引言

在香港与内地的多层次合作框架中，工程项目的建设是重要的组成部分。长久以来，香港在法规、管理制度、技术标准等方面与内地存在着明显的差异，这给两地的深入合作带来了困难。随着粤港澳大湾区一体化建设思路的提出，深港两地求同存异，探索新的合作路径的需求日益迫切。

香港工程项目建设的一个重要特点是工程实施的技术路径主要由专业人士主导，其中行业协会(建造业议会，Construction Industry Council，CIC)起着至关重要的作用。CIC定期会发布包括BIM标准在内的工程实施要求，并随着国际标准和工程实践的需求不断修订和更新^[1]。CIC的重要成员可通过参与政府立法和相关规章制度的制订，对公共项目工程建设给予指导。在这种框架下，政府一般会充分发挥其行政力量，作为公共项目的业主及时予以配合以达到优化的项目建设运营效果^[2-3]。

本文主要关注香港公共项目的BIM实施，以及基于目前成果，未来将如何开展BIM全过程应用。目前，应该已经看到香港在BIM落地方面有着实实在在的动作，相比于内地的BIM实施，香港更多地在BIM实际应用中走在前面。这里就涉及到建模标准问题，香港的BIM建模要求已经十分细化。长久以来，参考国际标准形成了严格的规范，确保了模型的可靠性和一致性，完整实现可以用于交付的竣工模型，其经验对于内地下一步BIM的发展有着借鉴意义。

另一方面，香港方面受限于软件和信息化技术能力，在BIM应用中比较依赖于专用工具如Revit，尚未达到全过程应用的条件。理想情况下，BIM可以从方案、设计一直贯穿到运维阶段，形成项目全过程的“正向”实施。在实际项目中，当前BIM应用往往局限于某些具体的点，基于二维图纸重建三维模型的情况也屡见不鲜。造成这一情况的主要障碍之一是模型的数据交换能力不足，导致针对不同的应用目的需要使用多种工具重复建模。这大大提高了BIM应用的实施成本，并严重影响到了模型的实际价值。BIM的全过程应用需要解决数据交换的问题，克服工具软件内在的不足。例如，在Revit中，族的类别都是预先定义的，不能增加或修改，也没有继承关系，即不能从父类派生子类，定制对象类型方式也是通过文件进行。如果单纯地在项目管理中应用Revit模型信息，则在项目仿真、算量等后续数据拓展应用等方面均会遇到困难。

在整个工程项目中，BIM数据仅代表了一部分信息，大量的数据如进度、文档、质量问题等并不包括在BIM模型中，工程项目的全过程BIM实施需要结合这些信息。因此，一方面参考香港方面高度标准化的建模规范，以及BIM和运维系统对接的经验，建立高质量的模型；另一方面，借助内地信息化技术的优势，探索Open BIM的平台化应用，特别是依托最新的大数据技术和BIM+3D GIS技术等，开展全过程BIM应用的数字化实践。通过信息化手段，将包括模型在内的各类信息有机地组织起来，形成完整有效的数据链条。例如，在进行高精度要求的工作如制造相关建模时，用户通常采用Rhino等Nurbs工具进行曲面建模^[4]，通过Open BIM技术，这些模型可以和Revit模型在平台上合模并管理构件安装，在这方面我们已经开展了初步工作。

本文以深港合作项目为基础，针对香港公共项目的BIM实施特点进行分析和说明，并提出基于平台在未来连通深港项目合作的思路和方案。文章第二部分说明了香港公共项目的建模特点，特别是详细解释了总包单位对于建模的规范和要求；第三部分说明了香港BIM数据的应用现状，即主要是基于运维的数据交换模式；第四部分说明了BIM数据交换对于全过程BIM实施的重要性，提出未来项目数据平台发展的关键点，是基于大数据和云计算技术的工程数据管理；第五部分针对目前深圳方面已经实现的功能给出了BIM工程项目平台应用案例；第六部分对深圳和香港两地的数字化工程特点和全过程BIM实施进行了总结和展望。

1.   香港公共工程项目BIM建模特点

该公共项目是项目组第一次与香港方面开展合作，由项目组承担了全部地上部分的BIM建模工作。从工作流程上，是承接对方建筑设计师的方案构思图，和香港方面一起开发施工模型。概括来说，与香港方面配合的BIM建模有以下几个特点：

