BIM視界 | 破局BIM引領交通土建行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級

近年來，隨著我國交通基礎設施行業(yè)的飛速發(fā)展，特別是新城建設、地鐵、橋梁、地下空間開發(fā)等項目，面臨越來越復雜的設計深化、專業(yè)協(xié)同、運維管理工作，交通土建行業(yè)技術人員和管理人員對信息化技術的需求日益迫切。恰逢其時，BIM技術被推薦到我們面前。通過幾年的了解、評估、應用，業(yè)內對BIM的概念、技術也有了比較全面的認識和漸趨理性的思考。BIM除了展示、碰撞檢查，還有哪些實際價值？遠期的數(shù)字化、信息化愿景如何實現(xiàn)？在BIM技術落地的過程中，業(yè)內陷入了一定程度的困惑和迷茫。在此，筆者談談對交通土建工程未來發(fā)展以及如何與BIM技術結合的思考，與讀者探討。

BIM技術還處于童年期

BIM技術離不開計算機軟件、硬件的支持。伴隨著計算機硬件性能的提升、設計和工程管理軟件功能的完善，計算機信息技術不斷向傳統(tǒng)土木工程行業(yè)滲透，土木工程軟件從二維升級到三維的同時，也帶來了BIM的理念。而交通土建行業(yè)也面臨著集成化、精細化、可視化、信息化，以及提高效率、節(jié)約資金、降低工程風險等方面的需求，需要借助信息技術實現(xiàn)項目價值的提升。由于之前CAD普及帶來的便利，使業(yè)內順理成章地接受了軟件公司推介的BIM概念，可能也不知不覺走入了自己設置的桎梏。一方面，現(xiàn)代社會行業(yè)分工越來越細，土木工程行業(yè)的參與方也越來越多，固有的身份讓我們只能說清楚自己從事的項目規(guī)劃、設計、施工、造價、工程管理等小部分內容，而這些碎片化的需求難以通過統(tǒng)一的軟件平臺實現(xiàn)，也就造成現(xiàn)在軟件眾多無所適從的局面。另一方面，我們的行業(yè)是半理論半經(jīng)驗主導的，從業(yè)人員習慣于漸進改良式的技術進步，有利于將技術風險、管理風險控制在最低。而每個部門、每個項目進步的腳步又不同。等到技術革命的關鍵節(jié)點，我們不知不覺都成了保守派，嘴上喊著變革，腳下卻原地踏步。

最初，“BIM”僅僅是具備信息儲存載體的3DCAD的初步拓展。隨著技術的發(fā)展，大家很快把BIM定義為一個“模擬建造與運營過程的數(shù)字技術”。這時，BIM也逐漸向建筑全生命周期的各個管理維度上進行擴展。我們知道，為了解決某些問題而出現(xiàn)的技術，可以得到行業(yè)迅速認可，但用一個技術去刻意解決其他問題，就會陷入很多技術和人為的困境。特別是BIM技術的發(fā)展，涉及整個行業(yè)所有層次的人與專業(yè)，BIM技術推廣遇到的阻力來自方方面面，包括人、社會和文化、管理流程、商業(yè)支持、法律因素等。而且，任何技術都有其生命周期曲線。從BIM技術誕生的時間和取得的效用評價來看，現(xiàn)在的BIM技術還處在童年期，未來還要經(jīng)歷長期、曲折的研究發(fā)展歷程，然后才能把信息化的優(yōu)勢和價值體現(xiàn)出來。

開創(chuàng)本行業(yè)“BIM”之路   勿囿于定義

顯然，利用信息化技術，實現(xiàn)交通行業(yè)變革、實現(xiàn)智慧化產(chǎn)業(yè)升級，才是我們真正想要的“BIM”。而不是先去尋找BIM的定義，然后按圖索驥、生搬硬套。

土木設計軟件是眾多工業(yè)軟件中的一部分。工業(yè)軟件在產(chǎn)品設計、成套裝備設計、廠房設計、工業(yè)系統(tǒng)設計中起著非常重要的作用，可以大大提高設計效率、節(jié)約成本、實現(xiàn)管理可視化。工業(yè)軟件除具有軟件的性質外，還具有鮮明的行業(yè)特色。隨著自動化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，通過不斷積累行業(yè)知識，將行業(yè)應用知識作為發(fā)展自動化產(chǎn)業(yè)的關鍵要素，逐漸成為企業(yè)調整經(jīng)濟結構、轉變經(jīng)濟增長方式的主要因素。

