“空间BIM”的技术拓展与应用

BIM技术事业部同济设计BIM技术事业部

2024年05月08日 09:03

图片来源：八维通

CAD工业时代

由手工制图转变为PC计算机CAD时代，甩图板极大提高了生产效率，促进了建筑行业大发展。

BIM信息时代

BIM在中国的应用已经从初期的试点阶段转向了全面推广阶段。越来越多的建筑企业开始实现BIM技术的全流程应用，包括设计、施工、运营等各个环节。这不仅提高了项目建设的效率，也大大提升了项目的质量。

许多企业和研究机构都在积极研发新的BIM工具，如基于BIM的智能设计、基于BIM的工程造价管理等。这些新技术的应用，进一步推动了BIM在国内的发展。

当然，BIM在国内的发展也面临一些挑战。例如，BIM技术的推广和应用还需要更多的专业人才，这需要加强教育和培训工作。此外，BIM技术的标准化和规范化也需要进一步加强，以保证BIM的健康发展。

空间BIM时代

随着AI以及高算力技术的发展，BIM+AI给新的建筑发展时期提供了进一步创新发展的可能。作者暂且将这一时期概括为空间BIM时代，也就是说BIM除了注重信息集成之外，更关注建筑空间的逻辑关系，将空间信息结构化、图谱化，目的就是拆分更多的多维数据，借助高算力AI的手段，推动建筑在智能设计、智慧运维等领域有新的突破。

比如就知识图谱而言，其真正价值在于它作为关系型数据库的可视化工具，它的存在主要是为了人类的交互而服务。在很多专业领域，人们往往难以在关系型数据库中表达和融入业务知识。然而，知识图谱的出现，使这个问题得到了一定的缓解。它的价值在于，以低代码的方式将关系型数据库实现为大众可以参与的形式。如果知识图谱系列的软件或表现形式做得足够聚焦、灵活，使得大众能够方便地处理数据，那么，当我们将图谱界面开放给专业人士，让他们完成专业知识逻辑的植入时，其实我们是在帮助行业搭建数据库。在这个过程中，知识图谱工具的交互功能发挥了重要作用，使得全民都能方便地进行维护和使用。

空间BIM的主要含义

何为空间BIM？

空间BIM 字面意思，是信息BIM的延续和升级，同时融合空间的概念，让原有的信息更多维化。其次，空间BIM的核心是AI算法以及高算力的加持，是信息BIM中飘浮场景的落地，具有虚拟仿真的意义。将人工智能技术和建筑工程高度融合，进一步促进精细设计与建造。随着GPU的疯狂迭代，那么AI高算力的时代也即将到来，这是BIM突破性发展的机会，BIM+AI会产生更精细的社会分工，创造新的就业机会。

跟常规BIM的区别？

本号发表文章有关BIM合规检查的一点思考中，作者把BIM技术归纳为四大发展阶段：

1."碰撞"BIM：目前的主流应用，即使经受了千疮百孔，仍然发光发热；

2."结构"BIM：强调数据的表达和规范，作者归纳为“空间BIM1.0”；

3."语义"BIM：注重数据背后的逻辑关系，作者归纳为“空间BIM2.0”；

4."知识"BIM：在数字经济时代，数据是将成为主要的生产要素，将数据转化为知识，发挥数据的生产力作用，作者归纳为“空间BIM3.0”；

“常规BIM”处于第1发展阶段，“空间BIM”处于第2、3、4阶段。

空间BIM时代常见应用场景

在如今存量建筑时期，建筑后端的AI运用也有诸多的场景：数字孪生、工程元宇宙、基于Slam自动定位巡检/运维等。此处引用互联网某大佬观点：产业数字化的元宇宙叫做数字孪生，把物理世界的生产、管理流程进行数字化、虚拟化之后，在虚拟世界建立一个仿真的空间，再反作用于现实，让现实世界能够变得更加增强，比如利用元宇宙，远程开会、远程手术、远程巡检地铁、电站(或者其他一些不适合人的高危场所）等。所以AI技术良好的应用核心不是替代人，而是更好的优化工作流，降本增效，更好的以人为本，为人服务。

设计领域场景

● BIM正向设计1.0

之所以强调“正向”，是因为现阶段，设计院大量运用的还是传统的BIM应用项，即通过“逆向”建模，进行管线综合和净高优化，发现二维图纸上的错漏碰缺，从而达到提升图纸质量、减少施工现场拆改的效果。但是显然，这样的BIM应用并非建筑设计过程中的核心要素。

正向设计则强调的是，在三维模型的基础上直接完成本专业设计任务和专业间设计协调，保证图纸模型一致性，并使设计人员角色统一，设计节奏更顺畅，真正意义上完成从二维到三维的转变，实现设计手段质的飞越。这个阶段作者称为BIM正向1.0是因为这种手段仅仅优化了流程和目标物，并没有AI的技术融合，但是这又是AI设计的基础，是必须经历的过程。

