空间基因:建筑信息编码简史(二)

上一期我们说到计算机对自然语言的编码,以及人们怎样解决编码中遇到的问题,这一期我们开始进入建筑行业的信息编码。

上次我们留了一个问题给大家:

如果编码只需要考虑语言兼容的问题,为什么光是北美地区就先后出现了三种建筑编码体系?比起语言编码,建筑编码是不是有更复杂的问题需要解决呢?

要回答这个问题,我们先来看看2018年新执行的标准名字:《建筑信息模型分类和编码标准》。

你看,我们说完了编码,还有个重要的东西没说,那就是分类。

上次说到的语言编码Unicode,尽管它也会按照一定规则对编码进行分类,比如把同一个国家的语言字符放到一起,但这个分类对人们并没有太大的影响。

我们来举另外一个例子:生物的分类。

  食肉动物和圆形耳朵的动物  

目前,人类已经命名的生物有170多万种,这个数字还在以每年1.5万的速度在增长。科学家预计,地球上的生物可能有1亿种以上。

你可以想象,如果把1亿种生物的名字和编码毫无规律的写进一本词典,对任何人都是没有意义的。

于是人们开始对生物进行分类。早期的分类比较粗糙,中国的李时珍把生物分为植物和动物,植物分为草、谷、菜、果、木五种;动物分为虫、鳞、介、禽、兽五种。

随着被发现的物种越来越多,生物的分类越来越细致,分类的层数也就越来越多。

现代分类方法把生物分为域、界、门、纲、目、科、属、种八层,每一层都包含多个更低层次的分类,越是低层的同类相同点就越多,只有最底层「种」才对应着实际存在的生物。

就像是电脑里的文件夹,一层一层的展开,只有最后一层里才有实际的文件。 

比如,猫就属于:真核生物域、动物界、脊索动物门、哺乳纲、食肉目、猫科、猫属、猫种。

这种像树一样展开的分类方法,叫做结构化分类,也叫线分类法。用这种分类方法进行编码,有几个好处:

第一,操作更人性化。比如研究猫科动物的人,可以在「猫属」这个小类别里把猫编号为1,虎编号为2,不需要考虑和犬属里面狗的编码会不会冲突,也不必花心思去研究犬属的编码。

第二,扩容性好。新发现一个物种,只需要把它按照一定特点放到相应层面的分类里,按顺序往下编码就行了,对其他分类的编码没有影响。实在需要的话,可以在某一层重新创建一个新的分类。

第三,编码的检索非常高效。你要查找猫,只需要知道猫大概属于哺乳动物这一个纲,就可以完全忽略其他的域、界、门、纲里成千上万的物种,搜索量大大减少。

第四,数据可以分级管理。比如,一个专门研究食肉类动物全球分布情况的专家,可以在「目」这个层面调取「食肉目」,它自然就包含了里面猫科、犬科等所有动物,而不需要再往下逐层查找。

现代动物的分类已经很统一了,但它并不能满足所有人的需求,尤其是第四点,分级管理。

对于一个研究食肉动物的专家来说,这种分类方法当然很好,但如果一个人专门研究所有「圆形耳朵的动物」,那他就得自己去很多类别里自己查找再汇总,就会觉得这个分类方法不怎么好用。

通过这个例子我们可以看到,像文字编码这种很少需要人类参与的活动,对分类的需求比较低。工程师不需要记住所有文字的编码,只需要事先选好一个编码格式,每个文字使用的时候自动调取就行了。

而像生物研究这种需要人类深度参与的体系,对分类的要求就很高。

  建造者们的分类方法  

回到我们的主题。

建筑业是一个需要人深度参与的行业,而且不同层面的人所需要的数据完全不一样。有的人负责采购物资,有的人负责规划工序,有的人负责招投标,有的人负责投资战略,如果把所有建筑信息一股脑丢给他们,就等于是什么都没给。

