分专业协作的BIM体系实现.pdf

第 2卷第 3期 2 0 1 0年 9月 V o 1 2 No 3 S e p 2 01 0 分专业协作 的 B I M 体 系实现 李伟光 中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所 北京 1 0 0 0 1 3 摘要 B I M的本质是建筑信息的管理与共享 本文介绍了统分结合的建筑信息管理思路 提 出了 分专业管 理 的信息管理原则和 从 实际出发 的信息互用原则 强调信息管理 时要 注意信息的分类 各专业信息分别管理 应 3以对象的共同信息作为基础 各专业的特殊信息作为扩展 强调信息五用时不只要考虑信息交换标准的一致 性 还要考虑信 息交换标准的 实用性 本文以 P K P M软件在初步设计时的应用为例论述 了上述原则的优 点 关键词 B I M 信 息互用 信息分类 专业协 同 P K P M 中图分类号 T U 2 0 1 0 4 T P 3 9 1 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 4 7 4 6 1 2 0 1 0 0 3 0 0 2 8 0 5 1 概述 B I M的本质是实现建筑行业的各个专业之间的 信息充分互用 提高建筑信 息的复用率 从 而达到 降低建筑成本 提高生产效率 的目的 当前 B I M技 术的研究与讨论 的焦点主要集 中在建立信息互用 的体系和标准 保证信息交换过程的 自动化 无损 失 无错漏 多数讨论的着眼点在如何提高信息交 换过程的效率 但是对如何获取有效信息的问题却 鲜见文章提及 建筑是 由多个子系统共同构成的复杂体系 需 要多个不 同专业密切配合 才能完成 建筑 的设计 施工过程实 际上就是各专业彼此交换信息并籍 由 所得信息完成 本专业 工作 的过程 这个过程 中 交换有效信息 与 有效交换信息 同等重要 本 文从信息有效利用 的角度 出发 探讨 了建筑信息的 分类管理方法 探讨 了信息分类管理后的检索与利 用 问题 通 过信息 分类 管 理 和按 需分 配 能够减 少 无效的信息重复传递 提高信息组织与检索的效率 2 建筑信息模型 分散 统一与统分结合 受制于纸质媒体维度和图幅的限制 不可能在 一 张图纸上表达建筑所需 的全部信息 以及信息之 间的联系 传统 的设计方式不得不使用大量孤立 的文档来管理建筑设计中产生的信息 而文档和文 档之间没有直观和紧密 的联系 传统建筑信息模 型是分 散和孤立 的 这种分 散与孤立 带来很多 缺 点 比如重复信息多 信息之间冲突多 分类和检索 困难 发现错误不易更改等 如果没有新 的工具介 入 这些问题将一直延续下去 计算机技术的高速发展 提供 了解决 问题 的可 能 三维显示技术 的发展 可以实时显示复杂的三 维建筑模型 关 系型数据库 不但 可以管理信 息 更 为信息之间的联 系提供 了恰当的表达 计算机不 再只是一个辅助绘图的工具 而是全方位的介入了 建模 计算 数据管理等各个领域 这就是 B I M 目 前 B I M技术 已经可以建立整体的三维建筑模型 让 各专业的人员在共 同的模型上工作 用二维 的图 纸表达三维的建筑 必然要将本来完整的图纸割裂 成平 立 剖等多个不同侧面 这引入了大量重复信 息 检查空间冲突也变得异常复杂 整体的三维模 型基本解决了空间层面的信息孤立 的问题 大大减 少 了重复信息的数量 还可以方便 的检查各专业构 件之间的空问冲突 让人们看到了整合设计 的巨大 力量 更有研究人员决心将整合 的概念再推进一 步 打破专业之间的界限 建立包含全部专业数据 的统一管理的建筑模型 希望可 以一步解决各专业 之问的信息孤立问题 笔者看来 这就是从一个极端走 向了另一个极 端 建筑业经过几千年的发展 进化成现在这种各 作者简介 李伟光 1 9 7 9一 男 工程师 主要研究方向 施工图软件设计与绘制 分专业协作 的B I M 体 系实现 专业分工合作的体系 是很合理的 各专业的关注 重点不同 介 入时机也不 同 正是分 工提高 了生产 效率 认为 B I