解读美国国家BIM标准 – BIM能力成熟度模型（上）

随着建筑及工程信息化的迅猛发展，BIM（Building Information Model）已成为业内出镜率最高的热词了，几乎所有的建设工程都在铺天盖地地应用BIM技术。

从设计院、施工单位再到业主，在BIM技术研究和应用方面的投资少则过百万多则数千万。在BIM技术上的投资是否得到应有的回报？如何检验投资的成果？如何确定进一步的发展方向？这些是业界均为之困惑的问题。

在NBIMS-US V3（美国国家BIM标准第三版）中，我找到了答案，愿与大家一同分享。

CMM及11个评价维度

▲图1 Tabular CMM

NBIMS是由buildingSMART联盟发布，在该标准中提出了一套衡量应用BIM程度的模型和工具，即CMM（Capability Maturity Model能力成熟度模型），用来评估组织BIM的实施过程。CMM包括两种方式：Tabular CMM（表格式，见图1）和Interactive CMM（交互式，见图2）。他们均是对11个相同的维度，按10个等级进行了评估，不同的是Interactive CMM支持对这11项指标以权重的形式进行重要性排序，而Tabular CMM的评价是无序的。

▲图2 Interactive CMM

CMM定义的这11个维度是：

Data Richness 数据丰富性

定义了BIM信息的完整性，从一开始无关联的少量数据直到变成有价值的信息，最终形成企业级知识。

Life-cycle Views 生命周期

定义了项目有多少阶段使用了BIM。在避免重复数据收集方面具有很高的价值和降低成本的作用。

Change Management 变更管理

定义了一种变更企业已实施的业务流程的方法论。如果发现一项业务流程待改善，需要先着手对问题做根本原因分析，然后基于分析结果对业务流程做出一系列调整。

Roles or Disciplines 角色或专业

角色是指参与业务流程以及信息流转的人。专业通常是参与不止一个阶段的信息提供者或接收者。

Business Process 业务流程

定义了业务是如何完成的。如果数据和信息收集是作为业务流程的一部分，那数据收集是一项没有成本的工作要求；反之，收集到的数据很可能是不准确和有成本的。

Timeliness/Response 时效性/响应

数据越接近准确的实时信息，说明质量越好，越能用于决策分析，甚至是一些救援的重要决定。

Delivery Method 传递方式

数据传递的方式至关重要。信息需要能在受控的网络环境中实时传递给适当的人员。

Graphical Information 图形化信息

图形化的好处是可以给参与者描绘一个清晰的情景。3D图像已被信息接收者高度认可并达成共识。随着进度和成本信息的增加，接口管理也变得更重要了。

Spatial Capability 空间能力

理解某个物体在空间的位置对许多信息接口来说尤其重要。

Information Accuracy 信息准确性

确保信息始终准确的唯一办法是使用一些有数学计算能力的产品。

Interoperability/IFC support 互用性/支持IFC格式

为了实现最终信息可以被不同的产品识别和共享，需要遵从统一的数据标准和格式IFC（工业基础类）。

根据CMM评估最终得分，我们可以把BIM应用程度等级分为：未通过认证（不满40分）、最低要求BIM标准（40-49.9分）、BIM认证标准（50-69.9分）、银牌BIM（70-79.9分）、金牌BIM（80-89.9分）和白金BIM（90-100分）。同样，我们也可以通过雷达图（见图3）来分析CMM各维度的能力成熟度情况。

▲图3

BIM CMM是BIM使用者和管理者的法宝，它能为我们擦亮眼睛，真真切切、客观地来评价BIM应用的深度和优劣程度，为促进和提升整个行业的BIM应用水平具有重要的指导意义和使用价值。

数据内容（Data Richness）

在BIM实施和应用的过程中，我们经常会遇到这样的困惑“高质量的BIM模型中到底需要包含多少信息？”、“BIM数据是否可信？”、“数据有效性如何保证？”、“信息间的逻辑关系如何存放和展示？”，CMM通过“数据内容”这一项关键指标，很好地回答了这些问题。CMM是这样定义的：

从上述定义中不难发现，BIM CMM对“数据内容”提出了很高的要求，从数据的种类、规范性、可信度、关联度等多方面进行了综合评价。目前，国内BIM大多还处于较初级的阶段（1-2级），我们主要还是停留在设计阶段应用BIM，搭建一个三维模型并输入了有限的信息，解决了建筑物可视化展示和简单的碰撞检查等设计阶段的问题。

如何来提升BIM能力成熟度

个人认为以下几个关键点是现阶段我们进行能力提升的升级途径：

1.数据的完整性

BIM数据其实包含的内容可以很多，不仅仅有用来描述建筑物和构件的静态数据，还应包含大量的业务数据，甚至动态数据。业务数据是指，在设计-制造-施工-调试-交付-运维等各阶段产生的业务数据，如：业务编码、厂家信息、备品备件、WBS、安装位置、变更信息、质量监测信息、调试参数、维保维修信息等。动态数据是指在运维阶段设备产生的实时动态数据。这些数据加在一起，才形成了一个完整的BIM数据链，能为一个项目的建设和运行管理创造价值。

