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本文来源：微信公众号
Lobbyist Wars and the Development of BIM. Part 6:
Reasons for speculation in the construction industry.
建筑业投机的原因
Corporate monopolies over data.
企业对数据的垄断
英文原文请点击原文链接，机器翻译，稍有编译。光铭研究院
BIM战争系列文章：
BIM与CAD的二十年世界大战：BIM在2020年终于战胜CAD
建筑业生产力增长乏力、投机泛滥的原因在于建筑过程中参与者所使用的数据质量。数据在工程建设中的主要问题是什么？首先，在 3D-7D 系统中缺乏信任和透明度，这导致与人为因素相关的风险的出现，并在建筑公司的主要业务流程中创建了多层次的官僚机构。
要存储数据并在各参与者之间传输数据，您需要信任那些控制着IFC 格式的 CAD软件相关单位。这种情况可以类比于互联网的早期发展，当时网络没有强加密，用户不得不依靠系统管理员（第三方）来保护自己的数据。
今天，在各种 3D-7D 系统之间交换数据时，我们将数据的存储委托给了相关单位。为了保持在建筑行业的影响力，无法从数据的透明度和互操作性中受益的公司垄断了数据的存储和处理。结果，主要的CAD和ERP软件供应商不断提高使用他们产品的价格，普通用户被迫在3D-7D系统数据传输的每个阶段支付“佣金”：连接、导入、导出和处理用户自己创建的数据。
由于垄断者和游说者争夺数据权力，建筑行业已经成为一个落后的系统，生产力低下，一定比例的投机被认为是不可避免的。为了消除不信任、控制和压力的分层结构，建筑公司需要透明的业务流程和新的便捷数据存储格式。
一、工程数据的争夺战
建筑业生产力低下的原因
建筑行业是世界上监管最严格但却最碎片化的行业之一，几乎每一个建设项目都是由大量良莠不齐的参与者共同创造的。
每个建设项目的生命周期都受到大量不同资质和不同能力的专家的影响：预算、建筑美学、力学、结构、估算、采购、控制和运营。并且在建设过程中的每个参与者都有自己的 3D-7D 数据部分，他们要对此数据负责的。
对于从事建筑专业设计的人来说，项目的3D模型很重要。对于稍后将在施工现场监督流程的人员，最重要的则是4D模型构件的相应时间计划：项目所需构件在施工现场订购、交付和组装的工序。对于从事采购、估算和预算编制的人来说，5D成本信息很重要：隐藏在项目3D模型构件后面的设备、材料、工时和产品编号。6D-7D模型的建筑构件性能只有那些在施工完成后将参与建筑物运营的专业人员才会感兴趣。
由于建设项目中使用了大量的业务流程和数据管理系统，来自不同领域（部门）的专家的能力重叠，导致人为因素、信息重复和内部官僚主义的影响增加。
3D-7D专家的资质和不同系统（CAD、MEP、ERP、CDE、ECM、CPM）之间交换的信息质量最终直接影响到建设项目的质量和成本、建设的利润和成本效益公司。
由于系统中的专有数据是封闭的，并且所有参与者的业务流程缺乏透明度，因此建设项目普遍把工程师的3D-7D专业信息拼凑成了一个数据谜团。
在创建这个难题的过程中，各个专家之间缺乏数据透明度和质量沟通，导致今天的建筑行业成为生产力方面效率最低的行业之一。
在计算机辅助 CAD 设计、新建筑技术和材料的近 20 年中，整个建筑业的生产率仅增长了 21%，而经济各部门的总生产率增长了 70%（96%在制造业）。
今天的高端行业是银行和商贸，而建筑的工程师们还主要是在操作其中的1D数据属性（合约金额）和4D时间属性（合约时间）。 这些数据与这些高端行业的业务流程之间的交互几乎完全自动化了，未来几十年人为因素将减少到零。