M可以指导乃至代替全部建筑专业 实质 是认 为 这 种 分 工 可 以 取 消 是 一 种 倒 退 有 弊 无利 与空间信息层面 的信息孤立不 同 专业 间的 信息孤立是 一个 更为复杂 的问题 专业 间信息交 流不畅 一方 面由于专业 边界划分 不清晰 许多工 作都是重复工作 另一方面 由于专业之 间没有 明确 和统一 的信息交流标准 信息在传递过程 中出现 了 错漏和误解 解决问题的方法 一方 面是分析各专 业的 自身特点 研究更加高效和 自动化 的工具来帮 助完成专业 内的工作 另一方面是分析专业问协作 的信息交流范围和信息交流方法 有针对性的建立 各专业的信息交流标准 打通信息交流的渠道 不 分析专业之问的区别 和联系 只是把建筑生产各要 素简单罗列在一起而提出 4 D 5 D乃至 n D的概念 仅仅是眩人眼 目而已 对解决问题并无助益 如果 仅注重信息的统一保存 不对信息进行恰 当的分类 管理 就无法检索 和提取有效 的信 息 从 而使信息 的使用者 陷入一 片信息 的汪洋 大海 中无 所适 从 这方面 互联网的发展可以提供借鉴 互联 网发展 初期的信息爆炸并未带来太大 的好处 而搜索引擎 的出现才真正使互联 网变成 推动社会发展 的有效 工具 B I M在建筑业 中的角色 应该是一个好的参 谋和传令兵 而不是一个糟糕的统帅 真正理想的 B I M模 型应该是一个 由多专业模 块构成的集合体 各 专业相对独立 划分 合理 职 责明确 各专业 问具备标准 高效的信息交 流渠道 各专业人员可以只专注于本专业的业务处理 无须 关心其他 专业 的无 关 内容 专业人员 在从 其它专 业获取信息时 可以在其它专业模块的配合下快速 获取所有 自己关心 的内容 不需要为查一个数据而 翻遍图纸 也不需要从一个包含全部信息 的巨无霸 模型中 自己整理和提取内容 要实现上述 目标 有两方面的工作要做 一是要 建立信息分专业管理机制 二是要在各专业之间建 立有效的数据交流机制 简言之 是将分散与统一结 合 分 是尊重专业划 分 尊重专业之 间的区别 统 是寻找各专业的共性 加强专业间的信息互用 3 基于对象共 同属性 的分 专业信息管理 强调分专业的信息管理 绝不是简单继承传统 的纸质图纸管理模式 而是首先强调各专业之 间存 在区别 在尊重专业 分工的基础上寻找专业间 的共 性 利用专业间 的共性将各 专业 的信息联 系在一 起 从 而形 成 既相对 独立 又 互 相 联 系 的分 模 块建 筑 信息模 型 具体处理应该是将所有 专业都关心 的 共性信息组织成一个最基础的模型 只被某些专业 关心的信息应该作为基础模型的扩展信息 由各专 业分别管理 寻找建筑信息间的共性 必须对建筑信息进行 合适的分类 建筑信息模 型 由各种不 同的对 象构 成 这些 对象 既包 括实 际存在 的实 体 如粱板 柱 墙 电线 管道 电梯 等 也包 括为便于理解 和设计 而形成的抽象概念 如房间 电梯井 荷载等 抽象 对象是为便于工作而形成的中问概念 不是各专业 都关心的内容 例如荷载 只有结构设 计 中才会用 到 其他专业并不关心 实体对象最终体现为建筑 中的部件 建筑设计 的过程是就是对实体信息不断 加工 修改 细化 的过程 因此 实体对象应该是各专 业都关心 的对象 基 础模型应该 只包 含实体对象 的信息 对象级别的分类仍显粗糙 细致考察 对象又 包含许多属性 如尺寸 位置 重量 材 质 强度 价 格 寿命等 属性才是建筑 信息的最小单位 通 常 专业设计不会关心一个对象的全部属性 但有两点 是全专业都关心 的 这个对象是什 么部件 这个部 件在哪里 是什么 的问题应该是对象级别 的问 题 而 在哪里 则是指对象的空间属性 如尺寸 位 置等 这个应该是每个对象最基本的属性信息 一 个基本 的建筑信息模 型应该包括各 专业都关心 的 实体对 象 在 基本模 型 中只需描 述对象 的空 间属 性 其他属性留给各专业去处理 有 了包含对象共有属性的基本建筑模型 可为专 业模块省却大量重复建模的时间 还可以完成专业分 割状态下无法完成的工作 如碰撞检查等 这是实现 B I