离开了国外"软件",BIM就无从谈起。我们的BIM技术发展正陷入这个没有创新的"创新"泥潭。
我们从理论上己经证明了BIM存在理想潜力,但十年的实践说明BIM的发展状态离这个理想目标还相距甚远,我们不得不认为以前达到目标的做法是否需要改进?为实现这个目标是不是还需要更多的研究和实践去探索和证明。
中国建筑业多年来在全世界一直保持总量第一的发展水平。在建筑技术的方方面面,我们从无到有、从弱到强,已经取得了不俗成绩。但在都说BIM要成为建筑业宠儿的今天,我们似乎一直都在爬行;国外"BIM"软件一统天下,国内软件业对于BIM难以发声,使用单位连学以致用似乎都深感吃力。我们不禁要问:我们对于BIM的理解是否完整?以往我们推广BIM的做法是否存在问题?BIM的创新发展是什么?
1、BIM应用的难点在于软件数据互用
在《美国建设行业协同能力研究报告(2007)》(图7-1)报告中关于BIM与协同能力描述为:
业内对协同能力有着狭义、广义两种观点。狭义是指从纯技术出发,将其定义为"管理和沟通项目合作各方之间的电子产物和项目数据的能力";广义则是超出技术扩展到文化(理念〉层面,其定义为"实施和管理集成式项目的多专业团队各方之间合作关系的能力"。但这些观点也都是相互关联而且同步(增减)的。一项具体技术的协同能力能够在实际项目中提高其效率。如项目团队各方能够在不同的应用程序和平台间自由地交换数据,他们之间就能更好地集成项目交付。随着项目团队内部的集成度提高,他们越来越需要一个能够从这样一种合作关系中获利的技术方案。随着BIM的应用,协同能力也受到了关注。BIM不仅实现了三维设计,而且还是设施的物理与功能特性的强大数据库。BIM数据在项目团队各方中的共享,对于BIM应用的优化提升至关重要。协同能力就是对此的重要因素。项目团队内在不同的应用程序和平台上重复输入数据,造成了各方面巨大的浪费。在BIM应用的影响因素中,改善协同能力是其中非常重要的一项(41%)。其他重要因素还包括业主要求(49%)、改善项目团队各方之间的交流(47%)、减少施工成本(43%)等(图7-1)。
图7-1BIM应用的影响因素
在《北美BIM商业价值评估报告(2007-2012)》(图7-2)中,改善应用软件之间的数据互用能力、改善BIM软件功能及更清晰定义各方之间的BIM交付成果列为提高BIM利益的重要改进因素之首(图7-2):
图7-2 提高BIM利益的重要改进因素
《中国BIM应用价值研究报告(2015)》提及在中国最可能提高用户BIM效益的技术及流程因素如图7-3所示:
图7-3 中国最可能提高用户BIM效益的技术及流程因素
西方国家推广BIM的现实是以建筑设计可视化,空间协调(即碰撞检查)为起点体现"BIM软件"项目收益价值,之后改进软件应用之间的互操作性、更加清晰地定义各工种(各团队)之间提交的BIM数据,多年来"BIM软件"没有解决这个问题。发展至今,信息共享、协同工作己经成为各国BIM面临的最大技术难题。而基于我国目前的实际情况,在借鉴其他国家经验应用BIM进行可视化和空间协调等工作以外,中国BIM可能更应该以实现信息共享、协同工作为主线让行业切实体验BIM的综合商业价值。
2、各国曾经的BIM目标
(1)英国BIM
英国政府内阁办公室在2011年5月公布的建筑策略,将与业界各专业团体合作去订立标准,用以让整个建筑业供应链能利用BIM技术做出更佳的协作,计划主要内容:
1)为建筑业准各BIM标准和规范BIM培训发展。
2)致力完成运用BIM的试点项目。
3)由2012年3月起,将把BIM连结到物业营运阶段,如协助资产管理。
4)由2012年4月起,会为政府项目设计一套强制性的BIM标准。
5)由2012年暑假起,会分阶段为政府所有项目推行BIM计划。
6)以2012年七月为目标,在多个部门走立试点项目,希望各部门能运用3D科技来协作交付项目。
7)希望到2016年能有一个能多方面充分协作的3D BIM,并将全部的文件以信息化管理。具体计划的内容会被分阶段的在每年年底发布。
8)运用BIM技术把项目的设计、施工和营运融合一起,以达更佳的资产性能表现。
