何關培

(廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司，廣州 510640)

1 BIM面臨的環(huán)境和肩負的使命

BIM面臨的環(huán)境可以用下面三個維度來表示:

1)成百上千項目參與方:一個工程項目的建設、運營涉及到業(yè)主、用戶、規(guī)劃、政府主管部門、建筑師、工程師、承建商、項目管理、產品供貨商、測量師、消防、衛(wèi)生、環(huán)保、金融、保險、法務、租售、運營、維護等幾十類、成百上千家參與方和利益相關方。

2)數十年上百年項目生命周期:一個工程項目的典型生命周期包括規(guī)劃和設計策劃、設計、施工、項目交付和試運行、運營維護、拆除等階段，時間跨度為幾十年到一百年甚至更長。

3)上百種軟件產品:一個工程項目整個生命周期內，所有項目參與方和利益相關方需要用到的各類應用軟件有多少種呢?雖然到截至目前還沒有看到這樣的研究資料，但估計平均應該超過100種。有一個數據可以作為參考，美國服務于工程建設行業(yè)的軟件產品超過1 000種，當然，一個項目不需要用到所有的軟件產品。

至于BIM的使命我們可以來看美國BIM標準項目委員會對BIM的定義(中文是作者對原文的解釋):

Building Information Modeling(BIM)is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility.A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle;defined as existing from earliest conception to demolition.【BIM是一個設施物理和功能特性的數字化表達，一個BIM是一個設施有關信息的共享知識資源，從而為其生命周期的各種決策構成一個可靠的基礎，這個生命周期定義為從早期的概念一直到拆除】

A basic premise of BIM is collaboration by different stakeholders at different phases of the life cycle of a facility to insert，extract，update ormodify information in the BIM to support and reflect the roles of that stakeholder.【BIM的一個基本前提是項目生命周期內不同階段不同利益相關方的協(xié)同，包括在BIM中插入、獲取、更新和修改信息以支持和反應該利益相關方的職責】

上面的內容可以簡單地歸納為這樣一句話:BIM要支持項目數十年上百年生命周期內的成百上千項目參與方使用上百種不同的軟件產品一起協(xié)同工作，分別完成各自的職責:即優(yōu)化項目性能和質量、降低項目成本、縮短項目周期、提高運營維護效率。

2 BIM如何完成使命

我們知道，把上述這些不同項目參與方和項目階段聯(lián)系起來的是基于建筑業(yè)法律法規(guī)和合同體系建立起來的業(yè)務流程，支持完成業(yè)務流程或業(yè)務活動的是各類專業(yè)應用軟件，而連接不同業(yè)務流程之間和一個業(yè)務流程內不同任務或活動之間的紐帶則是信息。

盡管工程項目的參與方眾多，生命周期時間跨度大，使用的軟件產品種類復雜，但是構成這些復雜的業(yè)務流程直至整個項目的基本單元－任務或者活動卻有著同樣的結構，如圖1所示:

由此可知，組成整個BIM宏大使命的基本單元就是:每個任務的輸入信息能夠從上游的一個或多個任務輸出信息中自動獲取的應該自動獲取，每個任務的輸出信息能夠自動成為下游一個或多個任務的部分或全部輸入信息。有一句廣為流傳的話概括得更簡單:合適的人在合適的時候獲取合適的信息。

美國BIM標準把跟BIM有關的人員分成如下三類:

a)BIM用戶:包括建筑信息創(chuàng)建人和使用人，他們決定支持業(yè)務所需要的信息，然后使用這些信息完成自己的業(yè)務功能，所有項目參與方都屬于BIM用戶。

b)BIM標準提供者:為建筑信息和建筑信息數據處理建立和維護標準。

c)BIM工具制造商:開發(fā)和實施軟件及集成系統(tǒng)，提供技術和數據處理服務。

由于在執(zhí)行層面所有項目成員都依靠不同的軟件產品來完成屬于自己職責范圍內的信息輸入、處理和輸出工作，因此對于BIM用戶來說BIM的使命可以簡化為一個項目中使用的數十上百個軟件之間信息的自由流動，其中上面文字所謂的“自動”就是指不需要人工干預(例如人工解釋、人工錄入等)，機器能夠自動識別。

要實施這個目的，本質上有下列三種方式:

1)開發(fā)一個超級軟件支持所有項目成員完成項目生命周期不同階段的所有任務:當這樣的描述擺在業(yè)內人士面前的時候，幾乎沒有人會認為這件事情實際上可以實現(xiàn)。但是，在現(xiàn)實世界里，不知道是因為BIM資料介紹得不清楚還是有些同行理解有誤，認為BIM可以解決所有問題的人還是有相當一部分的，另外一個常見的誤區(qū)是所有項目信息都放在一個BIM模型里面，這一點本文后面還要介紹。