M体系的第一步 现在 的 B I M软件大多都能完成 此项功能 但是基本模型本身的作用有限 只能解决 诸如效果图 构件碰撞检查等简单问题 想要真正看 到 B I M 的好处 还需要专业模块的配合 专业模块处理 的信息不能独立存在 必须结合 基本建筑模 型才能理解其真实含 义 但如果 以此 为论据 认为专业信息必须与基本信息放在一起统 一 处理 就有 问题 了 在信息 的来 源与用途上 二 者都有明显的区别 需要分 开处理 基本信息的形 成是一个综合性的过程 需要各个专业之间的协调 配合 而专业信息则是利用本专业知识对基本信息 进行加工而产生的 产生过程与其他专业无关 基 本信息模型是各专业都关心的 而专业信息大多是 本专业内部使用的中间信息 只有部分作为设计成 果的信息被表达出来交给其他专业 而且这些成果 信息也是只有部分专业关心而 已 专业信息和基 本信息必须有清晰的分野才能有效利用 如果二者 混杂在一起 将是一场灾难 专业信息就像苹果 信息模型就像苹果树 摇摇树干就有苹果落地 的信 息模型才是好模型 而在信息混杂的模型中寻找专 业信息 就像上树去摘未熟的苹果一样费力 基于共同信息的分专业管理界定了各专业的工 作界限 各专业信息以对象共同属性为基础 就有了 交流的平 台 减少 了重复工作和信息传递 的错漏冲 突 分专业管理则保留了专业分工带来的高效率 让 各专业的人员都能将精力集中于 自己的工作 有专 才有精 只有分专业的开展 B I M工作 才能够研发 出 务实 高效的专业软件模块 专业软件是最容易被建 筑人员接受的软件 只有发展专业软件 才能让建筑 从业人员实实在在感受到建筑信息化带来 的生产效 率提高 让建筑人士主动关心 B I M实施 而不是仅靠 宣传的力量被动接受 B I M 专业软件生产的信息是 建筑信息模型的主要来源 只有发展专业软件 才能 保证建筑信息来源高效 可靠 而高效可靠的信息来 源 是实施信息互用标准的基础 综上 专业软件模 块才是 B I M的前提和基础 用专业模块的发展来带 动信息平台和信息交换标准的发展 有事半功倍的效 果 反之 仅有一个理论上可以干一切事情的平 台 却没有实用高效的自动化专业模块的配合 B I M的实 施将永远是一句 口号 4 从实际出发的专业间信息互用 各类建筑专业 软件迅速发展后会产生专业 问 信息交换的问题 尽管各专业都在包含对象共有 属性 的基本建筑模型上工作 大部分信息 已经 由基 本模型提供 但有部分信息仍然不可避免的由其他 专业提供 这时就会 遇到专业 间信 息交换 的问题 由于各专业的知识背景不 同 信息交换的过程往往 发生偏差 典型的例子如 同一套施工图 由不 同的 造价人员去统计 得到 的造价往往不同 这种偏差 可能来 自原始信息的错漏 但更多是因为信息交换 标准不 明确 和不 一致 信息交换过程 中的不 明确性和不一致性是降 低建筑业效率 的重 要因素 这 已成为 B I M界 的共 识 要解决这个问题 一定要有一套建筑信息交换 标准 但标准不是万应灵药 没有任何一套标准是 放之四海而皆准的 能否解决 问题 还要看标准是 否成熟 是否有适合其应用 的环境 I F C标准 已经 在中国推广多年 却没有 得到大 范围 的实 质性应 用 可以作为这一论断的绝佳注脚 信息的交换过程 实际上有 两个 步骤 首先 由 信息发布者将信息表达到物理媒介 如纸 显示器 声波等 上 信息接受者再通过对物理媒介的理解 得到 自己想要 的信息 表达 和理解要遵循统一 的 规则 否则信息的交换就无法正确进行 统一的信 息交换规则可 以通过 以下两种方式建立 第一种 方式是 自上而下 的 由一个组织或委员会制定一 种可以表达建筑行业全部信息的中间语言 并推广 使用 第二种方式则 是 自下而上 的 为 了表达和 理解信息 人们早巳约定了各式各样 的信息交换规 则 这些规 则或者 只有基 本原则 没有 明确定义 如人们常用的平立 剖表示法 或者应用范 围有 限 仅限于某个专业 或某个地域 如在中国常用 的 平面整体表示法 综合考虑各种规则的优点和缺 点 以某种常用规则 为基 础 并参考其他规则的优 