以下為書籍節(jié)選內(nèi)容：

第 1 章 BIM 與建筑大數(shù)據(jù)（1.1 BIM 及其含義）

影響自然環(huán)境的直接和間接主要影響源之一[1]。一方面，受近 30 年來20%的行業(yè)增速麻痹，整個(gè)建筑行業(yè)管理粗放，管理創(chuàng)新能力弱，企業(yè)與行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)步履艱難；另一方面，世界各國(guó)對(duì)環(huán)境問題日益重視并陸續(xù)頒布了更嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)。這使得建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以提升其能源和資源使用率的需求迫在眉睫[2]。建筑行業(yè)是數(shù)據(jù)量和業(yè)務(wù)規(guī)模最大的大數(shù)據(jù)行業(yè)之一。建筑大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的管理和決策是建筑行業(yè)與企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵；然而，建筑全生命周期數(shù)據(jù)源的孤立性和數(shù)據(jù)碎片化為建筑大數(shù)據(jù)的合理、可持續(xù)利用及領(lǐng)域?qū)虻慕ㄖ髷?shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)帶來了極大挑戰(zhàn)[3]。 

BIM（building information model/modelling，建筑信息模型）是建筑設(shè)施物理與功能特征的數(shù)字化表達(dá)，其為建筑全生命周期的各種決策提供可靠的共享信息資源。BIM 內(nèi)包含了多維的 CAD（computer-aided design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）數(shù)據(jù)以支持建筑全生命周期多參與方的決策與協(xié)同。《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國(guó)辦發(fā)〔2017〕19 號(hào)）提出“加快推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過程的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，為項(xiàng)目方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供依據(jù)，促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效?！苯鼛啄?，發(fā)改委、住建部、交通部、水利部、國(guó)家電網(wǎng)、鐵路總公司和各省市都相續(xù)推出了 BIM 實(shí)施指南、標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)建議等。當(dāng)前，BIM已成為了計(jì)算機(jī)、建筑、土木和管理等學(xué)科交叉領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。

1974 年，Chuck Eastman 所提出的“building description system”[4]，它主要指在考慮建筑屬性基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)對(duì)圖形進(jìn)行編輯和元素組成的處理。該系統(tǒng)也通常被認(rèn)為是 BIM 的原型。2003 年，Autodesk 發(fā)布《BIM 白皮書》，標(biāo)志著 BIM 在建設(shè)設(shè)計(jì)的全面產(chǎn)業(yè)化。

盡管 BIM 技術(shù)越來越成熟，其應(yīng)用也從最初的建筑設(shè)計(jì)逐步輻射到了建筑全過程，包括：勘察規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、施工管理和運(yùn)維管理等。BIM 的應(yīng)用領(lǐng)域也 從最初的民用建筑擴(kuò)展到了現(xiàn)在的工業(yè)建筑、高速鐵路、高速公路、水利水電、國(guó)家電網(wǎng)等，其應(yīng)用范圍也從傳統(tǒng)基建擴(kuò)展到了新基建領(lǐng)域。然而，國(guó)內(nèi)建筑信息模型（BIM）與建筑大數(shù)據(jù) 外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界還沒有形成對(duì) BIM 的統(tǒng)一定義。 

英國(guó) BIM 標(biāo)準(zhǔn)定義 BIM 為：“Data beyond graphics. The creation and use of coordinated, internally consistent, computable information about a building project indesign and construction?！盵5]該定義認(rèn)為 BIM 不僅僅只是包含圖形數(shù)據(jù)，更重要 的是囊括了設(shè)計(jì)和施工過程中創(chuàng)建和使用的一致且可計(jì)算的工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)。

美國(guó)國(guó)家 BIM 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì) BIM 的定義是：“BIM is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions duringits life-cycle; defined as existing from earliest conception to demolition”[6]。該定義從兩個(gè)層面定義 BIM：狹義定義和廣義定義。首先，BIM 是設(shè)施功能和物理特性的數(shù)字化表達(dá)。從該層面上看，BIM 是一種數(shù)字化表達(dá)，其表現(xiàn)形式是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。因此，該層面所定義的內(nèi)容和范圍跟英國(guó) BIM 標(biāo)準(zhǔn)的定義相似。通常，第一個(gè)層面的 BIM 定義可視之為 BIM 的狹義定義。其次，BIM 面向全生命周期科學(xué)決策提供基礎(chǔ)設(shè)施可靠共享知識(shí)資源。該定義也被認(rèn)為是 BIM 的廣義定義。因?yàn)樵摱?/span>義中的共享知識(shí)資源指的內(nèi)容就是設(shè)施的數(shù)字化表達(dá)，也即 BIM 的狹義定義。BIM 的廣義定義是對(duì) BIM 狹義定義的延伸。

由于美國(guó)國(guó)家 BIM 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì) BIM 的定義更具代表性，本部分將結(jié)合其定義深度論述 BIM 定義的幾個(gè)關(guān)鍵詞，以明確 BIM 同 CAD、數(shù)據(jù)和建筑等的內(nèi)在區(qū)別與聯(lián)系。