2)不同軟件之間直接進行信息交換:圖2大家都非常熟悉，既可以用來表現(xiàn)人與人之間的信息交換，也可以用來表現(xiàn)軟件和軟件之間的信息交換。如果涉及的軟件數量比較少，這是一個非常有效的方式，但是當互相之間需要進行信息交換的軟件數量達到一定程度以后(例如10個以上)，這種方式的成本會成幾何級數增加。只要有一個軟件的數據模型由于版本升級等原因進行了改變，所有其他軟件和該軟件的接口都要進行更新。

3)開發(fā)一個所有軟件都支持的中間文件(數據標準)，軟件之間的信息交換通過該中間文件來實現(xiàn)，如圖3所示。需要說明的是，雖然這種方式最具有可行性，但開發(fā)這樣一個能夠支持所有項目參與方在項目不同階段使用數以百計和數以千計應用軟件完成各自項目職責的數據標準，其投入以及需要的人力、物力、時間也將是巨大的。

美國的一項研究資料表明，開發(fā)和維護20個軟件之間直接進行信息交換所需要的成本，是開發(fā)和維護一個20個軟件都支持的中間數據標準所需要成本的20倍。

這就是今天為BIM完成使命選擇的辦法，開發(fā)一個支持項目生命周期所有階段、所有項目成員、所有軟件產品之間自動進行信息交換的數據標準。因為需要支持的范圍如此之廣，所以必須是一個公開標準(相對于專用標準而言);又因為需要支持信息自動交換，所以必須是一個結構化的標準(相對于非結構化而言)。

3 第一大支柱IFC－信息交換的格式

IFC就是這樣一個公開的、結構化的、基于對象的信息交換格式，市場上介紹IFC的資料已經有不少，但對于BIM用戶來說這類資料理解起來大都比較困難，原因是大部分資料把三類BIM有關人員(BIM用戶、BIM標準提供者、BIM工具制造商)的需求放在一起講了。本文的內容針對BIM用戶(建筑信息創(chuàng)建人和使用人)。

對于BIM用戶來說，我建議無論IFC的英文全稱“Industry Foundation Classes”還是中文名稱“工業(yè)基礎分類”都用不著去記，風馬牛不相及，本來明白的人也會給搞糊涂了，只要知道IFC是BIM信息交換標準格式就行了。

先來看一段維基百科對IFC的定義:

The Industry Foundation Classes(IFC)data model is a neutral and open specification that is not controlled by a single vendor or group of vendors.It is an object oriented file formatwith a data model developed by buildingSMART(International Alliance for Interoperability，IAI) to facilitate interoperability in the building industry，and is a commonly used format for Building Information Modeling(BIM).【IFC 數據模型是一個不受某一個或某一組供應商控制的中性和公開標準，是一個由buildingSMART開發(fā)用來幫助工程建設行業(yè)數據互用的基于數據模型面向對象的文件格式，是一個BIM普遍使用的格式】

定義因為其精確，所以就比較難懂。下面我們站在BIM用戶的角度從幾個不同的側面來看看IFC究竟是個什么東西。

3.1 IFC 的使命

IFC的使命是定義、推廣和出版一個基于對象的用于共享信息的標準，這個標準能滿足如圖4中的要求:

圖4 IFC的使命

簡單說明如下:

a)IFC是一個描述BIM的標準格式的定義

b)IFC定義建設項目生命周期所有階段的信息如何提供、如何存儲

c)IFC細致到記錄單個對象的屬性

d)IFC可以從“非常小”的信息一直記錄到“所有信息”

e)IFC可以容納幾何、計算、數量、設施管理、造價等數據，也可以為建筑、電氣、暖通、結構、地形等許多不同的專業(yè)保留數據

3.2 IFC 的對象

一個對象代表在工程項目中要使用的某個“東西”的一個實例，IFC的發(fā)展目標是包含工程項目中要使用的所有“東西”，對象的范圍包括:

a)實際構件或部件:例如門、窗、管道、閥門、量、燈具等

b)空間:例如房間、樓層、建筑、場地、其他外部空間等

c)在設計、施工和運營維護中進行的流程d)參與的人和組織

e)對象之間存在的關系

圖5(圖片來自于buildingSMART)是IFC對象的一些例子，可以給大家一個直觀感覺:

3.3 IFC對象－模型－分類－模式

對象、模型、分類、模式的關系可以簡單地描述為:建立一個模型(設計)的過程就是從分類中選擇對象的組裝過程(不是制圖過程，而CAD是制圖過程)，最后用IFC模式表達，成為公開標準格式供其他項目成員共享信息，如圖6所示。

圖6 IFC對象、模型、分類和模式之間的關系

3.4 IFC和BIM用戶

最后要說明一點，IFC是給軟件使用的，不是給人直接使用的，因此對于廣大BIM用戶(建筑信息創(chuàng)建者和使用者)來說，只要知道下面幾件事情就可以了:

a)所有使用的BIM及相關軟件除了各個軟件專用的數據模型格式(文件格式)以外，還有一個基于對象的、標準的、公開的數據模型格式IFC;

b)當業(yè)務流程需要在不同軟件之間進行信息交換或者信息需要長期保存的時候，如果兩者的專用數據模型不能直接交換，那么兩者之間通過IFC格式進行交換是其中的一個選擇，如果考慮到需要這種交換的軟件數量有幾種、十幾種、幾十種甚至更多，那么IFC可能就會成為唯一的選擇。

c)了解自己及其他項目成員正在使用的軟件是否支持IFC以及支持的版本和程度。IFC對支持的軟件有一個認證程序，圖7是目前經過IFC認證的軟件的一個清單(資料來源:buildingSMART)，這個清單處于不斷變化之中。

4 第二大支柱IDM－定義要交換什么信息

IDM的全稱是Information Delivery Manual，信息交付手冊。和IFC一樣，我還是建議您就記住IDM得了，然后弄清楚什么是IDM，為什么要有IDM就夠了。

絕大多數同行作為BIM用戶(指建筑信息創(chuàng)建者和使用者，區(qū)別于BIM標準提供者和BIM工具制造商)來說，一到這兒就會覺得有點復雜，咱有了信息交換的標準格式IFC不就萬事大吉了嗎?怎么又弄出個IDM來呢?而且從文章的標題來看，還有一個IFD等著呢。

別急，咱們先說說IDM。

4.1 為什么需要IDM?

圖7 IFC認證軟件清單

前面我們說了，要實現(xiàn)BIM 的價值，就必須要做到不同項目成員之間、不同軟件產品之間的信息交換，由于這種信息交換涉及的項目成員種類之繁多、項目階段之復雜和項目生命周期時間跨度之大、以及應用軟件產品數量之多，只有建立一個公開的信息交換標準格式，使得所有軟件產品通過這個公開標準實現(xiàn)互相之間的信息交換，才能實現(xiàn)不同項目成員和不同應用軟件之間的信息自由流動，這個基于對象的公開信息交換標準格式就是IFC。

由上面的描述我們知道，IFC可以(或者更準確地說IFC的目標是)滿足工程建設行業(yè)所有項目類型、所有項目參與方、所有軟件產品的信息交換，是整個工程建設行業(yè)進行所有設施設計、施工、運營所需要的信息總成，而真正的信息交換是針對某個具體項目中的某一個或幾個工作流程、某一個或幾個項目參與方、某一個或幾個應用軟件之間來進行的，既不需要也不可能每一個信息交換都把整個IFC所有的內容都搬出來。那么每一個這樣的信息交換究竟需要哪些IFC里面的內容呢?這就是IDM要完成的事情。

打個比方，IFC相當于一個能滿足所有病人、所有疾病什么藥都有的藥典大全，而IDM就是針對某個病人或者某種疾病去藥鋪里面取藥的方子。

工程建設行業(yè)各個領域的專家通過對所有不同類型的工程項目、參與方、項目階段需要完成的工作及其需要的信息的分析研究和集體努力，開發(fā)出了能包治百病的IFC(當然IFC本身也是在不斷發(fā)展變化的);從事某一個具體項目、某個具體工作的參與方使用IDM定義他的工作所需要的信息交換內容，然后利用IFC標準格式進行實施。

除了項目參與方以外，BIM應用軟件的開發(fā)商也需要IDM來定義某一個具體軟件能夠支持和實現(xiàn)的IFC部分 －稱之為IFC的一個視圖(View)，因為我們在前文中已經介紹過，沒有一個超級軟件可以支持所有項目成員完成項目有關的所有工作。

例如HVAC設計師和建筑設計師之間的用戶信息交換需求可以表示為圖8:

圖8 暖通空調工程師和建筑師的信息交換需求

相應地，滿足這一需求的解決方案供應商需要實施的部分IFC內容(視圖)如圖9所示:

4.2 什么是IDM?

buildingSMART提供的圖10很形象地說明了IFC和IDM之間的關系:

