◎ 何關(guān)培 李剛（Elvis）

前言

任何一種新技術(shù)和新方法，只有到了能夠真正應(yīng)用來改善人類本身和人類生存環(huán)境的時候才算實(shí)現(xiàn)了其最大的價值，BIM也不例外。

對于工程建設(shè)行業(yè)的同仁而言，當(dāng)面對BIM這樣一種新技術(shù)和新方法的時候，首先當(dāng)然是要弄清楚什么是BIM，關(guān)于這個問題能找到的資料比較多，估計相當(dāng)數(shù)量的同行們也可以說出個一二三來，這里不再重復(fù)。如果有興趣，諸位也可以參考筆者的另外一篇文章《那個叫BIM的東西究竟是什么？》。

關(guān)于BIM應(yīng)用的資料雖然也可以找到不少，這個說用BIM設(shè)計了一個劇院，那個講用BIM進(jìn)行了施工模擬，另一個描述用BIM支持?jǐn)?shù)控加工等等，但總的感覺是有點(diǎn)零碎、有點(diǎn)無序、有點(diǎn)亂。

那如何才能把BIM應(yīng)用這個問題講清楚呢？這里提供一種方法供同行參考討論：

我們從圖中的三個維度去討論和描述BIM應(yīng)用這個命題，即BIM用在什么項(xiàng)目上？誰來使用？能用到什么程度？

關(guān)于BIM用在什么項(xiàng)目上這個問題，如果把BIM理解成一種技術(shù)和方法，那么BIM可以用在所有建設(shè)項(xiàng)目上；如果具體到某個BIM軟件和工具，那么，每個軟件和工具都有一定的適用范圍。一般情況下我們說的BIM都是BIM技術(shù)和方法。

誰來使用BIM這個問題的答案一定是項(xiàng)目的所有參與方，包括業(yè)主、策劃、設(shè)計、施工、供應(yīng)商、銷售、運(yùn)營商等，而且參與BIM使用的范圍越廣，BIM的價值就越能體現(xiàn)。當(dāng)然，這么說，并不排除項(xiàng)目的單個參與方甚至單個個人使用BIM獲益。

基于上面的文字，我們知道BIM應(yīng)用的前兩個維度相對來說都是比較容易回答的，因此，本文將著重對第三個維度進(jìn)行一個分析，即BIM可以用到什么程度？或者說，BIM將在什么程度上給工程建設(shè)行業(yè)帶來變化呢？

BIM應(yīng)用第1層變化-回歸3D

借用一句偉人說過的話，“建筑是3D的，也是2D的，但是歸根結(jié)底是3D的”。

人類很偉大，發(fā)明了用2D的方式來表達(dá)3D的建筑物（制造業(yè)也是如此），從而導(dǎo)致建筑業(yè)設(shè)計與施工兩個領(lǐng)域的明確分工，帶來了近一百多年建筑業(yè)的空前繁榮和發(fā)展。

隨著建設(shè)項(xiàng)目復(fù)雜性的不斷加大（包括規(guī)模的增大以及建筑系統(tǒng)數(shù)量和復(fù)雜性的增加等），以及由于競爭需要導(dǎo)致的業(yè)主對縮短工期和控制造價的壓力，建筑業(yè)在從未有過的發(fā)展和繁榮的同時也切身地感受到了從未有過的挑戰(zhàn)。

圖1

而人類偉大發(fā)明的2D表達(dá)以及設(shè)計與施工的明確分工恰恰被證明是出現(xiàn)上述挑戰(zhàn)的主要原因。

工程建設(shè)行業(yè)的專家們開始研究并實(shí)踐突破上述挑戰(zhàn)的技術(shù)和方法，這些技術(shù)和方法包括EPC（Engineering, Procurement and Construction工程總承包），IPD（Integrated Project Delivery一體化項(xiàng)目實(shí)施）, Lean Construction（精益建造）等，這些方法的主要目的是用來解決設(shè)計與施工明確分工帶來的問題的。

