交通BIM的演進(jìn)
似而不同的BIM
筆者認為，任何事物的發(fā)展離不開(kāi)對現狀及需求的客觀(guān)評估，以及對未來(lái)發(fā)展方向的精準判斷。交通BIM雖緣起于傳統建筑BIM，但就數據規模級別、應用著(zhù)力點(diǎn)、外部影響因素等還有諸多不同。認識清楚這些不同，而不是一味照搬傳統BIM的模式，非常重要。
（1）共同點(diǎn)。傳統BIM就其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)可擴大和衍生至很多行業(yè)，如交通、機械、水利、紡織等等。這些行業(yè)都有這樣一些共同點(diǎn)：首先，它們都有專(zhuān)門(mén)制造或者生產(chǎn)的“對象”（建筑-房屋、交通-公路、機械-汽車(chē)飛機、水利-大壩、紡織-服裝）。再者，在生產(chǎn)這些“對象” 過(guò)程中大致都要經(jīng)歷“規劃設計”->“生產(chǎn)制造”->“運營(yíng)管理”3個(gè)階段。而在此過(guò)程中，BIM技術(shù)以軟件作為承載平臺擔負起了“制造數字模型”->“利用模型驅動(dòng)生產(chǎn)制造”->“利用數字模型管理對象”的角色。這就是所謂“泛BIM”，只因行業(yè)不同稱(chēng)謂不同而已。其核心就是后臺以BIM技術(shù)為支撐的軟件平臺。
（2）不同點(diǎn)。首先，相較傳統建筑BIM，交通BIM的數據規模巨大，不在一個(gè)量級。拿典型的公路工程來(lái)說(shuō)，“對象”涵蓋了路線(xiàn)、路基路面、橋涵、隧道、交安工程、各種配套機電工程等等，每一單獨對象若按應用最小粒度分解的話(huà)，則是海量數據規模。同時(shí)，建筑BIM以單點(diǎn)、建筑群之模式即可成為一個(gè)管理對象，交通因其固有本性和使用需求決定了單公路項目甚至路網(wǎng)的模式才能成為BIM管理對象，才能成為功能服務(wù)群。這一點(diǎn)在未來(lái)“智慧交通”應用中會(huì )尤為明顯。
其次，交通BIM受外界影響因素眾多。就基礎外部信息來(lái)說(shuō)，一是呈現信息源多元化，二是部分信息的數據化難度大，地形、GIS信息、地質(zhì)信息在其中是頂級基礎信息，在工程全生命周期內一直會(huì )與構造物模型發(fā)生頻繁交互甚至發(fā)生改變（基礎信息的版本管理在交通BIM中尤為突出）。就基礎設施本身來(lái)說(shuō)，與建筑BIM不同，交通BIM在今后很長(cháng)時(shí)期內都會(huì )面臨基礎設施的大規模改擴建工程，其實(shí)質(zhì)是BIM模型的重構重組，以及信息融合的問(wèn)題。
第三，應用著(zhù)重點(diǎn)會(huì )有所側重。二者在設計規劃階段的BIM應用基本類(lèi)似。在施工制造階段，建筑BIM和機械行業(yè)類(lèi)似，在智能制造、工廠(chǎng)化數字驅動(dòng)制造方面有先天條件并且需求極大。而交通BIM在此方面目前只能集中于BIM模型驅動(dòng)復雜鋼結構/特殊預制構件的智能制造方面。同時(shí)，交通BIM除日常的施工信息管理外，對深層的專(zhuān)項施工分析模擬（環(huán)境模擬、機具模擬、人員模擬）會(huì )有較大需求。在運維管理階段，建筑BIM需求相對弱化，更多體現在基于BIM模型的功能性擴展應用。而交通BIM則不同，重中之重是保證長(cháng)周期內工程物本身的安全性，特別是基于大數據分析的工程安全預警及處置措施方面。當然，未來(lái)在功能性擴展應用（服務(wù)于智慧交通）方面會(huì )不斷得到加強。
交通BIM的演進(jìn)及背后的驅動(dòng)
（1）交通BIM各階段的主要特征
