十个BIM常用名词和术语解释

何关培 黄锰钢

(1.香港优比创新科技有限公司;2.韩国延世大学土木环境工程学院)

1 前言

BIM相关资料中常常出现的用英语缩写表示的专业名词和术语,是同行之间经常询问的问题,作者认为有必要做一点这方面的工作,或许能对目前来说为数还不是很多但数量正在急剧增加的 BIM同道中人有所裨益。

事实上,要理解和掌握一种新技术或者新方法,首当其冲的一定是要了解与之相关的一系列名词和术语的含义。BIM也不例外,跟 BIM相关的常见名词和术语也有数十个之多,对这些名词和术语的把握是进入 BIM研究和应用的第一道门槛。

BIM的发源地在美国,因此大部分与 BIM相关的名词和术语是英文单词首字母的缩写(俗称“三字经”,因为这样的缩写以三个字母的居多)。因此,本文将按照下列模式作为标题来对与 BIM相关且已经成型和常用的名词及术语进行分类解释:

● 标题模式:英语缩写 -英语全文 -汉语翻译

● 标题举例:BIM-Building Information Modeling-建筑信息模型

从汉语科技资料的习惯和实际使用情况来看,常用的名词和术语基本上都会使用英语缩写,汉语翻译通常只在英语缩写第一次出现的时候加以说明或解释。

例如,对“计算机辅助设计”这个专业名词或术语来说,今天不管是口语还是书写大家真正使用的都是 CAD,除了第一次出现的时候在括号里面加以说明外,还有多少机会使用“计算机辅助设计”或“计算机辅助绘图”这个汉语名词(或者说汉语翻译、汉语解释、汉语术语)呢?这样的例子还有很多,CAE/CFD/CAFM/ERP/PDM/VR就是业内经常使用的其中另外一些英文缩写名词和术语。

本文对各种 BIM文献和产品资料上出现频率最高的十个相关名词和术语分为四类进行了归纳解释。

2 BIM/BIM模型/BIM建模软件

名词1:BIM-Building Information Modeling-建筑信息模型

这个标题的内容大家都不陌生,对于其中的中文名词或者术语而言,准确一点说应该叫做“建筑信息建模”、“建筑信息模型方法”或者“建筑信息模型过程”更为贴切,但约定成俗,就叫“建筑信息模型”吧,只是大家在交流的时候应该记住 BIM或“建筑信息模型”是指“Building Information Modeling”,而不是“Building Information Model”。

BIM的定义或解释有多种版本,作者认为McGraw Hill(麦克格劳.希尔)在 2009年发布的名为“The Business Value of BIM”的市场调研报告中对BIM的定义比较简练、清晰、易记,也容易传播:“BIM是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程”。

美国国家 BIM标准对 BIM的含义进行了如下四个层面的解释,内容颇为完整(因此语言也免不了有些许艰深):

● 一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达

● 一个共享的知识资源

● 一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念开始的全生命周期的所有决策提供可靠依据的过程

● 在项目不同阶段不同利益相关方通过在 BIM中插入、提取、更新和修改信息以支持和反应其各自职责的协同作业

名词2:BIM Model-Building Information Model-BIM模型

由于约定成俗把 BIM和建筑信息模型用在了Building Information Modeling身上,我们就又一次约定成俗把 Building Information Model叫做 BIM模型。

BIM模型是 BIM这个过程的工作成果,或者说是上一节 BIM定义中那个为建设项目全生命周期设计、施工、运营服务的“数字模型”。

目前在实际工作中,一个建设项目的 BIM模型通常不是一个,而是多个在不同程度上互相关联的用于不同目的的数字模型,虽然在逻辑上,我们可以把跟这个设施有关的所有信息都放在一个模型里面。一个项目常用的 BIM模型有以下几个类型:

● 设计和施工图模型

● 设计协调模型

● 特定系统的分析模型

● 成本和计划模型

● 施工协调模型

● 特定系统的加工详图和预制模型

● 竣工模型

名词3:BIM Authoring Software-BIM建模软件

通常业界同行说的 BIM软件大多数情况下是指“BIM建模软件”,而真正意义上的 BIM软件所包含的范围应该更广一些,包括 BIM模型检查软件、BIM数据转换软件等。为防止可能出现的混淆,在我们把 BIM定义为利用数字模型服务于建设项目全生命周期各项工作的过程的前提下,还是使用BIM建模软件比较稳妥一些。

