引言
建筑行业对建筑信息的表达方式主要有两种：二维表达-图纸和三维表达-BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）。目前两种表达方式并行，常常出现图模不一致的问题。由于BIM模型尚未取得法律地位，导致BIM技术的应用与推广更加举步维艰。
图纸作为模拟信号，在建筑行业全流程传递和处理信息，严重制约了建筑行业数字化的发展，更阻碍了BIM在全流程的打通应用和进一步发展。
本文通过剖析各种建筑信息载体的历史、形式和特点，并与制造业进行对比，提出建筑行业必须“甩图纸”。通过“甩图纸”，实现由人的“照图施工”到人机协同的“照模施工”，再到机器的“照数（模）施工”，是建筑工业化和智能建造的必由之路。
本文将以“一模到底，无图建造，云端孪生，数据驱动”的试点项目案例，介绍BIM在实际工程项目全过程取代图纸的探索与实践。
建筑信息表达形式的发展历程
1. 古代建筑信息的表达形式
古代建筑信息是通过经验、图纸与模型相结合来表达的。
（1）一维建筑模型：文字描述或口口相传的经验。
（2）二维建筑模型：手绘图纸与草图。
a.工笔绘图：中国古代建筑常用工笔线条绘制平面、立面和剖面图，如《营造法式》中的图样。
b.西方古典草图：欧洲文艺复兴时期建筑师（如达·芬奇、帕拉第奥）通过透视画法和几何分析表达建筑比例。
c.符号标注：使用简单符号标记结构节点或装饰细节。
（3）三维建筑模型：实体模型。
a.木质模型：中国古代匠人制作比例缩小的木模型。
b.陶土模型：古埃及、希腊等地用陶土或蜡制作神庙或城市规划的微缩模型。
2. 近代建筑信息表达形式
（1）画法几何。1763年法国数学家加日帕尔·蒙日在解决有关军事工程的过程中发明了画法几何，1799年蒙日发表了《画法几何》一书。画法几何的基本原理是通过模拟真实世界中物体在人眼中的视觉效果，将三维物体以二维的形式呈现出来。
（2）工程制图标准化。画法几何为机械制造、建筑设计以及土木工程提供了精确的制图方法，推动了工业革命的发展。
（3）工程蓝图。1842年，英国天文学家约翰·赫歇尔发明了氰版印刷法，这是最早的蓝图技术。其原理是利用铁盐感光材料，在阳光下曝光后生成蓝底白线的图像。
（4）标准化制图。19世纪末，工程制图逐渐标准化，各国制定了统一的符号、比例以及标注规范。
（5）“样式雷”的烫样。“样式雷”是对清代200多年间主持皇家建筑设计的雷姓世家的誉称。其制作的建筑实物模型用草纸板热压制成，故名烫样，样式雷由此而得名。建筑烫样能全面地反映建筑的形式、色彩、材料和各类尺寸数据。打开烫样的屋顶，可以看到建筑物内部的情况，如梁架结构、内檐彩画式样等。烫样上还贴有表示建筑各部尺寸的标签。这些简单材料所制成的烫样，其原理与现代的BIM模型如出一辙。
画法几何出现以后，建筑信息表达形式就以二维为主，一维、三维为辅，一直持续到现在。
“样式雷”烫样
3. 现代建筑信息表达形式
（1）一维建筑模型：文件描述。
（2）二维建筑模型：工程图纸。
（3）三维建筑实体模型：实体模型。
（4）三维建筑数字模型：BIM模型。
目前建筑行业具有法定地位的表达形式只有工程图纸（二维）及配套文件（一维）。BIM模型尚未取得法定地位。
因此，目前工程项目全流程信息传递，仍是以图纸（二维）和文件（一维）为主，以BIM模型（三维）为辅。
制造业产品信息表达形式的发展历程
1. 20世纪50～60年代：手工绘图与二维图纸
在计算机技术尚未普及之前，制造业主要依赖手绘图表达产品信息。工程师通过手绘二维图纸传递设计意图。手工绘图效率低、易出错，且难以表达复杂的三维几何形状和装配关系。
2. 20世纪70～80年代：CAD的引入
20世纪70年代，CAD技术开始应用于制造业，最初以二维绘图为主。CAD提高了绘图效率和精度，逐渐取代了手工绘图。
20世纪80年代，三维CAD技术逐渐成熟，能够表达复杂的三维几何形状和装配关系。三维模型成为产品设计的重要工具，但信息表达仍以几何数据为主。
1980年，波音公司开始采用达索系统开发的CATIA（计算机辅助三维交互应用）软件，标志着其从传统的二维设计向三维设计转变。这一技术显著提升了飞机设计的精度和效率，并为后续的数字化设计奠定了基础。
波音飞机CATIA模型图
3. 20世纪90年代：MBD技术的起源
MBD（Model-Based Definition，基于模型的定义）技术最早由波音公司在20世纪90年代提出并推广。波音在737-x项目中首次尝试将三维模型作为产品定义的主要依据，逐步取代传统的二维工程图纸。这一阶段的核心思想是将产品的几何信息和非几何信息（如尺寸、公差、工艺要求等）集成到三维模型中，从而实现设计与制造的无缝衔接。