毋庸置疑，這些技術(shù)和方法中的BIM（Building Information Modeling建筑信息模型)是用來解決2D表達(dá)給建筑業(yè)進(jìn)一步發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)的，但是有一點(diǎn)需要特別說明，如果沒有BIM，那么EPC/IPD/LC等方法能夠?yàn)榻ㄖI(yè)帶來的價值將大大地受到限制，換句話說，只有把BIM和上述方法整合起來使用才能更加有效地解決目前的挑戰(zhàn)。

原因很簡單，所有對建設(shè)項(xiàng)目不同階段的有效方案和措施都以項(xiàng)目參與人員對項(xiàng)目本身的全面、快速、準(zhǔn)確理解為基礎(chǔ)，而2D表達(dá)恰恰在這件事情上是一個越來越嚴(yán)重的障礙。討論2D圖紙問題的文章很多，其中業(yè)界公認(rèn)的BIM教父Chuck Eastman的歸納非常精煉到位：

· 需要用多個2D視圖來表達(dá)一個3D的實(shí)際物體指導(dǎo)施工，有冗余，又容易產(chǎn)生錯誤。

· 以線條、圓弧、文字等形式存儲，只能依靠人來解釋，電腦無法自動識別。

BIM的目的當(dāng)然是解決2D表達(dá)的上述問題，讓建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計施工運(yùn)營全過程回歸到建筑物的本來面目——3D上來。事實(shí)上制造業(yè)在這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在建筑業(yè)的前頭，其3D設(shè)計和制造技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)有超過30年的歷史。

首先我們來看一張目前典型使用的2D圖紙（圖2），從圖紙上我們能看出來劃紅圈的地方有問題嗎？

要確定上述圖紙有沒有問題，是一件十分耗時的事情，需要不同專業(yè)的設(shè)計人員花上大量的工作時間，首先需要對上述圖形進(jìn)行解讀，然后在人腦里面把不同元素的空間關(guān)系想象出來，進(jìn)行檢查，最后再把檢查結(jié)果轉(zhuǎn)成二維圖與其他人協(xié)調(diào)溝通。在項(xiàng)目復(fù)雜、時間有限的情形下，必然會遺留不少問題到工地上。

圖2

再來看一張與上述圖紙表達(dá)的建筑物同樣位置的BIM模型三維視圖（圖3）：

紅圈里面的問題一目了然，這就是BIM的第1層應(yīng)用，使得建設(shè)項(xiàng)目的所有參與方回歸3D。

BIM 和 3DS MAX同樣是3D，但不一樣的是BIM是虛擬建筑樣機(jī)，而3DS MAX不是。BIM提供的是建筑物精確的空間關(guān)系和數(shù)據(jù)，從而真實(shí)表達(dá)設(shè)計意圖及指導(dǎo)施工。

BIM應(yīng)用第2層變化-協(xié)調(diào)綜合

建筑業(yè)的同行都對這樣兩個專有名詞耳熟能詳，一個叫“錯漏碰缺”，另外一個叫“設(shè)計變更”。其中錯漏碰缺是因，設(shè)計變更是果。

有了錯漏碰缺，就需要做設(shè)計變更，這就是所謂的因果。那么設(shè)計變更對建設(shè)項(xiàng)目的所有相關(guān)方和項(xiàng)目本身又意味著什么樣的果呢？

圖3

· 對設(shè)計師來說，意味著工作量

· 對承包商來說，意味著待工、窩工、返工

· 對發(fā)展商來說，意味著工期可能延誤、造價可能提高、質(zhì)量可能降低

· 對社會來說，意味著人力材料浪費(fèi)、更多的二氧化碳排放、更大的綠色挑戰(zhàn)

筆者沒有看到有關(guān)方面對錯漏碰缺和設(shè)計變更的原因進(jìn)行分析的統(tǒng)計資料，根據(jù)對同行的訪談，我們得到以下概念性的信息（如圖所示）：

· 單個專業(yè)自己的圖紙本身發(fā)生錯誤的比例很小

· 設(shè)計各專業(yè)之間的不協(xié)調(diào)、設(shè)計和施工之間的不協(xié)調(diào)以及業(yè)主要求變更是設(shè)計變更的主要原因，而且三者比例差不多