(1) 模型在整个工程建设中处于核心地位，建模的过程即是整个设计不断深化的过程，在过程中与香港方面进行反复沟通。模型是工程实施的关键所在。

(2) 为了协调各方面的需求，总包方面建模有详尽的标准，包括了建模工具、模型文件组织、建模方法、构件编码、表现形式等，几乎实现了模型的标准化“全覆盖”。

(3) 通过标准化的编码规范，模型可以支持运维阶段的深入应用，利用BIM模型实现公共项目的数字化管理并创造价值。

以下就这三点做比较详细的说明：

(1) 在该项目中，从方案构思开始到建立达到施工精度要求的模型之间有巨大的空间。为了贯彻香港方面注册建筑师的意图，需要在整个建模中持续沟通。例如，通过问题报告的方式，形成问题总记录示意图和问题详细记录。该项目完全基于BIM模型出图，业主对于出图的规范有明确和细致的要求。基于模型的出图保证了模型—图纸的一致性，使得基于竣工模型的交付成为可能，这就确保了施工工作能够真正依据模型展开。在出图方面，关于图层、线型、标注等，均需符合香港方面的规范，图 1和图 2分别是建模和问题记录示意。

图  1  从建筑师的构思到施工模型

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图  2  建模问题记录示意图

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(2) 为了达到竣工模型交付和从模型标准化出图等一系列要求，总包方面对于建模的全流程有严格的规定，下面列出建模工具、建模规范、模型组织、精度设定的一般性要求：

1) 建模工具

指定为地上部分为Revit 2018，地下部分和市政工程为Civil 3D 2018，同时推荐使用Navisworks 2018进行碰撞检测和工程可视化仿真。

2) 建模规范

提供详细的指引，包括要求CAD图纸构件对应Revit的类别(Category)，Revit建模坐标系，测量点，线型，编码设定，项目专业浏览设定，网格划分，度量单位，共享参数设定，命名规则等进行说明。如图 3-4所示。

图  3  CAD图纸对应Revit构件类别

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图  4  Revit专业的浏览设定

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根据规范要求，工作集、模型、族、型号、视图和导出的二维图纸均需按照一定格式进行命名。例如模型命名遵循：项目+作者+位置+专业+类型的规则，这样在C18W02网格中的由BKC公司提供的某楼(编号PCITT)，专业为Building Service的3层新建模型就可以命名为：C18W02-BKC-PCITT-BS-NE-X_L3，其中X说明该文件是主模型。在实际项目中，这样的命名不仅确保了不同专业、不同分包单位的模型的一致性，而且模型的具体位置、状态等一目了然，对于工程项目的协作起着至关重要的作用。

3) 模型文件组织

在模型文件、族、型号、视图命名外，总包方面对于模型文件的组织有明确的规定，例如要求按照位置、专业、子专业等对模型进行保存和管理，如图 5所示。

图  5  模型文件组织

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此外，对于不同类型的模型，如主模型、协调模型(Coordination Model)、设计模型、施工模型、竣工模型也提出了管理要求。整个规范指定了外部参照的方式，可以使用dwg和dgn格式，在Revit中链接则需使用附着(Attached)和相对路径。

4) 参照标准提供完善的表格和资料

最后，建模标准对于构件代码、LOD建模精度、构件色标等均进行了明确的规定。特别是LOD建模精度针对每一类构件给出了详细的说明，例如针对房间/空间/走廊的模型分类码为SPA，在LOD 400级别中需要满足净面积、房间编号、类型、防火信息等一系列准确的信息要求，如图 6所示。通过这样详细的规定，确保了模型最后能够达到竣工交付的标准。

图  6  对于房间/空间等的LOD 400建模要求(CAT编号：SPA)

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(3) 在整个建模过程中，始终贯彻运维前置的思路，除了建模所需的CAT分类码外，还嵌入了完整的运维信息。这些运维信息采用了统一的Asset Code，以支持与业主的资产管理AM(Asset Management)系统对接。图 7中显示，资产编号由系统—子系统—部件—子部件定义，位置编号由建筑/网格—楼层—区域—设施定义。基于这一套系统，就可以在模型中预留出设备合同、生产商、资产数量、文档编号等一系列关键信息的属性留白，供后续填入。这些信息最终将通过国际标准(见第三部分)导出整合到运维系统中。

