王昕

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信電工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116 )

近些年,信息化建筑理念逐漸被重視,建筑信息模型(building information model, BIM)的優(yōu)勢(shì)也不斷被認(rèn)可。隨著工程應(yīng)用不斷拓展和深入,應(yīng)用范圍擴(kuò)展到工程建設(shè)項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)、虛擬施工、運(yùn)維管理及全生命周期,應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)建筑業(yè)拓寬到管線綜合、城市軌道交通等城市基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域。雖然BIM從技術(shù)上解決了建筑全生命周期內(nèi)的信息共享和交換,但其在國內(nèi)的普及度不高。這是由于建筑涉及的信息范圍廣泛,空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,專業(yè)性強(qiáng),而以多維度、多功能及多用途的計(jì)算機(jī)可視化圖形表現(xiàn)的BIM模型數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)難以組織和管理,從而給計(jì)算機(jī)圖形處理能力帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn),對(duì)計(jì)算機(jī)的顯示分析、存儲(chǔ)計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葧?huì)造成極大挑戰(zhàn),對(duì)人員素質(zhì)要求高,使用和維護(hù)煩瑣,不使用專業(yè)軟件的項(xiàng)目參與方將無法及時(shí)地共享和交互相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,更加無法實(shí)現(xiàn)大空間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)同步與共享.在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)普及的當(dāng)今時(shí)代,用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以快速便捷、在線可視的“輕量化”方式展現(xiàn)BIM模型、使用BIM數(shù)據(jù)、解除對(duì)專業(yè)軟件的依賴已成為BIM技術(shù)當(dāng)下研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

1 研究熱點(diǎn)及現(xiàn)狀

在Web of Science數(shù)據(jù)庫的檢索BIM等相關(guān)詞匯,以 Cite space 軟件中的“Keyword”作為圖譜分析節(jié)點(diǎn),得到這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),如圖1 所示。其中幾篇經(jīng)典文獻(xiàn)包括：Succar B[1]確定了針對(duì)BIM實(shí)施框架的一些相關(guān)概念( 領(lǐng)域、階段、步驟),并建立知識(shí)可視化模型表示BIM在建筑、工程、建設(shè)、運(yùn)營領(lǐng)域的概念及其之間的關(guān)系,對(duì)行業(yè)利益相關(guān)者運(yùn)用BIM具有指導(dǎo)意義。Tang PB等[2]總結(jié)各國先進(jìn)的自動(dòng)建模方法,基于土木工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)對(duì)其算法進(jìn)行深入研究,將建模過程分為幾何建模、對(duì)象識(shí)別和對(duì)象關(guān)系建模三個(gè)階段,并總結(jié)BIM建模過程中可能存在的問題,在BIM建模方面具有一定的研究基礎(chǔ)。Vanlande等[3]總結(jié)5種BIM模型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及交換方法,并創(chuàng)新性地開發(fā)Active 3D協(xié)作平臺(tái),在BIM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和交換方面提供新思路和新方法,解決BIM 應(yīng)用過程中不同階段、不同軟件之間存在的信息壁壘問題。Gu N等[4]提出需要同時(shí)考慮技術(shù)工具因素和非技術(shù)策略因素促進(jìn)BIM在建筑行業(yè)的發(fā)展,并構(gòu)建“BIM 決策協(xié)作框架”集成多學(xué)科操作模式,從而達(dá)到協(xié)同工作的目的。Eastman C M等[5]認(rèn)為IFC標(biāo)準(zhǔn)并不能完全實(shí)現(xiàn)完整的建筑信息模型之間的互操作性,并定義信息交付手冊(cè) (IDM),能夠捕獲精準(zhǔn)的信息并實(shí)現(xiàn)交換。Jung Y等[6]提出實(shí)際項(xiàng)目的BIM應(yīng)用框架,從三維空間和六個(gè)類別處理 BIM 理論和實(shí)踐中的變量,為BIM領(lǐng)域應(yīng)用前景評(píng)估和驅(qū)動(dòng)因素識(shí)別提供依據(jù),如圖1所示。

