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[分享]BIM与创新(下)

发表于2018-09-28     479人浏览     1人跟帖     总热度:188  

BIM与创新(下)_1

中国BIM必须有自己的建模软件,没有自主知识产权的BIM创新软件,中国BIM无望落地。

  1、软件开发商的BIM

  美国欧特克公司是典型的软件开发商BIM代表。

  Autodesk Revit最早是一家名为Revit Technology公司于1997年开发的三维参数化建筑设计软件。Revit的原意为:Revise immediately,意为"所见即所得"。2002年,Autodesk公司以2亿美元收购了Revit Technology,从此Revit正式成为Autodesk三维解决方案产品线中的一部分。经过数年的开发和发展,已经成为全球知名的三维参数化BIM设计平台。继2002年2月收购Revit技术公司之后,欧特克提出了Building Information Modeling或者Building Information Model(建筑信息模型)这一术语,旨在让客户及合作伙伴积极参与交流对话,以探讨如何利用技术来支持乃至加速建筑行业采取更具效率和效能的流程,将信息模型的价值拓展到设计阶段以外的广泛应用领域,并以这些信息为基础,使建筑物生命周期的施工和建筑运营阶段能够采取有效的新型协作方式并提高工作效率,以实现全方位一建筑工程生命周期管理。

  欧特克提出BIM这一术语,旨在区别Revit模型和较为传统的3D几何图形。

  欧特克的BIM理念是试图将建筑项目的所有信息纳入到一个三维的数字化模型中。这个模型不是静态的,而是随着建筑生命周期的不断发展而逐步演进,从前期方案到详细设计、施工图设计、建造和运营维护等各个阶段的信息都可以不断集成到模型中,因此可以说BIM模型就是真实建筑物在电脑中的数字化记录。当设计、施工、运营等各方人员需要获取建筑信息时,例如需要图纸、材料统计、施工进度等,都可以从该模型中快速提取出来。BIM是由三维CAD技术发展而来,但它的目标比CAD更为高远。BIM是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,可以为设计和施工中提供相协调的、内部保持一致的并可进行运算的信息。也就是,BIM是通过计算机建立三维模型,并在模型中存储了设计师所需要的表达的所有信息,同时这些信息全部根据模型自动生成,并与模型实时关联。

  面向建筑全生命期的欧特克BIM解决方案是以Autodesk Revit软件产品创建的智能模型为基础。

  在Autodesk收购Revit之初以及发布Autodesk Revit前几年的时间里,Revit基本上都是以Revit Architecture这个建筑模块单打独斗,缺乏结构和MEP部分。随着Autodesk的投入和进一步发展,Revit终于按照建筑行业用户的专业发布被发展为三个独立的产品:Revit Architecture(Revit建筑版)、Revit Structure(Revit结构版)和Revit MEP(Revit设备版一一设备、电气、给排水)。这三款产品属于同一个内核,概念和基本操作完全一样,但软件功能侧重点不同,从而适用于不同的专业。但随着BIM在行业推广的深入和Revit的普及,基于Revit的专业协同和数据共享的需求越来越旺盛,Revit三款产品在三个专业的独立应用对此造成了一些影响,因此在2012年Autodesk又将这三款独立的产品整合为一个产品,名为Autodesk Revit 2013,当实际上又包含建筑、结构和MEP三个专业模块,用户在使用Revit的时候可以自由安装、切换和使用不同的模块,从而减少对设计协同、数据交换的影响,帮助用户获得更广泛的工具集,并在Revit平台内简化工作流并与其他建筑设计规程展开更有效的协作。

