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警惕从BIM模型误区滑入CIM模型灰犀牛

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发表于 2019-3-18 20:44:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
黄 强
2019年3月16日

在BIM难以落地、悬而未决时,软件商又不失时机地提出了基于BIM的城市信息模型(CIM)概念,且有CIM取代或包含BIM的发展势头,这不得不引起业界重视。数字化的世界是盲人摸象的世界,我们需要厘清五彩缤纷的三维可视化模型、BIM模型、CIM模型的本质及其对我国建筑业信息化发展的影响。


一、文件格式与可视化模型

文件格式(或文件类型)是指电脑为了存储信息而使用的对信息的特殊编码方式,是用于识别内部储存的资料。比如有的储存图片,有的储存程序,有的储存文字信息。每一类信息,都可以一种或多种文件格式保存在电脑存储中。每一种文件格式通常会有一种或多种扩展名可以用来识别,但也可能没有扩展名。扩展名是可以帮助应用程序识别的文件格式。

数字化的数据通常是二进制的以便于计算机的处理。严格来说,任何把模拟源转换为任何类型的数字格式的过程都可以叫做数字化。

对于硬盘机或任何电脑存储来说,有效的信息只有0和1两种。所以电脑必须设计有相应的方式进行信息-位元的转换。对于不同的信息有不同的存储格式。

从程序的角度来看,文件是数据流,文件系统为每一种文件格式规定了访问的方法。例如:元数据。不同的操作系统都习惯性的采用各自的方式解决这个问题,每种方式都有各自的优缺点。

即使是某个有形的三维形体,在软件中也是以数据的形式表达。当我们把电脑(硬件)关闭,软件会把所有的三维模型叠放到相应空间里面去,即将数据保存到某个数据库中。

不同软件以不同的专有文件格式存储数据,可视化模型是数据的展示。

不同软件间联通的对象只能是数据。


二、BIM模型及其误区

在工程项目中, 需要多个软件协同完成任务,而不同软件以不同的专有文件格式存储数据,协同工作的解决方案是每个软件都用中性文件格式数据进行交换,基本原理如图1所示。我们所熟知的IFC就是一个公开的、基于对象的信息交换标准格式,IFC数据模型是一个不受某一个或某一组软件供应商专有文件格式控制的中性和公开标准,是由buildingSMART国际组织开发用来帮助工程建设行业数据互用的基于数据模型面向对象的文件格式。

微信图片_20190318204833.jpg

图1 不同系统软件间的信息交换解决方案

2012年一篇关于《探索 National BIM Standard 》文章描述NBIMS和IFC关系文章指出:虽然IFC文件格式用于BIM软件之间的数据交互,但这并不排除有一个标准的方式来定义建筑要素和指定其表现形式。简而言之,这就是IFC标准和NBIMS之间的区别。IFC是很多年前开始的,而NBIMS是最近才有的,这也就是为什么IFC比此时NBIMS更加成熟、更加著名的原因。另一点不同的是,IFC的开发早于BIM,而NBIMS则是专门围绕着BIM开发。当然,IFC在之后也进行了修改,用于获取BIM数据(而不是CAD数据)。而现在,这两个标准则都是BIM的代名词。因此,IFC代表“螺母和螺栓”似的AEC(即建筑师、工程师、承包商)软件之间的协同数据交互,而NBIMS更关心的是在建筑全生命期内由业主、设计师、工程师、原型商、评估商、承包商、分包商、制造商、标准官员、运营商、改造商、拆迁商等在获取、组织、分配和挖掘建筑信息过程中所涉及的许多过程和业务。IFC在由NBIMS执行的数据表达的实际规定上起着重要作用,所以在某种意义上,它是NBIMS的一个重要的子集。

IFC的起因是不同系统软件之间的信息交互问题,软件间的数据交换不仅仅是上述概念(整体)模型数据库的交换,而是根据对方需求内容的数据库外模式进行交换,美国BIM标准制定的IDM/MVD就是基于IFC+IFD模型的对方软件需求IDM内容进行交换。但由于IFC本身存在的问题以及美国BIM标准的IDM难以落地,使得软件公司有机会以强大商业宣传活动及三维模型的可视性特点,成功地将IFC+IFD中性文件格式数据BIM模型置换为Autodesk、Bentley、Tekla、Graphisoft、达索等软件公司专有文件格式数据的BIM模型,目前我国的大部分BIM应用已经进入将Autodesk、Bentley等的专有文件格式数据库模型当作BIM模型误区(图2),如某市《政府公共工程房建类项目BIM实施指引》(征求意见稿)中明确要求的建模、模拟分析软件和数据交付格式表1所示。

微信图片_20190318204839.jpg

图2  软件公司成功置换BIM模型概念

表1 BIM实施软件配置表
序号
应用类型
软件名称
交付格式


1


模型创建
AutodeskRevit
*.rvt
Rhino
*.3DM
Catia
*.CATProduct
Tekla
*.DB1
Bentley STAADPro
*.std


2


模拟分析
Navisworks
*.nwd
Lumion3D
*.dae    .spr   .sva
3D Studio Max
*.3dxml
Fuzor
*.exe/che

3


协同管理


信息化协调管理平台


注:软件版本由建设单位根据项目需求确定。

BIM模型是中性文件格式(如IFC)数据库而不是软件公司专有公司数据库(如RVT),BIM模型交换重点在于工程建设项目过程和业务软件需求的信息交换(MVD)而不是整个模型交换。


