BIM信息交换流程标准制定方法研究

靳 金 安景合 黄锰钢

(广联达软件股份有限公司，北京 100193)

近年来，虽然BIM技术在国内的应用越来越普及，但由于没有统一应用和实施标准，BIM技术产生的价值相对较低。目前由中国建筑科学研究院主持的中国BIM标准制定工作正在进行中，而作者所在的单位承接了标准制定中的一部分内容，这篇文章中将会介绍作者在BIM流程标准制定过程中的方法研究和探索。

作为BIM技术的发源地，美国在BIM技术的研究和应用上一直处于世界领先地位，在今年发布的美国国家 BIM 标准“NBIMS-US v2”［1］中，包含了BIM的参考标准、信息交换标准和最佳实践标准。目前为止，包括加拿大在内的多个国家已在研究和借鉴NBIMS-US标准的基础上，制定了本国BIM标准［2］。而本文中将要介绍的BIM流程标准制定方法也是借鉴了NBIMS-US V2中标准制定的部分方法和内容。

1 支撑BIM信息互用的三类标准

支撑完整的BIM信息互用，需要三类标准的支撑，即存储标准、流程标准和分类标准，如图1所示。

其中，存储标准的出现是由于一个建设项目生命周期内的参与方和需要使用的软件产品数量从数十、数百到甚至更多，要支持这么多参与方、这么多应用软件在项目整个生命周期内的信息交换，使用专用数据格式肯定无法满足需求，必须依靠标准数据格式。目前，BIM还处于其发展初期阶段，还未形成一个行业公认的实施标准格式(类似二维CAD时代的dwg格式)，但却出现了一个中立的、公开的标准数据格式——IFC标准(Industry Foundation Classes，工业基础类)。

图1 支撑BIM信息互用的三类标准

IFC标准是由buildingSMART International开发并维护，被注册为ISO16739的国际标准［3］，是目前最受建筑行业广泛认可的国际性公共产品数据模型格式标准。各大建筑软件商均宣布了旗下产品对IFC格式文件的支持，许多国家也已开始致力于基于IFC标准的BIM实施规范的制订工作，而分类标准是为了实现BIM环境下的高效信息互用离不开的一个完整的、标准化的建筑业信息分类和编码体系。统一的建筑信息分类和编码体系可以使来自不同国家、地区和团体的建筑相关单位之间的信息交流和互用成为可能。

随着行业的发展，各国已经建立起各种建筑信息分类和编码方法，分别满足工程计价、建筑规范、项目管理、进度控制等需要，如美国的Masterformat，UNIFORMAT，欧洲的Ci/SfB，CAWS，CESMM，EPIC等等。由于文化背景和法律环境的差异，各个国家的分类体系不尽相同。它们的分类方法、分类结构乃至应用范围都存在很大不同，甚至在一个国家内部也可能存在几种不同的分类。这些给充分发挥BIM的信息互用优势及在建筑领域应用其他IT技术造成了巨大的障碍，也不利于建筑业的国际化。

流程标准定义了建设项目生命周期某一阶段某一专业需要从整体BIM中获取和提交信息的规则，以及阶段和阶段之间、专业和专业之间的信息交换需求。流程标准明确了具体业务场景下交换什么信息的问题。

目前，国际上一般采用IDM(Information Delivery Manual，信息交付手册)方法进行流程标准的定义。IDM是buildingSMART协会对于描述流程的ISO标准方法(ISO 29481-1)，是对项目建设以及运维过程中某些特定信息类型需求的标准定义的方法［4］。它如同一个交换契约一样，规定着各个项目参与方所需提供BIM数据的内容和时间。

而IDM方法同样是“NBIMS-USv2”中对于流程标准制定所采用的方法。作者参考其方法对我国的BIM流程标准制定进行了学习和研究。

2 IDM方法介绍

IDM的技术架构如图2所示［4］:

其中流程图(Process Map)描述了某个特定主题边界下的活动流程，其目的是理解构成流程图的活动配置，参与的角色，需要的、使用的以及产生的信息，以帮助使用者清楚地理解为达到某个特定的目标应该怎样去开展相关工作。

交换需求(Exchange Requirements)是一个特定的子集，通过过程中的信息交换来支持某个特定项目阶段下特定的业务需求。

业务规则(Business Rules)中提供了一些针对其中某个过程的限制条件。

而验证测试(Verification Tests)则用来验证每项交换需求是否正确以及得到满足。

如果完整的实现IDM中定义的信息需求内容还需要有MVD(Model View Definition，模型视图定义)，MVD是信息模型中可以被某种软件支持的信息子集，是通过功能组件(Functional Parts)而给软件开发人员将业务人员的语言转化为计算机语言的实现手段［4］。