除了 1D 和 4D 属性之外，制造业的机械工程专家还处理 3D 几何数据、5D 成本以及额外的 6D 和 7D 操作参数。1990 年代开发的数据与使用 PLM（产品生命周期管理）平台的高级类型之间的良好关系，使机器制造商能够批量生产曾经在 3D 中建模并在 4D-7D 中配置多年的相同产品。
成功的行业已经能够从信息处理中去除人为因素。这些行业的工程师现在的重点是创建无需人工干预即可运行的自主系统：自动驾驶、工程行业中用于机器生产的机器人综合体和区块链技术、银行业中的智能合约和 DEFI（去中心化金融）。
在建筑产业，人为因素仍然是一个主要的生产力滞后因素，不同技能的人使用来自不同软件供应商的软件创建的不同格式的不透明数据。
施工中缺乏透明的可互操作数据的后果
当今建筑业务的主要兴趣尚未将所有数据收集到一个平台中，而是集中在项目中 5D 模型构件的成本和 4D 时间数据上。这些数据是在建筑公司整个生命周期的许多项目的施工过程中收集的，拥有这些数据是任何建筑组织的主要竞争优势。在这个 4D-5D 数据上，ERP (Excel) 系统将预算数据（投资金额）、材料采购和工时、工作计算和各个流程的估算排列在一起。
直到 2000 年代中期，4D-5D 数据只能在昂贵的（比 CAD 软件贵数十倍甚至数百倍）的 ERP 系统（或多级 Excel 电子表格）中处理，而这些数据几乎与数据完全无关，以不相关的 2D 图纸的形式，来自设计部门。
缺乏自动（经几何验证）的、可靠的建筑构件体量数据为 4D-5D 系统中真实数据的投机与隐瞒创造了条件。建筑业赚钱的主要方式是炒材料和工程的价格。在内部封闭的 5D 系统（Excel、ERP、EPM）中，通过在材料的平均市场价格或工作范围之上增加一定的百分比，通过“灰色”会计产生工程和材料的过高定价。承包商只为节省资金而购买低质量的建筑材料，从而损害客户的利益。
To start construction means to give yourself up for plunder. 动工，就是为了掠夺而放弃自己。
塞缪尔·约翰逊 (1709-1784)
因此，如今的估算、计算和预算部门都是受到严密保护的，拒绝未经授权的专业人士的访问，即使在建筑公司内部也是如此。
如果不隐藏他们的“灰色”5D 会计，在当今竞争激烈的建筑市场中生存几乎是不可能的，而这种不透明是由开发创建和传输这些数据的系统软件的单位直接、间接创建和维护的。
3D 模型的现代趋势和项目工程量自动化数据的出现，迫使大公司的经理把来自 3D 模型的数据与来自 ERP (Excel) 系统中已经存在的 5D 分类器（估算项）的数据相结合。因此，建筑公司需要创建数据互操作性，并根据其目的调整单独的 CAD、ERP、EPM、ECM 系统之间的链接。
当今所有 4D-7D 信息系统中主数据的主要来源是建筑构件体量数据，它是通过 CAD 系统中的项目元素建模创建的，其中信息通过专有的封闭格式（RVT、DGN、PLN 等）或通过不完整的开放格式 IFC。格式的不透明度阻碍了交换自动化的创建，并且几乎不可能以相同的可互操作数据格式一起处理这个数据谜团。
因此，访问昂贵的全生命周期 3D-7D 数据处理系统以及数据的质量和透明度决定了项目的建设成本、利润，从而决定了建筑公司在建筑市场上的生存。
由于数据导出和导入过程的复杂性，3D 设计和 5D 估算/成本核算部门的简单专家无法处理这个耗时的过程。只有熟悉公司内部业务流程，同时对CAD和ERP系统有深入了解的专家，才能正确地将CAD和ERP系统结合起来。因此，在建筑行业，与银行或工程不同，负责在各种系统（CAD-ERP、FEM-CAD-HVAC、ERP-CPM、ERP-EPM）之间传递信息的管理人员数量正在增加，在为了传输和控制“新”数据。
在这种强制官僚化、多层次的建设项目管理结构中，只有通过额外的管理人员进行多层次的控制才能确保高质量的建设结果，而不会产生诉讼和经济损失。这种控制的后果在项目处理的各个层面造成了过大的压力，工程师必须通过封闭的专有产品及时和高质量地导入、传输和导出数据。
