BIM全生命周期的认识和研究

摘要

前言

20 世纪 70 年代，卡耐基梅隆大学的查尔斯•伊斯曼（charles M•Eastman）教授提出了 BIM 概念原型 ——建筑描绘系统，即基于计算机的建筑物描述，以实现建筑工程的可视化和量化分析，提高工程建设效率。

随着计算机硬件和软件的发展，直到 2002 年美国 Autodesk 公司收购了 Revit 软件公司，基于市场推广的策略，建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）这一术语正式问世。经过二十多年的发展，国内外多家软件商纷纷推出自己的 BIM 软件，过分夸大软件的功能，以期在竞争中获得更多的市场占有率。

从 Autodesk 公司提出的“建筑信息模型”（Building Information Modeling）发展到现在项目管理领域比较认可的“建筑信息管理”（Building Information Mangement），BIM 的定义起来越广泛，被赋予的功能和要求也越来越多。

菲尼斯•E•杰尼根在《大 BIM 小 bim》一书中就清晰的描绘了 BIM 概念的发展过程：小 bim 就像是互联网没出现之前的计算机技术，大约到了 1996 年，小 bim 就像是一种能够接入本地网络的计算机技术，并开始向全面连接互联网过渡。大 BIM 就象是完全融入网络的个人电脑 ，与互联网充分集成。

从查尔斯•伊斯曼的 BIM 概念原型，到项目管理领域的“建筑信息管理”，再到与互联网的充分集成， BIM 概念的内涵和外延都在扩大，一直在发展。BIM 不仅仅是技术问题，还是一个社会问题。

2 建筑全生命周期的认知

2.2 新的建筑全生命周

图2 新的建筑全生命 

2.2.1 面向咨询设计的 BIM

基于以上的认知，想要让 BIM 得到很好的发展，必须制订一套适全三维虚拟模型交付的制度和模型质量评审标准和体系。二维图纸交付模式不是最好，但是相对不坏；三维模型交付质量最好，但是配套不足 （此处的配套属于经济学的路径依赖）。可以利用 BIM 模型所见即所得的特性，在项目参与各方充分理解的基础上，可以实时统计出建筑模型的实物量（水泥、砂、钢筋），建立以实物量的准确度作为 BIM 模型质量优劣客观评价标准，作为现行二维图纸交付制度的一个补充并行制度，抛弃目前流行的、毫无用处的、 劳民伤财的 BIM 审查制度。BIM 模型实物量（水泥、砂、钢筋）的最大好处，是在施工过程中可以得到验证，建设方或政府相关部门可以根据 BIM 模型实物量与竣工完成的实际使用的实物量（水泥、砂、钢筋） 的正负偏差值，作为设计咨询 BIM 三维模型的质量优劣评价，实施相对客观的奖罚机制，推动咨询设计 BIM 的高质量发展。

不须避讳的事实，施工企业实施 BIM 的动机更强、成果最多，其根本的原因在于充分发挥了 BIM 虚拟建筑模型的天然优势，避开了虚拟建筑模型转二维图纸的劣势。施工企业由于体制的限制，人才的匮乏， 大多是由设备专业背景的人员通过二维图纸翻模得到 BIM 模型，基于专业知识的先天不足，往往只能发现管线碰撞等显性的问题，沉迷于对二维图纸质量纠正，偏离了施工 BIM 的正确发展方向。

竣工运营的物理建筑，从某种意义上来说，是 BIM 虚拟建筑模型在现实世界中的孪生物理建筑。BIM 虚拟建筑，承载物理建筑产生和收集的各种数据和信息，可以称之为数字建筑，虽然脱胎于建筑业，但是超越了建筑业。数字建筑，只有摆脱了建筑业，积极拥抱大数据、云计算、物联网等新兴技术，进入一个新的综合领域，才能真正成长为数字智能建筑。

杭州市在几年前，借助阿里巴巴的云服务，一直在探索城市大脑的前沿应用。作者略微了解相关资料，目前只是在地下管廊、公共水电部分实现了数字化，在其它的方面搭起了粗略的骨架，还远达不到深入普通民众生活的现实需求。