图  7  模型资产编号和位置编号规范

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2.   香港公共项目BIM数据应用和标准融合的现状

通过以上所述的规范和要求，香港的公共项目已经基本建立起了完善的BIM建模体系，确保了BIM模型的准确性和编码一致性，这是和香港政府对于BIM的重视分不开的。作为业主，香港政府机关在BIM和资产管理方面已经广泛开展了工作。例如，香港机电工程署(EMSD)已经在2017年基于BIM的资产管理发布了标准和指南(Standards and Guidelines)的1.0版本。其中参照多项国际标准，对编码和编号，建模标准，机电资产信息做了严格的规范^[2]。图 8显示了指南的一些具体内容。

图  8  香港机电工程署BIM-AM标准和指南

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为了实现从BIM到AM的运维数据交换，其主要基于国际标准Construction Operations Building Information Exchange(即COBie)，并提供了从建模软件Revit中导出资产管理信息的详细手段和方案，其基本流程如图 9所示。在该流程中，首先确认资产信息需求，然后在BIM建模中实现这些信息输入。通过专用的插件，Revit模型中的族和对象信息可以被完整地“翻译”成规范的COBie电子表格，导入到运维系统^[5]。

图  9  基于COBie的数据交换流程

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另一方面，除去运维阶段的应用，香港的行业协会也逐步推动工程项目向Open BIM方向发展，比如面向行业推广基于工业基础类(IFC)的Open BIM数据格式。实际上，COBie是一种模型视图定义(Model View Definition，MVD)，而IFC是模型数据的框架标准，两者都由Building Smart所发起，二者之间有着密切的联系。基于IFC模型标准，可以真正实现模型数据的提取和更广泛的应用，这是工程建设行业未来发展的重要方向之一^[6]。

总之，通过该公共项目的合作，可以看到香港和内地在信息化技术的发展重点上存在着一些比较明显的差异。如果概述两者的优势，可以说香港方面，对于BIM模型的要求详尽，形成了统一规范，并根据国际标准和工程实践持续更新；BIM模型的应用场景较为深入，除了碰撞检查，还包括出施工图、运维等；对于模型的管理和质量控制均严格，确保竣工模型的交付和BIM-AM数据交换的准确性。为了在此基础上，进一步达到全过程BIM的实施，需要结合先进的信息化技术，解决数据交换问题，推进项目管理平台的应用。这方面，内地积累了软件开发的经验，结合设备/原材料供应商体系，具有数字化制造的协作基础。未来，推动香港和内地的工程项目深入合作，必须从数据信息管理的全过程实施入手，强化两地的合作关系，实现对香港现有实施模式的提升。

3.   深港项目合作中数据平台的重要性和关键技术

如前所述，内地和香港在工程项目的合作中，存在着一些差异，特别是在BIM应用的深度上，香港方面具有规范化的优势。不过，目前仍主要限于专用建模工具如Autodesk体系的软件，没有广泛采用信息化平台技术。为了支持全过程BIM的实施，我们认为，应当积极考虑依托数据平台开展项目应用的可能性。这里面有几点重要原因：

(1) 尽管Autodesk在工程建模和制图方面处于领先地位，其产品对于工程中的其它任务如仿真、智能制造、运维等并不友好。实际上，Autodesk的产品的数据封闭和成本提高已经引起了国际范围的用户反弹^[7]。同时，过度依赖于一家供应商的产品，对于行业的长远发展是不利的。

(2) 未来数字化工程的数据是多样化的，包括GIS数据、制造数据、仿真数据，还有工程文档等。由于建模工具的封闭，工程信息无法得到有效利用，这限制了工程行业生产率的进一步提高。

(3) 内地具有信息化技术的优势，可以弥补香港方面在信息化技术、软件、数据管理等方面的不足。

(4) 未来随着数字化技术的发展，内地大量的设备/原材料厂商可以依托数据平台提供新服务，这是粤港澳一体化发展，优势整合的发展方向。

通过平台化的数据交换，借鉴香港合作的项目成果，可以将模型信息提取到独立的数据库中，实现模型的进一步利用。这样深港两地的合作项目可以达到良好的协作效果，从而达到经济效益上的提升。