· 業(yè)主要求變更的原因有兩種，其一是業(yè)主對圖紙的理解、他看到的施工結(jié)果與他想要的東西發(fā)生偏差；其二是業(yè)主本身的需求發(fā)生變化。

上述原因當(dāng)中，除業(yè)主需求變化引起的變更外，其余專業(yè)之間的協(xié)調(diào)問題、設(shè)計施工之間的協(xié)調(diào)問題和業(yè)主由于理解偏差而要求的變化占設(shè)計變更的7-8成，而通過BIM應(yīng)用的協(xié)調(diào)綜合功能可以解決掉這些問題的絕大部分甚至全部。

目前基于2D圖紙大家也做管線綜合的工作，花的精力不少，效果卻不能令人滿意，非常重要的一個原因在于工具的限制。

大家知道，協(xié)調(diào)綜合的工作主要分兩個步驟：首先是發(fā)現(xiàn)問題，然后是解決問題。使用2D圖紙進(jìn)行協(xié)調(diào)綜合的時候，經(jīng)常出現(xiàn)以下的問題：

· 花費(fèi)上大量的工程時間去解讀及發(fā)現(xiàn)問題

· 由于時間及手段的限制，往往只能發(fā)現(xiàn)部分表面的問題

· 發(fā)現(xiàn)問題了，誰來修改呢？建筑、結(jié)構(gòu)改還是給排水、電氣、暖通改？設(shè)計改還是施工改？由于在二維溝通上困難，各方爭論，莫衷一是，最后往往誰弱勢誰改，至于這樣修改是否對項(xiàng)目最有利只有天知道。

統(tǒng)計資料證明，BIM的第2層應(yīng)用-協(xié)調(diào)綜合可以使設(shè)計變更大大減少，同時如果使用有效BIM協(xié)調(diào)流程進(jìn)行協(xié)調(diào)綜合，那么協(xié)調(diào)綜合過程中的不合理變更方案或問題變更方案也就不會出現(xiàn)了。

BIM應(yīng)用第3層變化-4D5D

4D/5D等3D以上的多維應(yīng)用是BIM為建筑業(yè)帶來的新信息和新手段，在此以前，三維以上的nD空間更多的是一個數(shù)學(xué)意義上的概念。另外，4D/5D更是協(xié)助行業(yè)由純個人經(jīng)驗(yàn)管理方法提升為科學(xué)化管理方法的基石。

羅馬不是一天建成的，雖然一個項(xiàng)目沒有建設(shè)整個羅馬城需要的時間多，但也是要靠一磚一瓦才能建起來的，從這個意義上來說，建筑不僅僅是3D的，也是4D的。

事實(shí)上，項(xiàng)目在施工過程中，圍繞施工的所有活動都是和時間相關(guān)的，也就是說是4D的。例如建筑機(jī)械的行進(jìn)路線和操作空間、土建工程的施工順序、設(shè)備管線的安裝順序、材料的運(yùn)輸堆放安排等等，都需要隨著項(xiàng)目進(jìn)展作出相應(yīng)變化。因此所有的動線分析、碰撞檢查、方案設(shè)計也都必須和時間有關(guān)。

BIM的4D應(yīng)用主要有以下兩個層面：

· 宏觀4D層面（工序安排模擬）：把BIM模型和進(jìn)度計劃軟件（如MS Project，P3等）的數(shù)據(jù)集成，讓業(yè)主及團(tuán)隊能利用三維的直觀優(yōu)勢，可以按月、按周、按天看到項(xiàng)目的施工進(jìn)度并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，分析不同施工方案的優(yōu)劣，從而得到最佳施工方案。 換言之，4D就是甘特圖的三維提升版。

· 微觀4D層面（可建性模擬）：把BIM模型和施工方案利用虛擬環(huán)境作數(shù)據(jù)集成，我們便可以在虛擬環(huán)境中作施工仿真，對項(xiàng)目的重點(diǎn)或難點(diǎn)部分進(jìn)行全面的可建性（Constructibility可施工性）模擬以及安全、施工空間、對環(huán)境影響等等分析，優(yōu)化施工安裝方案。