圖1 BIM近幾年研究熱點(diǎn)

2 下一代BIM技術(shù)內(nèi)涵

BIM是一種理念,旨在服務(wù)整個(gè)建筑行業(yè)全生命周期,需要各個(gè)行業(yè)人員參與進(jìn)行多學(xué)科融合。

2.1 BIM 2.0助傳統(tǒng)行業(yè)搶占制高點(diǎn)

目前國家主要職能部門均開始推行數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合,在這一導(dǎo)向下,諸多傳統(tǒng)行業(yè)(如建筑行業(yè))想要搶占未來產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)就需要推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化改造,而轉(zhuǎn)型最好的切合點(diǎn)就在信息技術(shù)領(lǐng)域,也即“數(shù)轉(zhuǎn)智改”。

2.2 BIM 2.0也是信息專業(yè)的契機(jī)

目前是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代,但是對(duì)深度內(nèi)卷的信息行業(yè)而言,真正的契機(jī)卻是在傳統(tǒng)行業(yè)。以高校為例,非信息類院校的信息類專業(yè)真正的春天在于如何和傳統(tǒng)行業(yè)深度融合。這是因?yàn)榉切畔㈩愒盒５男畔I(yè)無論在師資、生源、硬件及政策上都被邊緣化,必須要與傳統(tǒng)行業(yè)掛鉤。正如傳統(tǒng)行業(yè)需要信息專業(yè)助力騰飛一樣,信息行業(yè)也需要一個(gè)契合點(diǎn),開辟一個(gè)全新的賽道。

2.3 BIM 2.0是行業(yè)發(fā)展的多樣化需求

以江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例,其中與建筑類相關(guān)的9個(gè)二級(jí)學(xué)院還在應(yīng)用傳統(tǒng)的BIM模式,亟須與信電工程學(xué)院進(jìn)行深度合作。而在能夠與信息化、智能化相結(jié)合的幾個(gè)二級(jí)學(xué)院專業(yè)中,建筑智能學(xué)院雖然涵蓋智能家居、智能建筑、數(shù)字化社區(qū)、BIM等系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域,但是主要集中在設(shè)備的維護(hù)使用、數(shù)據(jù)的采集和傳輸方面,在系統(tǒng)性、模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)、頂層設(shè)計(jì)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及人工智能領(lǐng)域結(jié)合方面有所欠缺,可以與信電工程學(xué)院形成行業(yè)服務(wù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

2.4 BIM 2.0助力行、企、校做好頂層設(shè)計(jì)

BIM+本身的內(nèi)涵并沒有太多區(qū)別,只是彼此間的側(cè)重點(diǎn)略有不同。從設(shè)備、裝置、開關(guān)等基礎(chǔ)設(shè)施和組成部件的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+物聯(lián)網(wǎng);從數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與展示角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+大數(shù)據(jù);從分布式計(jì)算和并行計(jì)算的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+云計(jì)算;從智能化算法的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+人工智能;從新模式、新業(yè)態(tài)的宏觀角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+互聯(lián)網(wǎng)。弱化信息技術(shù)概念,強(qiáng)調(diào)行業(yè)屬性,做好頂層設(shè)計(jì),是下一代BIM2.0的核心思想。

3 人工智能視角下BIM 2.0探索

從傳統(tǒng)BIM的角度來看,建筑信息化被分為BIM的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維和拆除四個(gè)階段或方向,圍繞這四個(gè)階段以人工智能的視角展開討論,逐步完善并形成BIM 2.0模式,如圖2所示。