数据交换的一种典型的做法是依靠国际标准IFC文件进行数据交换。目前大多数工具均提供对IFC的不同程度支持^[8-9]。

不过，主流的工具如Revit、Tekla等对于IFC的支持通常不完整，需要用户详细定义内置类型到IFC标准类型的映射关系，同时在建模中按照映射的要求类型/族实施。数据一旦转换成IFC后，即可用于进一步的施工管理等应用。图 10展示了通过IFC模型，将Revit模型转换为施工管理和展示环境内使用。

图  10  基于IFC的BIM数据交换

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此外，也可以依赖于工具API的数据交换方式，即通过建模工具的API将模型信息提取为第三方数据格式如JSON等，并保存到开放格式的云端数据库^[10]。这一方式比IFC文件交换更灵活、高效，速度更快。用户可以按楼层、按族或按照选定构件对象进行数据提取。图 11模型可以转换为其它工具使用，或者导出Excel供用户直接分析。这一方式将每个构件为独立对象进行信息交换，为构件的参数化分析应用提供了良好基础。

图  11  基于工具API的BIM数据交换

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未来深港两地合作的工程项目管理平台，是基于全过程的BIM应用实施设计的。在项目BIM应用中可以包括以下三类数据：

(1) 3D GIS数据。3D GIS是地形的三维数字化表达，一般使用网格或点云的数据格式。准确的3D GIS数据可以用于仿真、展示、工程量计算等一系列应用。3D GIS技术本身已经发展多年，比较成熟。这里的主要难点是如何与BIM数据整合。由于BIM模型中包括了大量的内部空间、构件信息，且模型的数据结构与GIS存在很大差异。特别是，当大量BIM模型同时在GIS平台上承载时，需要解决数据的运算和管理问题，这里需要使用最新的并行计算和云存储等技术才能解决。

(2) 智能制造模型。未来工程项目中，生产并安装的组件不断增加。如预制构件、幕墙、钢筋等的生产，不再依靠传统的人工，而是通过数字化技术，如三维建模等，直接投入智能的批量化生产。利用项目管理平台，可以实现钢筋模型、装配式构件模型、幕墙模型等统一管理。智能制造使用的模型设计和仿真一般需要专门的工具，不在Revit中进行。Revit模型(及转换的IFC模型)可以作为智能模型设计的参照，组件模型完成后在平台上合模并完成组装的检查验证。

(3) 智能文档和其它现场数据。一直到最近，以Office/PDF文件为代表的各类文档，仍然是工程项目中信息交流的重要载体。这些文档通常不能为机器读写和自动识别处理。数字化文档，将在一定程度上解决这一问题。通过表单的在线编辑，文档的信息可以被有效提取。这样文档将成为机器可处理的对象，能自动化地进行分类，并与模型产生关联。例如，某项目的各单体的安全、质量问题可以按类型自动归类，并进一步联系到现场的数据如混凝土浇筑记录清单。这就把多种的数据联系到了一起，为项目智能化管理创造了基础条件。

总之，未来的项目管理平台需要将模型数据提取出来，以实现工程的全过程数字化实施，将“工程大数据”的应用落地成为现实。新一代的数字化平台，必须坚持标准化模型数据，在此基础上，将BIM信息与GIS数据、物联网、工程文档等进行整合，基于先进的信息化技术，将这些数据智能地关联并应用到项目的全过程。这需要融合云计算、分布式存储、并发处理技术支持的高效排序和索引算法、物联网流数据处理、非结构化数据处理等，形成工程从规划到运维的全过程精细化控制，达到项目的智能化高效管理的目标。

4.   工程数据平台应用举例

基于工程数据交换和支持多类型数据的项目管理的思路，初步搭建了基于大数据技术的BIM+3D GIS云平台^[11]，该平台中BIM和GIS数据融合管理架构如图 12。