另外一個眾所周知的事實(shí)是，建設(shè)項(xiàng)目的投入不是一次性到位的，是根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的計劃和進(jìn)度逐步到位的，制造業(yè)的“零庫存”生產(chǎn)管理方式由來已久，BIM的5D應(yīng)用結(jié)合BIM模型、施工計劃和工程量造價于一體，可以實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的“零庫存”（限額領(lǐng)料）施工，最大程度發(fā)揮業(yè)主資金的效益。

由于BIM模型存儲了建設(shè)項(xiàng)目的所有幾何、物理、性能、管理信息，事實(shí)上成為實(shí)際項(xiàng)目的克隆或DNA，在此基礎(chǔ)上的4D/5D及更多維度的應(yīng)用為業(yè)主提供了傳統(tǒng)CAD、效果圖或手工繪圖無法實(shí)現(xiàn)的價值。

這是BIM將給建筑業(yè)帶來的第3層變化。

BIM應(yīng)用第4層變化-團(tuán)隊改造

造房子是一個集體運(yùn)動，除了參與方個人的專業(yè)能力要強(qiáng)以外，所有參與方之間有效配合的重要性對整個建設(shè)項(xiàng)目的效益貢獻(xiàn)并不比個人的專業(yè)能力小。

現(xiàn)代建筑業(yè)經(jīng)過幾百年的發(fā)展，已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的項(xiàng)目團(tuán)隊形式，如圖所示：

這種團(tuán)隊形式的有效性已經(jīng)被近一百年以來建筑業(yè)的高速發(fā)展所證明，那么隨著項(xiàng)目的復(fù)雜性越來越高（規(guī)模大、功能復(fù)雜等）、市場對項(xiàng)目質(zhì)量的要求越來越高（包括綠色、可持續(xù)等），而與此同時全球化使競爭越來越劇烈、對工期和造價的控制越來越嚴(yán)格，這樣的項(xiàng)目組織形式是否面臨著挑戰(zhàn)呢？

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST - National Instuitute of Standards and Technology)在2004年做了一個名為“Additional costs of inadquate interoperability in the construction industry”的研究，下表是研究成果之一：

該表對2002年美國建筑業(yè)由于項(xiàng)目各參與方之間以及不同軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能互用（interoperability)給行業(yè)帶來的額外成本進(jìn)行了分析研究，項(xiàng)目種類包括商業(yè)建筑、工業(yè)建筑和公共建筑，主要結(jié)論如下：

·對于新建項(xiàng)目，由于信息不能有效互用導(dǎo)致每平方英尺額外增加6.12美元的成本；

·對于正在使用的項(xiàng)目，由于信息不能有效互用導(dǎo)致每平方英尺額外增加0.23美元的成本；如果按50年使用年限計算，這個額外成本為每平方英尺11.5美元；

·在所有的額外增加成本中，68%左右（約106億美元）發(fā)生在業(yè)主身上（表中紅色行）。

近十年世界各地的理論研究和工程實(shí)踐證明，信息有效互用是BIM給建筑業(yè)帶來的主要價值之一，應(yīng)用BIM可以幫助消除上述額外成本的發(fā)生。

BIM對于我國建筑業(yè)各個環(huán)節(jié)來說都還是一個比較新的技術(shù)和方法，那么對于業(yè)主來說，應(yīng)該如何在項(xiàng)目中實(shí)施BIM呢？

這里我們對業(yè)主使用BIM的幾種可能性分析如下：

·業(yè)主自己建立BIM團(tuán)隊：不能一步到位，需要時間積累；

·委托項(xiàng)目設(shè)計方使用BIM：業(yè)主使用BIM的其中一個目標(biāo)是檢查設(shè)計圖紙的正確、合理與否，從這個層面來理解，設(shè)計機(jī)構(gòu)如果用了BIM，那么業(yè)主的工作量會減少，反之，業(yè)主的工作量會增加。但是不管哪種情況，業(yè)主使用BIM的人不能是項(xiàng)目設(shè)計方本身，這就像施工圖審查不能由設(shè)計院自己做一樣；

