BIM视界 | 破局BIM引领交通土建行业产业升级

近年来，随着我国交通基础设施行业的飞速发展，特别是新城建设、地铁、桥梁、地下空间开发等项目，面临越来越复杂的设计深化、专业协同、运维管理工作，交通土建行业技术人员和管理人员对信息化技术的需求日益迫切。恰逢其时，BIM技术被推荐到我们面前。通过几年的了解、评估、应用，业内对BIM的概念、技术也有了比较全面的认识和渐趋理性的思考。BIM除了展示、碰撞检查，还有哪些实际价值？远期的数字化、信息化愿景如何实现？在BIM技术落地的过程中，业内陷入了一定程度的困惑和迷茫。在此，笔者谈谈对交通土建工程未来发展以及如何与BIM技术结合的思考，与读者探讨。

BIM技术还处于童年期

BIM技术离不开计算机软件、硬件的支持。伴随着计算机硬件性能的提升、设计和工程管理软件功能的完善，计算机信息技术不断向传统土木工程行业渗透，土木工程软件从二维升级到三维的同时，也带来了BIM的理念。而交通土建行业也面临着集成化、精细化、可视化、信息化，以及提高效率、节约资金、降低工程风险等方面的需求，需要借助信息技术实现项目价值的提升。由于之前CAD普及带来的便利，使业内顺理成章地接受了软件公司推介的BIM概念，可能也不知不觉走入了自己设置的桎梏。一方面，现代社会行业分工越来越细，土木工程行业的参与方也越来越多，固有的身份让我们只能说清楚自己从事的项目规划、设计、施工、造价、工程管理等小部分内容，而这些碎片化的需求难以通过统一的软件平台实现，也就造成现在软件众多无所适从的局面。另一方面，我们的行业是半理论半经验主导的，从业人员习惯于渐进改良式的技术进步，有利于将技术风险、管理风险控制在最低。而每个部门、每个项目进步的脚步又不同。等到技术革命的关键节点，我们不知不觉都成了保守派，嘴上喊着变革，脚下却原地踏步。

最初，“BIM”仅仅是具备信息储存载体的3DCAD的初步拓展。随着技术的发展，大家很快把BIM定义为一个“模拟建造与运营过程的数字技术”。这时，BIM也逐渐向建筑全生命周期的各个管理维度上进行扩展。我们知道，为了解决某些问题而出现的技术，可以得到行业迅速认可，但用一个技术去刻意解决其他问题，就会陷入很多技术和人为的困境。特别是BIM技术的发展，涉及整个行业所有层次的人与专业，BIM技术推广遇到的阻力来自方方面面，包括人、社会和文化、管理流程、商业支持、法律因素等。而且，任何技术都有其生命周期曲线。从BIM技术诞生的时间和取得的效用评价来看，现在的BIM技术还处在童年期，未来还要经历长期、曲折的研究发展历程，然后才能把信息化的优势和价值体现出来。

开创本行业“BIM”之路   勿囿于定义

显然，利用信息化技术，实现交通行业变革、实现智慧化产业升级，才是我们真正想要的“BIM”。而不是先去寻找BIM的定义，然后按图索骥、生搬硬套。

土木设计软件是众多工业软件中的一部分。工业软件在产品设计、成套装备设计、厂房设计、工业系统设计中起着非常重要的作用，可以大大提高设计效率、节约成本、实现管理可视化。工业软件除具有软件的性质外，还具有鲜明的行业特色。随着自动化产业的不断发展，通过不断积累行业知识，将行业应用知识作为发展自动化产业的关键要素，逐渐成为企业调整经济结构、转变经济增长方式的主要因素。

我们应该清醒地认识到，在工业行业普遍还在探索智慧制造产业升级的背景下，作为传统且相对落后，甚至还处在第一次、第二次工业革命进程水平上的交通土建行业，率先独自完成智慧制造产业升级革命是不现实的。于是，我们行业的产业升级该如何实现？向谁学习？学习什么？这些问题就摆在我们面前。