交通BIM1.0時(shí)代，以“建模為主、應用為輔”。形象地說(shuō)，就是在完成參數化設計建模之后，提供了有限的專(zhuān)業(yè)應用。其中有兩個(gè)核心問(wèn)題：第一，基于通用平臺的參數化甚至手工化的BIM模型構建，專(zhuān)業(yè)化、智能化的建模思想體現嚴重不足。更多的是把BIM平臺當作了建模工具。第二，偏重于基于BIM模型的“初級應用”（施工4D模擬，形象進(jìn)度展示）。筆者認為，一種技術(shù)的創(chuàng )新或革新最終是為了服務(wù)于應用，施工和運維的BIM應用才是交通BIM的主戰場(chǎng)，1.0階段如此本末倒置其實(shí)也是迫于無(wú)奈，沒(méi)有強大的核心BIM軟件平臺是瓶頸，但這是一個(gè)發(fā)展的必經(jīng)過(guò)程，是限于條件的經(jīng)驗積累過(guò)程。
交通BIM2.0時(shí)代，回歸到“應用為主”的服務(wù)理念，在創(chuàng )建BIM模型方面更加強調由源頭創(chuàng )建數模的重要性，而“正向設計”（建模即設計）將成為BIM技術(shù)大規模應用最重要的推手?；谡蛟O計BIM模型的構建過(guò)程將更加專(zhuān)業(yè)、智能、快速，使得設計人員聚焦于專(zhuān)業(yè)化的方案構思和評判、結構設計等方面，其成果是足以支持后續鏈條應用的全息BIM模型。在應用方面可大致分為兩大類(lèi)：常規的建設管理、信息采集記錄和專(zhuān)項施工BIM應用、大數據分析應用。在2.0中，常規應用更強調完整性，如施工BIM應包含從投標分析到施工組織設計，直至日常管理中的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、試驗、計量支付、物料、合同、臺賬、結算等等。專(zhuān)向應用將更依賴(lài)于現代信息技術(shù)VR/AR、AI等來(lái)完成施工深層次模擬分析及大數據分析決策。
（2）交通BIM2.0背后的驅動(dòng)
如前所述，要達到交通BIM2.0的這些要求，背后需要強大的平臺支撐。首先最重要的即是BIM全息模型智能高效的構建，其實(shí)現手段就是專(zhuān)業(yè)化的“正向設計”?！罢蛟O計”和它的成果完全可以類(lèi)比于軟件界的“操作系統”，它為其下的應用軟件提供了資源管理、存儲管理、設備驅動(dòng)、API應用開(kāi)發(fā)接口等支持?；谡蛟O計模型的完備性和接口開(kāi)放度，基本就為后續的應用劃定了不可逾越的“功能邊界”，因此某種意義上來(lái)說(shuō)，正向設計及其成果模型很大程度上決定了整個(gè)交通BIM應用。當然，BIM模型是在整個(gè)工程生命周期中不斷完善和擴充的，但毋庸置疑，模型的擴充基本是基于已有工程物基本模型的附加型擴展。如下所示是筆者所在BIM研發(fā)中心在BIM正向設計方面所做探索的一些成果，集中反映了這一理念。
第二個(gè)重要的驅動(dòng)是，BIM信息在各階段、各專(zhuān)業(yè)間的高效、適時(shí)、智能傳遞技術(shù)，即我們常說(shuō)的“協(xié)同”。就交通BIM中的公路工程來(lái)說(shuō)，大致可以將其劃分為縱向和橫向兩大類(lèi)的“協(xié)同”。
縱向協(xié)同是項目生命周期中階段性的協(xié)同，是協(xié)同的主線(xiàn)，它決定了BIM技術(shù)在項目中的應用效率。其中關(guān)鍵技術(shù)是如何處理項目各階段中所需BIM數字模型的“層級和粒度組織”問(wèn)題。很顯然，工程各階段對數字模型的組織粒度需求不同，關(guān)注點(diǎn)也不同，典型的例子就是設計階段的一個(gè)單體完整模型，在施工階段必須分部分期進(jìn)行制造，與之相關(guān)的“人機料”等附加信息必須和分部分期的拆解模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。類(lèi)似的，施工BIM模型到運維階段可能會(huì )進(jìn)行模型合并或簡(jiǎn)化。
橫向協(xié)同是項目某一階段內的專(zhuān)業(yè)性模塊或工種的協(xié)同。與縱向不同，這類(lèi)協(xié)同在模型的組織粒度層上是一致的，而協(xié)同的適時(shí)性、高效性、智能觸發(fā)、并發(fā)操作，是其中的關(guān)鍵技術(shù)。它是實(shí)現階段性團隊項目高效完成的基礎。