  Autodesk在2011年底正式推出云服务。截至目前,Autodesk提供的云产品和服务己经超过25种。其中,欧特克的云应用可以分为两类,第一类云应用是桌面的延伸。欧特克把Web服务和桌面应用整合在一起。在桌面上进行的设计完成之后,用户可以从云端获得基于云计算的分析和渲染等服务,整个计算过程不在本地完成,而是完全送到云端进行处理,并把计算的结果返回给用户。第二类云应用是单独应用。例如美家达人、Sketchbook,用户可以通过桌面电脑或者移动设各进行操作。Revit与云计算的集成属于第一类云应用,比如Revit与结构分析计算Structural Analysis模块的集成、与云渲染的集成等等,同时与Autodesk Revit具备相同的的BIM引擎的Autodesk Vasari可以理解为一种简化版的Revit,是一款简单易用的、专注于概念设计的应用程序,也集成了更多的基于云计算的分析工具,包括过对碳和能源的综合分析、日照分析、模拟太阳辐射、轨迹、风力风向等分析。

  为推广软件开发商BIM,欧特克公司投入太量人力、物力,以Autodesk Revit为代表的"BIM建模软件"得到包括中国在内的世界各国的认同(图8-1),基本形成了项目全生命BIM实施由“BIM建模软件”建立建筑信息模型为始的共识(图8-2)。

BIM与创新(下)_2图8-1 BIM建模软件图

BIM与创新(下)_3

图8-2 全生命期BIM实施软件

  日本政府推进BIM的办法是,政府发布一部应用指导标准,然后各个软件生产商发布对应的执行层面的应用标准。

  日本政府的指导标准:

  http://www.mlit.go.jp/report/press/eizen06_hh_000019.html

  Autodesk Revit发布的对应的应用执行标准:

  http://bim-design.com/special/guideline/guideline_1.html

  Allplan发布的对应的应用执行标准:

  http://www.forum8.co.jp/product/shokai/BIMguidline.htm

  ArchiCAD发布的对应的应用执行标准:

  http://www.graphisoft.co.jp/download/BIMguideline/


  类似日本,英国出版了Revit和Bentley软件开发商专门BIM标准(图8-3)。

BIM与创新(下)_4图8-3 Revit、Bentley英国BIM标准


  全世界以"BIM建模软件"开发商各自为政的BIM实施方法格局基本形成(图8-4)。

BIM与创新(下)_5图8-4 软件开发商的BIM实施方式


  其他应用软件如图8-5所示,基本上都有国外软件配套。

BIM与创新(下)_6图8-5 其他国外BIM应用软件


  计算机软件开发商是BIM环境的重要成员,建筑企业使用一系列来自不同厂商的硬件和软件,例如Autodesk/Grapfisoft/Bentley/Tekla,这些BIM工具辅以其他专业设计软件及管理软件来满足企业、设计专业和施工项目的需要。但这些现有BIM软件产品面临很多挑战:


  目前的BIM工具主要为设计阶段工具,这些工具在中国应用还有涉及我国工程建设法律法规、技术标准问题;

  项目过程的每个阶段都需要比原来更多的工具,有些工具价格很高,给企业带来了更大的财务负担;有些工具数据不能共享,企业难以全面实施BIM;

  软件开发商BIM工具的专用性(开放性和标准化的反义词)导致建筑业企业感觉自己像是在"押宝",因为越来越多地和一家特定的软件厂商以及该厂商的成和败连在了一起。


  2、中国建设行业需要的BIM

  在此,我们不得不再次阅读美国BIM标准对于BIM的定义:

  BIM是一个设施有关信息的共享知识资源,从而为其全生命期的各种决策构成一个可靠的基础,这个全生命期定义为从早期的概念一直到拆除。


  BIM的一个基本前提是项目全生命期内不同阶段不同利益相关方的协同,包括在BIM中插入、获取、更新和修改信息以支持和反应该利益相关方的职责。BIM是基于协同性能公开标准的共享数字表达。


  显然,软件开发商的BIM无法满足上述建设行业需要的BIM要求。建设项目全生命期所用软件有成千上百种,"我"只用其中一种,"我"的软件无法从软件开发商的BIM中直接得到为我所用的数据。"聚合信息,为我所用"的BIM目标在软件开发商描绘的BIM中难以实现。


