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BIM的思维层次

(内容来源:本站 发布时间:2018-03-28 查看次数:678)

BIM”的雏形起源于两条主线:一个是为了解决二维的局限而衍⽣出来的三维技术,⼀个是为了解决信息化⽽提出的建筑信息体系。这两条主线都是针对建筑业⾏业需要解决的问题所出现。

  21世纪初期,几个著名的软件商们基于当时的几款参数化三维设计软件,将3D CAD和建筑信息结合了起来,并创造了⼀个新名词——BIM。Autodesk在2002的白皮书中提出了Building Information Modeling,也就是现在所说的BIM,在白皮书中赋予了BIM“协同设计”与“构件驱动CAD(object-oriented CAD)”的特征。Autodesk最初给BIM的定义“精确”的对应了刚刚收购的Revit与Buzzsaw的功能。因此,在某种意义上,初期“BIM”这个名词的创造是⼈为的,很⼤程度是为了软件商的市场营销。

  2007年美国BIM标准第⼀版对BIM做出了明确定义:

  • 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。

  此后,各种BIM理论开始迅速完善,在软件商、行业组织、政府、学术界不断神话BIM解决建筑业信息化社会价值的同时,BIM软件商却⼀直致力于BIM的三维技术经济价值⽽导致政府及⾏业组织所期盼的BIM另⼀重要功能,建筑业信息化难以落地。十多年来,美国BIM标准定义的BIM⾄今进展甚微。

  从BIM的起源及理论发展,我们可以归结于BIM是建筑业应用软件(不同信息系统)及其间的信息交换技术。实现BIM,我们首先要解决的建筑业应用软件(⼆维或三维软件)不⾜问题,其次是所有建筑业应用软件的数据共享协同⼯作问题。

  在芬兰,BIM 其实只是“建筑业信息化”的代名词——芬兰⼀直期望着依托计算机信息化来提升建设的管理,并向自动化过渡。在中国,⽆论BIM 如何定义,它已经成为我国建筑业信息化技术的代名词。由于种种原因,不同的⼈对BIM 有不同认识和理解,因此存在不同的BIM 思维层次。在推⼴BIM 应用过程中,地⽅政府或企业领导的BIM 思维层次将决定其建筑业信息化技术发展⽔平及投⼊产出比。

  ⼀、BIM的应用软件思维

  如上述“BIM” 雏形起源之⼀是为解决⼆维的局限⽽衍⽣出来的三维技术,⽽所有三维技术软件都是为完成建设项目过程中某⼀具体⼯作任务⽽开发的。前⼏年很多⼈对BIM的认识还只停留在对BIM软件的认识层面,因此“BIM替代CAD”的提法曾风靡⼀时,这就是将BIM视为应用软件的思维层次,其狭义理解是对应于用三维软件解决项目全⽣命期某个具体任务的BIM软件应用,目前各类“BIM竞赛”⼤部分项目属此范畴;⼴义理解是解决项目全⽣命期某个具体任务使用对应的包括⼆维CAD软件、进度软件、BIM软件、项目管理软件、设计软件、⾏政管理软件、⼯程分析⼯具软件、协调软件、投标软件等所有应用软件。

  经济学认为从最稀缺的资源为中⼼进⾏资源组织才是合理的,⼈们常常会认为数据是最缺乏的,或者认为数据处理分析技术是最缺乏的,实际上最缺乏的是能够见到效益的目标机会,这种机会是多⽅面因素的组合,是业务的真实需求,这种效益机会才是最宝贵的。专家们利用政府数据的组合可以发现⼀些可以改进⼯作的内容,但是在业务⼈员看来这些发现并不急切,自⼰提出的问题才亟待解决,BIM的应用软件思维应当以业务问题为中⼼,不能以技术为中⼼也不能以数据为中⼼,唯有以业务部门的应用目标为中⼼才能获得可持续的效益,业务部门选用应用软件是以是否符合技术标准与管理流程、是否“顺⼿”为首选原则:选好用的⽽不是贵的、选简单的⽽不是复杂的、选针对业务的⽽不是数据交互的。因此,对于同样⼀个业务目标,对于业务部门⽽⾔,当⼆维CAD软件能完成任务就不可能选用BIM软件;对于软件公司⽽⾔,⼆维CAD软件虽然没有三维模型但也可以⽣成BIM需要的三维数据库。