下面是目前具备一定市场影响力的几个主要用于工业与民用建筑类项目的 BIM建模软件:

● Autodesk公司的 Revit系列

● Bentley公司的 Bentley Architecture系列

● Gehry Technologies公司的 Digital Project

● Graphisoft公司的 ArchiCAD

● Nemetschek公司的 AllPLAN(Vectorworks)

3 NIBS/b Sa

名词4:NIBS-National Institute of Building Sciences-美国建筑科学研究院

美国建筑科学研究院是美国国家 BIM标准(NBIMS)的研究和发布机构,大量的 BIM及其关联概念、技术、方法、流程、资料都跟这个机构有关。

美国国家建筑科学研究院是根据 1974年的住房和社区发展法案(the Housing and Community Development Act of 1974)由美国国会批准成立的非营利、非政府组织,作为建筑科学技术领域沟通政府和私营机构之间的桥梁。

NIBS的使命是通过支持建筑科学技术的进步改善建成环境(built environment,与自然环境-natural environment对应)来为国家和公众利益服务。NIBS集合政府、专家、行业、劳工和消费者的利益,专注于发现和解决影响既安全又支付得起的居住、商业和工业设施建设的问题和潜在问题。NIBIS同时为私营和公众机构就建筑科学技术的应用提供权威性的建议。

NIBS奉命每年为美国总统提供一份建筑科学技术方面的年度报告。美国建筑科学研究院包括下列专业委员会和专项计划:

● 咨询委员会(Consulatative Council)

● 安全和灾害预防(Secuity and Disaster Preparedness)

■ 建筑抗震安全委员会(Building Seicmic Safety Council)

■ 多重灾害减缓委员会(Multihazard Mitigation Council)

■ 多重灾害风险评估(Multihazard Risk Assessment)

● 设施性能和可持续(Facility Performance and Sustainability)

■ 建筑围护技术和环境委员会(Building Enclosure Technology and Environment Council)

■ 高性能建筑委员会(High Performance Building Council)

■ 国家设备绝缘保温委员会(National Mechanical Insulation Committee)

● 信息资源和技术(Information Resources and Technologies)

■ buildingSMART联盟(buildingSMART Alliance)

■ 整体建筑设计指南和施工准则基础(Whole Building Design Guide and Construction Criteria Base)

■ ProjNet-在线项目设计、招标、施工协同管理系统

■ 设施维护和运营委员会(Facility Maintenance and Operation Committee)

■ 整体建筑试运行(Total Building Commissioning)

■ 国家教育设施信息情报交换所(National Clearinghouse for Educational Facilities)

名词5:bSa-buildingSMART alliance-buildingSMART联盟

从上面对 NIBS的介绍我们可以了解到,buildingSMART联盟是美国建筑科学研究院在信息资源和技术领域的一个专业委员会。

buildingSMART联盟成立于 2007年,是在原有的国际数据互用联盟(IAI-International Alliance of Interoperability)的基础上建立起来的。2008年底,原有的美国 CAD标准和美国 BIM标准成员正式成为 buildingSMART联盟的成员。

据统计,建筑业设计、施工的无用功和浪费高达 57%,而制造业只有 26%,buildingSMART联盟认为通过改善我们提交、使用和维护建筑信息的流程,建筑行业完全有可能在 2020年消除高出制造业的那部分浪费(31%),按照美国 2008年大约 1.2万亿美元的设计施工投入计算,这个数字就是每年将近 4000亿美元。buildingSMART联盟的目标就是建立一种方法抓住这个每年 4000亿美元的机会,以及帮助应用这种方法通往一个更可持续的生活标准和更具生产力及环境友好的工作场所。

buildingSMART联盟愿景:A global environment where all participants can readily and transparently share,apply and maintain information about facilities and infrastructure to enhance quality and economy of design,construction,operation and maintenance.(一个所有参与方可以方便和透明地进行建筑物和基础设施信息交换、应用和维护以加强设计、施工、运营和维护质量及经济效益的全球环境。)

buildingSMART联盟使命:Improve all aspects of the facility and infrastructure lifecycle by promoting collaboration,technology,integrated practices and open standards.(通过推动协同、技术、一体化实务和公开标准改善建设项目生命周期的方方面面。)

buildingSMART联盟目前的主要产品包括:

● IFC标准(Industry Foundation Classes,IFC2x4 beta 3 Version)

● 美国国家 BIM标准第一版第一部分 (National Building Informational Modeling Standard Version 1 Part 1)

● 美国国家 CAD标准 第 4版(United States National CAD Standard Version 4.0)

● BIM杂志(JBIM-Journal of Building Information Modeling)

同时,我们还需避免 buildingSAMRT联盟与另一个名词术语的混淆——buildingSMART International(buildingSMART国际)。buildingSMART国际是一个致力于 IFC标准的制定、应用和推广的,由业主、建筑师、工程师、工程承包商、制造商、设施管理人员以及相关软件商组成的国际性会员组织,在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚等地区设有分支机构。我们可以从 buildingSMART国际和 buildingSMART联盟二者的不同职能将二者区别如下:

● buildingSMART国际 (buildingSMART International)的职能为组织协调各国专家学者共同制定 IFC标准,并负责 IFC标准在全世界范围内的应用和推广。

● buildingSMART联盟(bSa)的职能为 BIM技术和 IFC标准在北美范围内的实施和推广。美国国家 BIM标准(NBIMS)和美国国家 CAD标准(NCS)是该组织负责的两项主要工作。

图1 美国国家 BIM标准封面信息

4 NBIMS/NCS

名词6:NBIMS-United States National Building Information Modeling Standard-美国国家 BIM标准(简称美国 BIM标准)

美国国家 BIM标准(NBIMS)和美国国家 CAD标准(NCS)是 buildingSMART联盟负责的两项主要工作。图1是2007年发布的美国国家 BIM标准封面的一部分:

封面传递了有关美国国家 BIM标准的如下信息:

● 目前的 BIM标准是“第一版 -第一部分”,包括“概论、原理和方法”,这个标准尚处于发展的初期

● BIM标准的目的是“通过开放和互通的信息交换来改造建筑供应链”

美国 BIM标准现在这个版本的主要内容包括美国 BIM标准导论、序言、信息交换概念、信息交换内容和美国 BIM标准开发过程等。

美国 BIM标准将由为使用 BIM过程和工具的各方定义相互之间数据交换要求的明细和编码组成,计划中将完成的工作包括[1]:

a)出版交换明细用于建设项目生命周期整体框架内的各个专门业务场合

b)出版全球范围接受的公开标准下使用的交换明细编码作为参考标准

c)促进软件厂商在软件中实施上述编码

d)促进最终用户使用经过认证的软件来创建和使用可以互通的 BIM模型交换

名词7:NCS-United States National CAD Standard-美国国家 CAD标准(简称美国 CAD标准)

NCS也是同行在研究实施 BIM时经常会碰到的一个名词,这就是美国 CAD标准的简写。美国CAD标准是惟一一个在设计、施工和设施管理行业使用的全面完整的 CAD标准,其目的是实现建筑业设计、施工、运营领域对 CAD标准的广泛使用,从而建立起一套服务于设计和制图过程的共同语言[2]。

美国 CAD标准的使用将帮助各类机构去除目前正在承担的多余费用,包括维护企业标准、培训新员工、协调团队成员之间的实施等。同时,2D标准将在朝 BIM软件系统和基于对象的 3D标准的转换中承担关键角色。

目前的美国 CAD标准是第四版(Version 4.0),主要内容包括导论、图形文件组织、图形概念、图层分配和标准符号等。

5 IFC/STEP/EXPRESS

名词8:IFC-Industry Foundational Classes-工业基础类(IFC标准)

谈 BIM必谈数据共享和交换,谈数据共享和交换就不得不谈谈数据标准。数据标准的建立是解决信息交换与共享问题的关键。在众多相关数据标准中,最被行业广泛接受的数据标准是 buildingSMART国际发布的 Industry Foundation Classes(IFC),中文译名为“工业基础类”,但业者更习惯于称之为“IFC标准”。

图2 IFC Schema的内容层次划分

IFC标准的目标:IFC标准的目标是为建筑行业提供一个不依赖于任何具体系统的,适合于描述贯穿整个建筑项目生命周期内产品数据的中间数据标准(neutral and open specification),应用于建筑物生命周期中各个阶段内以及各阶段之间的信息交换和共享。