  在中国,图8-4描绘的BIM离我们所要的建设行业BIM、离住建部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中的发展目标:"到2020年末,建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。"还有很长的路要走,或者可以说z按软件开发商的BIM实施方法,中国2020目标无法实现。


  无论从中国BIM真正落地、中国建筑软件业、中国建筑企业的BIM投资回报率、中国建设行业信息安全、中国建筑业"互联网+"计划等角度来看,没有中国BIM顶层设计、没有中国自主知识产权的BIM建模软件,"推进BIM应用"的结果也仅仅只能限于"推进BIM建模软件应用"层面,无法达到"BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分"。


  推动BIM技术,如果只重视应用层面的推广,不重视核心技术研发层面的扶持,这在客观上助推国外软件开发商扼杀中国自主知识产权的BIM技术。如果国外的BIM软件能够解决中国BIM应用推广过程的大部分问题,这倒也没什么。但在国内近十年推广BIM过程来看,要达到以工程建设法律法规、技术标准为依据,坚持科技进步和管理创新相结合,在建筑领域普及和深化BIM应用,提高工程项目全生命期各参与方的工作质量和效率,保障工程建设优质、安全、环保、节能。仅凭国外BIM软件是不可能适应中国工程建设行业管理流程和技术管理体系。因此,中国BIM软件开发必须以国产软件开发商及BIM技术应用者为主体。


  "推进BIM应用",现在我们有两条路可走,一是以国外软件开发商"BIM建模软件"为主制定BIM建模与应用标准,统一所有软件在中国的信息交换标准,实现国外"BIM建模软件"与国外及中国的各种分析与应用软件信息共享,走这条路我们和世界各国一样是十分艰难之路:实现BIM,山路崎岖。由于国外"BIM建模软件"开发商的开发计划不会按照中国标准对软件进行技入改造以满足中国工程建设需求,因此我们只能实施"软件开发商BIM":二是制定中国BIM实施的顶层设计,以国内软件开发商"中国BIM建模软件"为主制定BIM建模与应用标准,使中国BIM落地。


  "中国BIM建模软件"谈何容易,这正是横亘在中国软件开发商研发中国BIM技术面前的一道关键难题。


  难道中国BIM就不会有创新吗?


  3、中国BIM创新架构

  没有BIM的中国,我们的建设行业无论是数量还是质量都已经达到世界公认的一流水平,我们是按图8-6的传统方法建设的。

BIM与创新(下)_7图8-6 传统方法工程建设图


  上图中,专业工程产品代表实际工程的分部、子分部或分项工程。对于建筑物专业工程产品如基础、桩基(灌注桩、预制桩、地基处理桩等)、基坑(围护桩、地下连续墙、内支撑、锚杆、降水等)、结构(混凝士结构、钢结构、预制结构、砖混结构等)、建筑给水排水及供暖(室内水系统、室外水系统、其他水系统等)、建筑供暖(室内供暖系统、室外供暖系统、热源及辅助设各系统、监测监控系统等)、建筑通风与空调(室内送排风系统模型、防排烟系统{消防}、除尘系统{工业用}、空调系统、地下人防通风系统、真空吸尘系统{工业用}、壁调水系统、空调冷热源系统、监测监控系统等)、建筑电气(照明电气系统、动力电气系统、备用电气系统等)、玻璃幕墙、屋面、内装修等。


  所有专业工程产品的设计、施工、运维及工程质量及其他管理人员,应用各种信息传递方式,围绕产品工作,并采用传统方法与其他专业工程产品进行设计协同及施工过程协调最终建成。


  BIM,改变了我们获取信息、设计协同、施工协调的方式,所有专业工程产品的设计、施工、运维及工程质量及其他管理人员,从BIM模型中获得信息,围绕产品工作,并采用BIM方法与其他专业工程产品进行设计协同及施工过程协调最终建成。