我們應該清醒地認識到，在工業(yè)行業(yè)普遍還在探索智慧制造產(chǎn)業(yè)升級的背景下，作為傳統(tǒng)且相對落后，甚至還處在第一次、第二次工業(yè)革命進程水平上的交通土建行業(yè)，率先獨自完成智慧制造產(chǎn)業(yè)升級革命是不現(xiàn)實的。于是，我們行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級該如何實現(xiàn)？向誰學習？學習什么？這些問題就擺在我們面前。

建筑領域BIM的研究始于1975年，當時是受制造業(yè)啟發(fā)，借鑒制造業(yè)成果。如今，再讓我們看看制造業(yè)，特別是先進制造業(yè)當前的研究成果和深度——

美國波音公司從787機型開始，推行MBD(Model Based Definition)——新一代產(chǎn)品定義方法。其核心思想是：全三維基于特征的表述方法，基于文檔的過程驅動；融入知識工程、過程模擬和產(chǎn)品標準規(guī)范等。它用一個集成的三維實體模型可完整地表達產(chǎn)品定義信息。即將制造信息和設計信息（三維尺寸標注及各種制造信息和產(chǎn)品結構信息）共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，從而取消二維工程圖，保證設計數(shù)據(jù)的唯一性。MBD不是簡單的三維標注+三維模型。它不僅描述設計幾何信息，而且定義了三維產(chǎn)品制造信息和非幾何的管理信息（產(chǎn)品結構、PMI、BOM等)。使用人員僅需一個數(shù)模即可獲取全部信息，減少了對其他信息系統(tǒng)的過度依賴，使設計、制造廠之間的信息交換可不完全依賴信息系統(tǒng)的集成，而保持有效連接。它通過一系列規(guī)范的方法，能夠更好地表達設計思想和更強的表現(xiàn)力，同時打破了設計制造的壁壘。其設計、制造特征能夠易于被計算機和工程人員解讀，而不是傳統(tǒng)的定義方法只能被工程人員解讀，有效地解決設計、制造一體化的問題。

基于MBD的數(shù)字模型，由于工藝、工裝、檢驗等技術，需求前置于設計過程，使得數(shù)字模型的后期方案可行性大幅提升。同時，模型可方便地指導后期工藝制造與檢驗。

MBD可融入知識工程、過程模擬和產(chǎn)品標準規(guī)范等，將抽象、分散的知識更加形象和集中，使得設計、制造的過程演變?yōu)橹R積累和技術創(chuàng)新的過程，成為企業(yè)知識的最佳載體，提升了企業(yè)核心競爭力。

交通土建行業(yè)其實面臨著同樣的多學科和多門類的技術協(xié)同、交叉及融合等問題。立足于行業(yè)特點，以交通土建工程項目全生命周期技術和管理需求為出發(fā)點，借鑒先進制造業(yè)研究實現(xiàn)的技術方法，利用最先進的信息化技術手段，探索適合本行業(yè)變革升級需要的技術路線，能真真實實創(chuàng)造價值，促進行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，才是我們真正需要的“BIM”技術。

我們想要的“BIM”，是使用信息化技術進行交通土建行業(yè)工程全生命周期各項技術、管理等方面工作，實現(xiàn)對工程功能、品質、建設周期、運營維護、安全等各方面價值的提升。只有基于這樣的認識，才能從之前所謂經(jīng)典的BIM定義走出來，開創(chuàng)本行業(yè)的“BIM”之路。

因此，以行業(yè)和專業(yè)需求出發(fā)，更好地使用現(xiàn)有的三維軟件，提升工程品質，探索交通土建行業(yè)信息化革命的技術和方法，才是業(yè)內人士應該做的。而不是把工作交給建模商或者軟件服務商，追逐軟件的功能，追逐不斷升級，增加所謂的先進概念，為了BIM而BIM。