所以,建筑业的编码同样需要按层次分类。不同分类方式对不同需求的人来说,也是有好有坏。

我们今天先请出第一个建筑信息分类编码标准——Masterformat

1963年,美国建筑规范协会CSI联合加拿大建筑规范协会CSC,共同发布了CSI建筑规范格式,目标是用于项目档案管理、造价管理和编写组织规范。到了1978年,这两个协会又对它进行了修正,颁布了Masterformat第一版。

我们不看发布者对它的功能定义,先看看它是怎么给建筑信息分类的。

最早的Masterformat一共有16个分类,主要是按照工种工艺和材料来区分。

最早的Masterformat小的分项一共也就160多种,所以不需要多层分类,总共就两层,在大分类下就是一层具体的项目。每个小项由5位编码组成,前两位代表它所在的分类,后三位是对自身的编码。

比如,第三类混凝土工程进一步分成了9个项目,分别是03300现浇混凝土、03400预制混凝土、03900混凝土修复和清洁等等。

这个版本的Masterformat主要是面向房建项目,一直维护到1995年。

后来,很多新的产品、材料和工艺涌入建筑业,机械和管道越来越复杂,同时也有越来越多的市政和工业项目需要编码。这些新的信息都无法编排到Masterformat1995里面。

于是在2004年,CSI发布了Masterformat2004版,把原来的16个类别扩展为50个类别,又把这50个类归纳到六个分组里。

这六个分组分别是:招投标与合同需求、通用需求、设施建设、设施服务、场地和基础设施、工艺设备。

从2010年开始,CSI每隔一到两年对它进行一次更新,一直保持着六个分组、50个大类别的基本框架。最新版本是2018年6月版。

新版的Masterformat虽然列出了50个分类,但并没有对所有分类进行编码,比如15~20、29~30、36~39等大类都是空的,留给未来扩展用。

新版Masterformat编码的分层也更加详细,编码共分为三组,每组两位数,高层类别的后几位编号用00补位。

比如「03 00 00」代表最高层的第3类,混凝土;「03 20 00」代表混凝土大类里面的第20小类,混凝土加固。 

其中第二层的编码比较特殊,当第一位不为0,第二位为0的情况下,可以多展开一层,比如「03 40 00」预制混凝土,可以进一步分为「03 41 00 结构预制混凝土」和「03 45 00 建筑预制混凝土」。

第三层编码需要进一步分类的时候,就在后边加一个点,然后补两位扩展编码,比如「03 11 13」现浇混凝土成型,可以进一步细分,「03 11 13.16」是其中的混凝土支护分项。

这样,Masterformat就形成了最多五层的树状线性分类。

就像前面我们举例的生物分类一样,Masterformat采用这样的分类方法,能够带来操作人性化、扩容性好、检索快速,以及数据分级管理几个优势。

前几个优点比较好理解,我们重点说一下树状分类法的第四个优势:数据分级管理。

比如你把Masterformat用作工作流程管理,那么高一层的任务就可以包括低一层的所有任务,当每个负责较低层次的人员追踪并提交任务进展的时候,高一级别的任务也就可以自动进行数字化追踪。

如果你把Masterformat用作成本计算,也可以通过逐层分解来实现数据的管理。负责混凝土用量的人只需要在03 00 00这一个大类里计算人材机料,而不需要在意其他层次的类别。比他负责的层次要高的人员,可以了把他的数据直接拿来用。

实际上,欧美和中东地区的很多项目,虽然项目形式各不相同,但工程量清单、招投标文件、项目执行规范的编排,采用的都是Masterformat体系,文件编制后可以用计算机进行管理,也方便不同项目的数据互通。

从前面的内容你可以看到,Masterformat是把一个建筑的建造过程拆解成不同的工序、材料和设备,然后再把这些拆解好的项目分门别类进行编码,所以我们说Masterformat是面向工种和材料的编码方式,这一点请你记住,后面还会和其他编码方式做比较。

