黄强：BIM与改变

BIM没有改变项目参与者的基本角色和责任。建筑师继续构思伟大的建筑，各专业工程师继续分析设备系统的特点,...



BIM没有改变项目参与者的基本角色和责任。建筑师继续构思伟大的建筑，各专业工程师继续分析设备系统的特点，建造师继续评估建造手段、方式和造价。BIM的主要改变是允许项目参与者在设计、协调、制造和建造过程中，自动完成某些任务。通过BIM，设计师可以更简单地建立某一给定设计的版本和衍生方案。建造师可以从模型中提取工程量，高效地做出项目成本预算。可以高效地分析设计变化,评估成本、可建造性、计划影响和其他变化。相比于现在项目使用的方法，这些变化和迭代分析最终可以显著提升设计的技术质量，达到更高的协调水平。

　　1、BIM不可能取代CAD

从20世纪80年代中期开始，CAD成为计算机应用的一个重要分支，它把工程师们从烦琐的手工劳务中解脱出来。CAD软件的普及使众多的工程师甩掉了图板，将往日的设计图纸变成了数字化数据。这种引入受到了建筑业业内人士大力欢迎，它良好地适应了建筑市场的需求，设计人员不再用手工绘图了。同时，它也解决了手工绘制和修改易出现错误的弊端。在“对图”时也不再落后地将各专业的硫酸图纸进行重叠式的对图了。这些CAD图形可以在各专业中进行相互的利用。给人们带来便捷的工作方式，在减轻劳动强度的同时也大大提高了工作效率。

传统上，图纸和计算机辅助设计(CAD)文件(二维2D文档)是主要交换媒介，用于协调项目参与者之间的信息。但在这个“传统过程中”，要先假定所有参与者都熟悉2D档，2D文档的本质决定了项目的复杂细节难于充分表达。使用传统的工具和过程，特殊情况的复杂性难于充分鉴别，直到在施工作业中出现高代价的施工问题。

一个建筑信息模型是一个设施在设计、分析、建造和运维过程中的电子化表达。BIM除了包含建筑构件的3D几何表达，还要加上建筑交付过程，以及设施运维过程中需要收集和传递的附加信息。在BIM里，几何信息可以关联不同类型的附加信息，这些几何表达可以表示建筑构件或者很抽象的几何概念，例如房间、分区和连接空间等。附加信息可以指定到几何表达上，例如，一个建筑构件比如墙，附加信息比如墙类型、粉刷颜色或耐火性可以包含或关联到墙上。附加的量化信息，如表面积、体积或长度可以包含进去或从构件估算出来。可以在几何表达上指定的附加信息是多种多样的，这显示出BIM应用可以有更多使用方法。在建筑构件上关联数量、质量和成本信息，使BIM对预算软件非常有用。在建筑构件、分区和空间上关联施工计划活动，使BIM对计划软件非常有用。BIM的用法是无限的，现在仅仅是行业应用的开始，后续还会有模型存储信息更好、更多的应用，例如人群控制分析、紧急情况反应支持，以及基于模型的规范检查。

上述可见，BIM模型是3D几何关联4D、5D、XD信息的数据库模型。CAD这一术语使用的频率很高但却很难给它下一个精确的定义，它可以被解释为计算机辅助设计（Computer Aided Design）或者是计算机辅助制图（Computer Aided Drafting）。现在的CAD实际上是计算机辅助设计及制图(Computer Aided Design and Drafting）”。CAD可以涵盖计算机工程应用中的所有方面，它可以包括图形方式和非图形方式的设计表达系统。同时CAD也和传统的管理信息系统以及系统级的文字处理软件、财会软件、网络软件有所区别。只有直接和工程分析、设计和制图相关联的计算机应用方法才能归类为CAD。