建筑领域BIM的研究始于1975年，当时是受制造业启发，借鉴制造业成果。如今，再让我们看看制造业，特别是先进制造业当前的研究成果和深度——

美国波音公司从787机型开始，推行MBD(Model Based Definition)——新一代产品定义方法。其核心思想是：全三维基于特征的表述方法，基于文档的过程驱动；融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型可完整地表达产品定义信息。即将制造信息和设计信息（三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息）共同定义到产品的三维数字化模型中，从而取消二维工程图，保证设计数据的唯一性。MBD不是简单的三维标注+三维模型。它不仅描述设计几何信息，而且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息（产品结构、PMI、BOM等)。使用人员仅需一个数模即可获取全部信息，减少了对其他信息系统的过度依赖，使设计、制造厂之间的信息交换可不完全依赖信息系统的集成，而保持有效连接。它通过一系列规范的方法，能够更好地表达设计思想和更强的表现力，同时打破了设计制造的壁垒。其设计、制造特征能够易于被计算机和工程人员解读，而不是传统的定义方法只能被工程人员解读，有效地解决设计、制造一体化的问题。

基于MBD的数字模型，由于工艺、工装、检验等技术，需求前置于设计过程，使得数字模型的后期方案可行性大幅提升。同时，模型可方便地指导后期工艺制造与检验。

MBD可融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等，将抽象、分散的知识更加形象和集中，使得设计、制造的过程演变为知识积累和技术创新的过程，成为企业知识的最佳载体，提升了企业核心竞争力。

交通土建行业其实面临着同样的多学科和多门类的技术协同、交叉及融合等问题。立足于行业特点，以交通土建工程项目全生命周期技术和管理需求为出发点，借鉴先进制造业研究实现的技术方法，利用最先进的信息化技术手段，探索适合本行业变革升级需要的技术路线，能真真实实创造价值，促进行业产业升级，才是我们真正需要的“BIM”技术。

我们想要的“BIM”，是使用信息化技术进行交通土建行业工程全生命周期各项技术、管理等方面工作，实现对工程功能、品质、建设周期、运营维护、安全等各方面价值的提升。只有基于这样的认识，才能从之前所谓经典的BIM定义走出来，开创本行业的“BIM”之路。

因此，以行业和专业需求出发，更好地使用现有的三维软件，提升工程品质，探索交通土建行业信息化革命的技术和方法，才是业内人士应该做的。而不是把工作交给建模商或者软件服务商，追逐软件的功能，追逐不断升级，增加所谓的先进概念，为了BIM而BIM。

使用模型最大限度发挥数字信息化优势

MBD方法的提出是为了解决现代系统工程（如航空、造船、汽车等）中的难题。随着时间的推移，现代系统工程的研制和开发难度几乎呈几何级数增加。多学科和多门类的技术协同、交叉及融合，使得现代高科技系统工程的实现异常复杂，包括科学技术、软件、分析、项目管理、加工制造、计算机辅助设计等多个环节，设计系统的复杂程度非常高，以至于无人能够对系统有全面的了解。传统的“设计、制造、试验、再设计”设计流程，由于需要耗费大量资金和时间，已不再适用于复杂系统工程。同样，传统的基于文件的系统工程途径，也难以适应新的发展需求。在产品发展的不同阶段引入建模仿真手段，对于实现复杂系统十分重要。因此，为使各个组织对系统都能够有全面的了解，产生了综合系统模型概念。该模型全面反映了系统各个方面的信息，包括要求、性能、物理结构、功能结构、质量、成本、制造、可靠性等。基于模型的系统工程方法（Model Based System Engineering,MBSE）是一种利用图形化语言，生成和记录与要求、设计、分析、验证、确认有关详细信息的方法。它为系统工程人员提供了一种以系统建模语言（Systems Modeling Language,SysML）作为建模规范的新手段。

未来的交通土建行业，特别是行业内的复杂项目，借鉴基于模型的系统工程方法成果，放弃图纸、文件，使用模型进行全生命周期各项工作，让三维模型和工程项目一起孕育、出生、长大、运营、退役，形成和实体工程一一对应的、有生命的伴生数字工程模型，才能最大限度发挥数字信息化优势，实现产业升级。

工作模式双轨制的问题

传统建筑行业（AEC）单位里设立单独的BIM团队，或市场上的独立BIM咨询公司，是独立于传统工作流程之外的BIM工作流程，也就是所谓的工作模式双轨制。双轨制是时代切变、转型升级的产物。双轨制的结束称为“并轨”，实际上不是两条轨道合并，而是新的方式取代了旧有方式。在这种双轨制下，BIM并未融入传统设计流程，图纸由传统流程生成，与BIM无关。所以，BIM出图就成为“伪业务”，就算是做到了、做得很好，也是枉然。何况由于各种因素，还不能做得很好。