使用模型最大限度發(fā)揮數(shù)字信息化優(yōu)勢

MBD方法的提出是為了解決現(xiàn)代系統(tǒng)工程（如航空、造船、汽車等）中的難題。隨著時間的推移，現(xiàn)代系統(tǒng)工程的研制和開發(fā)難度幾乎呈幾何級數(shù)增加。多學科和多門類的技術協(xié)同、交叉及融合，使得現(xiàn)代高科技系統(tǒng)工程的實現(xiàn)異常復雜，包括科學技術、軟件、分析、項目管理、加工制造、計算機輔助設計等多個環(huán)節(jié)，設計系統(tǒng)的復雜程度非常高，以至于無人能夠對系統(tǒng)有全面的了解。傳統(tǒng)的“設計、制造、試驗、再設計”設計流程，由于需要耗費大量資金和時間，已不再適用于復雜系統(tǒng)工程。同樣，傳統(tǒng)的基于文件的系統(tǒng)工程途徑，也難以適應新的發(fā)展需求。在產(chǎn)品發(fā)展的不同階段引入建模仿真手段，對于實現(xiàn)復雜系統(tǒng)十分重要。因此，為使各個組織對系統(tǒng)都能夠有全面的了解，產(chǎn)生了綜合系統(tǒng)模型概念。該模型全面反映了系統(tǒng)各個方面的信息，包括要求、性能、物理結構、功能結構、質量、成本、制造、可靠性等?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程方法（Model Based System Engineering,MBSE）是一種利用圖形化語言，生成和記錄與要求、設計、分析、驗證、確認有關詳細信息的方法。它為系統(tǒng)工程人員提供了一種以系統(tǒng)建模語言（Systems Modeling Language,SysML）作為建模規(guī)范的新手段。

未來的交通土建行業(yè)，特別是行業(yè)內的復雜項目，借鑒基于模型的系統(tǒng)工程方法成果，放棄圖紙、文件，使用模型進行全生命周期各項工作，讓三維模型和工程項目一起孕育、出生、長大、運營、退役，形成和實體工程一一對應的、有生命的伴生數(shù)字工程模型，才能最大限度發(fā)揮數(shù)字信息化優(yōu)勢，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。

工作模式雙軌制的問題

傳統(tǒng)建筑行業(yè)（AEC）單位里設立單獨的BIM團隊，或市場上的獨立BIM咨詢公司，是獨立于傳統(tǒng)工作流程之外的BIM工作流程，也就是所謂的工作模式雙軌制。雙軌制是時代切變、轉型升級的產(chǎn)物。雙軌制的結束稱為“并軌”，實際上不是兩條軌道合并，而是新的方式取代了舊有方式。在這種雙軌制下，BIM并未融入傳統(tǒng)設計流程，圖紙由傳統(tǒng)流程生成，與BIM無關。所以，BIM出圖就成為“偽業(yè)務”，就算是做到了、做得很好，也是枉然。何況由于各種因素，還不能做得很好。

設計成果提交

數(shù)字化建模技術的應用正迅速改變著傳統(tǒng)制造業(yè)的工作模式。建模技術的發(fā)展經(jīng)歷了從手工繪圖到二維CAD的應用，再到二維+三維設計模式，直至現(xiàn)在的全三維建模技術MBD。實現(xiàn)了從平面投影技術到全三維實體模型數(shù)字樣機，以及完整數(shù)字化產(chǎn)品定義的轉變。

現(xiàn)階段設計成果的提交，三維模型已經(jīng)基本能夠滿足主要專業(yè)設計技術要求表達的需要，施工單位也能夠基于三維設計模型提取信息進行現(xiàn)場施工、驗收。在此基礎上，二維圖紙如果仍然存在，必然造成所謂的雙源定義。也就是所謂的設計成果提交雙軌制，導致強制比較（基于圖紙檢查模型）、增加了工程錯誤和更改、構件設計準備時間長、存儲/復制產(chǎn)品定義困難、裝配協(xié)調性差、高成本。若取消二維圖紙，定義數(shù)據(jù)統(tǒng)一（單源），具備提高了工程質量、減少了構件設計準備時間、電子化的存儲和傳遞、協(xié)調性好、減少成本、易于向下兼容等諸多優(yōu)點。

因此，現(xiàn)在的設計階段的BIM應用，雖然具有所謂的能自動出圖的正向設計，但并不是我們真正需要的技術。它只會轉移矛盾，增加設計階段的工作量，造成工程上的混亂，也會削弱設計人員使用BIM技術的積極性。

