AEC-B006 中国建筑信息模型标准框架研究

11月16日 工程建筑业大师论坛
会议室C2(14:10 - 14:40)



顾明
清华大学教授 清华大学软件学院副院长 软件理论与系统所所长
1984年7月毕业于国防科技大学计算机系，获工学学士学位；1986年12月毕业于中国科学院研究生院，获工学硕士学位。主要研究方向：软件系统可靠性、软件体系结构、中间件等。
主持、参加过10余项863、973、自然科学基金等国家级科研项目，组织完成了3项大型软件系统的设计与开发工作。发表学术论文40余篇。

演讲名称：中国建筑信息模型标准框架研究
BIM标准是BIM技术发展的关键要素，其目标是建立BIM标准的语义和信息交流的规则，为建筑全生命周期的信息资源共享和业务协作提供有效保证。 正在制定中的美国BIM标准（National BIM Standard，简称NBIMS）为推动BIM在北美地区的应用发挥着越来越重要的作用，然而中国至今还没有相关中国BIM标准的深入研究，这也从根本上限制了BIM软件在中国的应用和推广。建立一套适合中国的BIM标准已经成为当前中国BIM应用和发展的最迫切任务。 清华大学软件学院BIM研究小组与相关的中国建筑设计院、施工企业和BIM软件供应商等合作，开展了为期两年的中国BIM标准（Chinese BIM Standard ，简称CBIMS）框架研究。

演讲内容：
　　各位下午好。今天很荣幸能够站在这里代表我们清华大学BIM课题组跟大家汇报一下，我们两年来的一个研究成果，就是中国建筑信息标准模型的研究框架。今天讲的内容有三个部分：一是研究背景，二是中国BIM标准框架的内容，三是关于CBIMS实施的想法。

　　关于研究背景欧特克从Jay  Bhatt从战略上给了欧特克看中国市场的角度。我们做这个课题的研究，有一个很重要的诉求，2009年我们承担了国家自然科学基金委和中国工程院中国未来建筑信息化发展的项目，叫“中国建筑信息化技术发展战略研究”的课题。第一个结论，中国建筑产业需要利用IT技术，实现业主与设计、施工、运维各个环节的无缝集成，完成从粗放式管理向精细化管理的过渡，从各自为战向产业协同转变；第二个观点，建筑信息化是降低建造成本，提高建筑质量和运行效率，延长建筑生命周期的最佳路径，也是中国建筑业工业化的必由之路；第三个观点，中国未来建筑信息化发展将形成以BIM为核心的产业革命。这三段话是我们给国家战略研究报告里结论性的意见，我想跟在座的各位都是不谋而合的。

　　这个过程中很多人都在谈到BIM，包括今天上午的主题和Jay  Bhatt刚才的演讲。从我们的角度来看BIM，整个全人类信息化发展历程呼唤BIM的出现。我们的信息技术从上世纪五十年代开始产生到现在已经经历半个多世纪，现在普及度非常快，每个角落都有信息技术，同时应用的深度也不断加深。其实整个信息化有它的规律，这个规律是什么呢？最开始我们90年代初做CAD甩图板的时候做岗位的信息化，全世界的信息化到了这样一个状态，行业信息化。经济全球化或者全球的信息化历史进程当中，现在全世界的竞争已经变成了一个产业链的竞争，中国建筑业的信息化是在什么状态呢？按照这两年的调研来看，现在中国的信息化只做到部门一级的信息化，大量的工作还是在产生数据，并没有更好的利用这些产生的数据。再说得大一点，我们现在在整个工程建筑行业里，我们在企业级信息化做得不是很好，或者比较艰难，更谈不上行业一级的信息化。这里的问题是什么呢？要想做到行业的信息化，必须做到三个层次的工作，一是数据要能集成。也就是各个部门、各个工种的数据可以集成起来，可以共享，可以协同。只有做到这样，才可能做到一个产业链的协同，才可以做到一个企业级的信息化。要想达到这三个层次的目的，很重要的内容是需要有这样一个技术和方法，这也是为什么从一个做信息化的角度研究BIM的背景。

