的。如果原始数据格式因某种原因而改变，所有集成的应用程序必须重新集成。单个组织可能支持数十个专有的数据格式，其中各个应用程序必须与其他集成。在典型的组织中，这可能需要维护数以百计的集成，或需要避免通过分离功能操作和依靠手动重新键入信息进行集成，这种做法较为常见。

　　4．BIM与“BIM软件”

　　图4-7将图4-5的单一BIM数据库分解为建筑、结构、机电（水暖电）三个数据库存储，并为完成全生命期的任务提供信息，与之对应的任务应用软件及软件关系如图4-8所示。

图4-7 设施全生命期BIM实施图

图4-8 设施全生命期BIM建模软件及任务软件关系图

　　从图4-8我们看到了BIM就是软件，三个建模软件创建了设施全生命期的所有BIM数据，三个集成软件产生BIM数据库。

　　为什么BIM与软件不是相对独立、为什么离开三大“BIM软件”不能实施BIM？

　　我们暂且抛开BIM，看看如图4-9所示的实际工程从规划、设计、施工、运维、拆除过程的“建物”任务：

图4-9 设施规划、设计、施工、运维、拆除全生命期“建物”任务

　　为了使设计符合技术规范、更合理、施工满足设计要求、运维更节省，即把每项任务完成的更好，对设施全生命期任务需要进行优化、管理。图4-10显示了设施全生命期主要“建物”和优化及管理任务（传统功能和活动）。

图4-10 设施全生命期主要任务

　　无论如何，在中国，过去及今后很长一段时间内图4-10任务都不会改变。提高质量与效率是我们的不变追求，我们一直在使设计软件升级（即使可以把水、暖、电设计合为一个软件，但专业任务分工还是不变）、采用更好的施工机械，改善组织管理；我们一直寻求改变而多少年来始终难以改变的就是使各个任务之间信息共享、协同工作理想，如图4-11所示。

图4-11 如何使所有任务信息共享、协同工作

　　今天终于遇上了BIM，为我们指明了追求理想的方向。美国NBIMS委员会认为，建设行业要保持广泛而持久的效率需要所有参与的应用程序通过交换定义、采用公开的交换数据模型、采用与交换数据模型通用的界面实现软件可互操作性。如果交换数据模型是全行业的（即代表设施/建筑的全部领域），它为行业的各软件应用程序提供了成为可互操作的机会。相比之下，集成排除了与应用程序的互操作性，它不能共享（专有的）数据模型，从而限制了行业的灵活性和效率。

　　从查理·伊斯特曼发表第一篇关于今天我们所说的BIM的理论至今，已经有30多年了“……在一个数据库化的模型上操作得到平、立、剖和透视图；对该模型的一处进行修改，在所有反映该处的所有图纸都会得到自动地、立刻地更新……”。后来被人们不断沿着他的方向，加入“追求数据共享、互相衔接、数据在建筑全生命期全过程应用”等的理想。这一系列的理想和基本原理，在过去几十年和现在，甚至在可预见的未来都没有可能完全实现。但它们一直是行业研究的方向以及软件产品开发的依据。

　　BIM价值的最大化实现需要依赖于不同项目成员和应用软件之间的信息自由流动，从而使每一位项目成员在他的专业（任务）工作需要的时候都能够从上游成员已经收集的信息中及时得到他需要的具有质量保证的信息，同时该项目成员收集或更新的信息也遵守所有上游成员同样的信息管理和共享规则，使其后的下游成员仍然能够在适当的时候得到适当的信息。

　　现在我们再比较一下图4-8与图4-11，将图4-8中的“Model”及其发生器——“BIM软件”放入图4-11中（图4-12），认真思考我们把研究的重点放在研究“BIM软件”是否实现项目建设全生命期利益相关各方需要的信息共享、协同工作的理想、如何实现、什么时候能实现？BIM与“BIM软件”的关系值得我们深思，当您牢记BIM的目标再分析“BIM软件”的功能，慢慢思考，也许就可以回答为什么我们都认同BIM不是软件而离开“BIM软件”就无从谈及BIM的现实矛盾了。

图4-12 BIM与“BIM软件”的思考

　　图4-1的标题“BIM没有软件”，也许在提醒我们应该真正理解BIM的重点不在于应用软件，而在于应用软件需要的信息交换模型视图。“不同软件产生的数据存放在Excel表里面”。这是美国HOK公司的VDC/BIM团队在回答我们“各专业使用不同软件产生的信息如何存放和存档？”问题时的答案，如果信息交换模型视图是Excel表，从BIM是软件间信息无缝交换的观点出发或许可以认可“BIM没有软件”，但 Excel表数据正确与否还需要软件认证。

　　另一方面，即使是最好的包罗万象的一个建模软件产生的单一建筑信息模型，或者是包罗万象的建筑、结构、机电三个建模软件产生的三个子建筑信息模型，都需要把项目其他利益相关者需要的信息交换模型视图（Process Scope BIM）分解出来交付各方（图4-13），因为事情是靠大家干的。

图4-13

　　将图4-13根据目前的“BIM建模软件”功能进行分解（图4-14）可见，“BIM建模软件”要在我国实现其“设计功能”和“BIM功能”还有很长的路要走。

图4-14