組織模式

反思目前BIM應用的困境，不得不說組織管理模式存在一定的問題?，F(xiàn)在的交通土建行業(yè)，探索信息技術實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的組織形式是簡單粗暴的?；臼钦t頭文件主導，軟件商推波助瀾，產(chǎn)業(yè)相關部門和單位八仙過海各顯神通，進而導致盲目投入、低水平重復、淺嘗輒止、過度包裝、透支未來的結果。也必然造成現(xiàn)階段BIM技術推廣難度越來越大，困惑越來越多。

從德國工業(yè)4.0的組織模式看，其成立專門的機構進行深耕細挖，整個工業(yè)體系都圍繞工業(yè)4.0進行構建，形成自己的工業(yè)4.0的技術路線圖和標準架構。

德國成立的工業(yè)4.0平臺，是“工業(yè)數(shù)字化”數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的中心樞紐，來自150多個組織的350多名利益相關者參與平臺的工作。其核心是各個工作組，通過各領域專家的協(xié)同、中小企業(yè)的支持，以及組織開展國際合作，從而將各種專業(yè)知識匯聚在一起。

它采用了一種扁平的決策機制：從頂層的工業(yè)4.0平臺，到中間的標準化委員會（Standardization Council Industrie4.0，SCI4.0）和面向企業(yè)的實驗室網(wǎng)絡（Lab Networks Industrie4.0, LNI4.0）。這是一個從上到下、從下到上的三元治理結構。

在工業(yè)4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化，除了技術驅動的自下而上的方法外，還必須通過自上而下的驅動方式。后者來自業(yè)務場景和商業(yè)模式的驅動，從而衍生出很多技術應用實例。而這些實例，同樣是獲得新產(chǎn)品、解決方案和服務，以及標準化的基礎。

隨著數(shù)字技術的引入，眾多的第三方已經(jīng)蜂擁而至。這也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺最令人困惑的一點：每家供應商角色，都在模糊，而且都在交叉。

所以，效仿德國工業(yè)4.0的組織模式，在政府層面建立頂層的研究引領平臺，明確工作目標和標準，從項目試驗研究開始探索積累經(jīng)驗，形成多層次立體的良性的互動和推進，是必要的。

技術標準

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)BIM技術雖然沒有給我們帶來驚喜，但是相關信息化專業(yè)、建筑土建專業(yè)從業(yè)人員已經(jīng)初步搭建起一套相對完整的BIM技術標準體系。應該說這套標準體系已經(jīng)從信息化角度基本解決了BIM技術標準框架和模板。交通土建行業(yè)從自身工作目標和工作特點出發(fā)，進行必要的修改、補充、完善，形成自己行業(yè)的技術標準，未來升級為國家標準、國際標準也是可能的。

成功案例的摸索積累

目前為止，我們只知道BIM技術能給項目帶來提升，但交通土建行業(yè)還沒有一個BIM技術應用案例，能回答我們所有人的關切。在信息化技術已經(jīng)初步成型的現(xiàn)在，解答這個問題不是靠軟件商、軟件工程師，而是靠產(chǎn)業(yè)的所有從業(yè)人員，根據(jù)項目需求挖掘技術應用場景，探索自己產(chǎn)業(yè)的升級之路。

幾年來，業(yè)內對BIM技術的摸索，使大家對BIM技術有了一定的認識和了解，對BIM技術能帶來哪些升級、創(chuàng)造哪些價值有了認識。但是，從工程項目全生命周期技術、建設、運維、管理角度，如何更好地使用BIM技術，還需要依托不同的工程項目，進行全面的研究摸索，積累經(jīng)驗，進而思考未來產(chǎn)業(yè)如何重新布局，形成系統(tǒng)解決方案，實現(xiàn)行業(yè)的革命升級。

成功案例的積累是一個安靜而乏味的打磨過程，產(chǎn)業(yè)的進步是一步一步沉靜的積累。

基于以上工作目標，對BIM技術的研究和探索是一個艱苦漫長的過程，短期內可能實現(xiàn)個別應用點的成果，但不能實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)的革命創(chuàng)新。和其他技術創(chuàng)新一樣，也要經(jīng)歷以下階段。

