曲徑通幽處 BIM中的知識(shí)管理

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1、曲徑通幽處 BIM中的知識(shí)管理 曲徑通幽處：BIM中的知識(shí)管理 --兼和何關(guān)培CCDI學(xué)院《數(shù)字化工程設(shè)計(jì)》課程 引子 一家工廠的主管正在有條不紊地指揮生產(chǎn)，稀疏的頭發(fā)想方設(shè)法地覆蓋在他微泛油光的腦袋上。"你已經(jīng)使之成為一門科學(xué)了，"手下恭維道，"每一根頭發(fā)都做了安排。""是啊，"主管苦笑著說(shuō)，"過(guò)去它們只有一個(gè)總數(shù)，現(xiàn)在它們已經(jīng)各有自己的名字了！" 這個(gè)笑話給了我們?nèi)缦聠l(fā)： 1.獨(dú)立的頭發(fā)擁有名字后，就成為了直接管理的對(duì)象。 2.當(dāng)管理對(duì)象的數(shù)量和管理能力匹配時(shí)，精細(xì)化管理就成為可能。 3.管理對(duì)象的細(xì)分程度和管理精細(xì)化的能力是匹配的。 4.頭發(fā)信息模型HIM(Hai

2、r Information Model)是精細(xì)化管理的平臺(tái)。 同樣的事情也發(fā)生在制造業(yè)，他們也在把整體產(chǎn)品拆成一個(gè)一個(gè)局部(部件、構(gòu)件等)，并給他們起上名字，而且還賦予了各類屬性(幾何的、物理的、化學(xué)的、力學(xué)的)，但不是因?yàn)楣芾韺?duì)象數(shù)量的減少，而是因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)極大地提升了管理的能力。 在建筑業(yè)，人們把"產(chǎn)品(Product)"具體化為"建筑(Building)"，搭建的平臺(tái)叫做建筑信息模型BIM。從數(shù)據(jù)的角度說(shuō)，BIM是一個(gè)新型的關(guān)系型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從運(yùn)用角度講，BIM是一個(gè)信息存儲(chǔ)、交換、挖掘和共享的平臺(tái)。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá) 幾千年來(lái)，設(shè)計(jì)師在心中或者借助模型等工具構(gòu)筑他們的設(shè)計(jì)意象，

3、然后抽象成符號(hào)繪制在平面的圖紙上。在這個(gè)過(guò)程中，大量的信息遺失了，信息學(xué)家稱之為"信息漏斗"，文縐縐的說(shuō)法叫"書不盡言、言不盡意"。 工匠們依據(jù)圖紙，根據(jù)自己的理解，把圖紙上的符號(hào)具體成實(shí)物。由于設(shè)計(jì)師的抽象指令和工匠的還原方法很難一致，像鮮奶濃縮成奶粉再加水調(diào)和后，營(yíng)養(yǎng)成分終歸和原始鮮奶有差別一樣，建造的實(shí)物和設(shè)計(jì)的期望總是有一定的差距，以至有人把建筑過(guò)程稱為"遺憾的藝術(shù)"。 計(jì)算機(jī)繪圖作為一種有效手段，幫助設(shè)計(jì)師大大提升了效率，甩掉了圖板，但本質(zhì)上較多的是作為一種繪圖、輔助計(jì)算、測(cè)量、放樣和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換工具來(lái)使用，繪制一些直線，折線，弧線，填充、域等信息，通過(guò)這些二維信息來(lái)表達(dá)的建筑

4、元素，只是一些線段的集合，不能賦予更加復(fù)雜的信息。 在這些傳統(tǒng)的圖紙中，信息和知識(shí)以非常抽象的形式存在于這些圖形和文字中，一定需要具備專業(yè)能力人，才有可能進(jìn)行有效的解讀。其他相關(guān)的專業(yè)人士如測(cè)量師、監(jiān)理師也要花費(fèi)九牛二虎之力才能將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)。 知識(shí)重用的障礙 20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)人工智能泰斗費(fèi)根鮑姆研究了人類專家們解決專門領(lǐng)域問(wèn)題的方式和方法，提出了知識(shí)工程這個(gè)術(shù)語(yǔ)，其內(nèi)容主要包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)以及知識(shí)的運(yùn)用和處理等三大方面，旨在建立模仿人類智能的專家系統(tǒng)。由于知識(shí)表達(dá)一直未能得到有效解決，長(zhǎng)期以來(lái)進(jìn)展不大。 有些人對(duì)"人工智能"的概念很反感，認(rèn)為有機(jī)器代替人