设计成果提交

数字化建模技术的应用正迅速改变着传统制造业的工作模式。建模技术的发展经历了从手工绘图到二维CAD的应用，再到二维+三维设计模式，直至现在的全三维建模技术MBD。实现了从平面投影技术到全三维实体模型数字样机，以及完整数字化产品定义的转变。

现阶段设计成果的提交，三维模型已经基本能够满足主要专业设计技术要求表达的需要，施工单位也能够基于三维设计模型提取信息进行现场施工、验收。在此基础上，二维图纸如果仍然存在，必然造成所谓的双源定义。也就是所谓的设计成果提交双轨制，导致强制比较（基于图纸检查模型）、增加了工程错误和更改、构件设计准备时间长、存储/复制产品定义困难、装配协调性差、高成本。若取消二维图纸，定义数据统一（单源），具备提高了工程质量、减少了构件设计准备时间、电子化的存储和传递、协调性好、减少成本、易于向下兼容等诸多优点。

因此，现在的设计阶段的BIM应用，虽然具有所谓的能自动出图的正向设计，但并不是我们真正需要的技术。它只会转移矛盾，增加设计阶段的工作量，造成工程上的混乱，也会削弱设计人员使用BIM技术的积极性。

组织模式

反思目前BIM应用的困境，不得不说组织管理模式存在一定的问题。现在的交通土建行业，探索信息技术实现产业升级的组织形式是简单粗暴的。基本是政府红头文件主导，软件商推波助澜，产业相关部门和单位八仙过海各显神通，进而导致盲目投入、低水平重复、浅尝辄止、过度包装、透支未来的结果。也必然造成现阶段BIM技术推广难度越来越大，困惑越来越多。

从德国工业4.0的组织模式看，其成立专门的机构进行深耕细挖，整个工业体系都围绕工业4.0进行构建，形成自己的工业4.0的技术路线图和标准架构。

德国成立的工业4.0平台，是“工业数字化”数字生态系统的中心枢纽，来自150多个组织的350多名利益相关者参与平台的工作。其核心是各个工作组，通过各领域专家的协同、中小企业的支持，以及组织开展国际合作，从而将各种专业知识汇聚在一起。

它采用了一种扁平的决策机制：从顶层的工业4.0平台，到中间的标准化委员会（Standardization Council Industrie4.0，SCI4.0）和面向企业的实验室网络（Lab Networks Industrie4.0, LNI4.0）。这是一个从上到下、从下到上的三元治理结构。

在工业4.0的大背景下，人们渐渐意识到，要实现制造业数字化，除了技术驱动的自下而上的方法外，还必须通过自上而下的驱动方式。后者来自业务场景和商业模式的驱动，从而衍生出很多技术应用实例。而这些实例，同样是获得新产品、解决方案和服务，以及标准化的基础。

随着数字技术的引入，众多的第三方已经蜂拥而至。这也是工业互联网平台最令人困惑的一点：每家供应商角色，都在模糊，而且都在交叉。

所以，效仿德国工业4.0的组织模式，在政府层面建立顶层的研究引领平台，明确工作目标和标准，从项目试验研究开始探索积累经验，形成多层次立体的良性的互动和推进，是必要的。

技术标准

现阶段，建筑行业BIM技术虽然没有给我们带来惊喜，但是相关信息化专业、建筑土建专业从业人员已经初步搭建起一套相对完整的BIM技术标准体系。应该说这套标准体系已经从信息化角度基本解决了BIM技术标准框架和模板。交通土建行业从自身工作目标和工作特点出发，进行必要的修改、补充、完善，形成自己行业的技术标准，未来升级为国家标准、国际标准也是可能的。

成功案例的摸索积累

目前为止，我们只知道BIM技术能给项目带来提升，但交通土建行业还没有一个BIM技术应用案例，能回答我们所有人的关切。在信息化技术已经初步成型的现在，解答这个问题不是靠软件商、软件工程师，而是靠产业的所有从业人员，根据项目需求挖掘技术应用场景，探索自己产业的升级之路。