第三個(gè)重要的驅動(dòng)，是從BIM產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)考慮。筆者認為，交通BIM通過(guò)1.0時(shí)期的試點(diǎn)示范、技術(shù)儲備及應用探索等，應該在2.0時(shí)代有力推進(jìn)并形成產(chǎn)業(yè)規模級的工程應用，這與交通運輸部辦公廳《關(guān)于推進(jìn)公路水運工程BIM技術(shù)應用的指導意見(jiàn)》的要求是一致的。意見(jiàn)中強調：“到2020年，相關(guān)標準體系初步建立，示范項目取得明顯成果，公路水運行業(yè)BIM技術(shù)應用深度廣度明顯提升……”BIM技術(shù)最終目的一定是為了實(shí)際應用，可以預見(jiàn)，交通2.0時(shí)代在BIM核心基礎平臺構建基本成熟的前提下，設計建模將完整覆蓋到交通基礎設施的各個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，施工運維的BIM將覆蓋至生產(chǎn)制造、管理、決策分析等各個(gè)應用點(diǎn)，從而大大提升整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)效率及智能化水平。
發(fā)展之路的思考
交通BIM能走多遠
無(wú)論從國家對創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略的部署，還是行業(yè)對交通基礎設施建設的規劃來(lái)看，筆者認為，交通BIM技術(shù)發(fā)展應用正處于初創(chuàng )期，提升擴展空間巨大。
（1）交通基礎設施網(wǎng)絡(luò )化。黨的十九大報告充分肯定了交通運輸行業(yè)五年來(lái)取得的輝煌成就，明確提出建設“交通強國”。意指我國交通基礎建設已過(guò)靠規模提升，轉而以質(zhì)量促發(fā)展的階段。其核心就是緊緊圍繞建設現代化經(jīng)濟體系的要求，構建與交通強國相適應的框架體系，全面建成布局完善、互聯(lián)互通、綠色智能、耐久可靠的綜合交通基礎設施網(wǎng)絡(luò )體系。而交通BIM技術(shù)，正是在此靜態(tài)基礎設施建設之后，進(jìn)行設施串聯(lián)、信息互通、管理調度的主要推手，它將成為“智慧交通”落地的關(guān)鍵支持技術(shù)之一。
（2）交通基礎建設投資重心偏移。隨著(zhù)交通建設的深入推進(jìn)，可以預見(jiàn)的未來(lái)我國將面臨大量已建公路的檢測、加固、運維問(wèn)題。新建交通設施步伐會(huì )放緩，投資的很大一部分將會(huì )集中于這些設施的現代化、信息化、功能提升方面。交通BIM作為工程全壽命周期數字化的后臺管理者，將為它的深層協(xié)同發(fā)揮重要作用。
（3）交通企業(yè)轉型。市場(chǎng)經(jīng)濟國家基本采用工程咨詢(xún)公司、設計事務(wù)所等模式。只有它們才具備實(shí)施全過(guò)程工程咨詢(xún)和總承包的能力。隨著(zhù)國內交通企業(yè)（業(yè)主/設計/施工/監理）深入發(fā)展并與國際接軌，集團化的綜合工程咨詢(xún)服務(wù)公司是未來(lái)發(fā)展趨勢。這種條件下要求公司具備以下條件：
● 工程全過(guò)程的咨詢(xún)能力
● 與之相適應的組織機構
● 科學(xué)的管理體系
● 配套的高素質(zhì)人才隊伍
● 完善的工程建設標準體系
● 先進(jìn)的計算機平臺系統
● 輻射大范圍的營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )和體系
● 較強的融資能力