英国建筑商联合会(NFB)就英国承包商如何应对BIM在技术和组织方面的挑战进行了调查,调查结果显示,大多数英国承包商认识到了BIM的潜在好处,却都难以采用:大家对通过创新使工作更有效率的愿望是显而易见的,但调查也清楚地告诉我们:需要在希望改变的愿望与提供实现改变的专有技术之间搭建桥梁。NFB与英国建筑业技能和培训理事会将与业内同仁合作,分享BIM知识,开发信息系统,为整个建筑业提供适当的指导和支持。
(2)澳大利亚BIM
2012年6月6日澳大利亚buildingSMART组织受澳大利亚工业、创新、科学、研究和高等教育部(DIISRTE - Department of Industry, Innovation, Science, Research and Tertiary Education,官方网站:www.innovation.gov.au)委托发布了一份《国家BIM行动方案》(NATIONAL BUILDING INFORMATION MODELLING INITIATIVE)。该行动方案提出四项建议:
1)2016年7月1日起所有澳大利亚政府的建筑采购要求使用基于开放标准的全三维协同BIM进行信息交换;
2)通过澳大利亚国务院鼓励州和地区政府在2016年7月1日起其建筑采购同样要求使用基于开放标准的全三维协同BIM进行信息交换;
3)实施澳大利亚全国BIM推动落实计划;
4)设立一个有关键利益相关者代表组成的工作组,管理计划的实施。
《国家BIM行动方案》要求执行下面几个方面的工作,并制订了详细的按优先级排序的"国家BIM蓝图"(National BIM Blueprint):
采购:通过支持协同、基于模型采购的新采购合同形式帮助客户、咨询顾问、承建商管理风险、知识产权、保险和质量保证。
BIM指南:为行业和政府客户、咨询顾问和承建商提供一套基于协同工作、开放标准和与全球最佳实践一致的澳大利亚BIM指南。
教育:基于多专业BIM教材、在职培训和职业发展通过一个全国性的BIM教育特别工作组提供广泛的行业认知和再教育。
产品数据和BIM库:通过一个在线澳大利亚BIM产品库使建筑产品制造商认证的信息可以在所有基于模型的应用软件中容易获取。
流程和数据交换:建立公开标准数据交换协议支持协同工作和工程项目生命周期内任务说明、设计、施工、制造和维护全供应链集成。
规则框架:为规划师、地方政府和政府主管部门建立一套具有建筑构配件、用地、地理空间和人类行为定义集成数据的机制来衡量和分析建筑形式性能。
示范工程:鼓励示范工程用于论证和检验上述六项计划的成果用于全行业推广普及的准备就绪程度。
建立由主要利益相关方代表组成的特别工作组来管理一个5年计划保证《国家BIM行动方案实施计划》的实现。
计算机软件开发商是BIM环境的重要成员,设计公司使用一系列来自不同厂商的硬件和软件,例如Autodesk/Grapfisoft/Bentley/Tekla,这些BIM工具辅以其他专业设计软件满足企业、设计专业和项目的需要。这些现有BIM软件产品面临很多挑战:
项目过程的每个阶段都需要比原来更多的工具,有些工具价格很高,给企业带来了更大的财务负担。
BIM工具的专用性(开放性和标准化的反义词)导致建筑业企业感觉自己像是在"押宝",因为越来越多地和一家特定的软件厂商以及该厂商的成和败连在了一起。
澳大利亚在2010年12月"BIM in Australia"报告中己经认识到"BIM软件能力不足是主要问题",强调发挥行业力量要求行业协会和软件厂商"做出一套互相协调的行业解决方案"的要求,历时一年半后的2012年6月提出的《国家BIM行动方案》,其中BIM理想多于实质:"建立公开标准数据交换协议支持协同工作和工程项目生命周期内任务说明、设计、施工、制造和维护全供应链集成"仍是《国家BIM行动方案实施计划》要求执行的主要内容,澳大利亚联邦政府与澳大利亚buildingSmart机构共同成立了建筑环境产业创新委员会(BEIIC,顾问咨询机构)建议:设立一个有关键利益相关者代表组成的工作组,管理计划的实施。在未来的十年,将有更大的动力促使业主成立协作团队采用BIM和其它虚拟并开放源码的设计工具,以及支持设计、建造、运行、甚至拆除阶段的工具,即"从出生到死亡"的整个生命周期的工具。