几年来，业内对BIM技术的摸索，使大家对BIM技术有了一定的认识和了解，对BIM技术能带来哪些升级、创造哪些价值有了认识。但是，从工程项目全生命周期技术、建设、运维、管理角度，如何更好地使用BIM技术，还需要依托不同的工程项目，进行全面的研究摸索，积累经验，进而思考未来产业如何重新布局，形成系统解决方案，实现行业的革命升级。

成功案例的积累是一个安静而乏味的打磨过程，产业的进步是一步一步沉静的积累。

基于以上工作目标，对BIM技术的研究和探索是一个艰苦漫长的过程，短期内可能实现个别应用点的成果，但不能实现整个产业的革命创新。和其他技术创新一样，也要经历以下阶段。

研究探索阶段（5-8年）

人员、技术、资金的净投入阶段。从方案立项阶段到运维养护阶段（方案研究1年+设计实施2年+运维2年），这个阶段需要我们结合工程项目进行以下研究：

◆ 行业、地区、企业级“BIM”战略规划和实施细则的完善。

◆ 基于项目的全寿命周期BIM应用（一体化的整体技术路线、底层数据模型、多平台的管理和协同、不同项目应用场景的探索总结、项目级标准的制定、各方责权利的整合划分）。

◆ 基于项目（参建单位、参加阶段）的协同和探索（技术、管理人员培养）。

◆ 工程数据模型的形成、完善、补充、提取。

◆ 适用软件、协同平台的选取、完善。

验证完善阶段（5-8年）

BIM技术的成长和见效阶段。针对上一阶段的成果，通过改进和更加系统化的工作，结合工程项目进行实际验证，初步形成完善的整体和专项解决方案、技术管理标准、技术标准体系。

推广普及阶段（10年以后）

BIM技术真正进入收获和成熟阶段。对全产业链所有的参与方带来价值，实现工程项目的最优化，实现产业升级，为国计民生带来质的提升和飞跃。

目前阶段，BIM技术的推进存在诸多方面的困难。首先是工作目标不明确、不统一。行业内多是各自为战，没有形成很好的合力。二是从业人员普遍存在思想保守、缺乏进取，没有长远考虑和目标，缺少参与意识，对任务的艰巨性思想准备不足，对国内技术发展的历史性突破机遇认识不足。三是BIM软件鱼龙混杂，交通土建行业的技术和管理人员无法判断，无所适从。

造成这些困难的根源之一是业内习惯于拿来主义，认为把和我们最为相近的建筑土建行业的解决方案照搬过来即可，这样自己承担的风险小。然而，建筑土建行业目前也还处于摸索阶段，并没有完整科学的解决方案可供学习。同时，又不愿意去学习制造业的经验，认为相差太远，需要解决的问题太多，风险太大。二是对BIM技术的理解认识偏于肤浅，对BIM技术带来的系统性认识不足，对推广BIM技术需要解决的困难准备不足，习惯于用思维定式认识BIM。特别是BIM技术可能带来的行业分工和管理问题，在现有行业组织模式框架下无从下手。三是尚未认识到行业面临的机遇。过去几十年，国内的交通土建从业人员都是习惯于学习国外的先进工程技术和管理方法。现在，国外的软件技术虽然先进，但是并没有成功结合的方案。相反，经过改革开放40年的发展建设，经过几代交通人的努力工作，我国已经成为交通大国。未来，伴随着信息化技术的发展进步，以及大量的工程实践，交通土建行业的革命创新最有可能首先在中国实现。

综上，交通土建行业信息化升级需要BIM技术，需要从业人员打破思维定式，思考未来的数字工程组织模式架构（商业架构）。推动数字商业架构转变的基石，是智能产品、平台、生态系统和数字双胞胎。而所有这些背后是通过底层技术来实现更强大的连通性、更快的速度和更小的尺寸，也就是基于价值的挖掘和创造。我们未来的工作，要从以“工程和建造”为中心，扩展到“基于数据服务的运行机制”，即“智能工程+智能服务管理+新体验”。智能服务就是基于数据产生的新价值，是新型工业化时代的管理思想和方法。只有这样，我们的交通行业才能跟上“中国制造2025”落地的脚步，全面提升智能制造创新能力，实现“制造大国”向“制造强国”转变。