  国外软件开发商给我们描绘的BIM软件实施图8-2可以表达为图8-7所示。

BIM与创新(下)_8图8-7 BIM方法工程建设图


  中国有句俗语叫"隔行如隔山",无论是传统或是BIM模型的信息传递、设计协同、施工协调方法,有一件事是不变的:BIM没有改变项目参与者的基本角色和责任。亦即图8-6和图8-7中的"专业工程产品"分类及各人的各种岗位是不变的。


  同样实现图8-7的BIM功能,我们可以将图8-6和图8-7融合为图8-8,在专业工程产品中建立"分BIM"如图8-9所示,这些"分BIM"在"总BIM"协调下达到图8-7的BIM功能。

BIM与创新(下)_9图8-8 分级BIM方法工程建设图


BIM与创新(下)_10图8-9 专业工程产品分BIM图


  对于建筑工程的专业工程产品,设计流程是模型逐步深化的过程。设计院交付的是设计技术依据,有针对完成自己任务的专门软件;深化设计一般由施工单位完成,其软件与设计软件功能完全不同,深化设计过程还是设计,真4D不容易,5D更是"计划",施工实施不可能完全按深化设计的4D、5D执行;由于深化设计不可能全部建模到位,无论如何,深化设计到了施工现场都必须按照实际情况进行调整,这些调整需要现场实施软件建立施工实施(竣工)模型;另外,包括进度、算量及设计在内的所有变更修改BIM都来不及。因此,设计模型、深化设计模型、实施(竣工)模型及过程(变更)模型是生产过程的最终模型,也是所有管理依据数据模型。


  中国软件开发商没有可能开发具有强大功能的国外"BIM建模软件”,但完全有能力分别开发专业工程产品设计建模软件、深化设计建模软件、施工实施(竣工)建模软件、工程安全、质量和人、财、物管理软件、设计协同和施工协调软件,并制定软件信息交换标准,这样即可实现住建部《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》中的发展目标。


  从传统方法转向BIM方法工程中,中国BIM实施两种方法如图8-10所示,后者是实现中国BIM创新的有效途径。

BIM与创新(下)_11图8-10 国外软件开发商BIM与中国BIM创新架构


  4、如何无中生有

  《失控》(图8-11)作者KK凯文凯利,美国《连线》(Wired)杂志的创始人,他最令人钦佩的成就,是准确预言了"互联网未来5000天"的发展一一在其1994年出版的《失控》一书中,他就预言了云计算、物联网、网络社区将成为未来科技发展方向。他在本书致读者写道:更重要的是,我开始换一种方式思考。我开始领会到大型任务如何通过去中心化的方法并借助最少的规则来完成:我懂得了并非所有的事情都要事先规划好。

BIM与创新(下)_12图8-11


  如何无中生有:大自然从无创造了有。

  先是一颗坚硬的岩石星球;然后是生命,许许多多的生命。先是贫癖的荒山:然后是点缀着鱼和香蒲还有红翅黑丽的山涧。先是橡子,然后是一片橡树林。

  我想我自己也能够做到这一点。先是一大块金属;然后是一个机器人。先是几根电线;然后是一个头脑。先是一些古老的基因;然后是一只恐龙。

  如何无中生有?虽然大自然深谙这个把戏,但仅仅依靠观察她,我们并没有学到太多的东西。我们更多地是从构造复杂性的失败中,从模仿和理解自然系统的点滴成就中学习经验教训。我从计算机科学和生物研究的最前沿成果中以及交叉学科的各种精角杳晃里,提取出了大自然用以无中生有的九条规律一一是为九律:

  分布式——去中心化;自下而上的控制;递增收益:模块化生长:边界最大化:鼓励犯错误;不求最优化,但求多目标:谋求持久的不均衡态:变自生变。

  在诸如生物进化、"模拟城市"等各式各样的系统中,都能发现这九律的身影。当然,我并不是说它们是无中生有的唯一律法;但是,由复杂性科学所积累的大量观察中总结出来的这九律,是最为广泛、最为明确、也最具有代表性的通则。我相信,只要坚持这九律,就能够有如神助一般无往而不利。