5、的傾向，感覺(jué)受到了極大的侮辱。但是換個(gè)角度，人工智能這種"可以把機(jī)器變得'聰明'些"的方法能不能讓人變得"更聰明"?能不能讓組織和企業(yè)變得"更聰明"，更具"智能性"?答案是肯定的，于是在20世紀(jì)90年代，一部分研究知識(shí)工程的科學(xué)家開始研究知識(shí)管理。 這些科學(xué)家將知識(shí)理解為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的文檔，將知識(shí)管理主要聚焦于知識(shí)文檔的創(chuàng)建、分類、存儲(chǔ)等工作，關(guān)注信息管理系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，以Internet和Intranet、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)、群件技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多維度分析技術(shù)、文檔管理技術(shù)、聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)、工作流和共享等技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)企業(yè)知識(shí)進(jìn)行電子化儲(chǔ)存、共享

6、和利用。毋庸置疑，這些工作大大加強(qiáng)了組織記憶，增加了共享程度，可是在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)，這些工作的效果和人們的期望還有很大的距離。 建筑設(shè)計(jì)一直是屬于"弱理論、強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)"的技術(shù)活動(dòng)，知識(shí)重用(俗稱"依葫蘆畫瓢"，)一直是知識(shí)管理的重要組成部分，學(xué)術(shù)上稱作基于實(shí)例的推理(Case-Based Reasoning,CBR)，是人的一種基本認(rèn)知行為。 經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)人員作為新手更多的是學(xué)習(xí)探索過(guò)去成功的設(shè)計(jì)實(shí)踐和設(shè)計(jì)過(guò)程，以便在解決將來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)應(yīng)用這些經(jīng)驗(yàn)。大多數(shù)時(shí)候，一個(gè)新的設(shè)計(jì)解是對(duì)已有設(shè)計(jì)問(wèn)題的修改而獲得的。 缺乏有效和高效表達(dá)的實(shí)例庫(kù)資源和檢索手段，設(shè)計(jì)師的知識(shí)重用，都是淺層次的自發(fā)活動(dòng)，系

7、統(tǒng)地采用知識(shí)重用來(lái)提高效率和效果，一直處于探索中。 基于BIM的知識(shí)表達(dá) 2002年以來(lái)，國(guó)際建筑行業(yè)興起了圍繞BIM為核心的建筑信息化應(yīng)用。國(guó)際協(xié)同聯(lián)盟IAI早在1995年就提出了面向?qū)ο蟮娜S建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)。IFC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了建筑設(shè)計(jì)CAD的文件格式，極大地方便了數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和管理維護(hù)。 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑信息模型BIM可以更全面、更深入地的反映建筑物信息。該模型的基本元素不是CAD中的點(diǎn)、線、弧、圖塊等基本幾何圖元，而是墻、門窗、梁柱等建筑專業(yè)對(duì)象，使用建筑語(yǔ)言來(lái)描述建筑信息，所有的相關(guān)專業(yè)可以在同一個(gè)三維IFC建筑數(shù)據(jù)模型上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)(此處不展開)。 建筑構(gòu)件對(duì)象不但

8、可以在不同視圖中表現(xiàn)幾何造型，而且可以包含一些與幾何形狀無(wú)關(guān)的特性，例如材料的容重、強(qiáng)度、耐火等級(jí)、傳熱系數(shù)，構(gòu)件的造價(jià)、采購(gòu)信息等等。這些非幾何信息對(duì)于建筑的全生命周期管理是非常重要的。此之外，BIM還可以包括一些二維CAD所無(wú)法表示的抽象概念，比如構(gòu)件之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，房屋空間的劃分及其關(guān)系，這些信息對(duì)于結(jié)構(gòu)分析，建筑能量消耗分析以及后期的物業(yè)管理來(lái)說(shuō)都是非常有用的?？偟膩?lái)說(shuō)，BIM模型是一種新型的關(guān)系型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供了單一的、完整一致的和邏輯的建筑信息庫(kù)。 基于情景的知識(shí)獲取 2007年，麻省理工學(xué)院(MIT)向世界著名的建筑師弗蘭克蓋里提起"疏忽訴訟"，指控他設(shè)計(jì)的"史塔特中心"

9、(Stata Center)由于提供了不完善的設(shè)計(jì)服務(wù)和圖紙，出現(xiàn)了持續(xù)性的滲漏，要求賠償300萬(wàn)美元。這幢乍一看像剛被轟炸過(guò)一樣但被譽(yù)為美國(guó)多年來(lái)最著名的建筑物之一的建筑，到底怎么啦? 由于史塔特中心的建筑造型和傳統(tǒng)建筑大相徑庭，各種建筑構(gòu)造套用標(biāo)準(zhǔn)做法是不足于解決實(shí)際問(wèn)題的。非傳統(tǒng)的建筑如何推陳出新?僅僅依靠"What"來(lái)匹配是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須通過(guò)邊界條件的關(guān)聯(lián)去探索"Why"。 傳統(tǒng)的知識(shí)管理中，知識(shí)提煉是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。企業(yè)根據(jù)大量的工程實(shí)例，制定了大量標(biāo)準(zhǔn)圖，供設(shè)計(jì)師重復(fù)使用?？擅總€(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖都有使用的前提，很多新手經(jīng)常因?yàn)閷?duì)前提理解和運(yùn)用不當(dāng)，知其然不知其所以然，弄出很多東施效顰般

