一、BIM的网络定义
我先引述一段网络上通常对BIM的解释:
“BIM(Building Information Modeling)技术是Autodesk公司在2002年率先提出,已经在全球范围内得到业界的广泛认可,它可以帮助实现建筑信息的集成,从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结,各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中,设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作,有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。
BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型,利用数字化技术,为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息,还包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型,大大提高了建筑工程的信息集成化程度,从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。
BIM有如下特征:它不仅可以在设计中应用,还可应用于建设工程项目的全寿命周期中;用BIM进行设计属于数字化设计;BIM的数据库是动态变化的,在应用过程中不断在更新、丰富和充实;为项目参与各方提供了协同工作的平台。我国BIM标准正在研究制定中,研究小组已取得阶段性成果。”
是不是很难看懂?类似这样的解释很多。
那现在我就站在前人的肩膀上,结合我个人多年的工作经历和理解来解释什么是BIM。
二、拆解BIM
BIM说直白点就是建筑行业技术信息化的一种手段。
这是从行业发展的层面来看,而其实BIM有很多个侧面,从每个侧面都只能看到BIM的某个部分,我们先从字面意思来看:
BIM是Building Information Model或Building Information Modeling的缩写,翻译过来就是“建筑信息模型”或者“建筑信息模型化”。关于这个翻译的争论很多,但我看来是一回事,只是其中一些人更看重结果-模型,而另一些人更看重过程-模型化。但其实BIM本质上都是把未建成的建筑做成数字虚拟模型。
所以字面上看BIM其实就是一类模型,是集成了建筑相关信息的模型。
《中国建筑业BIM应用分析报告(2020)》中这样把BIM拆开来解释:
“BIM中的建筑 B,不单是狭义理解上的“一栋建筑”,而是广泛意义上的工程建设领域。也就是BIM除了建筑,还可以应用到路桥、城市、园林、设备、材料等等,大大小小的只要是工程领域中的一部分,都会在不同程度上应用到BIM。
信息 I 在中间,它才是BIM技术的灵魂。这个信息是建设工程相关信息,它包含几何信息和非几何信息。以一栋建筑单体为例,几何信息就大概包含这栋建筑的整体和各部件、构件的几何尺寸大小,空间定位信息;而非几何信息就包含这栋建筑的规范标准信息、构造信息、力学信息、材料信息、造价信息、物流采购信息、施工工艺信息等等。
最后就是模型 M,虽然很多同行专家更看重过程,愿意将它翻译成“模型化”,也有翻译成“模拟”等等的。但我认为本质上还是模型,也是BIM诞生之初的样子,不管BIM做得多炫酷,BIM本质还是先要有模型。将建筑的各项信息都集成到这个模型里面,才能被提取出来应用,也才能生出后面五花八门的应用结果。”
知道了BIM是一种建筑信息模型,那么所谓的BIM技术软件,则是一类能够建立或应用建筑信息模型的工具。
三、信息化
恐怕就有人要问了,为什么要记录和应用这些信息呢?这就要先说一下为什么会出现BIM。
任何一项技术的出现都伴随其使命,也就是目的。BIM应用的最主要目的在于:在建筑工程项目的建设工作中提高工作效率、节省资源。
其实很多技术都是为了这个目的,不管是人类开始使用石器,到铁器的出现,到工业革命。而第三次工业革命才是BIM技术出现的基础,也就是计算机和互联网,它所带来的就是信息化。
信息化不是建筑工程行业这一个行业出现的技术,也不只是建筑工程行业一个行业的事情。这是早就在人类各个行业中都在发展和使用的技术了,只不过蔓延到建筑工程行业比较晚。BIM作为建筑技术信息化最有可能成为的形态,它只不过才刚刚开始发芽而已。所以信息化是席卷人类几乎所有行业的浪潮,建筑行业无法独善其身。
接下来我们回到BIM的目的上来:如何提高效率和节省资源?
提高工作效率主要靠的是计算机以及计算机所控制的机械来代替人工;节省资源主要靠的是利用信息,去优化工程设计以及建设的过程和结果来达到的。其核心就是依靠计算机和互联网技术。
建筑工程行业传统的建筑图纸是二维的,里面就包含了建筑的几何信息和非几何信息,只不过是以文字和图形的形式记录在建筑图纸上。我们的平、立、剖面图和大样图就主要是记录几何信息的;而设计说明、材料说明、构造说明等等则是记录非几何信息。
那么传统使用的AutoCAD只是快速绘制这种图纸的工具,要注意这依然是二维图纸而不是模型。而其他如3Dmax、Sketchup等等建模软件所建立的模型只是包含了建筑的几何信息,却没有非几何信息,且这些信息只能用于传递不能作分析应用。BIM的软件却是把建筑的几何信息和非几何信息集成在模型里面的,是可以被记录、传递和应用的。
四、BIM的本质
了解了以上知识,接下来我就可以来说一下BIM的本质,个人认为BIM的本质是一种语言翻译器。
为什么要这样说?那我首先就要解释一下什么是语言?