如此，不管原生企業(yè)是設計或施工，均有涉及之前所不熟悉業(yè)務(wù)范疇的要求。作為系統工程尤其是數字管理信息技術(shù)，必將成為公司順利運營(yíng)項目的準入門(mén)檻，交通BIM技術(shù)正是整個(gè)信息鏈條上最基礎最重要的部分，其重要性不言而喻。
核心平臺誰(shuí)來(lái)牽頭
眾所周知，BIM技術(shù)一定是以軟件基礎平臺為支撐的?？v觀(guān)目前國內BIM市場(chǎng)，國外各大BIM品牌軟件競相推廣、培訓活動(dòng)滿(mǎn)天飛，但真正在實(shí)際工程應用中能落地的案例卻不多，尤其在最關(guān)鍵的前期數字建模階段的應用更是一個(gè)都找不到。何以出現如此狀況？筆者認為，除了平臺研發(fā)成本巨大、技術(shù)門(mén)檻極高之外，還和軟件廠(chǎng)商市場(chǎng)運作規律有關(guān)。一般的大軟件廠(chǎng)商都會(huì )定位于通用平臺的建設，而以此形成某一行業(yè)的“應用生態(tài)圈”，生態(tài)圈中有核心平臺或底層技術(shù)的支持者，有二次應用開(kāi)發(fā)者，有最基礎的行業(yè)用戶(hù)。如此圈子的發(fā)展才會(huì )健康而持續，保證各利益方的穩定協(xié)作。若直接介入底層行業(yè)細分市場(chǎng)做專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品，必將因市場(chǎng)太細或專(zhuān)業(yè)程度要求極高，導致盤(pán)子太大不能兼顧，完全不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求而崩盤(pán)。
市場(chǎng)經(jīng)濟時(shí)代，國家倡導的BIM應用落實(shí)主體是企業(yè)，政府或行業(yè)主管起到的是導向作用。在此大背景下，就應用型科研項目來(lái)說(shuō)，上世紀的“XX五攻關(guān)項目”的做法有其時(shí)代局限性，并不能很好地順應市場(chǎng)需求，不能充分發(fā)揮企業(yè)自主創(chuàng )新創(chuàng )效的活力。筆者建議，就核心軟件平臺的研發(fā)而言，應以設計單位作為牽頭主體來(lái)實(shí)施較為妥當，理由如下——
（1）行業(yè)的事必須行業(yè)自己解決。工程類(lèi)應用軟件系統不同于通用民生類(lèi)軟件，專(zhuān)業(yè)性極高。若采用提取功能需求由外包軟件公司進(jìn)行研發(fā)的方式是不可取的。雙方對工程的理解深度及所處角度不一，極易造成軟件構架的先天缺陷。而上個(gè)世紀CAD時(shí)代國內路線(xiàn)類(lèi)工程軟件“緯地”的成功足以說(shuō)明這一點(diǎn)，緯地軟件由中交一公院的一線(xiàn)資深工程師直接主導研發(fā)，使得軟件系統功能完全符合市場(chǎng)需求，使用及操作性能貼近生產(chǎn)實(shí)際，成果輸出符合行業(yè)標準要求。
（2）合規性的問(wèn)題。所謂合規性是指BIM模型構建者的執行者身份合法性問(wèn)題。理論上來(lái)說(shuō)，BIM模型的創(chuàng )建和工程設計一樣具有嚴肅性，創(chuàng )建者應像設計一樣具有相應的從業(yè)資格。而在成果交付階段BIM模型的交付與設計圖紙的交付一樣具有嚴肅性，設計方必須對所交付模型的正確性、可實(shí)施性等負責，類(lèi)似設計的質(zhì)量負責制。目前國家和行業(yè)還并未對BIM模型創(chuàng )建實(shí)施嚴格的資格準入制度，所以在具體項目應用中不免出現由非專(zhuān)業(yè)人員建模的現象。在BIM的常規應用中這一問(wèn)題并不突出，但在BIM深層次應用中（如涉及結構分析的專(zhuān)項施工方案等）模型質(zhì)量就顯得非常重要。由設計方作為BIM核心平臺研發(fā)牽頭，可從源頭對模型質(zhì)量做出必要保障。