　　按照这样一个背景，从国家层面的需求到信息化的需求，其实我们在研究BIM的过程当中，是走过了一个非常艰难的路程，所以在这儿也跟大家一起分享，把它叫做BIM研究的心里历程。在座的很多人在我们做课题研究的时候都访谈过，思想的转变就是对BIM认识的过程。2008年9月份我们开始接触BIM，这个过程当中我们经过了一个半年多的迷茫期，一开始我们认为BIM就是一个设计工具，三维的建模模型。当我们跟设计院的大师、施工企业的经营者谈的时候不是这么回事。2008年底到2009年初的时候大家对BIM的热度没这么高，今天已经发生了翻天覆地的变化，这个过程中如何认识BIM，就仅仅是一个设计工具吗？还是有别的意义，经过发现我们认识BIM不仅仅是设计工具，还是思想方法的改变，应该从用角度看技术，不是就技术看技术，我们跳出比较窄的范围后开始进入学习期，我们开始了对大量国内外文献研究，对大量实例的研究，包括我们走访了很多中国的企业，也到了香港，同时我们也把美国、欧洲、ISO、日本、新加坡的很多资料都进行了学习研究，在这个基础上又对很多的实证案例做了深入的分析，就有了今天这样一个机会，在AU大会上跟大家分享我们的研究成果。今天看到纸版的报告非常欣慰，已经变成有形的东西跟大家交流分享。

　　在这个基础上，我们第二个阶段的任务马上开始，我们在研究BIM的过程中走过这样一段路，也是我们思考的过程。（图）走访、开会的照片，在座的很多人都可以找到自己的影子。我们经过两年的研究，我们对BIM的理解可以反映在图上。如何实现全生命周期，各个阶段、各个工种、各个专业的共享、协同，这是大家一个梦想，现在推广BIM也是按照这个梦想在往前走。从我们做信息技术的角度来看，如何把数据模型和业务模型两个模型之间做到一个自动的映射，只有做到这样一个映射以后，很多在用户层面的东西软件才可以理解，软件做的东西用户才会用，这个过程当中BIM的作用就是在整个建筑行业利用数字化模型把全生命周期变成一个有机的整体，这样才能实现刚才看到的很多非常漂亮的建筑物产生，在一个虚拟世界里的产生。

　　在这里想跟大家讨论的是我们对三维世界的理解，最开始我们在二维的时候大家都用过AutoCAD，是以点线面作为数据的粒度，那时候的点、线、面没有任何的语义，就是起点和终点。到了第二个阶段，AutoCAD变成以建筑对象作为数据粒度，比如这时候窗户和门了有了一定的含义，但是门和窗之间没有关系，那时候的三维AutoCAD做到的就是减轻大家的工作量，没有形成协同的作业，没有集成。今天我们讲到BIM的时候，已经是面向模型的了，我们这些建筑对象不仅有它本身的含义，还有对象和对象之间的关系语义，这就是今天的BIM。从这个意义上大家应该能够感受到，如果有了一个语义的概念在里面，就不是一个简单的设计工具了，就像我们经常说的一句话，任何一件事如果能够用数学的方法描述出来就是精确的，做研究的时候说，如果不能用数学建模就不是真正的科学研究。大家知道，数学的世界里0-9的数字不用任何语言翻译都是非常精准的语义，任何的阿拉伯数字概念完全一样。在建筑世界里面，如何让语义像数字一样，每一个专业、每一个阶段，每一个工种都没有损失的理解呢？这里面如果我们理解BIM，BIM深层次的含义就是要建立一个真正的语义，这个语义就是今天研究的BIM标准的问题，没有这种共识，专业之间、产业链之间的协同共享还是做不到。这就是我们研究BIM整个标准的认识和背景。简单一点说，最终我们希望在各个阶段，信息集成共享和协作的基准线，我们希望建立这样一根基准线，让业内每一个人都能看懂、听懂、没有歧义。今年年初我们在清华有一个高端的研讨会，有一个专家说，现阶段传统建筑行业里，建造一个建筑物数据要录入七次，不同的专业、不同的工种、不同的阶段中数据在重复用，这个过程当中语义发生相当大的歧义，造成很多的浪费和误解，我们希望建造一个行业大家都能接受的基准线，这就是BIM标准框架产生的背景。

　　这两年我们做了一件事，在IT和工程建设领域里做了一个翻译，做了一个统一语义的工作，大家都讲互相认可的一个话。在这个工作过程当中，把标准分成两个部分，一部分叫做技术标准，也就是面向IT工具的技术层面，同时我们把它又独立出来一个实施标准。这也是我们看了全世界各个国家很大的资料以后得出来的一个结论，也是我们提出来的一个方法。真正的BIM实施的话，如果仅有技术标准是做不到的，这也是为什么在全球范围内现在在推广BIM过程当中，有很多问题的地方。也就是技术要落地，真正的跟领域知识结合，跟你的文化结合，IT是泛泛的技术，跟一个领域、一个文化结合以后才能发挥真正的作用。