语言是一种沟通、思考和传录信息的工具。何关培先生说:
“传统的建筑图纸其实就是一种工程语言,是工程技术人员表达和交流技术思想的重要工具和手段,是项目各项工作中不可或缺的技术文件。AutoCAD就是辅助人类高效生产这种工程语言的一种工具;效果图、动画等可视化技术,只是作为图纸的补充和辅助品,主要目的是帮助项目各参与方提高理解项目的效率和水平。”
我前面说了,传统的图纸已经包含了建筑的各项信息,作为工程语言沟通使用已经基本够用了,为什么还要集成到模型里面呢?
因为图纸只是人类跟人类交流使用的语言,而我们现在需要计算机参与到项目建设过程当中来,需要借助计算机强大的算力和数据储存、传播能力,来帮助人类更高效地完成工作。
那么问题来了,计算机是看不懂工程图纸这种“人类语言”的,人类建筑师也不懂计算机的“语言”。所以就要借助BIM软件这个人类与计算机之间的桥梁来实现,建筑师依靠建立出数据模型(也只有3D或4D模型能更完整准确地描述建筑物),使之成为计算机能懂的“语言”。
这就是我说的“BIM是将建筑信息翻译成计算机能懂的语言的一种工具”。只是人在编制这个语言(也就是建立模型、录入信息)的过程,正好也是设计、验证设计和展示设计的过程。
我举个直观的例子:没接触过BIM的人也一定知道,我们的结构设计专业在很早的时候就在使用计算机建模来帮助结构设计人员快速计算、验证结构设计工作。
其实那就是BIM的一部分,这类工作被称为CAE,我们后面会解释它。
使用结构软件代替人工后提高了多少效率?节省了多少资源?不言而喻。正是计算机分担掉了繁琐复杂的结构计算工作,才使得结构设计师能有更多精力投入到结构设计的核心工作当中去。只是“结构模型”只包含了结构一个专业的信息,这些信息无法传递和应用到项目的其它环节当中去而已。
正是有了类似的各种各样的计算机介入人类工作的案例,大大提高了工作效率和质量,也才有了现代社会大规模和飞速的现代化建设奇迹。
综上所述,BIM应用过程,就是人类将工作任务指令下达给计算机,使之辅助人类工作的过程。
这就是我所认知的BIM的本质,其他我们能看到的漫游动画、碰撞检查、模拟施工等等,BIM应用过程中表现出的外在形式,都只是BIM应用的输出结果。在建筑的全生命周期中,只要计算机技术能够触及到的领域,都是BIM技术施展的舞台。
五、BIM定义结语
一直以来建筑市场上充斥着各种各样关于BIM的论调,有神话的,也有妖魔化的,越是BIM发展落后的地区越是看不清楚BIM的庐山真面。
我想要说BIM不是魔术,它归根结底还是一种技术,一种工具。它并不能凭空生成不存在的结果,它所能做的工作理论上都是靠人工也能处理的工作。就像结构受力分析、风环境分析、能量分析等。
本来我们人类就掌握了成熟的理论知识,我们自己也能计算分析,只是工作量太过巨大,现在利用计算机来做这些工作而已。所以不能过分重视或轻视BIM,要正确地看待BIM所能提供的价值。
BIM能改变的只是我们的一部分工作模式,至少目前并不能全面代替我们的核心专业技术。对于一个设计院来说,设计是永远的根本,BIM技术只是帮助我们处理掉其他费时费力的工作,让设计师更加专注到设计工作本身上去。更高效率和高质量地进行设计工作,就是BIM给设计企业带来的最大的价值。
六、BIM的历史
前面我从个人的视角解释了BIM是什么,但是BIM的体量过于庞大,单从一个视角看不清它的全貌,还需要提供其他的视角来让我们更加清晰BIM的形象。
现在我们从BIM的发展历程来看看BIM的历史,清楚它的来龙去脉。
在六、七十年代,随着现代科技高速发展,建筑体量越来越大,功能越来越复杂。新材料、新工艺越来越多,再加上全球石油危机、低碳环保的需求、智能化的发展等等问题。这导致了建筑工程的规模也越来越大、复杂程度越来越高、技术含量也越来越大。
这些都给建筑业的发展提出了更多更大的挑战,因此如何管理和应用好日益庞大的附加在工程项目上的各项信息,就成了建筑工程项目实施过程中必须面对和认真处理的重要问题。所有与整个工程项目有关的信息如果利用处理得好,就能提升设计质量,节省工程开支,缩短工期,也可以惠及使用后的维护工作。
