马智亮：实现建筑施工企业对BIM技术的深度应用

马智亮 在 2012年第五届中国地产领袖论坛 上的讲话 摘要: 各位领导、各位同行大家下午好，非常高兴有机会跟大家做交流，我交流的题目是“实现建筑施工企业对BIM技术的深度应用”。在去年5月份建设部发布了《2011至2015年建筑业信息化发展纲要》，在这个纲要当中，BIM技术被列为重要的推广应用技... 各位领导、各位同行大家下午好，非常高兴有机会跟大家做交流，我交流的题目是“实现建筑施工企业对BIM技术的深度应用”。 在去年5月份建设部发布了《2011至2015年建筑业信息化发展纲要》，在这个纲要当中，BIM技术被列为重要的推广应用技术，因此有不少建筑施工企业开始关心BIM技术。关于BIM技术我想互动一下，大家听到过BIM技术这个名词的请举手？大家可能不太了解。BIM是“建筑信息模型”，是继CAD技术之后行业信息化最重要的新技术，CAD技术是计算机辅助设计。关于BIM技术就我所接触的范围而言，不少施工企业都嚷嚷着说要重视BIM技术，可是大家对BIM技术的认识并不是特别清楚，多数人还是停留在BIM技术就是显示一下三维模型，至多有些人认为BIM技术是三维模型里面再加一些其他的属性数据，比如材料数据、制作方法的数据。但是在场面上，不少人说起BIM技术来，反而是振振有辞，有的开发商说我们的软件本来就是BIM支持技术的，还有的说应用BIM技术就是用我们的软件，还有的单位说我们已经在应用BIM技术。这些说法或多或少都有夸大其词的成分，但是我们是不是也可以看得出，应用BIM技术并不是难事。 那简单的是什么呢？如果我们使用一个BIM应用软件，比如我们使用Revit Architecture，建一个三维模型展示一下就可算过应用BIM技术。实际上很多单位都在做这个事，我要用BIM软件来建模，用在招投标过程中来展示一下我的施工方案。这是非常简单的，用一个软件就可以说是在应用BIM。 难的是什么呢？难的是深度应用BIM技术，使BIM技术成为推动企业技术进步的有利基础或者重要的基础。为了促进施工企业对BIM技术的深度应用，有必要搞清楚这么几个问题，首先，什么是真正的BIM技术？其次，施工企业应用BIM技术的现状如何？第三，什么是BIM技术的深度应用？第四，如何深度应用BIM技术？ 我想结合自己的研究工作，就这些问题谈一下认识和体会，希望对大家有所帮助。首先是谈什么是真正的BIM技术。真正的BIM技术是不是就像刚才说的用一个BIM技术的软件就是BIM技术呢？我们有必要追根溯源，首先看一下BIM的定义是什么，最好找到一个BIM的权威定义，像美国的国家BIM标准里面给出了定义，美国定义的是BIM是设施的五里河功能特征的数字化表示，因为它可以用作设施信息的共享知识资源，成为设施权声明期决策的可靠基础。从这个定义里面如果抓关键词的话，主要有什么呢？首先BIM是设施的一种数字化的表示，像我们这个大楼是用数字化表示出来。表示出来干什么用呢？是用作共享知识资源，也就是说这个大楼有关各方来共享知识资源，还能干什么用呢？就是作为全生命期决策的可靠基础，就是决策的时候用数据，数据来自哪儿呢？就来自BIM。 关于BIM技术为了认识它，除了要看刚才的定义，实际上还有必要看一下核心的特征，通过核心的特征进一步来了解、理解BIM技术。关于BIM技术的核心特征，我是参考了一个具有高度权威性的BIM的专著《BIM Handbook》，通过对这个著作里边观点的归纳，我归结BIM技术的核心特征有六条，首先是反映全生命期信息共享理念及模式。首先设施的全生命期，全生命期要经过设计、招投标、施工、运行维护等几个阶段，每个阶段都会产生信息，都会被应用一次甚至多次。这些信息是怎么产生的呢？比如我们有建筑设计、软件系统、节能设计软件系统等等，比如施工的话又有施工、项目管理系统等等，这些系统都用于产生信息。刚才说产生信息在其后会被使用，怎么来使用？现状实际上还是停留在这样一个阶段，产生出来的信息往往需要打印出来，再录入到计算机里边去成为另外一个软件的输入，目前这种信息的共享方式是一种间接的信息共享，就是信息的共享是不能够直接进行的，需要经过信息的转录。这样就带来什么问题呢？当然就是大量的信息需要重复录入，然后才能够被利用起来。