目前国内设计、施工、运营等各家企业都在分别做自己的BIM和平台，都希望做全做准确，但由于行业的壁垒，谁都无法靠一己之力把整个产业链上的数据做全，以致最后BIM数据被分割成一个个信息孤岛。

要让BIM真正实现全生命周期数据贯通，最佳的方法是建立一个统一的数据平台，各阶段BIM数据在这个平台上进行提交和验收，直至最后的数字化竣工移交。这个平台可由业主方或其委托方牵头搭建，各方负责各自的数据维护，在平台上按角色进行授权管理。这样既可保证数据的完整性，又可确保各方的信息安全。

2.数据权威性与责任制

数据可信度也是评价BIM应用成熟度高低的一个重要指标。往往我们在推行BIM时经常会有人质疑“BIM模型里面的数据是真实的吗？和图纸完全一样吗？”，有这样的问题，本身也说明我们对BIM的理解和应用还处于非常初级的阶段。

BIM数据是否可信，关键在于我们是否有明确的数据责任制度，即这些BIM数据该由谁或组织来生成并对其准确性负责。通常有一种错误的做法，BIM数据是由单独的数据录入人员来完成的，而不是真正的业务人员。这就必然会导致数据责任人不清晰，甚至最终数据失真的情况。因此，我认为数据责任人应与业务责任人保持一致，或者有明确的对应关系，做到谁生产的数据谁负责。有了能对数据准确性负责的人后，自然会提高数据的权威性。

3.数据有效性校验

为了保证BIM数据的准确、可靠，CMM对数据有效性也提出了相应的要求，其中包括了需要有元数据，以及对应的数据校验机制。

元数据是用来定义数据的数据，简单的说就是规定了数据类型、格式、范围值等规则，他是规范BIM数据的卡尺，是数据准入需要遵守的基础规则。当然，具体规则可由每个BIM实施者自己定义。

有了数据规范后，该用何种方式执行这样的数据校验呢？人工校验当然可以，但是这种方式的弊端也显而易见，费时费力，且无法避免人为失误可能带来的影响。所以利用元数据，制定自动化的数据校验流程是最佳的方式。让电脑来完成这些有规则，且机械性的重复劳动再合适不过了。

BIM生命周期“Life Cycle View”

建筑的生命周期很长，他涵盖了从设计、生产（供应链）、施工、运维几个阶段，在这每个阶段中，都会产生大量的信息和数据。从BIM信息的完整性角度来看，这些都是BIM信息来源的重要环节，同时BIM数据在这每个环节是需要流转、协同和复用的。在美国规范中，CMM关于生命周期应用的定义是这样的：

目前，我们的BIM应用大部分还是集中在规划和设计阶段，大家主要还是关注了三维建模展示、管线综合、设计协同等方面的应用；一小部分BIM应用到了生产和施工阶段，比如：提取材料清单、造价成本管理、施工方案模拟、施工进度模拟等5D应用。极少部分关注了在运维阶段的应用。

同时，BIM CMM还非常强调数据的无缝流转和复用，每个阶段的数据是需要流畅地传递到下游的，一个阶段一个阶段进行数据叠加，这样才能使BIM数据的价值持续增长，而不是形成一个个独立的数据包。

当然，我认为在国内，BIM信息之所以无法很好的做到全生命周期和数据高效传递、复用，很大一部分原因是由于我们所处的行业是业务垂直型的生态体系，数据协同必然会遇到企业壁垒的问题。

刨除企业管理的问题，单从技术角度，我们如何能提升BIM在全生命周期的应用能力呢？以下是几个建议：

1、请提前做好数据规划

数据规划是在BIM实施前非常至关重要的一个环节，在这个环节，我们需要明确定义出各个阶段需使用的数据内容、格式规范、数据来源、相互之间的对应关系，这样才能确保BIM信息既能满足各阶段使用方的需求，又不会造成数据冗余，并为数据协同、流转做好技术准备，事半功倍。

2、注重编码规范及应用

编码是在BIM实施初期特别容易被忽视的一项工作，因为这项任务需要耗费大量的人力，很多建模人员不愿意增加工作量。其实，在建模阶段即做好编码工作，是后续数据流转的关键。数据在不同阶段的组织方式、使用颗粒度大小都是不同，如果没有规范的编码，后续就很难做到数据映射和自动建立对应关系，导致需要额外投入大量人力对数据进行反复核对，造成管理成本直线增加。

3、提高数据准确性

只有提高了数据准确性，在数据提供方明确数据责任制，才能使下游数据使用方更有积极性去使用准确的BIM数据。

BIM与人员角色、专业的关系

BIM是服务于工程建设和运营期的一种工具或者方法。作为一种工具，他面向整个生命周期中涉及的角色和专业人员，BIM是否在多专业、跨组织中得到很好的使用，是其应用成熟度的重要体现之一。在美国规范中，CMM关于BIM为不同专业提供支持的评价标准是这样定义的：

和BIM全生命周期覆盖情况雷同，当前我们主要还是支持在设计和施工阶段各专业中使用BIM，而且多专业协同和跨组织协同应用还相对比较简单，信息交互多以间接接口的方式进行。