  ⼆、BIM的软件集成思维

  随着信息科学的发展、组织规模的扩⼤和对管理需求的增强,信息系统在各⾏业中得到⼴泛的应用并迅速普及。但由于很多信息系统开发的初始目的只是为了实现相应的业务功能计算机化,在实施这些系统的早期阶段并没有考虑到不同系统之间的数据交换和协同⼯作;在开发新系统时,通常没有⾜够的时间和理由彻底更换掉旧的遗留系统,新系统的功能必须与已有的系统、数据源相整合即使是建设全新的系统,也会遇到各类异构平台的技术集成等问题,实际上信息系统的集成已经成为⼀个非常普遍的需求。

  传感器、RFID等物联⽹标识,使得⽣产设备与产品之间可以自动通信,将智能⼯厂(物理领域)的⽣产数据都可以通过API汇集到信息系统(信息领域)之中。

  软件集成就是用⼀种较好的⽅式,使多种软件的功能集成到⼀个软件里,或是把软件的各部分组合在⼀起。 软件集成是指将完成某项⼯作的⼀组相关的应用程序组织起来在⼀个统⼀的操作环境下以综合⼀致和整体连贯的形态来进⾏⼯作。

 

  软件集成需要有⼀个统⼀的操作环境(平台),平台作为应用系统部署的基础,是由应用服务提供商搭建和维护的。现在,各软件商极⼒推出“BIM平台”及各类BIM项目管理平台层出不穷,这就是将BIM视为软件集成的思维层次。

 

  BIM的软件集成思维基于BIM的应用软件思维,其狭义理解是对应于解决项目全⽣命期某个阶段、某个分部⼯程或某个管理任务的“BIM软件”集成技术应用,目前各类“BIM竞赛”部分项目属此范畴;⼴义理解是对应于项目全⽣命期所有应用软件的集成应用。

  信息技术是社会服务重组的⼯具,当今社会的⽣产⼒建立在各种资源与处理能⼒的有效集成的基础之上,合作的基础是连接,信息⾏为是⼀切组织的粘合剂,是⼈与⼈、⼈与物、物与物、系统与数据、系统与智能的连接,正是这种跨时空的连接能⼒构建了各种各样的社会组织与技术集成,支撑着社会的⽣产⼒、支撑社会⽣产与⽣活的效率与⽅便性,信息技术⾰命是组织连接⽅式的⾰命,推动着各⾏各业的资源、知识、能⼒的⼤重组、⼤优化,推动着各⾏各业的⼤发展。信息技术是优化组织的⼯具,信息技术提供的是优化业务组织的机会与⼯具,并不是解决问题的智慧,⼯具是没有智慧的,⼈是使用⼯具智慧的来源,信息系统集成要以用户的需求为中⼼,帮助用户取得成效,使用户已有的软件资产在新的系统集成中发挥作用,使用户以最小的投⼊获取最⼤的集成效果,BIM的软件集成思维是用户所有应用软件的集成,不是仅限于BIM软件的集成。也只有在这助⼈成功的过程中才能实现软件集成商的自我成长。

  三、BIM的系统⼯程思维

  系统⼯程强调解决问题的整体视角,要全面、精准地设计具体的信息化⼯程,以保证所设计的信息系统能够准确实现预定的目标。精准设计理念被⼴泛应用于信息化建设的具体项目之中,是信息⼯程学的理论基础。信息⼯程学是软件开发商的核⼼理念,软件本身是精确的形式逻辑的运算,只能解决确定性问题,软件开发需要确定性的需求环境,具体⼯作中的不确定性问题均由相关⽅负责确定化,这种分⼯有助于软件⼈员集中精⼒完成软件开发任务。