实现IDM/MVD方法的一般步骤［5］包括:

1．List-up:定义需要开发哪些东西，然后信息目录化。

2．PM(Process Map):使用业务流程建模符号BPMN(Business Process Modeling Notation)定义开发对象，定义并判断项目过程中各阶段，各领域需要交换的信息。

3．ER(Exchange Requirement):基于 PM 中定义的过程，由使用者定义需求事项。

4．MVD:这个阶段是为了让ER可以在BIM软件中得到具体应用和体现，而定义基于IFC的需求事项的阶段。

5．SI(Software Implementation):这是开发者利用上阶段的MVD开发实际软件的阶段。

本文主要针对信息交换流程IDM的标准制定方法进行介绍的，因此重点在上面五个步骤的前三项，而跟MVD相关的后两部分不做过多描述。

综上，我们在制定IDM流程标准时，首先分析定义并目录化了该业务流程的内容，接着采用BPMN建立流程图，然后结合各方需求一起定义交换需求。需要注意的是我们建议采用BPMN进行流程图绘制，因为它具有诸如可以直接转换为业务流程执行语言(BPEL:Business Process Execution Language)，可以基于XML方法进行流程控制等的一些优点，但是其它方法，比如IDEF0，也可以用来绘制流程图。而信息交换需求必须是在项目各相关方共同参与下来制定的，因为涉及到各方今后需要做的具体工作内容，如录入的信息工作量等。

本文将重点对图中红色标注的应用，也就是设计模型到工程量计算(本文中只针对土建工程量的计算，以下简称“算量”)为案例对信息交换流程进行介绍。

3 设计到工程量计算的IDM流程标准

工程量是以自然计量单位或物理计量单位表示的各分项工程或结构构件的工程数量。而正确的工程量计算结果是工程计价的主要依据。当前，将设计阶段的BIM模型直接用于算量和造价已成为业界关注的热点，但由于没有统一的标准来进行数据传递和规范各方录入的信息数据，以及各家软件厂商对模型和数据支持程度的不统一，导致了业界还鲜有这方面成功的案例。

本文中谈及的设计到算量的IDM流程标准制定的目的，主要是规范设计方和工程量计算方的信息录入内容，规定信息录入范围，从而保证设计阶段的BIM模型能够直接正确地进行算量和计价，提高工作效率。对于设计和算量的工作内容现况，我们进行了大量的调研，而标准内容尤其是信息交换需求的依据主要来源于我们的相关调研。

设计阶段主要分为方案设计阶段，扩初设计阶段以及施工图设计阶段，我国一般是在施工图基础上进行招投标阶段的工作，所以要想用设计阶段的BIM模型直接应用于招投标算量的话必须达到施工图规定的细度。本文中的BIM设计模型就是指能达到招投标应用细度的BIM模型，我们这里称为详细模型。

定义该IDM流程标准时，考虑到该业务流程图会有很多类型，如从业主视角出发，以造价控制为目的，过程中需要招投标制价和工程量清单的;以投标方视角出发，为中标为目的，过程中需要编制投标报价等。这里我们主要介绍的是以业主方为视角的流程图。

在绘制流程图时我们首先整理了过程中需要涉及的信息内容和参与方情况，经过定义并判断项目过程中各阶段、各领域需要交换的信息后，使用“MS Visio Premium 2010”绘制了设计到算量的BPMN流程图(图4)。

该BPMN流程图主要定义了经过项目概念设计分析后，从详细设计阶段的BIM模型到用于招投标阶段的算量模型的过程以及各领域信息交换的内容，每个步骤都配有对应的说明，图4中各步骤的说明为:

图4 设计到算量的BPMN流程图

·完成方案设计BIM模型

类型任务说明 设计者在设计任务书以及场地信息基础上建立方案设计阶段的BIM模型，或称为体量模型，该模型将作为接下来进行详细模型搭建的基础。

·创建详细模型［1．1］

类型任务说明在方案设计BIM模型的基础上，进行详细设计BIM模型的建立，该模型需要包含:·场地及建筑方位信息·建筑标高信息·建筑楼层信息·毗邻建筑的三维几何体信息·建筑的三维几何模型包括墙(内、外)，幕墙，房顶，地板、楼板，天花板，窗、天窗，门以及遮阳装置信息此外，下文中“ER_设计到算量”信息交换需求表中提到的有关设计方应提供的信息应该得到满足。此任务中还包括模型创建过程的子任务。