BIM是一个设施物理和功能特性的数字化表达，BIM是一个设施有关信息的共享知识资源，从而为其全生命期的各种决策构成一个可靠的基础，这个全生命期定义为从早期的概念一直到拆除。BIM的一个基本前提是项目全生命期内不同阶段不同利益相关方的协同，包括在BIM中插入、获取、更新和修改信息以支持和反应该利益相关方的职责。BIM是基于协同性能公开标准的共享数字表达。

从以上所述CAD与BIM，我们不难发现两者分别为不同的两件事情，前者是计算机应用方法，而后者是数据库，如图6-1所示，CAD软件是建立BIM数据库重要工具之一。

图6-1 BIM与CAD关系

　　尽管计算机辅助制图（Computer Aided Drafting）的CAD彻底抛弃了手工绘图，但并没有也不可能完全抛弃手工绘图时的计算机辅助设计计算软件；同样，当可能有一天做到用三维CAD替代二维CAD（Computer Aided Drafting）表达时，照样不会也不可能完全抛弃现在所用的计算机辅助设计计算软件CAD（Computer Aided Design）。

　　2、3D模型不会取代二维图纸  

美国承包商BIM指南(第二版)The contractor’s guide to BIM(Edition 2)关于“图纸会消失吗”中指出：在建筑业，对图纸的需求在可预见的未来将持续很长时间。直到有一天，时代改变，安装产品的数字化或全息表达能够替代当前“习惯”的二维纸面表达。图纸是当前实用的信息表达工具。建筑师为了说明细节，需要更加高效的2D图纸来表达，而不是3D。例如：图6-2显示的是栏杆的细节，由建筑师在一张图纸中表达。在3D BIM里,表达通用几何更加简单，但一些在图纸里表达的细节，目前还很难在3D模型里通过实用的方法表达和沟通。在这种情况下，与3D模型相结合的详图(图6-3)作为一个实用工具，既利用了BIM用于专业间的协调能力，又能表达详细信息。同样情况下，图纸还是向现场传递信息的最实用工具。随着时间推移，预计将来会有新的工具出现，例如自动化电子布置系统、施工现场移动计算机，来弥补图纸在现场的使用。但是有件事是不会变的，图纸需要与3D模型表达的信息相一致，或者说3D模型需要与图纸表达的信息相一致。

图6-2 栏杆的细节说明，包含3D模型没有表达的信息

图6-3 从3D模型里直接输出的栏杆细节

　　因此，图纸在很长一段时期内不会消失。

　　3、BIM没有改变项目建设流程

使BIM成功应用于项目的最重要的一个因素是，参与者能围绕模型，具有管理BIM、共享信息和进行协作的能力。需要指出,BIM不应被看成是由某个独立参与者管理和使用一个的单一、孤立模型。一个项目的BIM应看成是联合起来的不同子模型，这些子模型有不同的名字，在项目建造的不同时间段，基于不同的目的，由不同的参与者创建，各个子模型的详细程度也不同，意图也不同。一个工程项目中，在项目众多参与者之间协调信息，是总包扮演的核心角色。因此，严格上来说，总包成为BIM过程中知识型的、主动型的角色，他能使项目所有参与者快捷、有效地共享、分析和操作BIM表达的信息。

一般来说，承包商可以用设计模型进行概算，并核实提取的材料工程量。要想得到更详细的提取工程量和施工计划，总包商可能需要重新建模，来特殊支持这些功能。因为，设计团队提供的设计意图模型的目的是要表达设计意图，在设计模型里详细说明和表达施工过程方式和方法不是设计团队的责任。