•分布式。蜂群意识,经济体行为,超级电脑的思维,以及我的生命,都分布在众多更小的单元上(这些单元自身也可能是分布式的)。当总体大于各部分的简单和时,那多出来的部分(也就是从无中生出的有)就分布于各部分之中。无论何时,当我们从无中得到某物,总会发现它衍生自许多互相作用的更小的部件。我们所能发现的最有趣的奇迹一一生命、智力、进化,全部根植于大型分布式系统中。

•自下而上的控制。当分布式网络中的一切都相互连接起来时,一切都会同时发生。这时,遍及各处而且快速变化的问题,都会围绕涌现的中央权威环行。因此,全面控制必须由自身最底层相互连接的行动,通过并行方式来完成,而非出于中央指令的行为。群体能够引导自己,而且,在快速、大规模的异质性变化领域中,只有群体能引导自己。要想无中生有,控制必然依赖于简单性的低层。

•递增收益。每当你使用一个想法、一种语言或者一项技能时,你都在强化它、巩固它,并使它更具被重用的可能。这就是所谓的正反馈或者滚雪球。成功孕育成功。这条社会动力学原则在《新约》中表述为。"凡有的,还要加给他更多。"任何改变其所处环境以使其产出更多的事物,玩的都是收益递增的游戏。任何大型和可持续的系统,玩的也是这样的游戏。这一定律在经济学、生物学、计算机科学以及人类心理学中都起作用。地球上的生命改变着地球,以产生更多的生命。信心建立起信心。秩序造就更多的秩序。既得者得之。

•模块化生长。创造一个能运转的复杂系统的唯一途径,就是先从一个能运转的简单系统开始。试图未加培育就立即启用高度复杂的组织一一如智力或者市场经济,注定走向失败。整合一个大草原需要时间哪怕你手中己掌握了所有分块。我们需要时间来让每个部分与其他部分相磨合。通过将简单且独立运作的模块逐步组装起来,复杂性就诞生了。

•边界最大化。世界产生于差异性。千遍一律的实体必须通过偶尔发生的颠覆性革命来适应世界,一个不小心就可能灰飞烟灭。另一方面,彼此差异的实体,则可以通过每天都在发生的数以千计的微小变革,来适应世界,处于一种永不静止但却不会死掉的状态中。多样性垂青于那些天高皇帝远的边远之地,那些不为人知的隐密角落,那些混乱时刻,以及那些被孤立的群族。在经济学、生态学、进化论和体制模型中,健康的边缘能够加快它们的适应过程,增加抗扰力,并且几乎总是创新的源泉。

•鼓励犯错误。小把戏只能得逞一时,到人人都会要时就不灵了。若想超凡脱俗,就需要想出新的游戏,或是开创新的领域。而跳出传统方法、游戏或是领域的举动,又很难同犯错误区别开来。就算是天才们最天马行空的行为,归根结底也是一种试错行为。"犯错和越轨,皆为上帝之安排,"诗人威廉·布莱克这样写道。无论随机还是刻意的错误,都必然成为任何创造过程中不可分割的一部分。进化可以看作一种系统化的错误管理机制。

•不求最优,但求多目标。简单的机器可以非常高效,而复杂的适应性机器则做不到。一个复杂结构中会有许多个"主子气系统不能厚此薄彼。与其费劲将任一功能最优化,不如使多数功能"足够好",这才是大型系统的生存之道。举个例子,一个适应性系统必须权衡是应该拓展己知的成功途径(优化当前策略),还是分出资源来开辟新路(因此把精力浪费在试用效率低下的方法上)。在任一复杂实体中,纠缠在一起的驱动因素是如此之多,以至于不可能明了究竟是什么因素可以使系统生存下来。生存是一个多指向的目标。而多数有机体更是多指向的,它们只是某个碰巧可行的变种,而非蛋白质、基因或器官的精确组合。无中生有讲究的不是高雅:只要能运行,就棒极了。