·输出BIM模型［1．2］

类型任务说明 输出前一阶段完成的BIM模型。此时，所有“ER_设计到算量”中的信息交换需求得到满足。

·算量＆计价［1．3］

类型任务说明 在专业工程量计算软件(如广联达、鲁班软件)中进行工程量计算，并结合工程量清单和定额、取费文件、材价等数据进行计价工作。

·自检算量＆计价结果［1．4］

类型任务说明此时，所有“ER_设计到算量”中规定的交换需求应该得到满足。结果可以直接由相关人员或者模型检查软件来进行审查。当结果满足造价控制目标时，设计者可以继续进行任务1．5，当不满足造价控制目标时，需要返回任务1．1进行相关建筑几何体的修改。此外，如果设计满足造价控制目标但是不满足其它一些建筑性能需求，比如能耗目标时，或者其它专业模型和该模型共同进行管线综合出现问题时，同样需要返回任务1．1进行修改。

·准备提交等待检查［1．5］

类型任务说明 当设计者对设计结果感到满意时，此时准备提交给业主进行审查提交的内容包括BIM几何模型和“ER_设计到算量”中规定的交换需求内容。

·验证BIM是否可以做算量［1．6］

类型任务说明 当业主验收模型后需要基本验证提交的资料是否符合“ER_设计到算量”中规定的交换需求内容。

·算量＆计价［1．7］

类型任务说明 业主可能使用自己的技术人员或者雇佣外部咨询公司，基于设计者提交的BIM模型和交换需求内容进行重新算量和计价。

·算量＆计价分析结果［1．8］

类型任务说明 将自己的算量和计价结果跟设计者提交的结果进行分析和评估。

·准备分析报告［1．9］

类型任务说明 将结果分析后得出分析报告。

·评估量和价的分解［1．10］

类型任务说明 业主进行量和价的分解分析具体的设计问题。

·准备设计的反馈［1．11］

类型任务说明 业主将量和价的分析结果以及对设计方的建议打包发回给设计者，设计者需要根据业主的要求进行修改或相关调整。

表1 “ER_设计到算量”信息交换需求表中关于“墙”和“梁”的内容

需要说明的是计价编制阶段还会有反复或循环过程，主要是由于材价信息方面引起的，造成业主的成本目标不符合规定，但此处主要描述设计到算量的流程，对于计价阶段引起的反复过程BPMN图中没有涉及。

流程图绘制完成后，根据调研结果，针对算量需要的信息，我们总结了上图中绿色部分信息交换需求“ER_设计到算量”，表1中是该需求内容中关于构件“墙”和“梁”的内容。

这张“ER_设计到算量”信息需求交换表中规定了设计阶段BIM模型到招投标阶段的算量应用中的“信息类型”，“信息需求”，“数据类型”，“数据单位”以及“数据由哪方提供”等内容，从而可以作为设计方和算量方进行协同工作的标准，来实现BIM设计到算量的良好结合。

此外除了信息录入和传递标准外，目前设计方建立BIM模型时还需要遵循一定的画法标准，此部分在IDM中无法表示，本文中也不再过多涉及。

4 总结与展望

本文中将IDM方法同国内设计到算量的流程做了具体的结合，通过和设计院等相关单位的沟通，我们一致认为这套流程标准制定方法是行之有效的。下一步我们准备和设计院合作，以具体工程项目为案例应用这套流程标准，使其真正能够指导设计院以及业主和算量咨询单位的工作，解决当前BIM技术下信息传递无序、无规则现况，实现BIM设计到工程量计算的有序结合。

目前关于IDM的研究还有很多有待深入的地方，如通过IDM方法定义的标准内容还可以进一步和MVD结合起来为软件开发者提供具体的解决方案，从而更好的满足项目参与方要求。此外，本文中的信息需求交换只是针对土建和结构专业的部分，安装等专业的构件信息需求交换还未涉及。并且信息交换需求只是基于北京市定额规范中的相关规定进行的描述(如墙材质的砼类型等)，今后针对各地不同地域下的规范需求还需要继续完善。

当然流程标准只是支撑BIM实现标准的一部分，文章案例中提到的设计到算量的过程中，要想实现真正的数据交换，我们还需要存储标准，如IFC或者广联达Revit插件GFC等，来实现具体的三维几何和算量信息等数据搭载以实现交换;需要分类标准如美国的 Masterformat，UNIFORMAT来规范各参与方具体信息录入内容，以实现信息数据的统一。

［1］National BIM Standard-United States，www．nationalbimstandard．org

［2］加、美两国buildingSMART签订五年合作备忘录，http://www．chinabim．com/en/news/2012-12-05/4677．html

［3］buildingSMART，http://www．buildingsmart-tech．org/

［4］buildingSMART ，Information Delivery Manual Guide to Components and Development Methods V1．2

［5］靳金，超高层复杂建筑物的IDM/MVD开发方法论介绍，http://www．chinabim．com/standard/bims/2011-06-28/2345_2．html