IFC的目的是支持所有項目階段的所有業(yè)務需求，實際上就是項目成員之間需要交換或分享的所有信息的總和。但這不是項目信息通常提交的方法。

通常情況下要交換的信息是關于某一個特定的主題的(例如結構分析、HVAC、預算等)，信息的詳細等級也由特定的項目階段決定，其目的是支持某一個或幾個階段的某一個業(yè)務需求，其主要任務是決定由哪些IFC的基本元素來滿足這個業(yè)務要求。

4.3 IDM 的目標

IDM的目標如下:

a)定義建設項目生命周期內用戶需要信息交換的所有流程

b)確定支持上述流程所需要的IFC功能

c)描述后續(xù)流程可以使用的該流程執(zhí)行結果d)指定流程中發(fā)送和接收信息的角色

e)保證上述定義、明細和描述以IDM目標群體可以使用和容易理解的形式提供

4.4 IDM的目標群體

IDM服務的目標群體可以用圖11表示:

圖11 IDM服務的目標群體

a)管理層用戶

· 決策使用基于IFC的信息交換

· 知道相關的業(yè)務流程及其執(zhí)行上的改進在業(yè)務層面的影響

· 不需要流程內信息使用的技術細節(jié)

· 不需要知道軟件開發(fā)或者IFC模型

b)最終用戶

· 在實際工作中使用IFC進行信息交換

· 需要準確了解可以得到什么信息以及如何在業(yè)務流程中使用這些信息

· 不需要知道軟件開發(fā)或者IFC模型

c)軟件供應商

· 開發(fā)具有IFC接口的應用軟件

· 需要了解管理層用戶和最終用戶要從他們的軟件產品中得到什么

· 需要具備IFC模型的詳細技術知識

4.5 IDM的技術架構

IDM的技術架構如圖12所示:

圖12 IDM技術架構

圖13 流程圖舉例

IDM的技術架構由于同時涉及BIM用戶和軟件供應商，因此看起來比較復雜，基本上圖的上部和BIM用戶有關，圖的下部和軟件開發(fā)商有關。我們這里簡單介紹一下跟BIM用戶有關的部分(圓圈里面的內容):

a)參考流程(Reference Processes):構成流程圖的基本單元(或者說一個活動)，例如創(chuàng)建建筑BIM模型。

b)流程圖(Process Map):流程圖描述在某個特定主題(例如結構分析)邊界條件下活動的流動順序，其目的是理解構成流程圖的活動配置、參與的角色、需要的信息、使用的信息和產生的信息。

c)交換需求(Exchange Requirements):在項目指定階段支持一個特定的業(yè)務要求所需要交換的一組信息。

圖13是一個包含上述內容的流程圖例子:

5 第三大支柱IFD－確定交換的信息和你要的信息是同一個東西

IFD的全稱是International Framework for Dictionaries，中文可以叫“國際字典框架”，和前兩者IFC/IDM一樣，作為BIM用戶，能記住IFD的名字和記住IFD是字典就行了。

用BIM創(chuàng)建和管理信息，通過IFC和IDM實現(xiàn)信息在不同項目成員和不同軟件產品之間的交換，從而使BIM價值最大化。這樣一個過程干嘛要用字典呢?怎么又出來一個IFD呢?

5.1 IFD產生的背景

前面我們介紹了IFC是一個包含各種建設項目設計、施工、運營各個階段所需要的全部信息的一種基于對象的、公開的標準文件交換格式，我們簡單地將其比喻為一個什么藥都有的藥典大全，甭管治什么病，藥都能在這兒找到;而IDM則為某個特定項目的某一個或幾個工作流程確定具體需要交換什么信息，我們也簡單地把它比喻成一個針對某個病人或某種疾病取藥的方子。

當然通過IDM開藥方的就是項目不同階段的各類項目成員，為了完成各自負責的與該項目有關的工作，需要從上游成員那兒借助IFC標準通過信息交換獲取一組必須的信息作為輸入，完成工作以后生成、修改、完善了一組新的信息作為輸出，通過IFC進行信息交換為下游成員們的工作服務。

在全球化的今天，一個建設項目的參與方(業(yè)主、建筑師、工程師、總包、分包、預制商、供貨商、運營、維護、更新、改建、擴建、拆除等)來自不同國家、不同地區(qū)、不同語言、不同文化背景的情況司空見慣，已經不算是什么特例了。