圖2 智能建造發(fā)展方向

3.1 設(shè)計(jì)智能化方向

在這方面主要是利用新一代信息技術(shù)開展仿真、模擬、虛擬化等工作,大致包括以下幾個(gè)研究點(diǎn)：利用人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)建立建筑能耗模型,通過模擬建筑能耗進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化并將優(yōu)化結(jié)果融入建筑節(jié)能化設(shè)計(jì)中;利用現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)AR和虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)增強(qiáng)可視化設(shè)計(jì)和人機(jī)交互,為建筑專業(yè)人員提供便利;利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模型實(shí)現(xiàn)建筑性能的模擬和仿真;利用WebGis技術(shù)將地理信息系統(tǒng)和一張圖技術(shù)融入建筑設(shè)計(jì)的管線、水道、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中;利用Python等工具實(shí)現(xiàn)不容軟件、數(shù)據(jù)、圖紙、文檔之間的接口和格式轉(zhuǎn)換,突破專業(yè)軟件單一化的束縛等。

3.2 施工高效化方向

該方向主要是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能輔助高效施工,涉及傳感技術(shù)、采集技術(shù)、傳輸技術(shù)等共性技術(shù)。以5G環(huán)境下的智慧工地為例,智慧工地大致包括人、機(jī)、物、環(huán)、管五大方面：人員方面,包括利用可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)人員數(shù)據(jù)的采集;設(shè)備方面,主要包括利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)小型設(shè)備如推車、叉車、運(yùn)料車的定位和管理,利用數(shù)字孿生技術(shù)和專家決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑工地大型設(shè)備如提升設(shè)備、吊車等的故障診斷和預(yù)知維修,提高效率避免風(fēng)險(xiǎn);物資方面,可利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)制件的定位和管理,利用條碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)易耗物資的精細(xì)化管理;環(huán)境方面,可利用多傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè);管理方面,由于建筑工地是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境,涉及多個(gè)系統(tǒng),因此需要有系統(tǒng)集成、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化等信息化手段,此外,還需要結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)在管理層面建立一套工程模擬和預(yù)評(píng)估系統(tǒng)。

3.3 運(yùn)維智慧化

建筑的分類多種多樣,其維護(hù)的方法、方式和手段都不盡相同,但是其中的信息化技術(shù)具有共性。在這里僅探討小區(qū)的智慧化運(yùn)維,大致包括以下幾個(gè)方面：利用IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)施運(yùn)維數(shù)據(jù)的采集,通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理;利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備的健康狀態(tài)感知與維護(hù);利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)小區(qū)能源系統(tǒng)的管理;利用網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)小區(qū)應(yīng)急管理系統(tǒng);此外還有建立小區(qū)虛擬云,以及利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可穿戴裝備提升小區(qū)的服務(wù)能力,保障小區(qū)中老人、兒童的人身安全等。

3.4 拆除綠色化

這一階段主要利用VR和AR技術(shù)提供可視化的拆除工程模擬,提高工程效率;利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提供管理層面的工程量評(píng)估和價(jià)格預(yù)算;利用人工智能方法選擇最優(yōu)的拆除方法,從而保證破壞性最小并減少廢棄物產(chǎn)生。

4 結(jié)語

無論是BIM+云計(jì)算、BIM+物聯(lián)網(wǎng)、BIM+大數(shù)據(jù)還是BIM+人工智能,都不是推翻現(xiàn)有的BIM 1.0模式重來一遍,而是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將BIM技術(shù)和新一代信息化深度融合,利用信息化技術(shù)解決傳統(tǒng)行業(yè)無法解決的專業(yè)難題。BIM 2.0將借助信息學(xué)科的力量,在解決行業(yè)、專業(yè)難題的同時(shí)一方面加速形成交叉學(xué)科或?qū)I(yè),從而開拓新的市場(chǎng)和研究領(lǐng)域;另一方面,借助傳統(tǒng)行業(yè)的平臺(tái)與市場(chǎng)導(dǎo)向,開展企業(yè)、高校間的聯(lián)合協(xié)同攻關(guān)。