三、CIM

CIM,有人认为CIM技术是让一座城市拥有了自己的“智能中枢”,输入现状数据、规划数据和空间模型,输出的是城市建模、城市计算和城市预测,它可以形成智慧城市建设的数字底板,构建出完整和足够细度的城市空间数据库,一座通过CIM搭建的城市可以在电脑中一下“站起来”,这种观点认为BIM中的Model是CIM组成细胞,不涉及细胞的生长过程;也有人认为CIM是围绕城市建筑和市政基础设施全生命周期,以“数字孪生”城市为载体,为城市建设、园区开发等提供规划、建设和管理全过程一体化解决方案和运营服务。打通城市规划、建设、管理的数据壁垒,高效建设和优质运营的智慧城市。这种观点比前者更进一步,即BIM技术(Model、Modeling、Management)完全包含于CIM技术中。

以上两种CIM技术观点的共同点是将下图真实的城市建筑和市政基础设施(图3左)用计算机搭建一个虚拟的“数字孪生城市”(图3右)。

微信图片_20190318204844.jpg
图3 城市实体及数字孪生城市(示意图)

“数字孪生城市”实际上是一个巨大的数据库,是由已建项目和在建项目数据库组成,其目的是利用这个巨大包罗万象的数据库达到我们想要的如图4所示的各种应用,需要大量资金投入。

微信图片_20190318204848.jpg
图4  CIM及其应用

由图4可见,BIM模型是CIM的细胞,BIM模型的细胞基因决定了CIM性格。当没有CIM时,细胞的好坏只影响细胞本身,这时BIM究竟是什么并不重要;而谈及CIM,则不可不重视BIM模型细胞的基因,如果BIM模型走入误区,则CIM前景堪忧。


四、CIM模型灰犀牛

由BIM模型误区产生的CIM模型灰犀牛如图5所示:

微信图片_20190318204853.jpg
图5  CIM模型灰犀牛

住建部(原建设部)从2001年开始研究推广《城市规划、建设、管理与服务的数字化工程》至今近20个年头,我国工程建设行业在项目过程中应用数字化技术取得了巨大成就。

近年来许多领导深刻认识数字化的重要性,但对数据资产管理的认识还停留在传统的设施资产管理阶段,认为只要把数据存储起来今后总有用武之地。殊不知数据资产的文件格式属性决定了其管理与利用特性,创建和利用CIM需要投资者(业主)大量投入,而BIM模型误区必然导致业主投资的CIM模型——囊中之“锥”属于软件公司,而“锥”处(业主)囊中(图6)。

微信图片_20190318204857.jpg
图6  CIM之锥与囊

习近平总书记曾多次发表重要讲话,阐述了科技与强国关系,2018年曾深刻指出:具有自主知识产权的核心技术,是企业的“命门”所在。企业必须在核心技术上不断实现突破,掌握更多具有自主知识产权的关键技术,掌控产业发展主导权。而表1所示BIM模型误区将导致我国设计施工应用软件不仅将全面基于国外、尤其是美国公司的“BIM软件”,而且设计施工企业还需要针对不同业主(建设单位)要求而花数百万购买及持续花费维护不同的国外BIM软件不同版本;住建部推广中国建设工程数字化的20年努力成果将依附于国外BIM软件,皮之不存毛将焉附,如若“BIM软件”发生类似中兴事件,中国建筑业数字化和信息化发展情何以堪?

BIM模型误区的影响仅在于单个项目本身,而CIM模型涉及整个建筑业,无论是政府部门还是房地产企业,不仅投入巨大,而且影响到我国建筑业信息安全问题。

BIM模型误区塑造的CIM模型灰犀牛已经站在那里了,我们如何思考?

习近平总书记指出:善于获取数据、分析数据、运用数据,是领导干部做好工作的基本功。各级领导干部要加强学习,懂得大数据,用好大数据,增强利用数据推进各项工作的本领,不断提高对大数据发展规律的把握能力,使大数据在各项工作中发挥更大作用。福州、青岛、雄安、北京等城市的部分地区已经建立了CIM模型,还有不少地区正准备投入建设CIM模型,希望各地区创建的CIM模型能成为工程建设领导干部的囊中之锥。

美国历来强调开放式平台与工具模块化。建筑业信息化是分布式系统的中性文件格式集成,没有任何一家软件公司可以单独实现。我们不反对应用国外好的软件工具,如三维图形引擎技术等,但绝不能把我国的建筑业信息化及企业信息化发展的“命门”交给国内外任何一家软件公司。封闭式集成的“CIM模型”不能也无法实现建筑业信息化。

建筑业正迈向动力变革的新阶段。新一代信息通信技术尤其是大数据技术的发展,驱动建筑业迈向转型升级的新阶段——数据驱动的新阶段,这可以从三方面来理解。首先,资源优化是目标。新一代信息通信技术与建筑业融合主要动力和核心目标就是不断优化建造资源的配置效率,就是要实现更好的质量、更低的成本、更快的交付、更多的满意度,就是要提高建筑业全要素生产率。其次,数据流动是关键。新一代信息通信技术是如何优化制造资源配置效率?信息流是如何带动技术流、资金流、人才流、物资流?关键是数据流动,即能够把正确的数据、在正确的时间、以正确的方式、传递给正确的人和机器,把数据转化为信息,信息转化为知识,知识转化为决策,以应对和解决建造过程的复杂性和不确定性等问题,提高建造资源的配置效率。第三,建筑业软件是核心。数据如何转化为信息,信息如何转化为知识,知识如何转化为决策,其背后都有赖于软件,软件本质上是人类隐性知识显性化的载体,是一套数据自动流动的规则体系,实现数据—信息—知识—决策自动化过程,不断优化资源的配置效率,全面提升全要素生产率,激发经济创新活力、发展潜力和转型动力,培育基于数据驱动的新动能。

该是理清三维模型、BIM模型、CIM模型基本概念,认真研究中国建筑业信息化顶层设计的时候了。


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