图  12  BIM+3D GIS的大数据平台架构

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平台基于Hadoop等通用的大数据技术搭建，并采用了独有的BIM模型处理技术。在后台，该平台可以处理海量的BIM模型数据，并通过将空间信息提取和虚拟地球级别的3D GIS系统整合。与市面上大多数解决方案不同的是，该平台没有对模型采用轻量化处理，在平台中，所有BIM模型的全量信息均可以被检索和提取。为了解决大量BIM构件加载缓慢的问题，采用动态加载方案，普通终端即可通过浏览器完成大量BIM模型的快速加载，这样就有效解决了复杂的BIM模型与3D GIS结合的问题，为基于场景的应用，如工程土方量估算、空间信息分析等创造了基础。该平台已经投入初步应用，并验证了承载200TB以上的BIM+GIS模型数据的能力。

图 13展示了利用该平台的合模功能，在深圳地区某项目中将不同设计工具产生的模型在平台上整合。该项目的土建和机电部分使用Revit建模，幕墙部分由于精度和制造需要，使用达索的Catia建模。在当前视图中，包括所有曲面形状在内的全部模型细节得到了展示，并且空间可以根据预定编码跳转，构件可以统一查询。利用该技术，未来多种智能制造的模型可以在平台上进行管理，我们正在开发统一的供应商服务接口，以达到产品参数管理与运维对接的目标。

图  13  Catia幕墙模型和Revit土建模型的合模

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最后，通过第四部分所述的模型API数据交换方案，我们利用平台的图纸和Revit模型进行了快速钢筋建模的试验。其思路是从图纸中提取平法表示的布筋信息，并通过模型分析出梁和柱之间的关联，从而快速地生成钢筋三维模型。相比传统单独为算量进行建模的方法，该方案算量效率较高，且模型经过进一步处理后可用于数字化钢筋生产^[12]。

5.   结论

通过与香港方面在公共项目上进行深入合作，我们实现了基于BIM的出图和竣工交付模型，这一模型具有完整构件细节并可提取信息用于进一步的建筑运维。事实证明，BIM模型可以应用于更广阔的领域，并逐步向全过程数字化实施发展。为达到这一目标，香港方面的工程项目的体系和规范为BIM应用创造了条件。

首先，在香港体系中，施工承包商承担深化设计的工作。从整体上看，香港当前的BIM实践更务实，深度应用做得更好，更注重它的使用价值。从方案设计开始，就考虑到运维和资产管理，而业主方的管理也已经形成了一套模式，从而真正实现了BIM的价值。这充分说明，BIM需要全行业各方配合，而全过程中应用BIM技术首先需要通过标准解决工程各阶段不同BIM模型(设计BIM、算量BIM、施工BIM等等)的割裂问题。

其次，在配合开展BIM工作过程中，建模标准需要细化。不仅Revit模型的导入导出数据需要标准格式，建模的精度定义需要标准，而且建模的具体细节也需要一整套完整的标准，以指导整个建模工作顺利完成。香港方面在这些领域已经开展了行之有效的实践，值得大陆方面充分借鉴。

在目前香港标准化项目模型规范的基础上，进一步推进全过程BIM实施，则必须处理数据交换和整合的问题。内地在信息化领域有的大量研发人员，可以实现香港的做法和具体要求，细化BIM的应用点，真正提升BIM技术在工程建设中的作用和价值，这是未来深港在工程项目上合作的发展方向。可以认为，在向智能化建造发展的过程中，基于数据应用的项目管理属于核心技术。BIM技术应当从标准化建模基础上再进一步，通过数据平台化的管理，实现数据的集成、交换、共享和提取，从而真正落地。

目前，已经基于自研技术，实现了包括3D GIS数据平台化结合，构件制造数据管理和合模等功能。处理技术方面，大数据的处理和应用技术越来越重要，关键是实现数据的有效提取和传递，推动全过程BIM的应用向深度发展。

随着我国粤港澳大湾区一体化建设的加快推进，深港两地未来的工程合作有机会突破传统的模式，走向高层次的技术合作。尤其应该看到深港两地的优势互补，利用香港方面的长期工程国际化经验，结合大陆方面信息化资源，基于工程平台，力争形成新的工程实践标准，并利用我国的海外项目机会如“一带一路”等，推行到世界其他地区，提高项目经济效益，全面增强我国工程行业的国际影响力和竞争力。