　　我们的CBIMS框架给了两个体系。一个是技术标准体系，图中三角形的产生不是我们异想天开，我们有一个依据，这个依据就是信息模型，这是我们做信息技术研究的一个范畴。在任何构造一个信息模型的时候，都要定义出语法、语义和语用，BIM定义的标准无外乎在建筑行业，工程建设领域里大家要共同遵守的语法、语义、语用。通过这样的语法、语义、语用，就可以实现文件格式，所有语言的统一。语义的统一，工种之间、专业之间的沟通有序，这就是从技术标准来说，要把底层IT统一规范的依据。基于这个依据简单介绍三个边的基础内容。对于数据存储这边大家会非常熟悉，各位脑子里IFC是非常清楚的一个词，这也是ISO的标准。我们在研究的过程中认为，目前中国不可能是闭门造车也不可能是封闭、孤立的系统，一定是国际化的。这个过程中中国自己的BIM技术标准里，数据存储应该是遵循ISO标准，基本文件还是IFC，但是仅有它还是不够的。在中国特殊的文化背景下还要增加什么内容呢？就是要对语义映射包括各式各样的软件接口、测试规范给出自己的约束条件，这样才可能在中国建筑产业链上形成一个协作的模式。

　　关于语义标准，这也是最难的一件事。从中国来看，面临的最大挑战在于语义标准。ISO已经推出它的标准，目前在国内特别是建筑行业里，我也做了很多年制造业信息化，制造业也面临这样的问题。传统的语义分类，专业分类都是按照线分法来分，按专业分，专业和专业之间断的，没有联系，导致现在在实施信息化过程当中经常出现信息孤岛，从根上制定标准的时候没有考虑到信息化带来的需求，就是现在要实施BIM要面临的巨大挑战。如何从传统的线分法变成面分法，面分法就是按照产业链横着分。我们的分类还要符合国际标准，我个人感觉，在事实BIM过程当中，在推广BIM过程当中，标准化里面很重要的内容就是信息语义的标准问题。

　　（图）我们把建筑过程做了一个抽象，在这个抽象的模型里任何一个建筑对象都可以变成建筑资源、建筑过程、建筑成果三部分。任何一个建筑对象里都会有多个属性，这个属性就是刚才说的面分的方法，这个属性在不同的侧面里会出现不同的属性，如何来做呢？在ISO里面也给出了比较明确的分类方法，我们在这里也借助ISO的东西给出了我们自己的一个分类方法。但是这个方法仅仅是一个研究的过程，最后是否能变成一个行业可用的，还有待于在座各位一起实践，最后变成行业认可的分类方法。

　　（图）左边是一种语境下关于“门”的描述，门有多种属性，右边又是另外一种属性对门的描述，右边是厂商的，左边是设计师的，这两种语境下都说的是门，但是属性、含义是不完全一样的。怎样把这两个不同语境统一起来，现在要有一个数据字典，在分类过程当中要给出统一的本体的描述。在中间的门里面，把两种语境都包含进来，这是中国未来建筑行业信息化必须要做的一件事，只有这件事做好了，各个专业之间、各个阶段之间才有可能做信息交换和集成。

　　第三条边的信息传递标准。按照我们看的资料还处在研究状态，ISO也没有推出整个的标准，也可以理解，信息传递跟每一个具体业务活动息息相关，如何给出一个标准也是一个很宽泛的东西。我们在后面给大家介绍的实施标准，更多的就是信息标准、传递标准的落地问题，这个过程当中一定跟每一个行业具体的业务活动息息相关，不是很宽泛的东西。

　　简单解释信息传递标准中给出的按是两维两维三层的结构，所谓两维就是建筑的全生命周期和进入的角色，整个是基于全生命周期的过程，不同的过程参与方之间有一个信息交换，这就是信息传统的标准。交换的过程当中要经过几个步骤才能把这些信息交换掉呢？实际上就是要有一个三层的结构，要有一个业务活动，基于一个业务活动把你的需求，也就是我们要交换信息的约束条件说清楚，根据约束条件可以到数据存储的库里面找到相应的功能部件，提供给你交换。从我们软件来说，要想把这些动作很自动、准确、及时的交付给用户，还有相当大的工作量，大量软件都在协同做这样一个动作。

　　（图）表中给出目前在CBIMS技术标准部分里面的内容。红颜色的一类是目前国际标准的状态，最右边一列是中国课题组在做的研究状态。我们希望在下一个阶段逐渐把右边的这一列内容不断充实，不断跟业界大家一起交流，逐渐的把它变成一个我们行业真正的实施标准。

　　关于实施标准，我们给出了一个实施过程的模型。一个建筑物或者一个工程项目的实施是非常复杂的，怎样在复杂，很具体的业务活动过程当中还能给出一个有一般指导意义的方法，这就是我们面临的挑战。在这个过程当中，我们总结了一下，对于实施分成三个阶段，设计、施工、运营。每个阶段里一个建筑物的产生，无外乎一些资源的投入，经过一个行为的加工过程，最后有一个交付，无论是在每个阶段都把它抽象成这样一个过程来，这就是我们在做CBIMS实施标准给出的过程模型，基于这样的过程模型提出一个实施框架。