由于目前对BIM的掌握和应用还处于初级阶段，所以BIM暂时还不是我们唯一依赖的工具，我们在工作中还大量运用着传统的工具、软件平台和管理方式，比如：先用二维工具画图，再进行三维翻模的方式。当然，这也是在BIM初期使用必然要经历的一个过渡阶段。

随着BIM应用的不断深入，越来越多的专业、外部组织和人员会参与到整个协同工作中，这就会对信息的表达、语义理解、接口方式等约束条件提出越来越高的要求。同时，BIM应用也会给传统的工作业务流程和模式带来一定的变化，比如：对机电和工艺系统设计的工作要求会提高，但好处是后续的跨专业接口协调工作将大量降低，甚至在未来的运维阶段能产生更大的应用价值。

总之，提升BIM应用能力水平不是一项单纯的软件安装、实施推广任务，它将改变传统的以垂直专业为单元的工作模式，更多的提倡各专业间甚至跨组织间的横向协同和信息交换，这也是未来产业互联网的一个显著特色之一。

BIM与“Business Process”的关系

在美国规范中，CMM关于BIM为不同专业提供支持的评价标准是这样定义的：

从目前大部分的BIM实施过程中也可以发现，在初级阶段，BIM很少参与到实际业务流程中去，通常是相互独立的在运转，一拨人依旧开展日常业务活动，另外一波人单独开展BIM实施工作。最后发现BIM不仅没有带来预期的效果，反而成为了甜蜜的“负担”，BIM团队对业务人员提出越来越多的质量和精细化的工作要求。与此同时，随着BIM实施地不断深入，会给传统工作模式带来一系列的冲击，容易造成业务人员的抵触情绪。

其实BIM给企业带来不仅仅是一个新的工具和平台，更是一种管理模式上的新体验。他将建筑行业从传统的纸质化、电子化的工作模式中解放出来，引入了数字化的工作平台和方法，并遵循了数据管理的特点和规律，即：数据是业务的二进制表达，它是业务状态最客观和真实的反映。我认为，BIM数据是伴随着业务活动而产生，因此数据的收集也应该在业务过程中同步完成，而后续的业务需要依赖并引用前序工作产生的数据成果，并不断完善BIM数据，最终形成全过程的数据闭环。因此，BIM应用也必须与业务流程紧密捆绑在一起，在日常的业务流程中就悄无声息地完成BIM数据的采集和使用。

所以，在经过BIM初级阶段的试探和实践后，我们需要尽快将BIM与企业的业务流程逐步融合，比如：在BIM系统环境中完成日常图纸审核流程、将运维业务流程引入BIM平台中，并将BIM信息作为数据流转、管理和复用的唯一源头等。这样才能帮助企业解决业务协同过程中数据不完整、不一致和不准确的问题，实现“数据一次输入、多方多次共享”的目标。当BIM切实渗透进组织的核心业务流程时，BIM数据才能发挥最大化的价值，BIM系统平台才会拥有更持久的生命力。

BIM与“Timeliness/Response”的关系

在美国规范中，CMM关于BIM适时应答能力的评价标准是这样定义的：

看了上述的评价标准可能有点晕吧，那简单地说，我认为BIM适时应答能力主要和BIM数据的真实性和实时性密切相关，只有保障数据的真实性和实时性，才能加强BIM的适时应答能力。那当前我们在应用BIM时，主要存在哪些问题？该如何提高这方面的能力呢？下面我们举例分析说明。

BIM与实际竣工情况存在差异

通常我们会建BIM设计模型和施工模型，用于指导现场施工。但在工程建设过程中，会产生大量的设计和现场变更，然而在工程竣工时，很少有人会再去关注和整理竣工版BIM模型，致使BIM信息与最终现场竣工情况不一致。这也直接导致了BIM信息无法作为后续运维阶段的基础数据来源。所以，为了提高BIM信息的可用性，我们在工程项目竣工时，需要对BIM进行一次整理，将建设过程中的变更内容反应到BIM中，使BIM更贴近实际情况，这样才能确保其作为响应运维阶段使用的可靠依据。此外，为了便于应用，有时还需要将数据按运维使用习惯进行重新组织，这也是近期备受推崇的“数字化交付”理念之一。

运维阶段数据未及时更新

虽然BIM数据在大部分情况下是相对静态的，但随着时间的推移，特别是在长达几十年的运维过程中，建筑必然是会遇到大量改造、维护维修等情况，那么相应的建筑信息也需要进行同步更新和维护，否则BIM在建筑的全生命周期中的价值就会大打折扣。当然，目前BIM在运维期的应用还非常少，且多停留在可视化阶段，真正对于数据的管理和复用问题还没有引起大家太多的关注。

总结：

从BIM能力成熟度评价体系来看，规范对数据的适时应答能力要求非常高，数据俨然已成为了核心战略资源，并将成为驱动经济社会发展的重要力量。未来，只有具备数据实时访问、持续更新和快速反馈的BIM才是我们最急需的建筑信息可靠来源。

（责任编辑：何雯丽）