BIM視界 | 破局BIM引領交通土建行業產業升級

近年來，隨著我國交通基礎設施行業的飛速發展，特別是新城建設、地鐵、橋梁、地下空間開發等項目，面臨越來越復雜的設計深化、專業協同、運維管理工作，交通土建行業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？遠期的數字化、信息化愿景如何實現？在BIM技術落地的過程中，業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土木工程行業滲透，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。而交通土建行業也面臨著集成化、精細化、可視化、信息化，以及提高效率、節約資金、降低工程風險等方面的需求，需要借助信息技術實現項目價值的提升。由于之前CAD普及帶來的便利，使業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，現代社會行業分工越來越細，土木工程行業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一的軟件平臺實現，也就造成現在軟件眾多無所適從的局面。另一方面，我們的行業是半理論半經驗主導的，從業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。隨著技術的發展，大家很快把BIM定義為一個“模擬建造與運營過程的數字技術”。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的技術，可以得到行業迅速認可，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技術的發展，涉及整個行業所有層次的人與專業，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，現在的BIM技術還處在童年期，未來還要經歷長期、曲折的研究發展歷程，然后才能把信息化的優勢和價值體現出來。

開創本行業“BIM”之路   勿囿于定義

顯然，利用信息化技術，實現交通行業變革、實現智慧化產業升級，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軟件中的一部分。工業軟件在產品設計、成套裝備設計、廠房設計、工業系統設計中起著非常重要的作用，可以大大提高設計效率、節約成本、實現管理可視化。工業軟件除具有軟件的性質外，還具有鮮明的行業特色。隨著自動化產業的不斷發展，通過不斷積累行業知識，將行業應用知識作為發展自動化產業的關鍵要素，逐漸成為企業調整經濟結構、轉變經濟增長方式的主要因素。

我們應該清醒地認識到，在工業行業普遍還在探索智慧制造產業升級的背景下，作為傳統且相對落后，甚至還處在第一次、第二次工業革命進程水平上的交通土建行業，率先獨自完成智慧制造產業升級革命是不現實的。于是，我們行業的產業升級該如何實現？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，當時是受制造業啟發，借鑒制造業成果。如今，再讓我們看看制造業，特別是先進制造業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、過程模擬和產品標準規范等。它用一個集成的三維實體模型可完整地表達產品定義信息。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品結構信息）共同定義到產品的三維數字化模型中，從而取消二維工程圖，保證設計數據的唯一性。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，而且定義了三維產品制造信息和非幾何的管理信息（產品結構、PMI、BOM等)。使用人員僅需一個數模即可獲取全部信息，減少了對其他信息系統的過度依賴，使設計、制造廠之間的信息交換可不完全依賴信息系統的集成，而保持有效連接。它通過一系列規范的方法，能夠更好地表達設計思想和更強的表現力，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、過程模擬和產品標準規范等，將抽象、分散的知識更加形象和集中，使得設計、制造的過程演變為知識積累和技術創新的過程，成為企業知識的最佳載體，提升了企業核心競爭力。

交通土建行業其實面臨著同樣的多學科和多門類的技術協同、交叉及融合等問題。立足于行業特點，以交通土建工程項目全生命周期技術和管理需求為出發點，借鑒先進制造業研究實現的技術方法，利用最先進的信息化技術手段，探索適合本行業變革升級需要的技術路線，能真真實實創造價值，促進行業產業升級，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工程全生命周期各項技術、管理等方面工作，實現對工程功能、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，才能從之前所謂經典的BIM定義走出來，開創本行業的“BIM”之路。

因此，以行業和專業需求出發，更好地使用現有的三維軟件，提升工程品質，探索交通土建行業信息化革命的技術和方法，才是業內人士應該做的。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揮數字信息化優勢

MBD方法的提出是為了解決現代系統工程（如航空、造船、汽車等）中的難題。隨著時間的推移，現代系統工程的研制和開發難度幾乎呈幾何級數增加。多學科和多門類的技術協同、交叉及融合，使得現代高科技系統工程的實現異常復雜，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節，設計系統的復雜程度非常高，以至于無人能夠對系統有全面的了解。傳統的“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工程。同樣，傳統的基于文件的系統工程途徑，也難以適應新的發展需求。在產品發展的不同階段引入建模仿真手段，對于實現復雜系統十分重要。因此，為使各個組織對系統都能夠有全面的了解，產生了綜合系統模型概念。該模型全面反映了系統各個方面的信息，包括要求、性能、物理結構、功能結構、質量、成本、制造、可靠性等。基于模型的系統工程方法（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。它為系統工程人員提供了一種以系統建模語言（Systems Modeling Language,SysML）作為建模規范的新手段。