•谋求持久的不均衡态。静止不变和过于剧烈的变化都无益于创造。好的创造就如一曲优美的爵士乐,不仅要有平稳的旋律,还要不时地爆发出激昂的音节。均衡即死亡。然而,一个系统若不能在某个平衡点上保持稳定,就几乎就等同于引发爆炸,必然会迅速灭亡。没有事物能既处于平衡态又处于失衡态。但事物可以处于持久的不均衡态仿佛在永不停歇、永不衰落的边缘上冲浪。创造的神奇之处正是要在这个流动的临界点上安家落户,这也是人类孜孜以求的目标。

•变自生变。变化本身是可以结构化的。这也是大型复杂系统的做法t协调变化。当多个复杂系统构建成一个特大系统的时候,每个系统就开始影响直至最终改变其他系统的组织结构。也就是说,如果游戏规则的订立是由下而上,则处于底层的相互作用的力量,就有可能在运行期间改变游戏规则。随着时间的推移,那些使系统产生变化的规则,自身也产生了变化。人们常挂在嘴边的进化是关于个体如何随时间而变化的学说。而深层进化一一按其可能的正式定义,则是关于改变个体的规则如何随时间而变化的学说。要做到从无中生出更多的有,你就必须要有能自我变化的规则。


  以上所说"九律"验证了图8-8中国BIM建模与应用软件开发的"无中生有"依据,今后的事实会证明图8-8较图8-7会有更多优势。


  "推进BIM技术应用",使中国建筑企业蓦然间感觉世界变了样,摸爬滚打几十年的企业家突然不知道该干什么和怎么干了。金融危机大潮还未退尽,产能过剩台风就己接踵而至:互联网掀起滔天巨浪,制造业的舶板航行在波浪起伏之间。


  从互联网经济时代制造业的最终出路看,仅仅选择依靠引进或者自主开发出一些新技术、新产品来提升企业竞争力的传统路径,至多只做对了一半,如果核心建模软件还是国外的,那么这一半也没做对。中国建筑企业不仅要关注专业技术进步对于产业升级的贡献,更要关注业态变化与运行模式进化对于产业升级的巨大牵引作用。因为当前全球制造业的变革不再仅仅由产业技术升级这一单因素驱动,而是正受到互联网、物联网这种通用基础技术进步所带来的业态与运行模式进化的驱动,近乎"零边际成本"的产业变革大潮正在猛烈冲击着传统制造业根基。


  在一个越来越网络化、智能化的工业世界里,互联网和物联网技术将渗透到制造业的所有关键领域与环节,广泛存在的深度协同制造、超越所有权的资源共享、高度自我适应的物流、体贴入微的生产性服务、直通用户体验的市场营销,以及方便快捷低成本的交易环境,可能将淘汰工业经济时代自然成长繁衍的制造类企业。当然,如果利用得当,互联网也可用来增强传统制造企业技术优势、成本优势、人才优势以及资金优势、市场优势。


  当前,发达国家整体上正在由工业3.0时代向工业4.0时代过渡。工业4.0时代的主要特点是个性化定制、智能化制造、生产性服务与消费性服务相融合。这些特点只能通过产业互联网与消费互联网相互配合才能实现。目前我国的消费互联网己经很发达,但是产业互联网尚未形成气候。而由德、美、日等国大型制造类企业主导的产业互联网建设已经初见端倪,如果我国建筑企业现在不动手打造中国的产业互联网,一旦其他国家的产业互联网形成气候,我国的传统制造类企业将只能被动地纳入到他国的新型产业体系之中,建筑业也是如此。国务院出台的《中国制造2025》以及刚刚通过的《"互联网+"行动指导意见》正是国家为避免这种被动局面出现所采取的战略性举措,促进以产业技术创新、商业模式创新和管理创新为主要途径的经济发展新形态生成。因此,中国BIM创新的重要性对于建筑业不言而喻,也只有中国BIM创新能使摸爬滚打几十年的建筑企业家能快速适应"推进BIM技术应用"的浪潮。


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