10、的錯(cuò)誤。能否準(zhǔn)確和快捷地進(jìn)行關(guān)聯(lián)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)知識(shí)重用面臨的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。 現(xiàn)階段流行的解決方法是給設(shè)計(jì)知識(shí)建立基于關(guān)鍵詞或詞組的索引，然后再應(yīng)用傳統(tǒng)的搜索技術(shù)于這些索引或標(biāo)注。盡管索引和標(biāo)注大幅度提高了搜索效率，但依賴用戶指定的關(guān)鍵詞或詞組進(jìn)行搜索的技術(shù)，注定不可能有令人滿意的準(zhǔn)確度。因?yàn)閱我魂P(guān)鍵詞或詞組遠(yuǎn)不能確切反映信息體內(nèi)容的適用性和工作實(shí)踐的查詢需求，只能返回一般化的檢索結(jié)果。 理想的解決辦法是利用設(shè)計(jì)情景進(jìn)行知識(shí)檢索，目的在于以任務(wù)情景的結(jié)構(gòu)化表示來(lái)確切描述設(shè)計(jì)知識(shí)的適用性和工作實(shí)踐的查詢需求，使準(zhǔn)確和快捷地搜索到設(shè)計(jì)情景與當(dāng)前設(shè)計(jì)工作相似的設(shè)計(jì)知識(shí)成為可能。但情景式檢索不僅僅是檢索

11、技術(shù)的問(wèn)題，而更是知識(shí)表達(dá)的問(wèn)題。 基于BIM的設(shè)計(jì)案例表達(dá)給基于設(shè)計(jì)情景的知識(shí)檢索帶來(lái)了可能。 基于海量數(shù)據(jù)的知識(shí)挖掘 以圖紙為主要載體的的設(shè)計(jì)案例(檔案)，主要依靠題目+摘要+關(guān)鍵詞來(lái)搜索信息，一般來(lái)說(shuō)查到圖紙名稱就戛然而止，以下的工作就是人工的了，搜索者仍然需要一張圖紙一張圖紙地搜尋他所要的信息。這就好比早先的文獻(xiàn)檢索，一旦摘要和關(guān)鍵詞不夠全面或不夠?qū)I(yè)，很難獲得全面的信息，很多重要的信息就此湮沒(méi)。 在現(xiàn)代的電子期刊庫(kù)，除了早期紙質(zhì)文獻(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的尚未文本化的掃描件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全文檢索，絕大部分均可進(jìn)行全文檢索，獲取信息的廣度大大增加。 采用BIM模型進(jìn)行組織的建筑檔案，可檢索的信

12、息同樣大大增加，可以進(jìn)行各類信息的"全文檢索"，快速定位到各種屬性層次的構(gòu)件。例如，可以迅速查找xx層xx厚的墻體，找到某類吸音材料等等。 海量案例數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立，使設(shè)計(jì)師可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)的技術(shù)，在龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)中找出有價(jià)值的隱藏事件，并且加以分析，獲取有意義的信息作為進(jìn)行決策的依據(jù)。例如設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的工時(shí)定額，就可以根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)、規(guī)模和任務(wù)完成的關(guān)鍵里程碑，從大量樣本中遴選出來(lái)。 隨著基于BIM模型的應(yīng)用，建筑案例蘊(yùn)含的信息也從廣度和深度的兩方面迅速膨脹，既拓展到相關(guān)的其他領(lǐng)域，也深入到更細(xì)的層次，海量信息的提供，減小了知識(shí)獲取成本，降低了跨界的門檻，夯實(shí)了創(chuàng)新的基礎(chǔ)。 后記 一千二百多年前一個(gè)陽(yáng)光明媚的早晨，詩(shī)人常建去常熟興福寺游覽。山光明凈，深潭倒影，詩(shī)人人覺(jué)得心境空靈，留下了兩句膾炙人口的詩(shī)句："曲徑通幽處，禪房花木深"。今天，BIM已經(jīng)開始滲入建筑工程的各個(gè)階段和各個(gè)領(lǐng)域，當(dāng)基于BIM的知識(shí)管理在工作中無(wú)處不在的時(shí)候，大家一定也會(huì)涌起這樣的感覺(jué)。 MSN空間完美搬家到新浪博客！