通常，承包商的责任是选择适当的方式和方法，并在模型中表达出来。基于选择的方式和方法，需要创建工程量并选择施工过程顺序，承包商可以使用或创建一个模型来建立工程量，决定和模拟施工顺序，模拟场地后勤保障。总包商可以用一个模型或多个分开的模型完成工作。在很多情况下，总包商基于从早期设计文档提取的工程量，来创建概算。在这些情况下，设计模型对概算过程是足够的，不太需要创建施工水平细节的模型。总包商可能也考虑，如何向他们的分包商提供最有用的模型。在另外一些情况下，总包商可能发现在施工前重新对建筑建模非常有价值，这个模型反应实际的现场条件和计划的施工过程。通过这么做，他们可以将调查过的现场条件、方式和方法信息，以及其他详细信息合并起来，创建可施工的模型。在任何情况下，对于所有基于模型的活动，总包商理解模型和软件的准确性、构成和限制都是非常重要的。

在施工阶段，模型的主要目标是模拟和优化实际施工条件。在这一阶段,对于很多建筑系统，需要用非常详细的模型代替通用设计意图模型。为了实现这个目标，实际设计和实际完成这个工作的分包商或建造专业，负责提供现场施工图水平或加工图水平的模型。这些模型表达安装系统的实际布置、尺寸和类型。施工图模型里的信息是制造过程和现场布置的基础。施工图水平模型是施工中冲突检查和3D协调的基础。基于BIM的目标，总包商可能想通过建模补充遗失的信息，来尽可能完整地表达建筑。

围绕BIM创建，美国承包商BIM指南(第二版)认为有5种情景的分类（表6-1），包括工作流程和可能成果。

（1）整个团队在一个协同的BIM环境中工作

（2）设计团队和总包商协同工作

（3）总包商在单独环境里使用BIM工作

（4）总包商和分包商协同工作

（5）分包商协同工作

由上述可见，BIM没有改变项目建设工程流程。

　　 4、BIM改变了传统建筑信息传递方式  

造房子是一个集体运动，每个参与者的行事规则可以简化为典型的IPO（Input-Process-Output）三部曲（图6-4）：

Input     输入：理解项目本身以及其他参与者做的工作

Process处理：根据自己的专业知识和职责进行分析研究并决策

图6-4

　　BIM改变传统”获取信息“方式为BIM信息传递方式，图6-5左边的网状图表现的是目前国内建筑业的工作方式：这种传统的工作方式有两个特点：一是人员关系复杂且效率低；二是没有统一的数据模型，大家各自建立一套数据，这就很容易导致设计出错，数据冗余，而且人员间难以协作。图6-5右边的图则是一个理想的BIM工作方式：一是统一的建筑模型，二是所有的相关人员在一个定义好的规则下与该建筑模型打交道。

图6-5 BIM信息传递方式

　　BIM信息传递方式BIM信息传递方式旨在使信息在建筑全生命期内无损传递（图6-6）。

图6-6 信息无损传递

　　实现图6-6信息无损传递使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。今天建设工程的关键的问题是要提高建设过程的效率，低效率主要源自非增值工作，如在设施全生命期中的各个阶段参与各方的重复输入信息（往往每次输入都会产生新的错误），或设计方未能给施工方提供完整准确的信息。

从以上分析可知，BIM改变了传统建筑信息传递方式，但我们为什么又时常听说“真正的BIM符合应该以下五个特点”：

（1）可视化

在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的效果不仅可以用作效果图的展示及报表的生成，更重要的是项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

（2）协调性

BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。还可以解决例如：电梯井布置与其他设计布置及净空要求之协调，防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。

（3）模拟性

可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，在招投标和施工阶段可以进行4D模拟从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟，从而来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。

（4）优化性

现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。

（5）可出图性

BIM通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出、综合管线图（经过碰撞检查和设计修改，消除了相应错误以后）、综合结构留洞图（预埋套管图）、碰撞检查侦错报告和建议改进等方案。

上述可视化、模拟性、优化性、可出图性在BIM之前也都有了，只不过是应用上述软件时收集信息（输入）的与方法不同而已，可视化、模拟、优化、出图有专门软件，这些不是BIM的事，但在BIM模型中可以提供给可视化、模拟、优化、出图软件需要的“Process Scope BIM”，协调性则是3D建模的特点，它也需要聚合所有专业几何相关信息进行分析，上述五大方面与BIM的关系表达如图6-7所示。将图6-7与图6-1比较可见，图6-1包含了图6-7的所有内容，因此，与其说可视化、模拟性、优化性、可出图性及协调性是BIM的五大特征倒不如说是BIM的五大应用。