重复录入意味着工作的低效，也意味着容易出错，这样的错误对实际工作会产生很大的影响。 如果基于BIM技术，这样的信息共享的模式会发生什么变化呢？就变成了BIM会成为所有这些应用软件的中心，所有的应用软件通过BIM来直接共享相应的信息，什么叫直接共享呢？直接共享就是应用系统可以直接读入或者是写出相关的信息，而不需要人工干预。这样一来，从一个软件产生的信息，其他软件利用的时候，就可以直接读入，不需要打印、不需要转录。BIM就使得相关的信息在全生命期可以直接共享，这就是全生命期信息共享的理念和模式。所以我们的应用软件应该反映这样的模式，这是第一点。 第二点，以N为模型为基础，N就是大于等于3，有人认为BIM就是三维模型，三维也能叫做BIM，但是多数情况下是大于3。我们可以看一个软件的例子，我们在这个平面图里画出实际的墙，但是我们给墙构建出相应的属性，让它具有材料、具有高度，也就是说我们画的同时能够看到三维视图，这个软件的基础是三维模型，甚至四维、五维模型。四维可以考虑是材料或者是成本，如果是同时考虑的话就是四维、五维、六维都有了。这是作为N为基础的一个例子。 这个软件的操作应该是支持面向对象的操作，我们用一些图形元素来画出所设计的对象。如果是基于BIM的软件，操作对象就是窗、门、墙等一个一个对象，我们设计的过程就是把这样的对象一个一个像堆积木似的堆积起来。 第四个特征就是支持参数化的设计，我们以设计为例，假如现在设计一个建筑，设计的过程中可以同时看到这个设计的平面图、内部的透视图。参数化设计的核心是什么呢？参数化设计的核心首先有建筑构件，其次有尺寸标注，还有视图，视图有平面、立面、透视，参数化技术就是让这几个方面做到同步，比方说现在构件拉长了，那尺寸就相应的变了，从这个视图就可以看到那个视图也发生变化。如果尺寸发生了变化，比如现在标的是300，改成400了，会发现构件的大小也会发生变化。构件之间的关联也可以建立起来，像我们现在的屋子应该是曲面的屋顶，我们把它变成折线的屋顶，曲线的屋顶和墙是关联的关系，一旦变成折线以后，墙也会相应的变化，会变成适应折线的墙。我们从这个模型想得到的平面图、抛面图甚至数量表都是可以自动生成的，自动生成的表现形式同时发生变化，也就是说我们只要改一个屋顶的形状，所有的图就自己都改了。大家如果做过设计的话，就可以体会这个好处，参数化技术就是让你改一个地方，别的地方都改。但是如果用Autodesk的话，要改一处，所有的处都得改。 第五个特征是支持开放式标准，开放式标准是什么概念呢？是相对于开发商自有的数据标准，比如Autodesk，它是软件开发商自有的标准。如果基于BIM，这个软件所有开发商都可以看到，所有软件开发商都可以支持，我们设计软件，如果支持开发商标准，设计数据就保存成开放式标准的数据格式，结构设计的软件可以把软件直接读取，前提是只要支持开放式的标准就可以了。 大家说有没有这样的标准能够把所有的不同的专业、不同的阶段的数据都能够表示出来？能够兼容？到目前为止是有这样的标准的，像IFC就是这样的标准，IFC是关于建筑产品数据表达和交换的国际标准，是建筑工程软件交换和共享信息的基础。这样的标准非常复杂，采用面向对象的表示方法，定义的类一共有600多个类，比如关于设计阶段的数据，可能是设计到300个类，关于施工阶段是设计到200个类，是这样使用。这样复杂的标准，目前在业界也得到了广泛的支持，像我给大家显示出来的是主要的软件厂商都支持IFC标准，就是他们开发的BIM软件，输入和输出都支持IFC标准，操作的结果可以保存成IFC。 第六大特征是提供功能更加强大的软件。实际上目前应用软件已经足够强大了，主要的信息处理都可以用软件来进行，BIM技术作为一个新技术，对我们这个行业提供了新的技术基础，作为BIM技术本身，如果想得到更好的应用，必须能够做到提供比现有的技术更强大的功能，另外这也是可能的。为什么BIM技术能够让软件的功能更加强大呢？就因为有建筑信息模型，建筑信息模型是支持N维模型的，计算机是自己可以理解的，比如二维模型想建立三维模型是建立不起来的，如果三维模型建立二维模型是可以自动生成的，计算机只要一运算就可以了，所以这是可能的，不仅必要，而且可能。我们在建筑设计软件或者结构设计软件里面，已经生成了三维模型了，有了这个三维模型，就可以作为一个已知条件，做什么呢？