BIM信息交換流程標(biāo)準(zhǔn)制定方法研究

靳 金 安景合 黃錳鋼

(廣聯(lián)達(dá)軟件股份有限公司，北京 100193)

近年來(lái)，雖然BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越普及，但由于沒(méi)有統(tǒng)一應(yīng)用和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，BIM技術(shù)產(chǎn)生的價(jià)值相對(duì)較低。目前由中國(guó)建筑科學(xué)研究院主持的中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作正在進(jìn)行中，而作者所在的單位承接了標(biāo)準(zhǔn)制定中的一部分內(nèi)容，這篇文章中將會(huì)介紹作者在BIM流程標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的方法研究和探索。

作為BIM技術(shù)的發(fā)源地，美國(guó)在BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用上一直處于世界領(lǐng)先地位，在今年發(fā)布的美國(guó)國(guó)家 BIM 標(biāo)準(zhǔn)“NBIMS-US v2”［1］中，包含了BIM的參考標(biāo)準(zhǔn)、信息交換標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。目前為止，包括加拿大在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家已在研究和借鑒NBIMS-US標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定了本國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)［2］。而本文中將要介紹的BIM流程標(biāo)準(zhǔn)制定方法也是借鑒了NBIMS-US V2中標(biāo)準(zhǔn)制定的部分方法和內(nèi)容。

1 支撐BIM信息互用的三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

支撐完整的BIM信息互用，需要三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的支撐，即存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、流程標(biāo)準(zhǔn)和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

其中，存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)是由于一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的參與方和需要使用的軟件產(chǎn)品數(shù)量從數(shù)十、數(shù)百到甚至更多，要支持這么多參與方、這么多應(yīng)用軟件在項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)的信息交換，使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)格式肯定無(wú)法滿(mǎn)足需求，必須依靠標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。目前，BIM還處于其發(fā)展初期階段，還未形成一個(gè)行業(yè)公認(rèn)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)格式(類(lèi)似二維CAD時(shí)代的dwg格式)，但卻出現(xiàn)了一個(gè)中立的、公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式——IFC標(biāo)準(zhǔn)(Industry Foundation Classes，工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi))。

圖1 支撐BIM信息互用的三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

IFC標(biāo)準(zhǔn)是由buildingSMART International開(kāi)發(fā)并維護(hù)，被注冊(cè)為ISO16739的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)［3］，是目前最受建筑行業(yè)廣泛認(rèn)可的國(guó)際性公共產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型格式標(biāo)準(zhǔn)。各大建筑軟件商均宣布了旗下產(chǎn)品對(duì)IFC格式文件的支持，許多國(guó)家也已開(kāi)始致力于基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM實(shí)施規(guī)范的制訂工作，而分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)是為了實(shí)現(xiàn)BIM環(huán)境下的高效信息互用離不開(kāi)的一個(gè)完整的、標(biāo)準(zhǔn)化的建筑業(yè)信息分類(lèi)和編碼體系。統(tǒng)一的建筑信息分類(lèi)和編碼體系可以使來(lái)自不同國(guó)家、地區(qū)和團(tuán)體的建筑相關(guān)單位之間的信息交流和互用成為可能。

隨著行業(yè)的發(fā)展，各國(guó)已經(jīng)建立起各種建筑信息分類(lèi)和編碼方法，分別滿(mǎn)足工程計(jì)價(jià)、建筑規(guī)范、項(xiàng)目管理、進(jìn)度控制等需要，如美國(guó)的Masterformat，UNIFORMAT，歐洲的Ci/SfB，CAWS，CESMM，EPIC等等。由于文化背景和法律環(huán)境的差異，各個(gè)國(guó)家的分類(lèi)體系不盡相同。它們的分類(lèi)方法、分類(lèi)結(jié)構(gòu)乃至應(yīng)用范圍都存在很大不同，甚至在一個(gè)國(guó)家內(nèi)部也可能存在幾種不同的分類(lèi)。這些給充分發(fā)揮BIM的信息互用優(yōu)勢(shì)及在建筑領(lǐng)域應(yīng)用其他IT技術(shù)造成了巨大的障礙，也不利于建筑業(yè)的國(guó)際化。