图6-7 BIM的五大应用

　　强调“BIM五大特征”可能导致忽略BIM的本质，而造成BIM可能改变一切的错误认识，高估BIM的作用。

BIM没有改变项目参与者的基本角色和责任。这让我回想起上世纪九十年代中期，我承担国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》主编工作，那时基坑工程设计施工技术正出于初级阶段，土体作用荷载确定方法、支护结构内力计算方法及基坑稳定性（支护结构嵌固深度）分析方法等五花八门，需要对各种理论、计算公式、计算假定结合工程项目实际进行分析计算，找出合理的分析方法与计算公式便于设计人员应用。当时没有基坑支护CAD软件，我只能自己将各种计算方法和公式编写成软件，输入不同数据进行计算，并将各种不同计算结果画在坐标纸上进行分析，其效率低下可想而知。那时基坑支护还属于施工单位的临时措施，软件公司看不到基坑支护设计CAD软件的市场前景，没有公司愿意开发基坑支护CAD软件，我们编标准的经费根本就不可能去委托开发。后来理正软件公司勉强愿意无偿帮编制组编制基坑支护设计分析软件并以此为基础编制基坑支护设计CAD软件，这个软件可以假设各种情况进行模拟分析，输入一组不同数据就可以自动生成图形（代替坐标纸）分析不同变化规律，使我大大提高了工作效率和质量。但这个“革命性”的变化也仅仅是软件编程技术水平的变化，基坑支护设计CAD软件和我自己编的分析软件都是基于基坑工程专业技术，是软件升级（CAD）提高了我的工作效率和质量。现在这个基坑支护设计CAD软件通过改造又升级为P-BIM软件，它可以自动读入需要的勘察数据、可以将设计结果与桩基及其他处理地基、地下室、地下室外管线进行自动“碰撞检查”、还可以自动传递给施工深化设计需要的数据。BIM技术使设计者应用同一个CAD软件时提高了工作效率和质量，但BIM技术始终没有改变基坑支护设计者的基本专业角色和责任。

可视化、模拟性、优化性、协调性、可出图性也都不是BIM技术特有，BIM技术只不过是使这些应用软件提高了工作效率和质量。在BIM大潮中有人总喜欢说的一句时髦语是：“基于BIM的……应用”，说者无心，但听众千万不要理解为：“基于BIM软件的……应用”。

因为现在的所谓“BIM软件”最需要的就是BIM技术为它（BIM软件）提高工作效率、质量和提升应用价值。现在大部分工程都是“基于BIM软件的……应用”而不是“基于BIM的……应用”。

美国宾夕法尼亚州立大学《BIM实施计划指南》中总结的25个应用点如图6-8所示，这25个应用点及我们所说的“基于BIM的……应用”都需要相应的应用软件，其中很多需要符合各国国情（尤其在中国需要符合中国建设项目管理流程和技术标准）的应用软件。“基于BIM的……应用”是指使用这些应用软件时，BIM能为其提供需要的数据，当这些应用软件不能按照BIM标准从“BIM软件”数据库中获取所需数据实现直接共享时，“BIM软件”与这项应用则毫无关系，而对于一些非“BIM软件”，能按照规定的数据交换标准“聚合信息”为这些应用软件所用时，这些非“BIM软件”的数据库与应用软件的结合就是“基于BIM的……应用”。

目前所有的“BIM软件”及非“BIM软件”数据库提供“基于BIM的……应用”还有很长一段路要走，这不是依靠我们召集一些顶级专家短期内编出“BIM标准”或“BIM指南”就可以解决的。

图6-8

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