这个情况会导致企业由于采用不同BIM而得到不同业务结果,因为从长远来看,随着技术的不断变化,他们可能没有选择正确的BIM厂商。
IPD(lntegrated Project Delivery 集成项目交付)的主要障碍之一是不同BIM平台从其他平台获取数据和支持供应链工作流程的能力局限,API(Application Protocol Interface 应用协议界面)要求对数据结构、程序和协议只有极少的规格明细且没有标准。
一个可能的解决方案是开发基于诸如IFC的开源软件,但被认为仍有商业和实用上的限制,因为IFC标准发展缓慢。
虽然目前不是所有企业和客户都要求基于BIM模型的资产或设施管理功能,但是随着客户全面认识到这样做的效益以后,预计在这方面会有相当大的需求。现阶段开发这类功能的困难之一是每个建筑物业主和每个单个建筑物对此类需求的高度不一致。
澳大利亚建筑师学会(Australian Institute of Architects)、澳大利亚咨询协会(Consult Australia)和Autodesk公司于2010年12月联合发布了一份名为"BIM in Australia"的报告,报告在"软件"这一部分里面提了两个非常明确的针对BIM软件的要求:
与会者要求行业协会和软件厂商共同努力,探讨沟通、全力合作,做出一套互相协调的行业解决方案。
与会者要求软件厂商研发设施管理(FM)解决方案。
(3)韩国
多个政府部门都致力制定BIM的标准,如韩国政府供应局和韩国国土海洋部。韩国国土海洋部在2010年1月分别在建筑和土木两个领域上制订了BIM应用指南。该指南为开发商、建筑师和工程师的采用BIM技术时必须注意的方法及要素做了详细的说明。其BIM实施和具体路线图的内容包括:
1)在2010年为1-2两个大型工程项目应用BIM。
2)在2011年为3-4个大型工程项目应用BIM。
3)由2012至2015年,全部大型工程项目都采用BIM4D技术(3D+)。
4)于2016年前实现全部公共工程应用BIM技术。
(4)芬兰
参议院地产的BIM要求:
1)自2007年10月起在建筑设计方面实施强制性BIM要求,而独立的项目可以自行决定运用BIM科技与否。
2)建议在项目广泛运用模型协助。
3)在一些设计投标项目中会引进使用BIM的要求,并成为该项目协议的一部分,故具有法律约束力。
4)提出在建筑业运用BIM的大方向。
5)建筑模型应根据BIM的要求递交。
6)建筑结构和模型内的监测过程应根据BIM的要求存档。
Senate地产(the Senate Properties)是芬兰最大的政府属下机构,负责管理和出让芬兰的物业,在2007年发布了建筑设计的一套BIM要求,内容包含了对所有项目参与者全面化的要求,如素质认可、建筑设计、机电设计和结构设计。
(5)挪威
公共建筑机构(Statsbygg)是一所为挪威政府提供施工和物业管理顾问服务的结构,在2011年发布了一本BIM手册版本1.2,提供了有关BIM要求和BIM在各个建筑阶段的参考用途的信息。内容包括了一些有关怎么建立一个项目BIM模型的指引。内容概括如下:
1)提供了BIM要求、用语、定义的一些规范。
2)发布了BIM在建筑业的不同用途,如设计、施工和设施管理。
3)提供了不同范畴的BIM模型标准。
(6)新加坡
建筑与工程局(BCA)准备于2015年前,强制性执行电子化网上递交建筑、建构、电机的审批图作。该强制性电子化网上递交审批图作的目标是提高效率,减低设施图则的时间和资源。该局确定目标于2015年前,超过八成的建筑业企业能广泛地应用BIM。政府的公共部门也会为运用BIM技术起带头作用,计划于2012年起,所有的新建筑项目必须应用BIM技术。除此以外,新加坡建筑与工程局成立了BIM基金,希望鼓励企业在建筑项目上把BIM技术纳入其工作流程,把BIM技术运用在实际的项目当中。
(7)中国香港
房屋委员会(HA)是在香港负责发展和推行公共房屋计划的政府机关。他们希望能够借着BIM来优化设计。改善协调效率和减少建筑浪费,从而提升建筑质量。香港房屋委员会利用BIM令设计可视化,并逐步推展BIM至各个阶段,使整个建筑业生命周期。由设计到施工以至设施管理等连串业务相关者相继受惠。香港房屋委员会计划:
1)在2014年至2015年,将BIM应用作为所有房屋项目的设计标准。
2)为了成功地推行BIM,自行订立BIM标准、用户指南、组建资料库等等设计指引和参考。这些资料有效地为模型建立、管理档案,以及用户之间的沟通创造良好的环境。
从2007年或更早提出了"团队各方使用的软件数据互用"是影响BIM价值的主要因素,但至少在过去的几年时间里,美国及其他应用"BIM"较为先进的国家在软件互操作性方面并无太大进展。从目前情况来看,英国、澳大利亚、韩国、芬兰、挪威、新加坡、中国香港所订2015或2016计划基本难以完成。从这些国家的BIM发展经验来看,世界BIM今天面临着同一亟需解决的首要问题是软件数据互用及开发项目全生命期所需的技术与管理软件。我国工程建设与国外有许多不同之处,国外BIM发展经验及我国国情都要要求我们在BIM发展过程中既要学习国外成功经验,又要结合我国工程实践的创新。没有创新,我们将会付出巨大的代价而难以达到目标。
3、中国BIM发展战略
国外"BIM建模软件"技术近期难以追赶,我们痛苦地等待着国外"BIM"软件在中国本地化,尽管企业在为"BIM"软件无偿补"族飞但中国BIM还是步履蹒跚。
中国多年"BIM"技术应用过程证明,缺乏正确的BIM发展指导方针(战略)和可行的技术路线(策略),不在中国本土己有技术成果基础上研究实现BIM的方法,不仅中国本土软件开发商无法随中国BIM发展而壮大,而且也必定阻碍引进国外先进数字三维软件技术在中国的应用与发展。
当年国家计委设计局领导对CAD在我国工程建设行业普及应用提出了十六字指导方针:"以我为主,博采众长,融合提炼,自成一家"。用在今天的BIM研究和实践上,中国BIM的发展战略可以总结为十六字(图7-4):
图7-4 中国BIM发展战略
中国BIM以实现BIM技术的核心,实现信息共享、协同工作。目前"BIM"软件与CAD软件取长补短、共生存同发展是我国目前工程界计算机应用技术的客观事实。
(1)以我为主
目前国内建筑工程设计主要软件工具如下:
以设计阶段为例,被众多设计院广为使用的工程设计软件有:
建筑设计软件 - 天正建筑、斯维尔、理正建筑等,基于AutoCAD平台,完全遵循中国标准规范和设计师习惯,几乎成为施工图设计的标准,同时具备三维自定义实体功能,也可应用在比较规则建筑的三维建模方面;
给排水设计软件 - 理正给排水、天正给排水、浩辰给排水等,基于AutoCAD平台,完全遵循中国标准规范和设计师习惯,集施工图设计和自动生成计算书为一体;
国内建筑给暖通设计软件 - 鸿业暖通、天正给暖通、浩辰暖迪等,基于AutoCAD平台,完全遵循中国标准规范和设计师习惯,集施工图设计和自动生成计算书为一体;
建筑电气设计软件 - 博超电气、、浩辰电气等,基于AutoCAD平台,遵循中国标准规范和设计师习惯,集施工图设计和自动生成计算书为一体;
岩士工程设计软件 - 理正工程地质勘察软件、理正深基坑支护结构设计软件、理正岩土地基处理设计软件等;
建筑结构设计软件 - PKPM结构、广厦结构(AutoCAD平台),以及探索者结构(AutoCAD平台,用于结构分析的后处理,出结构施工图),遵循中国标准规范和设计师习惯;
建筑节能设计软件 - PKPM节能、斯维尔节能、天正节能等,均按照各地气象数据和标准规范分别验证,可直接生成符合审查要求的分析报告书及审查表,属规范验算类软件;
建筑日照设计软件 - 天正日照、众智日照、斯维尔日照等,均按照各地气象数据和标准规范分别验证,可直接生成符合审查要求的分析报告书及供审圈,属规范验算类软件;
结构分析与设计软件 - SAP2000和ETABS,集成建筑结构分析与设计,SAP适合多模型计算,拓展性和开放性更强,设置更灵活,趋向于"通用"的有限元分析,但需要要熟悉规范,但均没有后处理功能;
环境能源整合分析软件 - IES(Virtual Environment),用于对建筑中的热环境,光环境,设备,日照,流体,造价以人员疏散等方面的因素进行模拟和分析;
国内施工造价软件,主要分造价和算量 - 广联达(自主平台)、鲁班(AutoCAD平台)、斯维尔(AutoCAD平台)、和神机妙算(自主平台)、品若等,遵循各地的定额规范。
