从CAD到BIM:前途是光明的 道路是曲折的

来源:用户上传      作者: 卜一秋

　　摘要：建筑设计走向B1M时代，不仅仅是工具和手段的更新，而是设计方法和思维模式的更新。工程建设走向BIM时代，更不仅仅是设计交付方式的更新，而是整个行业各环节之间的交互方式和结果的更新。因此要跨越的障碍很多，需要行业相关环节企业及行业整体信息化技术应用及管理水平的快速提升。
　　关键词：BIM　建筑信息模型　建筑设计　建设行业　信息化
　　中图分类号：TU17
　　文献标识码：B
　　文章编号：1004－8537(2011)06－0154－05
　　从CAD到BIM，信息技术的长足发展为彻底解放建筑师思维和表达的束缚创造了条件，新的技术手段为建筑创作提供了无穷的可能，在建筑师的思维空间中敞开了一扇又一扇窗、无论你身处发达的或发展中的城市，总能感觉到新建筑带来的前所未有的强烈视觉冲击。与此同时，设计从二维走向三维，从粗放的表达走向精准的描述，数字模型在通过各种功能模拟和程式推演，掌控并实现建筑设计产品的可持续性的同时，也为设计本身的可持续性埋下了伏笔。而这一切，源自全新的设计理念、设计方法、设计工具和设计手段，以及由此形成的全新的设计工作模式。
　　这个全新模式的终极目标就是BIM。作为一个建筑师背景的IT管理人员，当笔者写下上面这段文字的时候，心情是兴奋而昂扬的。但当面对当前的设计现实的时候，又不得不把心境放平，期待放低，从CAD到BIM，前途必将是光明的，但道路也注定是曲折的。
　　
　　BIM应用有哪些
　　
　　BIM的英文全称为Building lnformation Modeling，中文多译作建筑信息模型但是大家一眼就会发现，这个M，是Mode Jing而非Mode，它所指的，是形成模型并发挥作用的过程而不仅仅是模型本身。所以BIM应当是伴随一个建筑物从无到有从生到死全过程的数字模型的生命过程。讨论这些貌似有点儿矫情，但只有说清楚这些，才能真正理解BIM的意义所在。
　　既然是伴随建筑物全生命期，那么在这个全生命期中BIM有哪些应用呢?下面的图表1是美国buildingSMART联盟最新总结的BIM在建筑全生命期各个阶段的25种应用。
　　可以看出，项目前期规划阶段的BIM应用为项目建设的经济、社会、环境效益做出贡献，设计阶段的BIM应用为建筑的功能、性能、安全、质量和成本控制做出贡献，施工阶段的BIM应用为建造进程的效率、质量做出贡献，运行阶段的BIM应用为建筑的运行管理监控做出贡献。上述各阶段BIM应用的贡献是针对建筑全生命期而言的，其所得到的收益，并非在各阶段本身体现。非常明显，设计阶段BIM应用的贡献，其价值最终会体现在施工和运营阶段。
　　仅从经济和质量的角度讲，设计阶段对建筑全生命期的贡献是巨大的。图表2生动地展示了设计对建筑全生命期成本的贡献。设计本身虽然只占用了建筑全生命期总成本的5％，但是却决定了其总成本的70％。根据美国bSa(buildingSMART alliance)的资料，建筑物建设过程的成本只占全生命期总成本的25％，而使用运营阶段的成本却要占到75％。另据美国建筑业相关机构数据显示，建造业实践中的浪费(57％)超过制造业实践中(26％)的一倍以上(图表3)、我国的相关数据统计笔者没有找到，但相信不会好于这个水平。这个数据说明，在建设行业，效能潜力是巨大的，而其中设计阶段的贡献将占有巨大份额。
　　由此看出，抛开社会和环境效益这个大概念不说，建设方或业主将在BIM应用中获得经济上的最大收益，施工方将在BIM应用中获得效率上的巨大收益，而设计方的BIM应用为前二者的收益提供前提，其收益是设计质量的提升，这个收益不是体现在经济上的，至少在短期内无法因此而大幅提高设计费收入。同时BIM也不太可能提高设计阶段的工作效率，但是，也不能忽视设计方在其中得到更多的是设计本身的可持续，如基本构件信息的积累和不断优化，完整设计数据的积累和分析统计，这些对于快速提交设计和对设计结果的把控信心无疑作用巨大。
　　
　　BIM的贡献以及设计对BIM的贡献
　　
　　前面已经讨论过BIM应用在各个阶段中对整个建筑生命期的贡献。如果一定要比较，毫无疑问，在设计阶段的应用贡献最大。设计阶段的BIM应用，对建筑的功能、性能的提升，设计质量和完成度提高，及对造价的掌控，作用非凡。
　　在建筑功能上，方案设计阶段的BIM功能分析和优化，可以综合协调诸如城市交通影响、环境影响等功能矛盾，寻求最合理的流线、视线等内部使用功能方案，使设计摆脱对经验的依赖，通过理性分析计算得到相对完美的建筑方案：在建筑性能上，初步设计阶段的BIM性能分析和优化，可以得到各种不利条件下综合权衡之后最安全合理的结构方案，可以得到不同内部热工、日照和照明等功能环境条件下的整体能量分析，以找出最合理的性能方案：在设计质量和完成度上，施工图设计阶段的专业综合协调和冲突检查，可以解决CAD方法下几乎无法避免的专业矛盾管线碰撞等错漏碰缺问题，规范验证可以帮助避免规范性错误，提高质量的合法性，而设计阶段中整体BIM模型的完善过程，不断细化工程量报表，使工程造价一直保持在掌控之下、
　　设计对于建筑全生命期BIM的贡献，是从无到有，从基本到完善的。得益于BIM对设计的上述贡献，设计完成交付的BIM模型，几乎已经等同于建成建筑的虚拟状态。这当中设计所付出的工作量当然也是不能与CAD方式同日而语的。
　　
　　BIM工具有哪些
　　
　　常听人问，BIM是什么软件?或，BIM就是Revit吗?其实，看前面的BIM应用表就可以知道，BIM不可能只是个软件。在设计阶段它至少应当包括建模和模拟分析(包括造价管理)两大类软件，当然，既然叫做建筑信息模型，BIM建模肯定是它最重要的环节、BIM建模软件也多种多样，就像CAD软件多种多样一样。民用建筑设计常用的建模软件(图表4)有我们在CAD时代就十分熟悉的Autodesk公司和Bentley公司，Autodesk公司的Revit系列产品和Bentlev公司的GC(Genera Consultant)系列产品仍然是应用最广泛的。另外还有GT(Gerry Technoloqv)利用法国DassouIt公司的Catla软件开发的DP(Digtal Project)系列产品、不同的建模软件适用于不同的建筑工程项目，GC系列和DP系列软件对复杂建筑形体建模比较适用，当然应用DP的资金和技术投入相对要高许多。此外，一些造型软件如Sketchup和Rhino等，是方案设计阶段比较常用的建模软件。
　　对模型的分析模拟还会应用一系列分析模拟软件，如常用于管线综合；中突检查的软件AutodeskNavisworks、BentIey Projectwise Navigator和Soliri Model Checker等，常用于各种性能分析的ETABS、Ecotech、lES等，都是在设计阶段经常用到的。
　　
　　BIM的路还很远
　　
　　作为设计者，只是看到前面提到的这些工具，便可获知未来的设计和传统上的有多大不同，