·委托項(xiàng)目施工方使用BIM：業(yè)主的BIM應(yīng)用和施工方的BIM應(yīng)用目標(biāo)不完全一致，和設(shè)計方的情形類似，業(yè)主的BIM應(yīng)用不能委托項(xiàng)目施工方；

·委托專業(yè)BIM咨詢服務(wù)公司：事實(shí)上，在業(yè)主初期應(yīng)用BIM技術(shù)的階段，這是一個不二的選擇，隨著業(yè)主對BIM應(yīng)用的不斷積累，業(yè)主可以選擇自己建立BIM團(tuán)隊，或者長期委托專業(yè)BIM咨詢公司。

無論是業(yè)主自己建立團(tuán)隊還是委托專業(yè)BIM咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)來實(shí)施BIM，有一點(diǎn)是共同的，BIM必須為項(xiàng)目所有參與方服務(wù)，也就是說，項(xiàng)目的其他參與方是縱向分工的（如建筑、結(jié)構(gòu)，設(shè)計、施工等），而BIM服務(wù)是橫向貫穿的，使用BIM以后的項(xiàng)目團(tuán)隊如上圖所示：

只有這樣，BIM才能為業(yè)主帶來最大效益，是為BIM應(yīng)用第4層變化。

BIM應(yīng)用第5層變化-整合現(xiàn)場

即使圖紙完全正確，施工或運(yùn)營現(xiàn)場也還可能產(chǎn)生錯誤。引起錯誤的原因很多，但是其中一個最主要的原因就是現(xiàn)場人員對圖紙的理解有誤及獲得的信息不正確，尤其是在時間要求很緊的情況下（例如事故、火災(zāi)等突發(fā)事件），這種理解錯誤發(fā)生的概率就更高。

BIM應(yīng)用的整合現(xiàn)場實(shí)際上就是整合虛和實(shí)，用BIM模型的虛擬建筑與實(shí)際的施工現(xiàn)場或運(yùn)營管理現(xiàn)場相整合，讓現(xiàn)場人員按照實(shí)際建筑物樣子的BIM模型去理解現(xiàn)場并實(shí)施操作，而不是根據(jù)抽象的圖紙，經(jīng)過現(xiàn)場人員理解翻譯以后的腦袋里的三維空間去處理。

BIM的現(xiàn)場整合應(yīng)用主要包括現(xiàn)場指導(dǎo)、現(xiàn)場校驗(yàn)和現(xiàn)場跟蹤幾個方面。

· 現(xiàn)場指導(dǎo)：以BIM模型和3D施工圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)二維圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免現(xiàn)場人員由于圖紙誤讀引起施工出錯（說明：下圖由Autodesk提供）。

· 現(xiàn)場校驗(yàn)：無論采取何種措施，現(xiàn)場出錯的問題將永遠(yuǎn)存在，因此，如果能夠盡早在錯誤剛剛發(fā)生的時候發(fā)現(xiàn)并改正，對施工現(xiàn)場也具有非常大的意義和價值，下圖通過BIM模型對施工現(xiàn)場進(jìn)行校驗(yàn)。

· 現(xiàn)場跟蹤：利用激光掃描、GPS、移動通訊、RFID和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與項(xiàng)目的BIM模型進(jìn)行整合，指導(dǎo)、記錄、跟蹤、分析作業(yè)現(xiàn)場的各類活動，除了保證施工期間不產(chǎn)生重大失誤以外，同時也為項(xiàng)目運(yùn)營維護(hù)準(zhǔn)備了準(zhǔn)確、直觀的BIM數(shù)據(jù)庫。

把BIM模型和施工或運(yùn)營管理現(xiàn)場的需求整合起來，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊、RFID等技術(shù)，形成BIM對現(xiàn)場活動的最大支持，是BIM應(yīng)用將給建筑業(yè)帶來的第5層變化。

（未完待續(xù)，請繼續(xù)關(guān)注二月下期）