圖14 英語和挪威語中“門”的對應關系

IFD的官方資料中有一個這樣的例子，在普通的語言字典里面，挪威語的“dor”被翻譯成英語里面的“door”，都是“門”的意思，這樣做作為非技術的語言交流沒有任何問題。但是實際上挪威語里的“dor”是“門框”的意思，應該對應英語的“door set”，而英語里面的“door”指的是“門扇”，對應挪威語的“dorblad”，如圖14所示:

其實即使就在一個國家里面，使用同一種文字，也有這種問題存在，“天花”又叫“吊頂”，“榔頭”也是“錘子”，“角鋼”還作“角鐵”，這就是自然語言的特點。

這個作為自然語言來說不是問題的問題，在使用軟件進行建設項目信息交換(其他用途的信息交換也一樣)的時候就成了一個大問題，就可能會出現(xiàn)您要的信息是“A”，結果通過交換您得到的信息是“B”的情況。

解決這個問題的答案就是IFD。

5.2 IFD如何解決這個問題

IFD采用了概念和名稱或描述分開的做法，引入類似人類身份證號碼的GUID(Global Unique I-dentifier全球唯一標識)來給每一個概念定義一個全球唯一的標識碼，不同國家、地區(qū)、語言的名稱和描述與這個GUID進行對應，保證每一個人通過信息交換得到的信息和他想要的那個信息一致。

IFD中的概念獨立于時間和用途，例如我們以窗為例，從不同的信息來源研究窗的概念，我們發(fā)現(xiàn)每一個信息來源都只講到有關窗的一部分信息，圖15中我們用不同的色塊表示窗的不同性質，有些性質在不同的信息來源中可以共享，有些則不一樣:

FD記錄和匯集所有不同信息來源關于窗的性質，從而形成了一個包含所有可能窗的性質的一個最一般意義上的“窗”的概念，同時記錄每一種窗的性質的初始信息來源，一個跟窗有關的最完整的“字典”就形成了。

6 BIM和IFC、IDM、IFD三者之間的關系

BIM價值的最大化實現(xiàn)需要依賴于不同項目成員和應用軟件之間的信息自由流動，從而使每一位項目成員在他的專業(yè)工作需要的時候都能夠從上游成員已經收集的信息中及時得到他需要的具有質量保證的信息，同時該項目成員收集或更新的信息也遵守所有上游成員同樣的信息管理和共享規(guī)則，使其后的下游成員仍然能夠在適當的時候得到適當的信息。

一個建設項目生命周期內的參與方和需要使用的軟件產品數量從數十、數百到甚至更多，要支持這么多參與方、這么多應用軟件在項目整個生命周期內的信息交換，必須借助于一個中立的、公開的信息交換標準，這個信息交換標準格式就是IFC。

圖15 IFD以及在不同應用中“窗”的性質

IFC包含了所有建設項目整個生命周期內一切項目成員及其應用軟件需要用到的信息，而在實際工作環(huán)境中每一個人面對的只是其中某一個特定的項目(例如一個城市綜合體)，每個項目成員只負責其中的某一項或幾項工作(例如建筑設計)，他需要通過信息交換得到完成他的工作所需要的信息，同時把他在工作中收集或更新的信息通過信息交換給其他需要的項目成員使用，這個用來定義某個指定項目以及項目階段、某個特定項目成員、某個特定業(yè)務流程所需要交換的信息以及由該流程產生的信息的東西就是IDM。

談到IDM，還有一個 IDM的孿生兄弟 MVD(Model View Definition模型視圖定義)需要特別說明一下，因為MVD是為IFC標準和軟件開發(fā)人員用來在IFC模式中實現(xiàn)IDM定義的信息交換要求的，作為BIM用戶通常不需要涉及到這部分內容，因此在本系列文章中對MVD并沒有做任何介紹，作為BIM用戶來說，你只要知道MVD是研發(fā)人員把IDM的人類語言轉化成IFC的機器語言加以實現(xiàn)的手段就行了。

由于自然語言的多樣性和多義性，為了保證來自不同國家、地區(qū)、語言和文化背景的信息提供者和信息請求者對同一個概念有完全一致的理解，IFD給每一個概念和術語都賦予了一個全球唯一標識碼GUID，這樣可以使得IFC里面的每一個信息都有一個唯一的標識與之相連，只要提供了需要交換信息的GUID，得到的信息就是唯一的，至于不同背景的的項目成員用什么語言和名詞描述或命名這個信息就變得無關緊要了。

IFC/IDM/IFD構成了建設項目信息交換的三個基本支撐，因此也就自然而然地成為了BIM價值得以最大化實現(xiàn)的三大支柱，如圖16所示:

圖16 BIM三大支柱－IFC/IDM/IFD

[1]www.buildsmartalliance.org