流程標(biāo)準(zhǔn)定義了建設(shè)項(xiàng)目生命周期某一階段某一專(zhuān)業(yè)需要從整體BIM中獲取和提交信息的規(guī)則，以及階段和階段之間、專(zhuān)業(yè)和專(zhuān)業(yè)之間的信息交換需求。流程標(biāo)準(zhǔn)明確了具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景下交換什么信息的問(wèn)題。

目前，國(guó)際上一般采用IDM(Information Delivery Manual，信息交付手冊(cè))方法進(jìn)行流程標(biāo)準(zhǔn)的定義。IDM是buildingSMART協(xié)會(huì)對(duì)于描述流程的ISO標(biāo)準(zhǔn)方法(ISO 29481-1)，是對(duì)項(xiàng)目建設(shè)以及運(yùn)維過(guò)程中某些特定信息類(lèi)型需求的標(biāo)準(zhǔn)定義的方法［4］。它如同一個(gè)交換契約一樣，規(guī)定著各個(gè)項(xiàng)目參與方所需提供BIM數(shù)據(jù)的內(nèi)容和時(shí)間。

而IDM方法同樣是“NBIMS-USv2”中對(duì)于流程標(biāo)準(zhǔn)制定所采用的方法。作者參考其方法對(duì)我國(guó)的BIM流程標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)行了學(xué)習(xí)和研究。

2 IDM方法介紹

IDM的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示［4］:

其中流程圖(Process Map)描述了某個(gè)特定主題邊界下的活動(dòng)流程，其目的是理解構(gòu)成流程圖的活動(dòng)配置，參與的角色，需要的、使用的以及產(chǎn)生的信息，以幫助使用者清楚地理解為達(dá)到某個(gè)特定的目標(biāo)應(yīng)該怎樣去開(kāi)展相關(guān)工作。

交換需求(Exchange Requirements)是一個(gè)特定的子集，通過(guò)過(guò)程中的信息交換來(lái)支持某個(gè)特定項(xiàng)目階段下特定的業(yè)務(wù)需求。

業(yè)務(wù)規(guī)則(Business Rules)中提供了一些針對(duì)其中某個(gè)過(guò)程的限制條件。

而驗(yàn)證測(cè)試(Verification Tests)則用來(lái)驗(yàn)證每項(xiàng)交換需求是否正確以及得到滿(mǎn)足。

如果完整的實(shí)現(xiàn)IDM中定義的信息需求內(nèi)容還需要有MVD(Model View Definition，模型視圖定義)，MVD是信息模型中可以被某種軟件支持的信息子集，是通過(guò)功能組件(Functional Parts)而給軟件開(kāi)發(fā)人員將業(yè)務(wù)人員的語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)手段［4］。

實(shí)現(xiàn)IDM/MVD方法的一般步驟［5］包括:

1．List-up:定義需要開(kāi)發(fā)哪些東西，然后信息目錄化。

2．PM(Process Map):使用業(yè)務(wù)流程建模符號(hào)BPMN(Business Process Modeling Notation)定義開(kāi)發(fā)對(duì)象，定義并判斷項(xiàng)目過(guò)程中各階段，各領(lǐng)域需要交換的信息。

3．ER(Exchange Requirement):基于 PM 中定義的過(guò)程，由使用者定義需求事項(xiàng)。

4．MVD:這個(gè)階段是為了讓ER可以在BIM軟件中得到具體應(yīng)用和體現(xiàn)，而定義基于IFC的需求事項(xiàng)的階段。

5．SI(Software Implementation):這是開(kāi)發(fā)者利用上階段的MVD開(kāi)發(fā)實(shí)際軟件的階段。

本文主要針對(duì)信息交換流程IDM的標(biāo)準(zhǔn)制定方法進(jìn)行介紹的，因此重點(diǎn)在上面五個(gè)步驟的前三項(xiàng)，而跟MVD相關(guān)的后兩部分不做過(guò)多描述。