主要的3D建模解决方案CAD厂商为建筑行业提供了BIM概念，其中信息的交换和控制必须由新时代的经理们（BIM经理和BIM协调员）进行处理，他们可以从CAD程序中提取数据并获得不同3D模型之间的互操作性-7D（CAD 和 ERP、EPM、ECM）系统。
CAD 借鉴了建筑行业 MCAD 解决方案制造商的这一新 CAD-BIM-ERP 概念的基础，该概念已经在机械工程领域得到了验证的 CAD-BOM-PLM 概念。
二、为什么会出现BIM？
到 2000 年代初，机械工程行业已经拥有用于处理来自 MCAD 软件的数据的先进系统。由于 90 年代出现的众多数据处理系统之间的竞争，PDM 和 PLM 解决方案成为主要平台，来自CAx（computer-aided，计算机辅助技术）软件专家的信息：CAD、MCAD、CAID、CAPP、CIM、 CAE、SCADA 现在蜂拥而至。
BOM（物料清单）的概念在制造业的数据管理中起着重要作用。这是一个材料清单或技术规范，其中最顶层的BOM代表一个工业制成品，它可能是一个产品节点或一个完整的设备组件。描述组装方法的技术规范称为模块化 的BOM。使用 BOM 进行项目管理，通过消除过时数据的重复使用，降低了错误和返工的风险。
BOM管理的定义：
是全面的产品结构管理，确保设计、供应链、生产、销售和服务的全数字化关联。
汽车和机械工程制造行业对这些系统做出了重大贡献，随着第一批 3D CAD 程序的出现，这些行业需要将他们的设计流程与 4D-7D 生产和运营流程联系起来。1990 年代，这些系统中的主要角色是由 PTC 产品 Pro/ENGINEER 用户生成的数据发挥的，到 1990 年代中期，该产品已成为整个工程行业的主要设计软件：其客户包括宝马、菲亚特、法拉利、丰田、现代、PSA 和大众、卡特彼勒、约翰迪尔和其他主要的全球行业参与者。
PTC 的 Pro/ENGINEER 程序员是第一个参数化模拟实体的 CAD 软件，也是第一个为整个项目概念化单个数据模型的软件，彻底改变了 MCAD（机械计算机辅助设计）市场。源自 Pro/ENGINEER 的基于参数的基于特征的建模已经主导了行业四分之一个世纪，所有领先的 MCAD 系统（CATIA、NX、SolidWorks、Inventor 和 Solid Edge）都已成为 Pro/Engineer 的意识形态继承者。
在 PTC 和 Pro/ENGINEER 产品背后是列宁格勒国立大学（圣彼得堡）的数学教授塞缪尔·盖斯伯格和他的学生列昂尼德·赖茨，他们在六日战争后于 1970 年代和 1980 年代从苏联移民到美国（新遣返） 1967 年。
离开 PTC 后，在 1980 年代后期创建Pro/Engineer几何核心的Leonid Reitz于 1997 年创建了新的初创公司 Revit，该公司接替了 MCAD Pro/ENGINEER 的最佳位置，旨在满足建筑行业在使用 BOM 的模块化概念进行参数化建模。
虽然机器制造商已经在 PDM 和 PLM 平台上工作，但 1990 年代后期的建筑公司只有 2D CAD 解决方案和单独的 5D ERP 解决方案。主要在 Autodesk 的 2D 产品 Autocad 中创建的 CAD 数据对于在估算、成本核算和预算部门创建的 5D 数据几乎没有用处。
在 MCAD 开发人员取得成功之后，Autodesk Corporation 尝试在现有 Autocad 产品（AutoCAD Architectural Desktop）上并借助重新设计的IFC 格式构建其参数化建模产品，但未能成功。在尝试收购 MCAD 初创公司 Solidworks（从前 PTC 工程师手中）失败后，Autodesk在 2002 年以 1.33 亿美元从前 PTC 员工 Leonid Reitz 手中收购了 Revit 初创公司。