IFC标准的定义和内容:IFC标准是一个计算机可以处理的建筑数据表示和交换标准(我们传统的CAD图纸上所表达的信息只有人可以看懂,计算机无法识别一张图纸所表达的信息)。IFC Schema(IFC大纲)是 IFC标准的主要内容。IFC Schema提供了建筑工程实施过程所处理的各种信息描述和定义的规范,这里的信息既可以描述一个真实的物体,如建筑物的构件,也可以表示一个抽象的概念,如空间、组织、关系和过程等[3]。IFC Schema(由下至上)整体由资源层、核心层、共享层和领域层 4个层次构建,如图2所示。

● 资源层(Resource layer):包含了一些独立于具体建筑的通用信息的实体(entities),如材料、计量单位、尺寸、时间、价格等信息。这些实体可与其上层(核心层、共享层和领域层)的实体连接,用于定义上层实体的特性。

● 核心层 (Core Layer):提炼定义了一些适用于整个建筑行业的抽象概念,如 actor,group,process,product,control,relationship等等。比如说,一个建筑项目的空间、场地、建筑物、建筑构件等都被定义为Product实体的子实体,而建筑项目的作业任务、工期、工序等则被定义为 Process和 Control的子实体。

● 共享层(Interoperability layer):分类定义了一些适用于建筑项目各领域(如建筑设计、施工管理、设备管理等)的通用概念,以实现不同领域间的信息交换。比如说,在 Shared Building Elements schema中定义了梁、柱、门、墙等构成一个建筑结构的主要构件;而在 Shared Services Element schema中定义了采暖、通风、空调、机电、管道、防火等领域的通用概念。

● 领域层(Domain Layer):分别定义了一个建筑项目不同领域(如建筑、结构、暖通、设备管理等)特有的概念和信息实体。比如说,施工管理领域中的工人、施工设备、承包商等,结构工程领域中的桩、基础、支座等,暖通工程领域中的锅炉、冷却器等。

以上是作者理解和总结的 IFC相关概念和 IFC Schema中各层所包含的内容。IFC标准已被接收成为了 ISO标准(ISO/PAS 16739)。各大 BIM软件商如 Autodesk、Bentley、Graphisoft、Gehry Technologies、Tekla等均宣布了各自旗下软件产品对 IFC标准的支持,但实现真正基于 IFC标准的数据共享和交换还有很长一段路要走。IFC标准使用形式化的数据规范语言 EXPRESS来描述建筑产品数据。EXPRESS语言定义在 STEP国际标准中。下面,我们简单介绍 STEP标准和 EXPRESS语言。

名词9:STEP-Standard for the Exchange of Product Model Data-产品数据交换标准(STEP标准)

国际标准化组织(ISO)工业自动化与集成技术委员会(TC184)下属的第四分委会(SC4)开发的Standard for the Exchange of Product Model Data(STEP),中文译为“产品数据交换标准”,也称“STEP标准”。STEP标准是一个计算机可读的关于产品数据的描述和交换标准。它提供了一种独立于任何一个 CAX系统的中性机制来描述经历整个产品生命周期的产品数据[4]。STEP标准已成为ISO国际标准(ISO 10303)。

名词10:EXPRESS/EXPRESS-G-EXPRESS语言/EXPRESS-G语言

EXPRESS是一种表达产品数据的标准化数据建模语言 (data modeling language),定义在 ISO 10303-11中[4]。 EXPRESS-G是 EXPRESS语言的图形表达形式。EXPRESS和EXPRESS-G是IFCSchema使用的数据建模语言。

[1]National Institute of Building Sciences,United States National Building Information Modeling Standard,Version 1-Part 1[R].[2010-02-30].http://www.buildingsmartalliance.org

[2]National Institute of Building Sciences,United States National CAD Standard,Version 4.0.[R].[2010-03-01].http://www.buildingsmartalliance.org/index.php/ncs

[3]buildingSMART International Modeling Support Group,IFC 2x Edition3 Model Implementation Guide Version 2.0[R].[2010-01-05].http://www.iai-tech.org/

[4]ISO TC184/SC4,EXPRESS Language Reference Manual,ISO 10303Part 11[P].1997-06-07.