綜上，我們?cè)谥贫↖DM流程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，首先分析定義并目錄化了該業(yè)務(wù)流程的內(nèi)容，接著采用BPMN建立流程圖，然后結(jié)合各方需求一起定義交換需求。需要注意的是我們建議采用BPMN進(jìn)行流程圖繪制，因?yàn)樗哂兄T如可以直接轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語(yǔ)言(BPEL:Business Process Execution Language)，可以基于XML方法進(jìn)行流程控制等的一些優(yōu)點(diǎn)，但是其它方法，比如IDEF0，也可以用來(lái)繪制流程圖。而信息交換需求必須是在項(xiàng)目各相關(guān)方共同參與下來(lái)制定的，因?yàn)樯婕暗礁鞣浇窈笮枰龅木唧w工作內(nèi)容，如錄入的信息工作量等。

本文將重點(diǎn)對(duì)圖中紅色標(biāo)注的應(yīng)用，也就是設(shè)計(jì)模型到工程量計(jì)算(本文中只針對(duì)土建工程量的計(jì)算，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“算量”)為案例對(duì)信息交換流程進(jìn)行介紹。

3 設(shè)計(jì)到工程量計(jì)算的IDM流程標(biāo)準(zhǔn)

工程量是以自然計(jì)量單位或物理計(jì)量單位表示的各分項(xiàng)工程或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工程數(shù)量。而正確的工程量計(jì)算結(jié)果是工程計(jì)價(jià)的主要依據(jù)。當(dāng)前，將設(shè)計(jì)階段的BIM模型直接用于算量和造價(jià)已成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，但由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和規(guī)范各方錄入的信息數(shù)據(jù)，以及各家軟件廠商對(duì)模型和數(shù)據(jù)支持程度的不統(tǒng)一，導(dǎo)致了業(yè)界還鮮有這方面成功的案例。

本文中談及的設(shè)計(jì)到算量的IDM流程標(biāo)準(zhǔn)制定的目的，主要是規(guī)范設(shè)計(jì)方和工程量計(jì)算方的信息錄入內(nèi)容，規(guī)定信息錄入范圍，從而保證設(shè)計(jì)階段的BIM模型能夠直接正確地進(jìn)行算量和計(jì)價(jià)，提高工作效率。對(duì)于設(shè)計(jì)和算量的工作內(nèi)容現(xiàn)況，我們進(jìn)行了大量的調(diào)研，而標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容尤其是信息交換需求的依據(jù)主要來(lái)源于我們的相關(guān)調(diào)研。

設(shè)計(jì)階段主要分為方案設(shè)計(jì)階段，擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段以及施工圖設(shè)計(jì)階段，我國(guó)一般是在施工圖基礎(chǔ)上進(jìn)行招投標(biāo)階段的工作，所以要想用設(shè)計(jì)階段的BIM模型直接應(yīng)用于招投標(biāo)算量的話必須達(dá)到施工圖規(guī)定的細(xì)度。本文中的BIM設(shè)計(jì)模型就是指能達(dá)到招投標(biāo)應(yīng)用細(xì)度的BIM模型，我們這里稱(chēng)為詳細(xì)模型。

定義該IDM流程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，考慮到該業(yè)務(wù)流程圖會(huì)有很多類(lèi)型，如從業(yè)主視角出發(fā)，以造價(jià)控制為目的，過(guò)程中需要招投標(biāo)制價(jià)和工程量清單的;以投標(biāo)方視角出發(fā)，為中標(biāo)為目的，過(guò)程中需要編制投標(biāo)報(bào)價(jià)等。這里我們主要介紹的是以業(yè)主方為視角的流程圖。

在繪制流程圖時(shí)我們首先整理了過(guò)程中需要涉及的信息內(nèi)容和參與方情況，經(jīng)過(guò)定義并判斷項(xiàng)目過(guò)程中各階段、各領(lǐng)域需要交換的信息后，使用“MS Visio Premium 2010”繪制了設(shè)計(jì)到算量的BPMN流程圖(圖4)。

該BPMN流程圖主要定義了經(jīng)過(guò)項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)分析后，從詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的BIM模型到用于招投標(biāo)階段的算量模型的過(guò)程以及各領(lǐng)域信息交換的內(nèi)容，每個(gè)步驟都配有對(duì)應(yīng)的說(shuō)明，圖4中各步驟的說(shuō)明為:

圖4 設(shè)計(jì)到算量的BPMN流程圖

·完成方案設(shè)計(jì)BIM模型

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)以及場(chǎng)地信息基礎(chǔ)上建立方案設(shè)計(jì)階段的BIM模型，或稱(chēng)為體量模型，該模型將作為接下來(lái)進(jìn)行詳細(xì)模型搭建的基礎(chǔ)。

·創(chuàng)建詳細(xì)模型［1．1］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明在方案設(shè)計(jì)BIM模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)BIM模型的建立，該模型需要包含:·場(chǎng)地及建筑方位信息·建筑標(biāo)高信息·建筑樓層信息·毗鄰建筑的三維幾何體信息·建筑的三維幾何模型包括墻(內(nèi)、外)，幕墻，房頂，地板、樓板，天花板，窗、天窗，門(mén)以及遮陽(yáng)裝置信息此外，下文中“ER_設(shè)計(jì)到算量”信息交換需求表中提到的有關(guān)設(shè)計(jì)方應(yīng)提供的信息應(yīng)該得到滿(mǎn)足。此任務(wù)中還包括模型創(chuàng)建過(guò)程的子任務(wù)。

·輸出BIM模型［1．2］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 輸出前一階段完成的BIM模型。此時(shí)，所有“ER_設(shè)計(jì)到算量”中的信息交換需求得到滿(mǎn)足。

·算量＆計(jì)價(jià)［1．3］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 在專(zhuān)業(yè)工程量計(jì)算軟件(如廣聯(lián)達(dá)、魯班軟件)中進(jìn)行工程量計(jì)算，并結(jié)合工程量清單和定額、取費(fèi)文件、材價(jià)等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)價(jià)工作。

·自檢算量＆計(jì)價(jià)結(jié)果［1．4］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明此時(shí)，所有“ER_設(shè)計(jì)到算量”中規(guī)定的交換需求應(yīng)該得到滿(mǎn)足。結(jié)果可以直接由相關(guān)人員或者模型檢查軟件來(lái)進(jìn)行審查。當(dāng)結(jié)果滿(mǎn)足造價(jià)控制目標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)者可以繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)1．5，當(dāng)不滿(mǎn)足造價(jià)控制目標(biāo)時(shí)，需要返回任務(wù)1．1進(jìn)行相關(guān)建筑幾何體的修改。此外，如果設(shè)計(jì)滿(mǎn)足造價(jià)控制目標(biāo)但是不滿(mǎn)足其它一些建筑性能需求，比如能耗目標(biāo)時(shí)，或者其它專(zhuān)業(yè)模型和該模型共同進(jìn)行管線綜合出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，同樣需要返回任務(wù)1．1進(jìn)行修改。

·準(zhǔn)備提交等待檢查［1．5］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 當(dāng)設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果感到滿(mǎn)意時(shí)，此時(shí)準(zhǔn)備提交給業(yè)主進(jìn)行審查提交的內(nèi)容包括BIM幾何模型和“ER_設(shè)計(jì)到算量”中規(guī)定的交換需求內(nèi)容。

·驗(yàn)證BIM是否可以做算量［1．6］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 當(dāng)業(yè)主驗(yàn)收模型后需要基本驗(yàn)證提交的資料是否符合“ER_設(shè)計(jì)到算量”中規(guī)定的交換需求內(nèi)容。

·算量＆計(jì)價(jià)［1．7］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 業(yè)主可能使用自己的技術(shù)人員或者雇傭外部咨詢(xún)公司，基于設(shè)計(jì)者提交的BIM模型和交換需求內(nèi)容進(jìn)行重新算量和計(jì)價(jià)。

·算量＆計(jì)價(jià)分析結(jié)果［1．8］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 將自己的算量和計(jì)價(jià)結(jié)果跟設(shè)計(jì)者提交的結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估。

·準(zhǔn)備分析報(bào)告［1．9］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 將結(jié)果分析后得出分析報(bào)告。

·評(píng)估量和價(jià)的分解［1．10］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 業(yè)主進(jìn)行量和價(jià)的分解分析具體的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

·準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的反饋［1．11］

類(lèi)型任務(wù)說(shuō)明 業(yè)主將量和價(jià)的分析結(jié)果以及對(duì)設(shè)計(jì)方的建議打包發(fā)回給設(shè)計(jì)者，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)業(yè)主的要求進(jìn)行修改或相關(guān)調(diào)整。

