连接“信息孤岛” 把握“智慧城市”脉搏

装修新房时业主将获得房屋从最初设计施工到近期维护改造的所有信息；一旦发生火灾，大楼 “主动”报警，通知消防人员迅速锁定起火位置，为救援争取时间；城市各个角落的公用电梯、道路桥梁哪些达到了维护年限，点击鼠标一搜便知，提前消除隐患于未然……这些场景将不仅仅是科幻小说里的情节，近年来兴起的建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）技术就能赋予城市这样的“智慧”。    

上海交通大学BIM研究中心于2014年3月28日成立，致力于BIM关键技术的深入研究，解决政府、业主、设计、施工、运维管理各方在BIM应用中存在的突出共性问题，以推动BIM技术在国内的发展与应用。同时，充分发挥BIM研究中心的产学研特点，发挥学校、企业及相关科研机构之间的相互配合，在推动BIM技术研究的同时，以中心为平台，培养BIM专业型人才、研究型人才，这也将为上海建设“智慧城市”提供助力。    

上海交通大学刘西拉教授课题组于2005年与上海现代建筑设计集团合作，启动BIM技术相关数据标准IFC的研究，并于2009年创建上海交大BIM研究团队。研究团队开发了交大天磁CAD协同设计平台（NMCAD V1.0/V2.0/V3.0）、交大天磁BIM协同平台（sjtubim V1.0）等软件产品，并在上海多家大型建筑设计企业得到成功应用。经过十年的发展，上海交大BIM研究团队已逐步涵括建筑、结构、给排水、暖通、机电、管理、信息技术等专业技术力量，在国内高校BIM研究领域处于领先地位。由于在CAD、BIM协同理论及数据标准IFC方面独树一帜的研究，研究团队成员获聘为国内多家BIM专业委员会委员或理事。    

建筑行业协同需求推动技术变革

从日常生活中常见的民居，到上海环球金融中心、澳大利亚悉尼歌剧院，不管土木建筑的外表看起来是简单朴素还是精致华丽，设计施工时都少不了一样东西，那就是图纸。手工画图时代，建筑师手绘图形，并将建筑物的信息和数据集中到一套图纸上，后续的施工、运营、管理便有了依据。随着计算机技术的普及，计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)技术让设计人员的双手得到了“解放”：设计一栋建筑时，建筑、结构、给排水、暖通等不同专业的设计人员可以运用不同的软件，在计算机的帮助下完成设计工作。在设计中，设计人员可以用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息（数字、文字或图形）都能通过计算机存储，并能快速地检索；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形，使设计人员及时对设计进行判断和修改；对于一些曲面复杂多变，更富设计感的建筑来说，计算机甚至能通过3D设计精确地表达建筑的几何特征，比普通的2D图纸更胜一筹。    

对于建筑行业来说，从手工绘图时代到CAD时代无疑是个巨大的飞跃，不管是建筑、结构、电气还是给排水、照明、暖通，设计师都可以把大量的分析计算留给计算机解决，图纸修改也可以直接在计算机上完成。然而事实是，土木建筑工程远非这么简单，它具有更强的综合性：一项土木建筑工程包含政府、业主、设计、施工、运营等多个部门，每个部门又包含如建筑、结构、暖通、给排水等多个专业，因此需要各部门各专业共享信息，协同工作。    

那么问题就来了，比如要建一栋办公楼，原先的设计是要把某个房间设计成仅能容纳五人的小办公室，可是后来投资方在设计要求上作了变更，要把这个房间的面积扩大到能容纳五十人，这样的话，每个专业的设计人员都要根据新的设计要求，对数据和信息进行重新分析计算，在各自的图纸上做出调整，并让这些设计在这栋办公楼里“和谐共处”。如今，土木建筑工程的规模越来越大，体型越来越复杂，在经过多次变更后，如果某个专业的设计人员拿到的分析数据不是变更后的最终数据，便会在实际施工时同其他专业产生冲突，给协同工作带来阻碍。    

上海交大BIM研究中心助力打造建筑行业“朋友圈”

既然在一个项目中，发生变更是常有的事，而土木建筑工程又是牵一发而动全身的，施工现场暴露出来的多专业图纸间的碰撞大多数是由于设计过程中各种原因导致的频繁变更，因此设计人员需要通过最新的信息技术应用，实现信息共享，保证土木建筑工程全生命周期中多部门多专业人员在各种各样变更条件下协同工作，这种信息技术就是建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）技术。    