点 最终也可以建立起统一的信息交换标准 这很像我们平时交流用 的语言 两个异乡人 常用的方 占不 同 如果都 说家乡 话 根本无 法交 流 必须找到一种两个人都会 的语言 才能够进行 交流 自上而下的方法 就是去发 明一种新语言 并教会参与交流 的人 用一种语 言 比喻的话 就是 世界语 自下而上 的方法 就是利用 已经存在 的语 言 将其规范 化并加 以推广 用一种语 言 比喻 的 话 就是英语或中国的普通话 自j 而下的方法 初衷是好的 这种方法较容 易制定出比较严谨和规范 的标准 但对 于建筑这 种设计多行业配合的复杂系统性工程 仅 由一个组 织完成全部的规范制定工作 往往是力不从心 自 上而下的方法 只适合构建标准 中最基础和最通用 的部分 涉及 到各专业 的实用 内容 这种方式往往 会陷入两个极端 或者过分的关注专业 内容的通用 性部分 使标准变成仅包含定义 的百科全 书 缺乏 对实际情况的指导性和可操作性 或者掺进太多规 范编制者的个人经验 使标准仅能应用于特定的环 分专业协 作的 B I M 体 系实现 3 1 境和场合 缺乏通用性 自下而上的方法 是一个渐进 的过程 在 这种 方法中 必须先规范和完善各专业个地域 内部采 用 的信息交换标准 然后再对各 种标准进行分 析 扬 弃和综合 选择 每种标准 中最合 理 使 用范 围最广 的部分 形成最终 的统一标准 这种方法的过程 比 较缓慢 而且最终形成 的标准在学术意义上讲也不 是很严谨 但是这种方法能从 各专业 的具体 需求 出发 每一步的前进都对现实有着指导意义 建立建筑信息交换标准 最终 目的是解决建筑 信息化过程 中的困惑与混乱 进 而提高建筑行业 的 生产效率 只有从 实际需求 出发 才能保证标准是 一 套实用的 是可以指导生产 的标准 不从实际需 求出发 只能建立充斥着名词解释而没有实际内容 的百科全书式 的标准 这种标准对生产 的指导意义 不大 是纯粹的 为标准而标准 5 统分结合 B I M 体 系的一个具体 实现 案例 中国建筑科学研究院的 P K P M系列软件是中国 最有影响的 B I M 软件 分析 P K P M 系列软件在初 步设计造价控制 中的应用 可以使读者对笔者上述 观点有些直观的体会 有效控制工程造价是建筑业 的重要管理 目标 在不同的阶段 工程造价控制工作 的重点和效果是 不同的 很显 然 在决策 阶段和初步设计 阶段进行 造价控制会 达到事半功倍 的效果 为及 时获取较 为准确的造价数字 目前 大部分设计院采用 的方法 是根据结构体 系和经验 数据估算配筋率 或送交造 价部门进行工程 量统计 前 一种方法未 考虑特定 工程的具体情况 估算 结果与实 际差 异较大 后一 种方法需要 绘制施 工 图 工作量大 不方便在 结构 初步设计时采用 这 种状况影 响了造价控制 工作 的开展 业 主和设 计 人 员 迫 切 需要 一 种 可 以在 初 步 设计 阶段 准确评 估工程 量 的工具 P K P M 系列 软 件 是完成此项工作的优秀 B I M软件工具 作为成 熟 的 B I M 软件 P K P M 的概预 算 软件 S T A T可以直接读取 P K P M结构设计软件形成 的信 息模型 与照图录人等传统方式相 比 统一 的建筑 信息模型拥 有两大优势 一是操作 简便 点菜单 即 可完成数据输入 不需 用户辅助操作 二是读 取 的 数据完整 从结构基本信息到钢筋 细部构造均能正 确读取 只需用 户输入少量 附加信 息 由 S T A T软 件接力 P K P M结 构设计数据作 为一种完全 的 B I M 模型数据共享策略 将造价师从繁琐 的录人工作 中 彻 底解放 出来 在结 构设 计过 程 中包 含 两个 重 要 阶段 初 步设 计阶段和施工 图阶段 虽然 这两个 阶段都需要统 计经济指标 但要求是不同的 设计人员在初 步设 计 阶段需要考虑多种要求 诸如结构 的承载能力 构件的截面形式 计算挠度 裂缝等 这一阶段模型 设计需要反复修改 因此需要快速得到候选工程 的 总工程量 而对结果 的准确性要求 不高 施工 图阶 段方案 