表1 “ER_設(shè)計(jì)到算量”信息交換需求表中關(guān)于“墻”和“梁”的內(nèi)容

需要說(shuō)明的是計(jì)價(jià)編制階段還會(huì)有反復(fù)或循環(huán)過(guò)程，主要是由于材價(jià)信息方面引起的，造成業(yè)主的成本目標(biāo)不符合規(guī)定，但此處主要描述設(shè)計(jì)到算量的流程，對(duì)于計(jì)價(jià)階段引起的反復(fù)過(guò)程BPMN圖中沒(méi)有涉及。

流程圖繪制完成后，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，針對(duì)算量需要的信息，我們總結(jié)了上圖中綠色部分信息交換需求“ER_設(shè)計(jì)到算量”，表1中是該需求內(nèi)容中關(guān)于構(gòu)件“墻”和“梁”的內(nèi)容。

這張“ER_設(shè)計(jì)到算量”信息需求交換表中規(guī)定了設(shè)計(jì)階段BIM模型到招投標(biāo)階段的算量應(yīng)用中的“信息類(lèi)型”，“信息需求”，“數(shù)據(jù)類(lèi)型”，“數(shù)據(jù)單位”以及“數(shù)據(jù)由哪方提供”等內(nèi)容，從而可以作為設(shè)計(jì)方和算量方進(jìn)行協(xié)同工作的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)到算量的良好結(jié)合。

此外除了信息錄入和傳遞標(biāo)準(zhǔn)外，目前設(shè)計(jì)方建立BIM模型時(shí)還需要遵循一定的畫(huà)法標(biāo)準(zhǔn)，此部分在IDM中無(wú)法表示，本文中也不再過(guò)多涉及。

4 總結(jié)與展望

本文中將IDM方法同國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)到算量的流程做了具體的結(jié)合，通過(guò)和設(shè)計(jì)院等相關(guān)單位的溝通，我們一致認(rèn)為這套流程標(biāo)準(zhǔn)制定方法是行之有效的。下一步我們準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)院合作，以具體工程項(xiàng)目為案例應(yīng)用這套流程標(biāo)準(zhǔn)，使其真正能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)院以及業(yè)主和算量咨詢(xún)單位的工作，解決當(dāng)前BIM技術(shù)下信息傳遞無(wú)序、無(wú)規(guī)則現(xiàn)況，實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)到工程量計(jì)算的有序結(jié)合。

目前關(guān)于IDM的研究還有很多有待深入的地方，如通過(guò)IDM方法定義的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容還可以進(jìn)一步和MVD結(jié)合起來(lái)為軟件開(kāi)發(fā)者提供具體的解決方案，從而更好的滿(mǎn)足項(xiàng)目參與方要求。此外，本文中的信息需求交換只是針對(duì)土建和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的部分，安裝等專(zhuān)業(yè)的構(gòu)件信息需求交換還未涉及。并且信息交換需求只是基于北京市定額規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行的描述(如墻材質(zhì)的砼類(lèi)型等)，今后針對(duì)各地不同地域下的規(guī)范需求還需要繼續(xù)完善。

當(dāng)然流程標(biāo)準(zhǔn)只是支撐BIM實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，文章案例中提到的設(shè)計(jì)到算量的過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)交換，我們還需要存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，如IFC或者廣聯(lián)達(dá)Revit插件GFC等，來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的三維幾何和算量信息等數(shù)據(jù)搭載以實(shí)現(xiàn)交換;需要分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)如美國(guó)的 Masterformat，UNIFORMAT來(lái)規(guī)范各參與方具體信息錄入內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

［1］National BIM Standard-United States，www．nationalbimstandard．org

［2］加、美兩國(guó)buildingSMART簽訂五年合作備忘錄，http://www．chinabim．com/en/news/2012-12-05/4677．html

［3］buildingSMART，http://www．buildingsmart-tech．org/

［4］buildingSMART ，Information Delivery Manual Guide to Components and Development Methods V1．2

［5］靳金，超高層復(fù)雜建筑物的IDM/MVD開(kāi)發(fā)方法論介紹，http://www．chinabim．com/standard/bims/2011-06-28/2345_2．html