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第 1 章 BIM 與建筑大數據（1.1 BIM 及其含義）

影響自然環境的直接和間接主要影響源之一[1]。一方面，受近 30 年來20%的行業增速麻痹，整個建筑行業管理粗放，管理創新能力弱，企業與行業的轉型升級步履艱難；另一方面，世界各國對環境問題日益重視并陸續頒布了更嚴格的環境法規。這使得建筑行業轉型升級以提升其能源和資源使用率的需求迫在眉睫[2]。建筑行業是數據量和業務規模最大的大數據行業之一。建筑大數據驅動的管理和決策是建筑行業與企業轉型升級的關鍵；然而，建筑全生命周期數據源的孤立性和數據碎片化為建筑大數據的合理、可持續利用及領域導向的建筑大數據價值發現帶來了極大挑戰[3]。 

BIM（building information model/modelling，建筑信息模型）是建筑設施物理與功能特征的數字化表達，其為建筑全生命周期的各種決策提供可靠的共享信息資源。BIM 內包含了多維的 CAD（computer-aided design，計算機輔助設計）數據以支持建筑全生命周期多參與方的決策與協同。《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》（國辦發〔2017〕19 號）提出“加快推進建筑信息模型（BIM）技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建設項目全生命周期數據共享和信息化管理，為項目方案優化和科學決策提供依據，促進建筑業提質增效。”近幾年，發改委、住建部、交通部、水利部、國家電網、鐵路總公司和各省市都相續推出了 BIM 實施指南、標準和指導建議等。當前，BIM已成為了計算機、建筑、土木和管理等學科交叉領域產業界和學術界的研究熱點。

1974 年，Chuck Eastman 所提出的“building description system”[4]，它主要指在考慮建筑屬性基礎上，利用信息技術對圖形進行編輯和元素組成的處理。該系統也通常被認為是 BIM 的原型。2003 年，Autodesk 發布《BIM 白皮書》，標志著 BIM 在建設設計的全面產業化。

盡管 BIM 技術越來越成熟，其應用也從最初的建筑設計逐步輻射到了建筑全過程，包括：勘察規劃、建筑設計、施工管理和運維管理等。BIM 的應用領域也 從最初的民用建筑擴展到了現在的工業建筑、高速鐵路、高速公路、水利水電、國家電網等，其應用范圍也從傳統基建擴展到了新基建領域。然而，國內建筑信息模型（BIM）與建筑大數據 外學術界和產業界還沒有形成對 BIM 的統一定義。 

英國 BIM 標準定義 BIM 為：“Data beyond graphics. The creation and use of coordinated, internally consistent, computable information about a building project indesign and construction。”[5]該定義認為 BIM 不僅僅只是包含圖形數據，更重要 的是囊括了設計和施工過程中創建和使用的一致且可計算的工程建設項目數據。

美國國家 BIM 標準委員會對 BIM 的定義是：“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 duringits life-cycle; defined as existing from earliest conception to demolition”[6]。該定義從兩個層面定義 BIM：狹義定義和廣義定義。首先，BIM 是設施功能和物理特性的數字化表達。從該層面上看，BIM 是一種數字化表達，其表現形式是計算機數據。因此，該層面所定義的內容和范圍跟英國 BIM 標準的定義相似。通常，第一個層面的 BIM 定義可視之為 BIM 的狹義定義。其次，BIM 面向全生命周期科學決策提供基礎設施可靠共享知識資源。該定義也被認為是 BIM 的廣義定義。因為該定義中的共享知識資源指的內容就是設施的數字化表達，也即 BIM 的狹義定義。BIM 的廣義定義是對 BIM 狹義定義的延伸。

由于美國國家 BIM 標準委員會對 BIM 的定義更具代表性，本部分將結合其定義深度論述 BIM 定義的幾個關鍵詞，以明確 BIM 同 CAD、數據和建筑等的內在區別與聯系。