未來的交通土建行業，特別是行業內的復雜項目，借鑒基于模型的系統工程方法成果，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、有生命的伴生數字工程模型，才能最大限度發揮數字信息化優勢，實現產業升級。

工作模式雙軌制的問題

傳統建筑行業（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并未融入傳統設計流程，圖紙由傳統流程生成，與BIM無關。所以，BIM出圖就成為“偽業務”，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

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

現階段設計成果的提交，三維模型已經基本能夠滿足主要專業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/復制產品定義困難、裝配協調性差、高成本。若取消二維圖紙，定義數據統一（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、協調性好、減少成本、易于向下兼容等諸多優點。

因此，現在的設計階段的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。現在的交通土建行業，探索信息技術實現產業升級的組織形式是簡單粗暴的。基本是政府紅頭文件主導，軟件商推波助瀾，產業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。也必然造成現階段BIM技術推廣難度越來越大，困惑越來越多。

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

德國成立的工業4.0平臺，是“工業數字化”數字生態系統的中心樞紐，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同、中小企業的支持，以及組織開展國際合作，從而將各種專業知識匯聚在一起。

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）和面向企業的實驗室網絡（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4.0的大背景下，人們漸漸意識到，要實現制造業數字化，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。后者來自業務場景和商業模式的驅動，從而衍生出很多技術應用實例。而這些實例，同樣是獲得新產品、解決方案和服務，以及標準化的基礎。

隨著數字技術的引入，眾多的第三方已經蜂擁而至。這也是工業互聯網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

現階段，建筑行業BIM技術雖然沒有給我們帶來驚喜，但是相關信息化專業、建筑土建專業從業人員已經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。交通土建行業從自身工作目標和工作特點出發，進行必要的修改、補充、完善，形成自己行業的技術標準，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。在信息化技術已經初步成型的現在，解答這個問題不是靠軟件商、軟件工程師，而是靠產業的所有從業人員，根據項目需求挖掘技術應用場景，探索自己產業的升級之路。

幾年來，業內對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，積累經驗，進而思考未來產業如何重新布局，形成系統解決方案，實現行業的革命升級。

成功案例的積累是一個安靜而乏味的打磨過程，產業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，短期內可能實現個別應用點的成果，但不能實現整個產業的革命創新。和其他技術創新一樣，也要經歷以下階段。

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、地區、企業級“BIM”戰略規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、底層數據模型、多平臺的管理和協同、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）的協同和探索（技術、管理人員培養）。

◆ 工程數據模型的形成、完善、補充、提取。

◆ 適用軟件、協同平臺的選取、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。對全產業鏈所有的參與方帶來價值，實現工程項目的最優化，實現產業升級，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、不統一。行業內多是各自為戰，沒有形成很好的合力。二是從業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的經驗，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分工和管理問題，在現有行業組織模式框架下無從下手。三是尚未認識到行業面臨的機遇。過去幾十年，國內的交通土建從業人員都是習慣于學習國外的先進工程技術和管理方法。現在，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，經過改革開放40年的發展建設，經過幾代交通人的努力工作，我國已經成為交通大國。未來，伴隨著信息化技術的發展進步，以及大量的工程實踐，交通土建行業的革命創新最有可能首先在中國實現。

綜上，交通土建行業信息化升級需要BIM技術，需要從業人員打破思維定式，思考未來的數字工程組織模式架構（商業架構）。推動數字商業架構轉變的基石，是智能產品、平臺、生態系統和數字雙胞胎。而所有這些背后是通過底層技術來實現更強大的連通性、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“基于數據服務的運行機制”，即“智能工程+智能服務管理+新體驗”。智能服務就是基于數據產生的新價值，是新型工業化時代的管理思想和方法。只有這樣，我們的交通行業才能跟上“中國制造2025”落地的腳步，全面提升智能制造創新能力，實現“制造大國”向“制造強國”轉變。