前面描述过的那些应用也告诉我们，我们可以准确地预先了解我们设计的建筑将如何运行。所有这些当然需要我们预先付出更多的工作。BIM展现了一个完美的前景，令人兴奋和鼓舞，但当面临一个工期紧任务重设计收费又不高的项目时，如果不是必须或被迫，我们似乎已经无力追求BIM的美景了。而从整个建设行业来说，与制造业相比信息化应用程度相对较低，这是行业的特殊复杂性带来的。建设行业尽管技术并不尖端，却需要把如此众多的不尖端技术集成起来，且产业链条长，参与方众多，BIM要在这条长链上走过每一个环节，经历众多的参与方，其难度可想而知
　　国内有专家分析，在从CAD到BIM的这场变革中，建设方是最大的宏观受益者，但能够投入的技术力量不足，动力也相对最低；设计方是最大贡献者，其技术力量也最强，但由于实际受益最小，动力也只能居于中等，而施工方技术力量居于中等，其实际收益最大，其动力也最大。因此认为施工方将是BIM革命的原发地。
　　施工阶段是建设过程中较为偏后的阶段，其对BIM应用的动力，势必最先影响到其上游的设计阶段，因此，对BIM贡献最大的设计方将会被拖XBIM应用。如果BIM没有成为设计方的工具和手段，设计方将面临被动的局面。其实国内现状并非完全如此，设计方中那些目光长远，技术力量雄厚且具备行业责任感的单位已经率先在BIM路上出发了。
　　笔者曾经分析说，BlAD(北京市建筑设计研究院)的BIM之路，起步于对那些复杂的空间形体的描述和操控的需要。纵观国内民用建筑设计行业，这极有可能是一个通例。这说明，无法用二维工具描述的复杂形体的设计创意需要，及其与三维参数化设计的互动，带动了设计阶段的BIM热情，而这个动力是前面专家分析中没有注意到的。由此走上BIM之路，也许又是中国特色，但存在即是合理的，只是不要让细枝末节掩盖了主干，将旁系支流当作了主流。
　　尽管已经来到了BIM的路口，但我们的BIM之路还很长，我们离理想的BIM目标还很远。其中需要普及和掌握的技术和操作就已经很复杂，而改变设计者的思维和工作习惯更不是件容易的事。从技术以外的角度来说则更是如此，即便是完全解决了设计阶段的问题，也只是完成了BIM之路的一小部分。首先，我们的CAD基础并不雄厚。尽管我们从开始使用CADI具完成设计工作至今已超过20年，但思维和工作模式很大程度上还带有手工时代的印记。CAD以及文档数据并没有顺畅地在建设程序各阶段流转，上一阶段交付给下一阶段的仍然多是硬拷贝文件。撇开电子文件准确性、可靠性及其法律效力也就是凭证性不说，即便有些文件以电子形式交付，其中文件数据标准的混乱带来的麻烦也将那一点点便捷抵消掉了。如果仔细阅读英美等国家的CAD标准，不难发现，BIM中的许多基本概念和思想，在CAD中潜伏已久，只等待技术手段的提升，激发和延展它，并使其更完美地实现。其次，进入BIM时代，协同工作的范围和内容更加广泛，从企业内部扩展到参与整个工程建设过程的相关管理部门和企业之间，包括政府、建设方、设计方、施工方和供应商等等。协同战线更长，数据流线更复杂，对统一标准的要求更高，而这些恰恰是我国工程建设行业的短板。
　　但无论如何，BIM是建设行业的发展方向这个结论是各方面的共识，而且随着技术的进步和管理的强化这个目标将会在不太遥远的未来实现。纵观国内建设行业近30年的信息化历程，可以说20世纪80年代主要解决了以结构计算为主要内容的设计计算问题，20世纪90年代基本解决了计算机辅助绘图的问题，21世纪初基本解决了计算机和网络辅助管理的问题，那么接下来的5～10年，将是以BIM为主的行业信息化集成应用的年代。

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