  系统⼯程是运用系统思想直接改造客观世界的⼀⼤类⼯程技术的总称。系统是由互相关联、互相制约、互相作用的若⼲组成部分构成的具有某种功能的有机整体。随着科学技术的快速发展和⽣产规模的不断扩⼤,迫切地需要发展⼀种能有效地组织和管理复杂系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的技术,即系统⼯程。系统架构模型(System Architecture Model)的建立对于系统⼯程是⾄关重要的,也是必需的。

  系统架构模型是对系统整体的、全面的描述,相当于通常所说的总体设计⽅案,是整个研制⼯作的首要的⼯件(Primary Artifact)。系统架构模型与各个视图相互关联,各⽅⼈员针对⼀个共同的系统架构模型来分析和优化。因此,系统⼯程的关键,就在于构建出⼀个完整的系统架构模型。

  BIM是⼀个设施物理和功能特性的数字化表达,是个数据库。对于建设项目,这个数据库⼀般为分布式数据库,系统架构模型需要考虑分布式数据库的组成及其建模与应用软件数量。分布式数据库具有多种不同的表达⽅式,可以是建筑、结构、机电三个数据库组合,也可以是不同阶段众多不同任务的数据库组合。⽆论哪种组合的分布式数据库,对于不同建设项目BIM系统架构模型都需要明确数据库数量及其构成完整数据库的建模与应用软件数量。这就是将BIM视为系统⼯程的思维层次,如美国BIM标准所述基于IFC+IFD完整建筑产品模型(系统架构模型)的BIM系统,及中国《建筑信息模型应用统⼀标准》所建议的基于建筑⼯程WBS(系统架构模型)完整数据库的P-BIM⽅式,即基于⼯程实践的BIM应用⽅式,对应于特定某⼀建设⼯程领域(如建造⼯程、市政⼯程、公路⼯程、铁路⼯程等)全⽣命期的BIM技术应用。

  BIM的系统⼯程思维基于BIM的软件集成思维,但具有明显区别于BIM的软件集成思维的如下特征:

  1、建设⼯程BIM应用的顶层设计,适用于所有项目的BIM实施;

  2、系统架构模型需明确⼯程全⽣命期系统数据库架构及构成数据库的各参与⽅所有任务功能软件(⼀个任务功能软件可能有⼏个软件商开发的应用软件);

  3、开发新的任务功能软件、重构现有应用软件为任务功能软件,优化、降低信息熵,使软件间数据交换更为便捷;

  4、任务功能软件间的数据交换不依赖于任何具体系统(软件商平台),应用基于协同性能公开标准的进⾏数据交换,不同任务功能软(硬)件信息系统通过API(应用程序编程接⼝)集成。

  BIM技术要成为建筑业的仆⼈,对BIM技术的夸⼤会助长IT的自我中⼼论,以为靠⼤数据、云计算、物联⽹就能够完美的管理⼯程项目,实际上数据只是部分历史信息的记录,能够分析出⼀些问题绝不是所有问题,数据处理能⼒并不能替代创新的智慧,BIM技术的作用是帮助⼈们解决问题⽽不是替代⼈们解决问题,⼈是⼯程项目的主角,IT只是⼯具。美国在2007⾄2015的⼋年间,当企业把因为BIM⽽⽕的理论都尝试了⼀遍后,发现事实并不是想象中的那么美好,因此,2017年美国两次BIM Forum的主题,⼀个是对业主需求的反思,⼀个是对⾏业本身推⼴新科技的反思。People-Process-Technology这样的理论开始被⾏业接受并被反复提及,即在BIM技术推⼴应用过程中,我们的正确推进⽅式应该是:⼈第⼀,流程第⼆,技术第三。根据项目管理中⼈性的特征优化我们的⼯作流程,再让BIM技术来顺应我们的流程。因此,需要创建⼀个合理的BIM系统架构模型,包括改变已有应用软件架构、建立分布式数据库系统及应用软件体系,去适应现有技术⽅法和管理流程,⽽不是改变技术⽅法和管理流程去适应“BIM技术”。

  四、BIM的体系⼯程思维

  美国军⽅最早提出了系统的系统(System of System, SoS)-即体系的概念。“体系”是由独立起作用的系统组成的以实现特定功能的更⼤规模的系统组合,强调体系的功能“整体⼤于部分之和”。“体系”的主要特征:

  (1)成员系统独立运⾏,将体系分解后,成员系统均可独立运⾏;

  (2)成员系统独立管理,具有不同的功能和使命;

  (3)地理上分布范围⼴泛,通常分布于很⼤区域内;

  (4)突现新的⾏为或功能,“系统的系统”具有成员系统不具备的功能;

  (5)不断发展和进展,随着需求变化⽽发展和进化;

  体系⼯程:系统⼯程已成为支撑产品研制的主要⽅法,有较为成熟的流程和⼯具支撑。然⽽在如何分析系统所⽣存的“环境”,以及在动态环境下需要发展何种系统的问题上,系统⼯程⽅法是不够的。这就是面对持续演进中的体系,需要发展⼀套“体系⼯程”技术。体系⼯程跨越体系的整个⽣命周期在动态变化的环境下考虑如何产⽣正确的需求、如何选择恰当的系统满⾜要求、以及体系的能⼒如何⽣成等。与系统⼯程相比,体系⼯程的⽅法必须面对更⼤规模和更加复杂的集成问题,要在⾼度不确定情况下完成成员系统之间的交互与协作。系统⼯程的⽅法要求在系统设计开发初期就设计⼀种协议,任何想跟那些系统交互的系统,在设计的时候就要求满⾜⼀定的协议;⽽体系⼯程考虑体系的涌现(指⼀个系统中个体间预设的简单互动⾏为所造就的⽆法预知的复杂样态现象)⾏为,⼦系统之间的交互是动态的。

  系统⼯程与体系⼯程的对比如下表:

对比内容

系统⼯程

体系⼯程

规模

⼯程/产品

自主治的,良好边界的

单⼀复杂系统

组织/能⼒;

相互依赖的,开放边界;

多复杂系统组成;

问题

单⼀、静态;

复合、涌现;

环境

明确

不明确

目标

开发新系统

需求的实现;

结构化的⼯程过程;

能⼒满足;

使具备发展的能⼒;

集成的向导;

体系结构

在系统⽣命周期的早期系统的体系结构就确定了,并维持相对稳定;

根据需求的改变进⾏体系结构的动态配置,面向能⼒的体系结构⽅法;

时间框架

系统⽣命周期;

确定的开始和结束;

多个、交互的系统周期;

⽆组织的开始;

组织

统⼀的管理;

设计并集成专用的接⼝以满足系统中组件集成的需要;

协同⼯作;

体系中的⼦系统能在⼀定的协议和标准下独立的运⾏,这些协议和标准建立来使体系能互操作;

采办和管理

集中式的系统采办和管理;

⼦系统独立的采办和独立的管理;

其他

可靠性,可维修性,有效性等

适应性,可调节性等

 

  美国国防采办⼿册的第四章专门讲述体系⼯程,定义体系⼯程是对⼀个由现有或新开发系统组成的混合系统的能⼒进⾏计划、分析、组织和集成的过程,这个过程比简单的对成员系统进⾏能⼒叠加要复杂的多,它强调通过发展和实现某种标准来推动成员系统间的互操作。

  体系⼯程是在系统⼯程之上的新层次理念,体系⼯程理论是多系统合作阶段的新理论,部门业务的信息化完成之后,各信息系统的合作、协调与再集成就是新层次的中⼼问题,被称为“系统的系统”的体系⼯程就是要解决这类的问题,体系⼯程强调数据共享与处理能⼒的共享,强调信息系统的配套与协同,强调标准化与互操作,通过系统松耦合提升系统再集成的效率,形成整体化的服务能⼒。这就是将BIM视为体系⼯程的思维层次,如NBIMS Hierarchical Relationship及中国BIM发展联盟提出并已实践的基于HIM的建设⼯程各领域P-BIM模型(体系⼯程),对应于包括建筑、市政、公路、铁路等数字中国的所有⼯程建设的BIM技术应用。

  BIM的体系⼯程思维基于BIM的系统⼯程思维,是所有建设⼯程领域系统的系统,其系统架构模型的功能软件系统由所有建设⼯程领域系统中的功能软件组成。