已经确定 需要完全遵循设计图纸计算 出比 较准确的结果 如图 1所示 两 阶段的要求不同 需要软件做不同处理 图 1 不 同设计 阶段 的工程量统计 要求 在方案 比较和初步设计 阶段 进行的主要工作 包括输入结构模型并布置荷载 使用结构软件计算 结构的内力及各构 件的配筋 面积信 息 这一 阶段 的钢筋是 由 S A T WE等 P K P M结构计算软件以面积 的形式给出 不能直接用来统计钢筋用量 S T A T软 件可以根据计算配筋面积 自动配置钢筋 依此钢筋 为基准进行钢筋统计 由于 自动配筋 过程 中综合 考虑了结构分析软件的计算结果和规 范中的各种 规定 因此配筋结果与施工 图设计阶段生成 的实际 配筋相差无几 统计得 到的钢筋用量准确性很 高 完全满足初步设计阶段进行经济指标评估的要求 在施工图设计 阶段 结构软件给出各构件的实 际配筋并将其保存在数据库中 S T A T软件可以直 接读取 P K P M结构软件生成 的配筋数据 进行钢筋 统计并生成满足预算要求 的统计报表 上述流程可 以看 出 P K P M 软件形成的 B I M模 型有着 自己独特 的思 路 建模 时输 入的构件三维 空间信息是各建筑专业 的共 同数据 全部专业模块 3 2 在此基础模型上完成工作 保证 了软件 的高效率 各专业模块的数据由本专业分别管理 需要时可以 按约定 的标准随时取用 专业数据并不作为整体 模型的一部分 而仅仅是作为基础模型的扩展 这 样某专业模块需要其他模块数据时 可 以按需要取 用 这种机制使软件变得十分灵 活 例如 S T A T软 件可以读取结构计算软件 的配筋面积而快速生成 概算数据 也可以读取施工图软件生成的实 际配筋 从而生成准确的预算决算数据 6结语 建筑产业信息化的道路是漫长而曲折的 信息 化的过程应该是一个务实 渐进 的过程 没有 任何 一 揽子方案可 以一蹴而就的解决全部问题 现在 就开始着急建立一 个 巨大的包 罗万象的理想 B I M 系统 无疑是一种拔苗助长 的行 为 对信息化 的过 程有害无益 真正务实的态度是 首先踏踏实实的做好各专 业 内部的信息化工作 研发专精 高效 的专业软件 模块来辅助各专业 的信息化进程 在做好各专业 信息化工作的基础上 建立和完善各专业之间的信 息联系 从而最终形成系统化的 B I M体系 在模块 化基础上完成集成化 系统化建设 是 一条从实 际 出发 的 B I M 发展 之路 Do ma ins Co l l a bo r a t io n A I mp l e me nt o f BI M Ach it e cht ur e L i W e ig u a n g C h i n a A ca d e m y 0 厂 B u il d in g R e s e a r ch B e n g 1 0 0 0 1 3 C h i n a Ab s t r a ct E s s e n t ia l o f B I M is ma n a g e me n t a n d i n t e r o p e r a b il i t y o f b u il d i n g in f o r ma t io n T h is a r t icl e d e mo n s t r a t e d t h e p ri n ci pl e o f b u il d in g i n f o r ma t io n ma n a g e me n t I n ma n a g in g in f o r ma t io n p ri n cip l e is b y d o ma in in s h a ri n g in f o rm a t io n p r in cip l e is b y p r a ct ice I n f o r ma t i o n mu s t b e cl a s s i f ie d b y d o ma i n s a n d e a ch d o ma in ma n a g e it s in f o r ma t i o n b y it