可以做成本预测，我们做成本预测无非是说要有设计的模型，现在这是三维的，就可以自动获取。我们可以做能耗分析，能耗分析只是我们需要的建筑模型，现在也是现成的，并且这些都是以N维模型的形式存储的，并且可以自动提取，这样就可以想我们在建筑设计、结构设计里放一个插件，这个插件就可以自动进行成本预测和成本分析。一个建筑师把建筑模型一建，按一个按钮就能给出我设计的这个建筑将来每年的能耗是多少，这样的功能当然是非常强大的功能，BIM技术就支持这样的功能的实现。 这就是我所归纳的BIM技术的六个核心特征，事实上这六个核心特征也可以来区分BIM技术和非BIM技术，有的开发商说他的软件本身就是支持BIM技术的，我们就用这六个特征来看是不是都支持。 知道了什么是BIM技术以后，下面就来关注一下BIM技术的现状如何。我们不得不承认，国外是领先于国内的，即使在国外，多个文献大家对应用现状的描述和总结是这样的，目前BIM技术的应用还是应用在项目全生命期的局部，没有完全实现全生命期。在施工中的应用也是这样。这本书是《BIM handbook》，其中第一作者就是BIM技术的鼻祖，在上世纪90年代就提出了这个概念。这本书去年已经出了第二版，有600多页，不仅有理论、有软件，还有很多案例。在这本主里对BIM的应用从三个方面来展开，第一方面是对于业主怎么来使用BIM技术、第二方面是设计方怎么来使用，第三方面是施工方怎么来使用。我们来看一下施工方有哪些应用的情形。这本书里列出的施工方的应用情形有这样几个方面： 首先是进行碰撞检测，有效支持减少返工。施工进行过程中，照图施工，发现管道和管道之间有碰撞，管道和结构有碰撞，传统的做法是根据设计图，管路有管路的设计图，施工有施工的设计图，拿在一起看会不会碰，有碰的话就及时修改，没有碰的话就施工。但是开始施工之后发现还是有碰的。如果用BIM技术的话，这些都可以在系统里面，就像在实际施工当中进行虚拟施工，发现哪些有碰撞，在施工之前就排除碰撞，这就是碰撞检测。 第二是有效支持工程算量和计价。这里面有三维模型，我们就可以通过计算机软件自动从这个模型提取出去，进行工程的算量和计价。 第三是有效支持施工过程划分和计划。 第四是实现多纬度信息集成，有效支持项目综合管控。多维的信息集成指的什么呢？除了三维模型，还可以加上进度的信息、材料的信息，还可以加上安全的信息，有了这些信息以后，我们就可以按照需要的角度来展开，来分析。比如我们现在先看一下4D，4D就是在三维模型上面加上进度的数据，有专门的软件使得这两个数据比较容易的结合起来。结合起来就能够做什么呢？就能够展示，好比说开工那天进度是什么样的，好比说过了20天之后是什么样的，30天之后是什么样的，就可以像放电影一样展示施工的进程。同理，如果我们把材料、到场的信息、把实际施工的进度等这些信息加入到模型以后，可以随时进行统计，比如我现在看到的是某一个WPS，某一个任务分解已经完成的量有多少，进行中的量有多少，未开始的量有多少。或者我们甚至可以看总工程量，总工程量就是已经完成了多少，目前进行了多少，没有开展的是多少。这样就便于进行施工过程的综合管控。 第五是有效支持虚拟装配。有了这个模型，就像刚才说的碰撞检查一样，我们现在是装备，有个顺序，先装配什么，后装配什么，完全在计算机里面进行施工，就是虚拟施工。 第六是可以有效支持现场建造活动，有这个模型可以对工人进行培训，让他知道现场是什么样子，到了现场以后，拿着这个模型来指导他的施工过程。 第七是有效地支持非现场建造活动。施工过程有一些部件可能要在工厂里边完成，如果我们是传统的方法，就照着图在工厂里面进行加工，如果是不规则的部件怎么加工呢？看着图加工，也很难看，如果是机械加工，看这个图是没法加工的，要用数控的方式，利用BIM数据通过数控机床进行加工。 这就是手册里面列出来的在施工过程中应用BIM技术的主要应用情形。这些事情对我们是不是有用。同时需要说明的是这些应用情形之后，怎么能够实现这些应用情形呢？我们需要什么？需要看到它们的背后，背后是什么呢？就是相应的基于BIM技术的应用软件。从理论上讲，只要有相应的应用软件，这些事情就好开展，比如碰撞检查，只要有碰撞检查的软件就好开展了。实际上如何呢？