因此十分需要在建筑工程全生命周期中广泛应用信息技术,快速处理与建设工程相关的各种信息。CAD(不是AutoCAD,那只是一款软件)“Computer Aided Design 计算机辅助设计”的概念也就应运而生。CAD技术在建筑行业掀起了惊涛骇浪,全球的建筑行业都得到了迅猛的发展。
随着CAD技术发展所出现的问题越来越多,BIM的概念也开始被提了出来。
BIM的雏形,最早是见于Charles Eastman在1974年发表的一篇论文《An Outline of Building Description System建筑描述系统概述》中。从这篇论文中可以见到,当时提出的概念叫做BDS建筑描述系统,而不是BIM。
Eastman和他的合作者就在论文中指出CAD技术中存在的一些问题,他率先提出了应用数据库技术建立建筑描述系统,并在文中给出了BDS的概念性设计。随后又发表了名为《The use of computer
instead of drawings in building design在建筑设计中应用计算机而不是图纸》的论文,详细介绍了BDS,并提出以下观点:
1、 应用计算机进行建筑设计是在空间安排3D元素的集合,这些元素包括强化横杠、预制梁板或一个房间;
2、设计必须包含相互作用且具有明确定义的元素,可以从相关描述的元素中获得剖面图、平面图、轴测图或透视图等。对任何涉及安排上的改变,在图形上的更新必须一致,因为所有的图形都取之于相同的元素,因此可以一致性地做资料更新;
3、计算机提供一个单一的集成数据库用作视觉分析及量化分析,测试空间冲突与制图等功用;
4、大型项目承包商可能会发现这种表达方法便于调度和材料的订购。
20多年后出现的BIM技术证实了Eastman教授的高瞻远瞩,可惜当时只是提出了概念,没有引起太多的反响。
后来,Building model一词第一次出现,是在Ruffle和Aish1986年的论文中。
Building Information Model一词最早则是出现在Van Nederveen和Tolman 1992年的论文中。
然而BIM并没有在1992年被提出时就开始流行,因为缺少赖以生根的土壤-计算机软硬件技术的支持。
20世纪90年代到21世纪初期,建筑领域是CAD大行其道的年代,特别是AutoCAD,几乎成为国内外建筑图纸的标准格式。
伴随着计算机软硬件技术的日益成熟,建筑领域对于信息技术的需求不断增长。直到2002年,CAD行业龙头Autodesk公司发布了BIM白皮书,收购了创立于1996年的Revit。至此BIM开始得到推广与应用,大量的公司和团队纷纷开始投入、关注和开发BIM软件。
不过事物发展总是有其过程,BIM从诞生到它在全行业中大爆发又等了差不多10年。2002年至2009年BIM发展比较缓慢,2009年之后才有了明显提升,2012年以后BIM发展呈井喷状态,大幅上升。
2010年前后,很多业内公司加速了BIM布局。Autodesk继续强化建模软件Revit,并多方收购模型应用软件,包括Robobat、Ecotect、Horizontal Glue和Qontext等,此后发布了面向云端的产品BIM360,并推出基于Revit的可视化编程插件Dynamo。至此,Autodesk产品阵营占领了BIM领域大部分市场份额。
美国建筑师协会(American Institute of Architects)的Dennis Neeley这样定义:
BIM1.0——可视化和画图
BIM2.0——分析
BIM3.0——模拟
BIM1.0的主要特征是可视化和建模,它的历史使命是替代CAD,开启BIM时代。2002年至2012年这20年既是BIM1.0的时代,这个时间段BIM的用户逐渐接近或赶超CAD的用户(当然国内要慢差不多5年以上)。
BIM2.0也就是在BIM1.0阶段结束,业内开始不满BIM的建模和可视化价值,开始深耕挖掘BIM综合应用价值的阶段,而我们现在正处于这个阶段的起步期。