1）設(shè)施（facility） 

縱觀 BIM 定義，并沒有任何詞匯涉及建筑。然而，BIM 卻定義為建筑信息模型，其根本原因在于對(duì) Facility 的定義。一方面，建筑是設(shè)施的組合。任何一個(gè)建筑都是由許許多多的墻、門、窗等設(shè)施構(gòu)成。定義了設(shè)施，也就定義了建筑。另一方面，設(shè)施的定義更廣，適用于更多領(lǐng)域。各個(gè)領(lǐng)域都包含設(shè)施，這也使得BIM 的定義可以推廣到更多領(lǐng)域。例如，當(dāng)詳細(xì)定義國(guó)家電網(wǎng)所涉及的所有設(shè)施時(shí)，BIM 就推廣到了國(guó)家電網(wǎng)領(lǐng)域，形成電網(wǎng)信息模型（grid information modelling/model）。又如，對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行詳細(xì)定義后，BIM 就可以推廣到交通道路領(lǐng)域，形成道路信息模型（road information modelling/model）。正是由于 BIM 未將其定義局限于建筑，這使得 BIM 具有更廣闊的應(yīng)用范圍。這也是當(dāng)前交通部、水利部、國(guó)家電網(wǎng)和鐵路總公司等都在大力推動(dòng) BIM 的原因。當(dāng)前 BIM 之所以稱之為“建筑信息模型”，主要原因在于 BIM 標(biāo)準(zhǔn)主要圍繞建筑領(lǐng)域的設(shè)施進(jìn)行定義。 

2）數(shù)字化表達(dá)（digital representation） 

數(shù)據(jù)是數(shù)字化表達(dá)的成果形式，數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式為計(jì)算機(jī)文件。近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的 CAD 也從 2D 升級(jí)到了 3D，形成 3D CAD 設(shè)計(jì)。因此，一個(gè)潛在的問題是：傳統(tǒng)的 CAD 也是 3D 設(shè)計(jì)，其跟 BIM 有什么本質(zhì)區(qū)別？通常，傳統(tǒng)的 CAD 被視作概念設(shè)計(jì)，每一張 CAD 圖紙都是由一堆設(shè)計(jì)人員可以讀懂的點(diǎn)、線和面構(gòu)成。從計(jì)算機(jī)思維的角度看，計(jì)算機(jī)只能理解這些點(diǎn)、線和面為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的點(diǎn)、線和面，并不能真正讀懂它們的真實(shí)含義。因此，傳統(tǒng)的 CAD 僅僅只是電子化或者信息化。而 BIM 的數(shù)字化表達(dá)不僅從形狀上將設(shè)施定義為點(diǎn)、線和面的組合。更重要的是，BIM 的數(shù)字化還包含對(duì)每個(gè)設(shè)施的語義定義，使得計(jì)算機(jī)可以認(rèn)知一組點(diǎn)、線和面所表達(dá)的真實(shí)設(shè)施是什么。同時(shí)，BIM的數(shù)字化還包含建筑全過程對(duì)設(shè)施功能和物理特性的增量表達(dá)。 

3）功能和物理性質(zhì)（physical and functional characteristics） 

物理性質(zhì)是指真實(shí)世界客觀存在的性質(zhì)，如設(shè)施的形狀、體積、表面積、長(zhǎng)、寬、高和顏色等。功能性質(zhì)是指人為賦予的一些性質(zhì)。例如，人為賦予一個(gè)區(qū)域?yàn)橥＼囄坏?。除了語義定義外，BIM 所詳細(xì)定義的功能和物理性質(zhì)，為建設(shè)項(xiàng)目全過程的方案優(yōu)化、智慧仿真和科學(xué)決策建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 

4）共享知識(shí)資源（shared knowledge resource） 

共享知識(shí)資源可以從“共享”、“知識(shí)”和“資源”三個(gè)角度分別解釋。從共享的角度上看，BIM 要實(shí)現(xiàn)共享，就需要有標(biāo)準(zhǔn)。BIM 的標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等，以滿足建設(shè)項(xiàng)目全過程不同階段不同業(yè)務(wù)的使用需求。從知識(shí)的角度上看，知識(shí)是本體，也是黑格爾所說的“存在”，對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)程序里“對(duì)象”的概念。因此，知識(shí)首先需要有語義支撐，語義是 BIM 區(qū)別于傳統(tǒng)CAD 的首要知識(shí)。從資源的角度上看，其共享的內(nèi)容就是設(shè)施的功能和物理性質(zhì)，對(duì)應(yīng) BIM 的狹義定義。 

5）可靠基礎(chǔ)（reliable basis） 

建筑全過程涉及的數(shù)據(jù)各式各樣，其數(shù)據(jù)的精度、真假度也各不相同。BIM旨在提供可靠的建設(shè)項(xiàng)目全過程數(shù)據(jù)，其可靠性可從三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：一致性、完整性和關(guān)聯(lián)性。一致性是指不同階段不同參與方對(duì)相同設(shè)施相同屬性的描述應(yīng)該一致，從而通過相互校驗(yàn)解決數(shù)據(jù)虛假等問題。完整性是指 BIM 對(duì)設(shè)施的描述應(yīng)該是完整的，不應(yīng)該存在“數(shù)據(jù)孤島”和“數(shù)據(jù)斷層”等問題。關(guān)聯(lián)性是指 BIM還應(yīng)準(zhǔn)確、完整的描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如空間的相互鄰接關(guān)系、管道之間的鏈接關(guān)系、空間和設(shè)施的包含關(guān)系等。 

6）決策（decision） 

決策是 BIM 的最終目標(biāo)和核心價(jià)值。只有實(shí)現(xiàn)了建設(shè)工程項(xiàng)目全過程的科學(xué)決策，BIM 的價(jià)值才能充分體現(xiàn)。而科學(xué)決策又取決于可靠的共享知識(shí)資源。因此，BIM 的狹義定義是積累可靠共享知識(shí)資源的過程，需要人、財(cái)和物等資源的持續(xù)投入。只有實(shí)現(xiàn)了科學(xué)決策，提升了全過程的工作效率，節(jié)約了實(shí)際成本，BIM 才真正實(shí)現(xiàn)其價(jià)值，促進(jìn)建筑業(yè)的提質(zhì)增效和可持續(xù)健康發(fā)展，服務(wù)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。