Revit 拥有机械工程背景，是 Autodesk 产品组合中全新的 CAD 系统，使公司有机会最终向整个建筑行业发布了 BOM-PDM-PLM-ERP 技术理念。
为了宣布建筑业务数据和新流程新时代的到来，Autodesk 副总裁编写了《BIM白皮书》。根据新的 BOM-BIM 概念的逻辑，以前存储在不同 ERP 系统中的所有信息现在都应该传输到 CAD 软件 (Revit)，在那里新的（主要是文本）属性将添加到 CAD 中的 3D 模型构件中。
BIM白皮书发布十年后，到 2010 年，Revit 迅速占领了全球CAD 市场（部分欧洲国家除外）。
但是，自 2002 年收购 Revit 初创公司之后的 10 年里，Autodesk 遗憾地未能将 BIM 概念开发为交钥匙 4D-7D 数据处理产品或与 PTC 的 PDM、PLM 产品类似的工作。
CAD 市场中的大公司（Autodesk、Nemetschek、Bentley）追随 1990 年代 MCAD 解决方案的脚步，开始致力于多程序封闭式 BIM 环境，在这种环境中客户不需要第三方解决方案。
与此同时，设计部门的管理人员开始接收第一个 BIM-BOM“超级数据”（几何图形、元素的文本属性和规格），发现有必要使用 BIM-BOM 数据链接现有的 ERP 和 CAD 系统自己，无需等待 Autodesk 的解决方案。
2010 年代中期即将来临，来自世界各地的数以千计的私人投资者正试图进入 BIM 和 PropTechs 市场（房地产技术）。大型建筑公司的高级管理人员（具有编程技能）正在进入初创企业，他们计划通过创建与 CAD 的数据连接来完全取代建筑公司已经建立的业务流程中过时的建筑 5D ERP-ECM 解决方案。
如今，由于建筑行业数据增长带来的“淘金热”，每天都有新的专有（主要是大厂的社区驱动和开源解决方案 - 下一部分将详细介绍）初创企业想要处理来自 CAD 系统的数据。
仅在 2020 年，就有199 亿美元投资于PropTechs初创企业（相比之下，Autocad 以 1 美元和 10% 的销售额出售给 Autodesk，Revit 以 1.33 亿美元出售）。
因此，市场上缺乏现成的解决方案以及建筑数据量的不断增长，导致大型 CAD 公司、建筑公司和初创企业之间在拥有和处理数据的权利方面存在不平等竞争。每年有10万亿美元的新建筑合同。
在数据市场形成垄断
不幸的是，任何 CAD-BIM-BOM-PDM-PLM-ERP 解决方案的开发人员都面临着 90 年代编写的遗留代码，这是核心产品（Archicad、Revit、Tekla Structures），即使是最有经验的开发人员也需要花费数百小时进行测试并调试一行代码。
遗留代码是弗兰肯斯坦的怪物代码，它似乎仍然有效，但很糟糕，并且由于遗留代码库中的混乱，具有潜力的新代码无法开发它。
外部服务与 1990 年代购买的遗留代码交互的问题对于拥有数据并专注于构建自己的、“真正经过验证”的 3D-5D 封闭式 BIM 工具的大公司来说并不是什么大问题。
通过透明且可互操作的数据访问，可以使用外部服务、数据库和 ERP 系统无缝传输和自动化项目中的所有信息。但是这样一个封闭的 BIM 生态系统将不再有意义，3D CAD 解决方案将仅限于几何创建功能，这是公司和投资管理基金不允许发生的。
反过来，由于需要保持稳定的季度收益，公司被迫创造这种封闭的环境。大企业在新时代的石油——数据——的真正主人是金融巨头投资基金的投资者，他们关心季度增长，不能让企业失去对有价值信息提取的垄断。
因此，保持对数据的垄断是大型 3D 解决方案供应商政策的核心，允许他们改变许可模式并提高产品价格。接受采访的公司（来自建筑师给 Autodesk的一封信）声称，仅在 2015 年至 2019 年期间，他们的 Autodesk 产品许可成本就增加了 70%。
CAD 厂商不准备免费交出“他们的”数据，并且为了创造访问和连接这些数据的错觉，他们强加了相当复杂的方式来存储和访问客户的信息，允许他们提取主动将主数据处理到他们的专有解决方案。