（3）對工程的理解度。沒(méi)有哪一個(gè)工程建設環(huán)節像設計這樣對它有深入的理解和把控，工程物本源自設計構思而產(chǎn)生，從幾何物理屬性、理想的施工建造方法，到運維中可能遇到的問(wèn)題，設計人員在構建之時(shí)都會(huì )有所考慮。以致在施工中發(fā)生設計變更或運維管養中發(fā)生任何問(wèn)題時(shí)，首先要參與其中的必是設計一方?；诖诉M(jìn)行全生命周期BIM核心軟件研發(fā)設計無(wú)疑具有先天優(yōu)勢。
交通BIM是萬(wàn)能的嗎
近年來(lái)，由于各方努力助推BIM技術(shù)的應用，許多工程項目、科研課題無(wú)不冠以BIM一詞，似乎不掛它則落潮流之后，諸如“基于BIM的三維地質(zhì)研究”“基于BIM的橋梁施工監控”等等遍地開(kāi)花。BIM真的是萬(wàn)能的嗎？筆者認為回本溯源才是解決之道。BIM的核心內容就是信息模型，且是包含工程全生命周期的全息模型，工程各階段的BIM應用無(wú)不圍繞這一核心模型來(lái)進(jìn)行的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，只有數字模型沒(méi)有應用不行，只有單一應用而無(wú)統一的數字模型也不行。對于BIM技術(shù)來(lái)說(shuō)，二者是相輔相成的，缺一不可。模型是基礎，而應用是可以根據需要不斷擴展的。因此，理論上來(lái)說(shuō)，只要BIM核心信息模型足夠完備的情況下，應用者可以不斷擴充橫向應用，達到BIM的“萬(wàn)能”。筆者就本問(wèn)題想強調的是——
（1）理想的BIM鏈條，首先應具備完備的“建?！惫δ?。所謂完備有兩層含義：首先是根據可能的應用需要擴充足夠的模型信息；其次，將模型信息以最小冗余度分層次組織存儲，并按照各應用階段、應用點(diǎn)的需求，將數據順暢無(wú)縫地進(jìn)行傳遞。比如：設計階段創(chuàng )建的BIM數據模型不能直接用于施工階段，二者對象粒度可能不同，理想的辦法是綜合考慮，以通用最小粒度方式建立BIM模型而在不同階段按需組織。
（2）BIM在應用中，更應該是扮演集成者和協(xié)同者的角色。當然，在有堅實(shí)的全息模型基礎上，橫向應用就根據需要可以自由擴充了：“建筑光照分析”“節能分析”“施工監控”“進(jìn)度分析”等均屬此類(lèi)。就目前來(lái)看，這類(lèi)專(zhuān)項應用均有相關(guān)軟件系統支撐，盡管此類(lèi)系統可能不具有統一的數據模型，但由于有長(cháng)期的應用實(shí)踐檢驗完全能勝任工程應用工作，BIM此時(shí)要做的更應該是定位好自身數據協(xié)同的角色。當然，未來(lái)有可能的話(huà)，將這些專(zhuān)項應用重構納入統一的數據框架下，必是完美解決之道。
展望交通BIM3.0
事物的發(fā)展總有更替換代，既有交通2.0，必然會(huì )有更高層次的3.0時(shí)代。關(guān)于這一點(diǎn)，筆者是這樣認識的：目前，業(yè)內認可的BIM技術(shù)應用，基本聚焦于交通基礎設施的全生命周期的數字建模、制造、管理、決策等方面，但它僅是針對設施本身實(shí)施的應用。對于其上的“智慧交通”來(lái)說(shuō)，設施只是這一應用圈內的一個(gè)環(huán)節，要盤(pán)活“智慧交通”，必須要使各個(gè)環(huán)節信息聯(lián)動(dòng)、相互支撐。拿未來(lái)的智能汽車(chē)、無(wú)人駕駛來(lái)說(shuō)，除了必須的車(chē)聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支撐外，若能利用好交通基礎設施BIM成果，必將大大提高信息使用率，為交通品質(zhì)提升和安全保障打下堅實(shí)的基礎，我們拭目以待！
本文刊載 / 《BIM視界》雜志 2018年 第4期 總第7期
作者 / 申俊昕 卜曉勵
作者單位 / 云南省交通規劃設計研究院
編輯 / 陳晨
美編 / 趙雯
責編 / 王碩
審校 / 盛超 廖玲
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