  Masterformat,远不是终极解决方案  

在生物分类的例子最后我们说到,现代的生物学分类方法对于研究食肉动物的专家来说很好用,但对于专门研究所有「圆形耳朵的动物」的人来说,就不怎么好用。

同样,面向工种和材料的Masterformat,对于建设单位来说已经很好用了,但对于其他人,比如投资方或者设计师,就不是很友好了。

我们来看看对于这些人来说,建筑信息编码都用来做什么,以及用Masterformat来完成这些任务的缺点:

第一:投资估算

项目的投资数据分为方案阶段的估算,初步设计阶段的概算和施工设计阶段的预算。概算和预算的计算方式都是先计算工程的材料、人力、设备等直接费用,再计算费率得到,可以按照材料和工种进行分解。

而在项目大前期的估算阶段,还没有细部设计,这些费用是算不出来的。

甲方的投资估算,一般都是根据历史项目的数据分析,把类似的建筑花了多少钱拆解成小的分类,然后把这些小分类按照新建项目的构成比例组合到一起,从而估算出新项目的投资。

每一个被分解出来的小分类,在历史项目的投资占比,就反应着这种分类方式的敏感性。

Proffenberger在一项对编码体系的研究中公布了这样的结果:企业对已建成项目的投资数据进行分析的时候,Masterformat体现出的敏感性比较低。比如办公楼项目,混凝土占整个工程投资比例为2%~32%,砖石为0%~20%,金属为0~21%,木材为0~38%。

这就意味着:这个项目木材多一些石材少一些,那个项目可能就没使用砖石,每种材料都在一个很大的范围里上下波动,这在估算新项目的时候误差就会很大了。

除了对单个项目的估算,对于长期经营活动中数据的积累和分析,Masterformat也显得力不从心。

第二:对设计的指导

在方案设计和估算完成后,就是初步设计和深化设计。如果方案阶段使用的是面向材料和工种的分解,数据就很难指导深化设计。

对于设计师来说,只能按照项目的构成和使用部位来做限额设计,比如楼板总面积、柱子的总体积等,如果把这些数据都融成一锅粥,就没有意义了。比如估算阶段预计混凝土使用量为2万方,木材使用量为20吨,然后告诉设计师,按照这个限额来进行深化设计,设计就蒙圈了。

美国建筑师学会出版的《建筑师使用手册》也说到:「面向材料和工种工程的投资分解和编码体系,不适合项目设计阶段的投资控制。」

CSI在一开始颁布Masterformat的时候也说了:目标是用于项目档案管理、造价管理和编写组织规范。

第三:动态成本控制

工程投资是一个动态过程,甲方的投资是分批给乙方的,打完地基给一笔钱,起完标准层再给一笔,不同的分包结算也是动态的。

比如预算中有「C40混凝土墙」这个分解项,但这一项可能分布在地下和地上的各个楼层,Masterformat很少考虑施工先后顺序带来的任务安排变化,因此对工程任务组织和分解表达不够充分,也就很难符合动态成本分析的需求。

再比如,同样的混凝土材料和工种,在预算里可能分布在不同的分包合同里,在对比概预算和结算来支付工程款的时候,把所有材料大锅炖的Masterformat也会带来一些冲突。

在这里需要强调一下,这几个缺点,只要有人工介入,虽然麻烦一点,也都是可以解决的。而当我们说一个编码体系的分类方式是否好用的时候,所指的一定是用计算机进行编码,并进行自动的数据计算和分析。

在上一期内容里我们已经讲了,想通过自然语言的介入,把一个已经定义好的编码规则进行扩容,一定会带来体积大、效率低,甚至是编码冲突的问题。

所以,当一个编码体系的分类方式明显不适合一类人的时候,更好的办法不是在原有基础上修修补补,而是设计一套新的编码体系。

当然,别忘了我们也说过,为了解决一个麻烦而创造一个新编码体系,也很可能会带来新的麻烦。

投资方为了解决这几个麻烦,该怎么设计新的编码体系,又会带来哪些新问题?这就是我们下一期要讲的内容。

欢迎你把问题和想法留给我们,我们会在后面的内容里补充给大家。

有态度,有深度,BIMBOX,咱们下期见!

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