三、在 CAD 软件中存储信息
全世界上的 CAD厂商正在通过积极的营销（高达公司预算的 50%）向建筑行业证明3D-7D 数据创建工具（将）在他们的程序中得到很好的实施（Archicad-Nevaris、Autodesk-BIM360 、Renga-PilotBIM、Bentley-OpenBuildings）。
为避免惹恼 BIM 和 PropTechs 初创公司的第三方应用程序和投资者的庞大市场，CAD 解决方案供应商“被迫”通过 API 查询、ODBC 或第三方插件在 3D 解决方案中创建与其专有数据的连接。封闭式 BIM 解决方案中的数据通过数据库传输，建筑行业中处理 3D-7D 数据的所有内容也都传输为数据库格式，现在通常称为 BIM 数据工作。
因此，当今大多数 4D-7D 数据管理系统都使用关系数据库管理系统 ( RDBMS )：MS SQL、MySQL、PostgresSQL、Oracle、MS Access。
SQL（结构化查询语言）是一种声明式编程语言，用于在关系数据库 ( RDBMS ) 中创建、修改和管理数据。
为了能够从封闭式 BIM 环境连接到外部服务（数据库）及其内部服务，CAD 软件开发人员尝试将数据转换为 SQL 表格式。
SQL中的数据存储
SQL 表相对于其他类型的信息存储的主要优点是它们支持非常大的数据库大小和高查询处理速度。SQL 还可以与 Web 应用程序和其他数据管理工具很好地集成。在 4D-7D 和 ERP 系统中，数据长期以来一直存储在表格 SQL 数据库中，但 3D 几何形式的 CAD 数据直到最近才仅限于可视化工作，并且一直难以以表格和文本形式存储。
Postgres 项目是最早以表格形式存储几何信息并创建 SQL 数据库的实现之一。
Postgres - 从 CAD 到 SQL 的数据存储先驱
1980 年代初期 Postgres 开发人员的一个激励示例是需要数据库来支持微电子行业的计算机辅助设计 (CAD) 工具。
在 1983 年的一篇文章中，Stonebraker（开源 Postgres 项目的创始人）和他的学生解释了 CAD（计算机辅助设计）行业如何需要支持新的数据类型，例如多边形、矩形、文本字符串和“高效的空间搜索、设计层次结构”和多个表示”在相同的物理结构中。
不幸的是，Postgres 项目开发人员的开源倡议发生在 CAD 程序之前 20 年，有可能创建这些数据。并且因为 Postgres 一直是一个开源项目，很长一段时间它只针对研究使用，而不是生产。
尽管 PostgreSQL 是当今最流行的独立开源数据库系统和第四大流行数据库系统，但当今大多数 CAD 软件开发人员更喜欢使用 SQLite 和 Microsoft SQL 数据库。
Revit - 图形中的数据库
首字母缩写词 BIM（建筑信息模型）是Autodesk的营销发明；它指的是在使用 Revit 3D 解决方案时创建的数据处理技术。
Revit是近 20 年来设计和创建 BIM 数据的主要程序，本质上是一个图形表示模型元素（一组数据流）的数据库，从而创建 BIM 信息模型。
在使用 Revit Server 时，您可能会注意到该程序通过 db3 格式与项目数据进行通信，这表明使用关系数据库 - SQLite - 与某些后端服务进行通信。
在与外部服务的所有集成选项中，Autodesk 仅允许通过插件、API 连接或 ODBC 上传来上传专有 RVT 数据。
ODBC（开放式数据库连接）是一种用于访问数据库的软件接口 (API)。
对 Revit 功能的不完整 API 访问的开放引发了允许通过 API 查询使用 Revit 的解决方案的开发：Grasshopper、Dynamo、pyRevit、Forge。
API（应用程序编程接口）- 一个计算机程序与另一个程序通信的方式的描述。