研究探索階段（5-8年）

人員、技術、資金的凈投入階段。從方案立項階段到運維養(yǎng)護階段（方案研究1年+設計實施2年+運維2年），這個階段需要我們結合工程項目進行以下研究：

◆ 行業(yè)、地區(qū)、企業(yè)級“BIM”戰(zhàn)略規(guī)劃和實施細則的完善。

◆ 基于項目的全壽命周期BIM應用（一體化的整體技術路線、底層數(shù)據(jù)模型、多平臺的管理和協(xié)同、不同項目應用場景的探索總結、項目級標準的制定、各方責權利的整合劃分）。

◆ 基于項目（參建單位、參加階段）的協(xié)同和探索（技術、管理人員培養(yǎng)）。

◆ 工程數(shù)據(jù)模型的形成、完善、補充、提取。

◆ 適用軟件、協(xié)同平臺的選取、完善。

驗證完善階段（5-8年）

BIM技術的成長和見效階段。針對上一階段的成果，通過改進和更加系統(tǒng)化的工作，結合工程項目進行實際驗證，初步形成完善的整體和專項解決方案、技術管理標準、技術標準體系。

推廣普及階段（10年以后）

BIM技術真正進入收獲和成熟階段。對全產(chǎn)業(yè)鏈所有的參與方帶來價值，實現(xiàn)工程項目的最優(yōu)化，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，為國計民生帶來質的提升和飛躍。

目前階段，BIM技術的推進存在諸多方面的困難。首先是工作目標不明確、不統(tǒng)一。行業(yè)內多是各自為戰(zhàn)，沒有形成很好的合力。二是從業(yè)人員普遍存在思想保守、缺乏進取，沒有長遠考慮和目標，缺少參與意識，對任務的艱巨性思想準備不足，對國內技術發(fā)展的歷史性突破機遇認識不足。三是BIM軟件魚龍混雜，交通土建行業(yè)的技術和管理人員無法判斷，無所適從。

造成這些困難的根源之一是業(yè)內習慣于拿來主義，認為把和我們最為相近的建筑土建行業(yè)的解決方案照搬過來即可，這樣自己承擔的風險小。然而，建筑土建行業(yè)目前也還處于摸索階段，并沒有完整科學的解決方案可供學習。同時，又不愿意去學習制造業(yè)的經(jīng)驗，認為相差太遠，需要解決的問題太多，風險太大。二是對BIM技術的理解認識偏于膚淺，對BIM技術帶來的系統(tǒng)性認識不足，對推廣BIM技術需要解決的困難準備不足，習慣于用思維定式認識BIM。特別是BIM技術可能帶來的行業(yè)分工和管理問題，在現(xiàn)有行業(yè)組織模式框架下無從下手。三是尚未認識到行業(yè)面臨的機遇。過去幾十年，國內的交通土建從業(yè)人員都是習慣于學習國外的先進工程技術和管理方法?，F(xiàn)在，國外的軟件技術雖然先進，但是并沒有成功結合的方案。相反，經(jīng)過改革開放40年的發(fā)展建設，經(jīng)過幾代交通人的努力工作，我國已經(jīng)成為交通大國。未來，伴隨著信息化技術的發(fā)展進步，以及大量的工程實踐，交通土建行業(yè)的革命創(chuàng)新最有可能首先在中國實現(xiàn)。

綜上，交通土建行業(yè)信息化升級需要BIM技術，需要從業(yè)人員打破思維定式，思考未來的數(shù)字工程組織模式架構（商業(yè)架構）。推動數(shù)字商業(yè)架構轉變的基石，是智能產(chǎn)品、平臺、生態(tài)系統(tǒng)和數(shù)字雙胞胎。而所有這些背后是通過底層技術來實現(xiàn)更強大的連通性、更快的速度和更小的尺寸，也就是基于價值的挖掘和創(chuàng)造。我們未來的工作，要從以“工程和建造”為中心，擴展到“基于數(shù)據(jù)服務的運行機制”，即“智能工程+智能服務管理+新體驗”。智能服務就是基于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的新價值，是新型工業(yè)化時代的管理思想和方法。只有這樣，我們的交通行業(yè)才能跟上“中國制造2025”落地的腳步，全面提升智能制造創(chuàng)新能力，實現(xiàn)“制造大國”向“制造強國”轉變。