1）設施（facility） 

縱觀 BIM 定義，并沒有任何詞匯涉及建筑。然而，BIM 卻定義為建筑信息模型，其根本原因在于對 Facility 的定義。一方面，建筑是設施的組合。任何一個建筑都是由許許多多的墻、門、窗等設施構成。定義了設施，也就定義了建筑。另一方面，設施的定義更廣，適用于更多領域。各個領域都包含設施，這也使得BIM 的定義可以推廣到更多領域。例如，當詳細定義國家電網所涉及的所有設施時，BIM 就推廣到了國家電網領域，形成電網信息模型（grid information modelling/model）。又如，對道路基礎設施進行詳細定義后，BIM 就可以推廣到交通道路領域，形成道路信息模型（road information modelling/model）。正是由于 BIM 未將其定義局限于建筑，這使得 BIM 具有更廣闊的應用范圍。這也是當前交通部、水利部、國家電網和鐵路總公司等都在大力推動 BIM 的原因。當前 BIM 之所以稱之為“建筑信息模型”，主要原因在于 BIM 標準主要圍繞建筑領域的設施進行定義。 

2）數字化表達（digital representation） 

數據是數字化表達的成果形式，數據的表現形式為計算機文件。近年來，隨著信息技術的發展，傳統的 CAD 也從 2D 升級到了 3D，形成 3D CAD 設計。因此，一個潛在的問題是：傳統的 CAD 也是 3D 設計，其跟 BIM 有什么本質區別？通常，傳統的 CAD 被視作概念設計，每一張 CAD 圖紙都是由一堆設計人員可以讀懂的點、線和面構成。從計算機思維的角度看，計算機只能理解這些點、線和面為計算機圖形學的點、線和面，并不能真正讀懂它們的真實含義。因此，傳統的 CAD 僅僅只是電子化或者信息化。而 BIM 的數字化表達不僅從形狀上將設施定義為點、線和面的組合。更重要的是，BIM 的數字化還包含對每個設施的語義定義，使得計算機可以認知一組點、線和面所表達的真實設施是什么。同時，BIM的數字化還包含建筑全過程對設施功能和物理特性的增量表達。 

3）功能和物理性質（physical and functional characteristics） 

物理性質是指真實世界客觀存在的性質，如設施的形狀、體積、表面積、長、寬、高和顏色等。功能性質是指人為賦予的一些性質。例如，人為賦予一個區域為停車位等。除了語義定義外，BIM 所詳細定義的功能和物理性質，為建設項目全過程的方案優化、智慧仿真和科學決策建立數據基礎。 

4）共享知識資源（shared knowledge resource） 

共享知識資源可以從“共享”、“知識”和“資源”三個角度分別解釋。從共享的角度上看，BIM 要實現共享，就需要有標準。BIM 的標準涉及設計標準、交付標準、存儲標準等，以滿足建設項目全過程不同階段不同業務的使用需求。從知識的角度上看，知識是本體，也是黑格爾所說的“存在”，對應計算機程序里“對象”的概念。因此，知識首先需要有語義支撐，語義是 BIM 區別于傳統CAD 的首要知識。從資源的角度上看，其共享的內容就是設施的功能和物理性質，對應 BIM 的狹義定義。 

5）可靠基礎（reliable basis） 

建筑全過程涉及的數據各式各樣，其數據的精度、真假度也各不相同。BIM旨在提供可靠的建設項目全過程數據，其可靠性可從三個方面進行評價：一致性、完整性和關聯性。一致性是指不同階段不同參與方對相同設施相同屬性的描述應該一致，從而通過相互校驗解決數據虛假等問題。完整性是指 BIM 對設施的描述應該是完整的，不應該存在“數據孤島”和“數據斷層”等問題。關聯性是指 BIM還應準確、完整的描述數據之間的關聯關系，如空間的相互鄰接關系、管道之間的鏈接關系、空間和設施的包含關系等。 

6）決策（decision） 

決策是 BIM 的最終目標和核心價值。只有實現了建設工程項目全過程的科學決策，BIM 的價值才能充分體現。而科學決策又取決于可靠的共享知識資源。因此，BIM 的狹義定義是積累可靠共享知識資源的過程，需要人、財和物等資源的持續投入。只有實現了科學決策，提升了全過程的工作效率，節約了實際成本，BIM 才真正實現其價值，促進建筑業的提質增效和可持續健康發展，服務建筑產業現代化。