此类插件和 ODBC 驱动程序的目的是使数据看起来好像用户正在访问 SQL 数据库。
ArchiCAD 和 Tekla 工具 API的问世
ArchiCAD 中的虚拟建筑项目现在是一个数据库，您可以在其中通过 ODBC 驱动程序进行 SQL 查询并检索任何必要的表格结构项目信息。从 2001 年 7.0 版开始，就可以在 ArchiCAD 中执行 SQL 查询。
ArchiCAD 数据库（如 Revit 产品）使用专有格式，因此提供 ODBC 访问需要大量的开发工作。
ArchiCAD 数据库由具有复杂索引方案的2-3 级表组成。在 ArchiCAD 中打开对象容器允许您编辑其组件脚本，如果没有 ArchiCAD 内部编程语言 GDL（图形图形描述语言）的基本知识，这不是进行的最佳方式。有经验的程序员只能通过 C/C++ 编程和使用 ArchiCAD 不完整的 API 来读写访问项目数据。
Archicad 开发人员还致力于 ODBC-SQL-ArchiCAD 项目，该项目能够与其他 CAD 程序进行交互。这些交互旨在帮助建筑师、规划师、设计师和成本估算师使用 CAD 软件将其连接到一个系统中。但该项目被放弃了，可能是因为使用其他 CAD 软件存在明显的局限性。
Archicad 开发人员目前的计划是提供一种 BIMcloud API，可以以 IFC 格式访问项目数据。
Tekla 数据库 (Tekla Structures) 与其他主要 CAD 解决方案一样，无法直接访问。2020 年，Tekla在 Microsoft.NET 框架上开发了一个开放 API，现在允许第三方开发人员编写自己的 C# 应用程序来操作来自 Tekla Structures 软件的数据。但是，与 Revit API 或 Archicad ODBC 一样，Tekla API 作为一个精简的工具包来影响程序。
四、建筑行业数据互通问题
通过使用专有格式，今天的 CAD 供应商不允许访问用户在程序中自己创建的 3D 数据。将完整信息从 3D 模型直接传输到 4D-7D 解决方案是不可能的，为了至少提供对数据的一些访问，公司通过以下工具提供与“非结构化数据集”的连接：ODBC、插件、带有 API 的服务连通性（到内部程序功能）和不完整的 IFC 数据格式。
通过不起作用的插件和 API 进行数据连接
通过插件和API上传信息时，通常只上传系统参数（基本量）和元素属性，没有几何数据，这使得其他4D-7D系统（如ERP、ECM、EPM）无法离线使用这些数据.
我们将在后面的文章中详细讨论 4D-7D 系统阶段需要哪些数据。
通常，供应商 ODBC 工具和 API 不提供对数据的完全访问权限，其目的是将外部用户与设计过程中创建的元素的所有属性的数据库隔离开来。
拥有数据权力的公司不准备失去对客户的控制，这就是为什么大多数试图从模型中提取体积信息的专业人士现在被迫开发自己的插件来连接 3D 解决方案和 Excel 电子表格中的数据以链接生成的数据（不含几何）到现有的 4D-7D 解决方案。
但是，一旦通过 ODBC 或插件设置了数据导出，就不能保证下一年，当新版本的 CAD 程序发布或 API 库更新时，与内部 CAD 程序数据库的通信将按照与以前版本相同的规则工作。
结果，建筑行业遭受公司对数据的垄断，结果是以专有格式存储的元素的专有信息反映在对项目建设时间表和成本的数十亿美元的错误计算中。
Autodesk 在数据方面的霸权正在被欧洲 CAD 公司的开发人员削弱，随着 Revit 的迅速普及，他们正在复兴 Autodesk 被埋没的IFC 项目 - 一种法律上透明且可互操作的数据格式。
关于 IFC 项目的更多信息，我们将在下一个 - 第七部分讨论这个问题的现有和提议的BIMJSON 解决方案。
全文完。
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