这些成果过去是、现在及可见的将来仍然是我国工程建设计算机应用的重要工程软件,用BIM技术改造这些软件并开发更多的施工和管理软件、提升这些软件间的数据互用和协同工作能力,实现BIM技术,这对于提升我国建筑业具有重大意义,这也是我国BIM技术创新发展的重点。
基于国内20多年自主软件产业的发展成果,在中国BIM发展的道路上,我们完全有理由也有能力做到"以我为主"。
(2)尊重他长
以我为主是以我为主导并非闭关自守,我们深知我国BIM技术的发展目前相对落后,尤其在数字三维软件技术方面我们亟需国外的先进技术与思想,仅以建筑设计软件为例,国外建筑设计软件有:
达索Dassault的Caitia:起源于飞机设计,三维CAD软件,曲面建模能力强,应用于复杂、异型的三维建筑设计;
Google的草图大师Skechup:简单易用,建模极快,适合前期的建筑方案推敲,因为建立的为形体模型,难以用于后期的设计和施工图;
美国Robert McNeel的犀牛Rhino:广泛应用于工业造型设计,简单快速,不受约束的自由造形3D和高阶曲面建模工具,在建筑曲面建模方面可大展身于;
匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD:欧洲应用较广的三维建筑设计软件,集3D建模展示、方案和施工图于一体,但由于对中国标准规范的支持问题,结构、专业计算和施工图方面还难以应用起来;
美国Autodesk公司的Revit:三维建筑设计软件,集3D建模展示、方案和施工图于一体,使用简单,但复杂建模能力有限,且由于对中国标准规范的支持问题,结构、专业计算和施工图方面还难以深入应用起来;
美国Bentley公司的Architecture:系列三维建筑设计软件,集3D建模展示、方案和施工图于一体,使用较复杂,由于对中国标准规范的支持问题,结构、专业计算和施工图方面还难以深入应用起来;
美国Autodeskt公司的3DMax:效果图和动画软件,功能强大,集3D建模、效果图和动画展示于一体,但非真正的设计软件,只用于方案展示,几乎所有的效果图都离不开。
这些软件技术是我国短期内难以超越的,我们应该尊重、博采他长,并将其与我国现有各种应用软件数据互用、协同工作,以完善"以我为主"的中国BIM软件体系。
(3)智者同行
目前国内外厂商的软件无论是质量还是数量离实现中国BIM目标的系列软件数量要求还有很大差距。中国BIM具有足够大的潜在软件市场,存在巨大商机,软件厂商既可平行也可交叉工作,相互合作、借鉴,共同开拓中国BIM系列软件市场。中国BIM发展需要全体建筑业从业着及国内外软件开发商的共同努力。
(4)互联互通
中国BIM亟待从一个美丽概念尽快转化为实实在在的生产力,实现全生命周期BIM必须具有完成全生命周期所有任务的工具中国BIM系列软件。我们将在"互联网+"平台上,借助《建筑信息交换实施标准))(正在编写)实现所有工程技术、管理软件的数据互通。
4、中国BIM发展策略
中国BIM有其特殊性,在技术发展策略上也与国外有所不同,针对中国特点制定中国BIM技术发展策略(图7-5):
图7-5中国BIM技术发展策略
(1)化整为零、统一携领:
BIM凰然是个庞大信息库,但信息交换具有内在规律,存在的信息必为下一阶段特定专业或管理软件所需,因此,应将BIM数据库中信息化整为零,按专业直接交付给下一阶段软件所用。由于项目全生命周期涉及模型数据种类繁多,每种模型数据各有特点,既要根据需要分别对待,又要统一标准才能使整个系统软件应用BIM数据达到简单高效。
(2)化繁为简、平台协调:
将建立庞大(但难以实现)单一BIM模型应用,改变为根据项目各方的各个专业及管理人员根据需要自行建立专业模型井通过平台协调软件协同改造,满足BIM数据一致性的要求。
(3)尊重传统、创新提升:
中国历年来的大量建设,诸多项目参与方己经形成了自己的技术与管理规律,既成传统难以一时改变。BIM应该着重于在传统专业技术与管理基础上创新、提升并逐步发展。有智慧的软件开发商可以按照BIM标准要求开发软件使普通专业或管理工作者在传统管理模式下不知不觉中"被BIM"。