“BIM技术把发展缓慢的土木建筑工程与发展迅速的信息技术相结合，它所搭建的协同工作平台就像时下流行的微信朋友圈，某个人在朋友圈里更新一条状态，其他好友都能看到，这样就能保证某个专业变更后的数据准确、及时地被其他专业的设计人员掌握，并对各自图纸做出相应调整，避免实际施工时多专业图纸间的碰撞。”上海交通大学BIM研究中心执行主任邓雪原表示。    

确立建筑软件的 “官方语言”

邓雪原介绍说，一个建筑工程项目从规划、设计、施工到运营维护管理，众多部门和专业要使用大量专业软件，由于这些软件内部的数据标准不同，不同专业的软件“看不懂”其他软件的数据，这给建筑工程项目的多专业协同工作带来了不便。“我们可以想象这样一个场景：联合国开大会时，如果每个国家的代表都只讲本国语言，不但没办法沟通，有时甚至还会造成误解。在这个比喻中，建筑行业中的专业软件就是各个国家的代表，他们各自的数据标准代表一国语言，那么怎样才能让大家互相理解对方的意思呢？很简单，都讲英语问题就解决了。BIM技术提出的初衷就是为了实现各种专业软件之间数据互通，研究一种所有软件都支持的国际数据标准，解决‘信息孤岛’问题，这也是上海交通大学BIM研究中心的核心课题。”    

正是由于深刻认识到了“数据标准”的重要性，早在1994 年，世界各地超过 600 家公司和机构的建筑行业从业者、软件厂商和研究人员便共同组成了国际协作联盟，开始研究开发建筑行业的数据标准 IFC( Industry Foundation Classes) ；2013 年，IFC 标准不断完善并被采纳为国际标准。    

“现有的国际数据标准为我们的研究打下了稳固的基础，但是这个数据标准还存在很多问题，需要进一步深化研究，而且目前有些大的软件厂商所生产的建筑软件不支持这一国际数据标准，国内部分底子较薄的软件厂商在技术上又无法实现和国际数据标准对接，上海交大BIM研究中心要做的就是完善国际数据标准，推动校企合作，实现数据共享，并帮助国内的部分软件厂商快速与国际数据标准对接。”邓雪原介绍说，目前由上海交大BIM研究中心开发研究的“天磁BIM协同平台”已经在上海多个试点项目上通过测试，并已取得了著作权证书。    

BIM技术为“智慧城市”带来无限可能

如今，BIM技术已经成为建筑领域里的热门词汇，并被写入了建筑业发展“十二五”规划，成为中国建筑业信息化的主旋律。尤为引人注目的是，2015年政府工作报告中明确提到关于“智慧城市”和“互联网+”的内容，这意味着未来政府将继续推动物联网、云计算、大数据等新一代信息技术创新应用，实现计算机数据与城市经济社会发展的深度融合。    

构建智慧城市，最重要的一环是信息化建设，其中建筑工程领域的信息化是智慧城市建设的重中之重。在城市建设的漫长过程中，我们积累了海量工程数据，大量市政道路、桥梁、地下管网、轨道交通、公共建筑、工业建筑、民用建筑等新工程项目的建设、旧工程项目的改造与拆除每天都在进行，这些数据是城市建设、运营管理的基础，通常会以工程蓝图、CAD电子图纸的形式保存，但是这些以工程蓝图、CAD电子图纸的形式保存下来的数据都存储在城市建设的档案库中，往往需要人工查阅并经过专业工程师读图翻译后，才能使用，这和“智慧城市”所要求的数据自动查询、数据智能化处理相去甚远。    

BIM技术可以把存储在城市建设档案库中海量的工程蓝图、CAD电子图纸，以及过去、现在、将来城市建设中新的海量工程数据进行加工，转换成为智慧城市平台软件可以识别的数据和信息，形成数据库，不管是城市的公共民用建筑、道路桥梁还是地下管网，BIM技术可以实现建筑全生命周期内的数据信息共享。    

“BIM技术带来的数据信息共享能给我们的生活带来哪些改变？举个例子，如果城市中一栋大楼起火，楼内的温度、烟雾等数据信息的变化通过消防传感器监测后，可以被传送到数据库中，触发火灾报警，消防人员能根据这些数据变化判断火势，快速锁定起火建筑的具体位置，为救援争取时间。不仅如此，城市中哪些电梯、桥梁到了维护年限，城市某条道路周边是否因停车空间饱和需要另建停车场，房子在居民入住之前做过几次改造、哪堵墙拆过在哪里钻过洞……大到政府市政工程决策，小到市民居家装修，只要是和建筑工程有关的信息，BIM技术都可以为我们提供准确的数据参考，它将为未来‘智慧城市’的建设带来无限可能。”邓雪原说。