　　在CBIMS实施框架里最下面是技术标准，存储、分类、传递都要给予统一的规则，在实施阶段可以把它变成一个针对设计、施工、运营三个阶段分别去制定你自己的资源标准、行为标准和交付标准，这是整个技术和实施两个阶段的融合，我们感觉只有通过这样一种分层次、分阶段，才可能把BIM这样一个很庞大的体系落地。（图）资源、行为、交付过程当中细节的东西，到时候大家可以从报告里看。

　　（图）设计阶段如果定一个实施标准框架要涉及到资源标准、行为标准、交付标准，同时还给出了一个协同管理的规范。大家知道BIM的实施是一个多工种的协同工作，所以在这个过程当中，一定要有一个协同的角色来出现，同时给出大量的行为规范和标准。这里看几张图可以理解实施BIM带来的变化。这张图是基于传统制图的设计，现在我们就是这样画图，盖房子的，从开始到设计到施工，这个过程当中每个方块都是割裂的，之间没有太多可共享的资源。如果我们要实施BIM了以后会是什么样子呢？第一阶段实施BIM应该是在专业内先融合，在方案设计阶段，其实一些基本模型是可以共享的，从结构到设计，到MEP，大家可以基于一个模型。可能在阶段和阶段之间，还达不成一个共识，所以我们称之为过渡阶段的实施。最终BIM全生命周期做完之后会是什么样子呢？大阶段上还可以分阶段，在细的阶段已经融合，BIM实施到一定程度以后，专业和专业之间，阶段和阶段之间的概念会逐渐的模糊，可能新的机制，新的方式产生了，这就是为什么BIM会带来产业革命，会带来深刻变化的原因，因为所有的交付都变了。

　　最后给大家说一点，我们两年对BIM实施的想法。第一，我们给出了一个实施阶段。今年9月份我们做台湾和大陆两地交流的时候，有人问我BIM实施要多长时间，我给出的时间是十年，要经过十年到十五年的时间，中国的BIM会逐渐从企业标准、行业标准最后形成国家标准，本身BIM的实施就是一个信息化的过程，信息化过程中技术不是最难的，最难的是机制的改变，文化的改变，一定是企业、行业、国家三个层面一起努力，才能把文化改变，才能够把技术真正的用好，也才能够真正承担起全世界最大的建筑市场历史使命。

　　第二，实施路线。我们对BIM的实施给出了六个责任主体，其实任何一件事情，任何一个产业说白了就是责权利，责任主体分得清楚，边界划清楚这件事就可操作。就像现在基于二维的设计，责任主体是谁呢？是政府，所有图是交给政府，政府认可以后这个图就是法律，无论怎样是通过审核的，所以这个责任政府承担。大家想一下，按照刚才的实施阶段，将来的BIM大家统一一个模型以后，这个责任主体会是谁呢？谁在这个过程当中承担这个责任和风险？这个过程当中可能就会带来新的利益再分配，所以在这个责任主体划分过程当中，也就是我们整个中国建筑行业信息化重新整合的过程，这个路线十几年应该不算长，如果能走好我们就应该很幸运，我们经历了这样一个年代。

　　（图）针对刚才讲的技术标准、实施标准，最后还是要落地，不可能落在清华大学，落在在座各位的企业身上。对于企业来讲，如何实施这样的方法，如何实施这个技术，就是按照阶段，在我们整个企业的生命周期过程当中也有不同的阶段，在这个不同阶段过程当中，应该参考我们的实施标准框架，也就是把你的资源、行为和交付。先划出边界，把游戏规则定好，这些规则的制定一定是基于我们的技术标准，有了技术标准，有了一个软件给你作为把关的东西，你的实施才会是可复用的，信息技术最大的好处就是让它做一百遍不会走样，人做一百遍中间有几遍会走错，软件一通，走一百遍、一千遍、一万遍结果一样。这个过程当中如何利用技术标准变成自己企业的实施标准，就是整个实施BIM的过程。

　　在重新界定责任主体的过程当中会产生很多新的问题，包括新的信息资产的产生，包括新的岗位设置，在明天下午清华大学与专家做小范围深入的研讨。借AU大会的场合，感谢对我们课题研究过程当中给予无私支持和帮助的人，感谢欧特克给我们这样一个机会，在这里介绍我们研究成果。对我们这个感兴趣的人希望将来都有机会合作。

　　谢谢大家！