同济设计BIM正向设计-全专业模型

同济设计BIM正向设计-机房模型

同济设计BIM正向设计-场地管线综合

同济设计BIM正向设计出图

更多BIM1.0正向设计案例详见本号往期发表文章：同济BIM正向设计案例 | 李庄文化抗战纪念馆项目

同时在设计阶段可以借助大语言模型技术进行知识库建设，辅助建筑设计。目前TJAD在研究的建筑工程规范库方面进行了一些探索，参见以下视频。

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● BIM正向设计2.0

在实现BIM正向设计的过程中，关键在于教会计算机理解生产过程，让它逐步掌握设计师的思维逻辑。如果生产逻辑并非由计算机生成，那么我们所做的只能算是自动化或参数化，比如使用犀牛、Revit、Dynamo等工具。然而，如果我们能够通过机器学习的方式，利用大量的业务标签以及概率来创建规则，那么也许可以真正实现AI的应用。因此，如果我们想要将AI反哺到设计过程中，就可以通过BIM这种生产方式。

在BIM设计的过程中，设计过程的各类别标签都是由机器自动打上的，从而创造出智能设计的标签。这也是上文作者所说为啥BIM正向设计1.0是BIM正向设计2.0的基础。AI设计，如果只是做基于设计成果的图形识别，那么对于实现智能设计的过程来说将会非常困难。当然，图形识别并非一无是处，它可以被用来创建企业的数字资产，也就是我们所说的“挖矿”。

建造领域场景

最常见的就是BIM的施工模拟了，但是这种施工模拟更重要的应该是利用三维进行土建主体施工的质量管理，比如在主体结构施工完成后，预先发现土建施工与图纸不一致的情况，分析后续可能产生的问题，制定解决措施，显然目前能做到这个地步的企业不多。

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另外跟大家推荐的一个场景就是：建造全过程留影，项目各参与方远程查看、交流。竣工后将影像电子留存，方便后期拆改或者运维进行复用。

同时可以基于点云技术，生成实景三维Mesh模型，叠加全景视频或者BIM，无缝输出实景三维平台，支持标注、测量，为现场管理，量测，作图划线提供直接参考。

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基于AI的工地现场巡检，融合现场+BIM+图纸

AI+点云助力现场扫描模型输出

运维领域场景

● 运维1.0-基于实景的运维

通过全景的留影实现对现实的复刻，作者理解为初级版本的孪生管理，客户可以基于这种初级的孪生实景进行资产盘点、机房巡检、电站巡检、地铁巡检等等。有计划想在运维领域尝试应用的客户可以先尝试运维1.0版本。

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同济设计大楼 BIM+Slam自动定位巡检

基于AI巡检+图形识别的资产盘点

● 运维2.0-基于AI+的运维

经历了运维1.0，那么可以融合BIM、数据库、算法，借助高算力，实现智慧运维，比如设备能耗监控、空间租售管理、设备故障自动报警、设备检修预提醒等。目前落地的运维案例详见：首个园区级数字孪生平台验收交付

从单体运维往城市概念延伸，那么又引出了CIM 城市大脑的概念。数字化是指通过对实体与实体活动的解构与建模，构建与实体映射的数字化模型，实现全过程、全要素、全参与方的数字化过程。全域交互感知网综合利用感知、边缘智能、5G网络等先进技术，构建全量、全域、实时、精准、立体的全域交互感知体系，持续推动与物理城市同步映射的数字孪生城市。

“城市大脑”就是未来数据资源时代融合了算力和数据的城市数字基础设施，包括市级的中枢系统、部门的系统和区县的平台、各级的数字驾驶舱以及不同的便民服务场景等四个最重要部分组成的一个整体，以使得城市的数据资源系统地服务于城市的运行，落地案例详见：特等奖 | 集团上海金鼎·聪明城市项目荣获首个全国CIM创新应用成果赛特等奖

同济设计智慧金鼎运营维护平台

空间BIM时代发展

AI技术的同时更应该注重数字生态建设

大家先看微软的AI大语言模型生态产品的短视频，看给我们带来了哪些启发？

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鉴于以上思路，反思到建筑领域，以下是建筑数字生态建设的一点思考：

空间BIM时代的数字生态简图

1.从巡检系统端，收集施工常见问题，反馈到现场施工对应负责人，同时也同步到设计端辅助施工方进行问题分析，更高效的管理现场，增强业主黏性;

2.将常见问题通过AI审图平台形成自动化审图、校审机制;

3.自动化审图机制将产生问题报告;

4.通过大语言模型将问题报告与设计企业的任务工单发布组成连贯系统;

5同理串联工单与工人任务的逻辑，应用于施工阶段;

6.每个设计单位会有自己的问题报告库或经验库，可以在巡检系统的大框架下提供私有化平台部署服务，为每个设计单位提供自有数据库，当然也可使用公有云存储数据。

结束语

"空间BIM"技术的发展是存量建筑时代新的机遇，其核心在于专家智库和先进生产工具的加持。空间BIM技术代表了建筑领域新质生产力之一！

以上观点，仅供参考，欢迎交流

吉久茂 52jjm@tjad.cn

本期作者：吉久茂

编辑策划：郭丹蕾、曹紫馨

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