如果没有 BIM 技术的普及应用，实现建筑数字化孪生，就如同建筑没有大脑，怎么能够支撑城市大脑，实现智慧城市？依附于 BIM 模型，实现建筑的数字化孪生，结合大数据等前沿技术，对建筑产生的各种数据进行深度分析，实现数据去中心化，分布式计算，可以减中央计算算力的压力，从技术路线上来看，也是由易到难、由点到面的发展过程，成果更容易实现。

数字孪生建筑更为紧迫的应用，可以通过无人机在现场采集数据，把现实世界的建筑与数字建筑进行比对，可以更有效的监管城市建筑的即时状态，让违规建造的现象可以得到有效遏制。凡是在设计、施工中系统的应用 BIM 技术，并且通过验收的数字孪生建筑，建议由档案馆按照合理的标准进行收购，形成城市的数字资产，后期运营由档案馆统一管理，对外租借或销售数字资产，形成稳定的收益。这样由政府先期启动，后期持续运营，既可以减轻财政压力，也可以避免公司化运营的无序竞争和事实垄断，同时也是 为解决城市数字化建设先期投入的另一种思路。

其次把 BIM 作为建设方、设计咨询方和施工企业的常规技术和流程，进行正确指导和推广应用，整个建筑行业的升级成为大趋势，随着足够多的BIM 数据积累，或可以取消单列 BIM 费用。

面向设计的 BIM，软件的功能需满足设计人员的要求；面向施工的 BIM，软件的功能需满足施工管理人员的要求；面向运维的 BIM，软件的功能更是千奇百怪。一个或一种软件满足各方的需求，几乎是不可能做到的。由此，国际组织 buildingSMART 提出 openBIM 的理念，就是行业内各方专业人士，使用自身专业领域内合适的软件进行工作，使用通用的标准和软件格式如 IFC（图 3）、BCF、DWG、PDF 等进行数据交互。IFC 标准是公开的、开放的，既不被软件商垄断，也不存在卡脖子的问题，是一个比较好选择，但是也需要政府成立一个公益的机构参与对 IFC 标准进行持序开发。

在二维的时代，整个行业通过二维图纸进行成果的交付，特别是签章的蓝图，具备法律文书地位，同时也具备数据不被篡改的天然属性。进入 BIM 时代，与互联网的充分整合，数据的传输皆通过网络，需要开发一套机制，确认传输过程中，数据不被无意丢失和预防恶意篡改，才能实现法律意义上的三维交付， 具备签章蓝图的法律地位。尤其需要从根本上纠正目前流行的“图模一致”，“BIM 审查”等错误的观念和机制，其既不解决技术问题，也不解决法律问题，只会造成整个行业和社会的资源浪费。

4.3 造价体系

在二维的时代，由于技术手段的限制，工程量的计算很粗略，需要人工计算工程量，既辛苦又不准确。BIM 软件使得工程量的统计的精细度和准确度大大提高，但是造价体系却没有跟上，还是沿用原来定额清单造价，约束了 BIM 的应用和发展，需要制订一套适应 BIM 算量的造价体系。

推行统一大市场，让建筑产品回归普通商品的属性。建筑产品从交易的角度来看，也属于商品，但是由于建筑与土地的深度捆绑，以及技术的限制，变成了深度的定制商品，产品具备唯一的、地域性的特点， 限制了其作为普通商品的属性。BIM 技术和流程的发展，使得三维虚拟建筑模型数据仿真的成本大幅下降， 虽然建筑产品仍然具备唯一性和地域性，但是其中的大部分建造构件和施工流程可以拆分成普适的标准件和标准工法，通过数据仿真进行模拟和迭代，在源头上减少在实施过程中的浪费。现在流行的装配式建筑， 由于没有数据仿真的能力，实施过程中往往只能选定有限的构件生产厂，还是属于定制商品，成本无法下降。大多数装配式建筑从原理上看节约了造价和工期，实施中却不比传统的现浇砼结构又好又快。正确运用 BIM 的信息流，构件生产厂可以自由获取建筑的 BIM 信息，通过仿真模拟，根据自身的优势，生产符合建筑要求的装配构件，向施工企业提供提供构件的生产和报价，施工企业可以通过 BIM 模型，虚拟仿真适配构件厂的构件是否满足要求，自由决定是否采购。虽然建筑的整体是一个深度的定制商品，但是其中的构件却具备了普通商品的属性，通过统一大市场的竞争，资源得到充分利用，质量和效率将大大提高，实现建筑业高质量发展的目标。