这是我让学生检索了一下，《BIM Handbook》里面列出的，对应一个情形往往有一个以上的软件可以帮助它做这些事。同时也可以肯定，有的应用软件一个软件可以做一个以上的应用情形，当然比较少，但是也是可以的。这些软件都是市场上可能买到的软件，是不是国内都在用这些软件了呢？有一些企业在BIM应用方面确实走在前面，用的情况怎么样呢？实际上我们国内用的还很少。我一共列出了十几种软件，在国内用到的可能只有两种，为什么是这样呢？可能主要有这么几个原因：国内有应用软件，尝试应用一些国外行之有效的应用软件，建立支持我国规范的应用软件，使应用软件符合我国用户习惯，建立我国相关标准。 什么是BIM技术深度应用？深度应用意味着什么呢？意味着三种情形。第一种情形是国内尚未开展的单向应用，只有两个软件用了，那就是对应的很多应用情形没有开展，深度应用情形一就是国内还没有开展，你去用的话，你就是第一家。第二种情形是国内外均未开展的，我们刚才列出来的七种有的是国内没用，国外用了，如果国内外都没用的，我们如果开展了，这就是深度应用。第三种是集成化应用，如果我们开展了集成化应用，我们肯定就是深度应用。 那么怎么样来实现BIM技术的深度应用呢？刚才的三种情形可以分别来看一下，第一种情形是开展一些国内尚未开展的单向应用，这个怎么来开展？首先可以做的事情就是尝试应用一下国外已有的应用软件，我们刚才已经列出了十几个，但没有列全，如果在国内还没有企业用BIM技术来进行成本预测，那我们就找一个成本预测的软件，比如Innovaya、visual estimating，但是如果发现它不支持我们国家的用户习惯，碰到这样的情形怎么办？像规范性比较强的应用软件，我们有必要去自己开发，开发符合我国规范、基于BIM技术的应用软件，“十一五”期间我们开发了一个BIM—Estimate技术。在研究这个软件之前，实际上对现有的成本预算软件进行了调研。我们首先应该调研这些软件能不能支持我国规范，或者通过什么办法让它能做到支持我国的规范。我们就做了相应的调研，首先关于我们国家成本预算的规范，把规范结构化，我们国家的规范有一系列规则，首先是清单规则，就是我们现在有这么个工程，根据清单规则确定成本项目。成本项目确定以后就要测算工程量，工程量计算就要遵循算量规程，工程量确定以后，要算总价，还要遵循计价规则。就是我国的规范主要是由这三部分，清单规则、算量规则、计价规则来构成。 再看一下具体的内容，比如清单规范，建筑工程有170多个清单项，也就是说建筑构件通过应用规则分成170多种成本项。算量规则，也有算面积的、体积的、周长的都有。计价规则是各地有各地的定额。就看一下我们国家的规范，我们的成本项目和国外的成本项目相比情况怎么样？国外主要是两个，MasterFormat和UniFormat。 比较之后得到什么样的结论？如果在既有的BIM技术的成本预测软件当中，植入我国的规范，会是什么样子呢？因为跟国外的规范角度完全不同，而且量是非常大的，刚才说178个成本项目，所以如果用国外的软件，想把国外的规范植进去是工作量非常大的事情，怎么办呢？就有必要开发新的应用软件，满足我国规范的要求。在“十一五”项目当中开发了几个软件，成本预算软件只是其中之一，我们就是按照满足BIM技术的核心特征，其中就包括支持开放式的标准。 关键是这个软件里面有什么技术难题需要解决？首先要解决的技术难题就是怎么样能够从设计模型生成成本项目，成本项目是针对一个一个的构件，划分的时候要看是什么工程、什么专业，有细化编码、分部工程等等。我们要做进一步考察，IFC里面的数据是产品类型的特征、材质和细化分析，看和规范的成本项来对应，结果发现我们只要有这几方面的信息，就可以唯一的判断构建所属的成本项目，这就实际上相当于我们可以利用这点建立工程量项目的规则库，在三维模型里面任意拿来一个构件，要划分它的成本项目的时候，只要有这几方面的信息，就可以做到自动来划分，依据就是这样的清单项目的规则库。 根据这一点就可以形成一个流程，我们设计信息是FC，FC里面对每一个构件、每一个产品提取产品类型信息、特征信息、材质信息等，提取出来之后和项目规则库一匹配，就能够划分它的成本项目。清单项目工程量计算还有算量规则，对重复的部分按规则进行扣减，像矩形柱，是根据设计结果计算体积，扣减优先度高于梁。 这个系统已经用在示范工程中，这个示范工程是四川省都江堰聚园职业中学的教学楼，是地下一层、地上六层的结构，总共包括1300个框架构件。是设计结构的IFC文件，读入这个文件以后，可以自动进行工程清单项目的识别，剩下的项目可以加入附加的信息，是设计模型中不可包含的，我们做成本预算的人，只要把这些信息加进去，又可以实现自动识别了。这样的结果是我们进行成本预算的时候，不需要像传统的方法，传统的方法首先是计算机里面建模，然后用软件来计算，建模过程中有可能包含了错误，这个模型是设计人员得到模型我们直接利用，所以这就是我们BIM—Estimate的主要优点，减少手工录入、避免录入错误、更加开放。这是深度应用的情形一。 下面看深度应用情形二，国内外均尚未开展的单向应用，可以想象一下这样一个应用，从设计模型自动生成进度计划，可能不可能？到目前为止还没有这样的软件。如果我们设想一下，我们想要这样的软件，需要克服什么困难呢？首先应该从BIM自动生成任务，BIM就是有模型，假如它有混凝土构件，我们需要有什么任务，比如有板钢筋，有浇铸混凝土，就可以生成相应的任务。另外是自动建立任务之间的紧前紧后关系，再是自动计算完成任务所需要的时间。我们想做到自动，就让它自动去算。 深度应用情形三，就是集成化应用。需要做什么呢？建立相关的BIM标准、创新性开发相应的应用软件。我们做成本预算、施工进度管理、物料管理等等都有相应的应用软件，这些应用软件是可以单独使用的，这些应用软件产生的信息可以上载到中央数据库，这些应用软件使用过程中需要的数据也可以从中央数据库获得，只要它符合开发标准。因为业务层的数据都已经在中央数据库里了，我们只要开发一个管理信息系统，这个管理信息系统能够进行系统管理、能够进行数据管理、能够提供管控的工具，比如施工监管，有成本监管工具、物料监管工具等等，提供这样的工具就够了。这样的架构有什么特点呢？首先可以同时满足业务层和管理层的需求，这是第一。第二，它最大限度的利用了现有的应用软件，比如有成本预算软件、成本管理软件等等，利用起来只不过是要做一件事情，就是让这些应用软件支持开发的标准，能够把数据提交到中央数据库里。 大家会问这多麻烦，不能开发一个集成化的单独为它开发的软件，这是非常困难的事情，因为需要很多软件都去重新开发，每开发一个应用软件都是一件很花时间的事情，与其什么东西都要自己从头来开发，就不如把现有的应用软件最大限度的利用起来。而BIM软件由于支持开放式的标准，允许我们一边应用现有的应用软件，一边还可以集成。 第三个特点就是集成过程中是基于开放式数据标准IFC。第四是基于BIM系统可以分步实施，比如第一期工作是把与成本有关系的实施，第二是跟计划和材料管理有关的，第三期工作再做其他的。这是我们提出设计的这么一个架构，我们可以看到的是这个架构满足了施工企业基于BIM技术开展业务工作和开展企业管理两方面的需求。 我总结一下，施工企业深度应用BIM技术有哪些误区？根据我接触的主要有这么几个误区。第一，是不懂BIM技术，想用但是不懂，这样就提不出要求，有的企业说我就是想实现虚拟施工，虚拟施工是满足什么需求他提不出来，原因就是他不懂BIM。第二，即使懂BIM技术，但是对BIM系统开发工作不了解，这样往往会提出不切实际的开发目标，比如有一个企业说你设计这个软件我希望你半年之内开发出来，这是不可能的，他不了解这个有多大的工作量。第三个误区就是急功近利，有的企业恨不得一个月就要把BIM技术的应用普及了，这样就不顾客观规律去提要求。 基于这样的情况，我们对施工企业深度应用BIM技术有什么建议？第一，深入学习、把握BIM技术，真正要想用的话，不学习、不把握是不行的。第二，准确地表达企业的需求，然后再决定用什么软件，采取什么样的步骤。第三，尊重客观规律，必要的话咨询相关专家。第四，逐步深入，分步实施开展应用。 深度应用主要是三个应用情形，我们不妨可以从应用情形一入手，一就是国外已经用起来了，我们国内还没有用，先从这个入手。应用到一定程度，再看看国内外都没有用的，我们能不能尝试应用。然后再考虑集成应用。 以上就是我给大家的建议。我今天就什么是真正的BIM技术、施工企业应用BIM技术的现状如何、什么是BIM技术的深度应用、如何深度应用BIM技术跟大家做了交流，希望对广大企业应用BIM技术有所帮助。谢谢大家。