1990年，波音777成为全球首架完全采用三维数字化设计的民用飞机。波音使用了3000台三维设计工作站进行零件设计，200台工作站用于装配设计，取代了传统的二维设计方式。
三维设计，二维出图，制造安装仍以二维图纸为主。因为经常图模不一致以及三维二维转换带来效率和质量的下降，促使波音下决心全过程摒弃二维图纸。
MBD模型
4. 21世纪最初10年：MBD技术的标准化与推广
1997年，美国机械工程师协会（ASME）在波音公司的协助下，启动了三维定义技术及其标准化的研究。2003年，ASME发布了Y14.41标准，明确了三维模型中如何表达制造信息，为MBD技术的广泛应用奠定了基础。
2004年，波音公司在787项目中全面推广MBD技术，完全取代了二维工程图纸，三维设计、三维制造、三维安装。这一技术的应用使波音787的研发周期缩短了40%，工程返工减少了50%，成为MBD技术在制造业中成功应用的典范。
2006年，ISO借鉴ASME Y14.41标准制定了ISO 16792标准，为全球范围内的MBD技术应用提供了支持。日本、欧洲等国家和地区也相继制定了相关行业标准。
飞机MBD应用历程
5. 21世纪第2个10年：MBD技术的普及与深化
（1）多行业应用：MBD技术从航空领域逐步扩展到汽车、船舶、轨道交通、精密机械等多个行业。
（2）数字化设计与制造的整合：MBD技术不仅用于产品设计，还逐步应用于工艺规划、制造、检测等环节。通过三维模型的协同设计，企业实现了设计、工艺、制造等环节的数据集成，推动了智能制造的发展。
中国制造业“甩图纸”的历程
1. 20世纪60～90年代：传统二维图纸阶段
在工业化初期，二维工程图是产品定义的主要方式。20世纪60年代，CAD逐步替代了手工绘图，也就是“甩图板”，但设计模式仍以二维图纸为主。
设计人员依赖二维图纸传递产品信息，制造过程中需要频繁参考图纸，不仅效率较低，且易引发理解偏差。
2. 20世纪90年代～21世纪初：二维与三维并行阶段
随着三维CAD技术的成熟，设计模式逐渐演变为“三维设计、二维出图”，即先构建三维模型，再生成二维图纸作为交付物。
三维模型主要用于设计阶段，制造和检验仍依赖二维图纸。这一阶段虽然提升了设计效率，但数据孤岛问题依然存在，设计与制造环节的协同性不足。
3. 21世纪最初10年：MBD技术的引入与初步应用
20世纪90年代末，MBD技术开始在国际上兴起。2003年，美国制定了ASME Y14.41标准。
中国2009年发布了GB/T 24734系列标准《技术产品文件 数字化产品定义数据通则》，该系列标准旨在规范数字化产品定义数据的应用、开发和服务，推动制造业从传统的二维图纸向全三维数字化设计的转型。
MBD技术通过三维模型集成几何信息和非几何信息（如尺寸公差、表面粗糙度等），逐步替代二维图纸，成为设计和制造的唯一依据，也就是“甩图纸”。
4. 21世纪第2个10年：MBD技术的推广与深化
该阶段，中国制造业在航空航天、汽车、高铁等领域率先应用MBD技术。例如，波音787项目的大规模应用推动了MBD技术在中国航空制造业的普及。
MBD技术实现了从设计到制造、检验的全流程数字化，减少了数据转换错误，提高了生产效率。在飞机制造中，MBD技术显著缩短了研发周期，降低了工程返工率；在高铁制造中，也逐步推行全三维数字化设计。
5. 2020年至今：MBD技术的全面普及与数字化转型
近年来，随着工业4.0和数字化转型的推进，MBD技术在中国制造业的应用范围不断扩大。国产三维CAD软件的崛起，进一步推动了MBD技术的本土化应用。
MBD技术通过打破数据孤岛，实现了设计、制造、检验等环节的无缝协同。MBD技术与仿真技术、云平台等结合，推动了智能制造和数字化工厂的发展。
中国科技部的“两甩工程”
1. “两甩工程”的来历
2006年9月，科技部组织召开全国制造业信息化科技工作会议，提出“两甩工程”：甩图纸、甩账表。
2006年10月，《关于推进“十一五”制造业信息化科技工程工作的若干指导意见》要求开展不同类型、不同层次的制造业信息化企业应用示范，实现以“甩图纸”为标志的设计制造一体化、无纸化和以“甩帐表”为标志的企业信息流/物流/资金流及经营管理业务集成应用示范。
2. “甩图纸”的内涵
2008年10月，《制造业信息化科技工程“甩图纸”、“甩账表”示范企业评估指导意见》阐释“甩图纸”的内涵：
a.无纸化设计：通过计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺计划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等技术，实现产品设计、开发和生产过程中的数字化，不再依赖纸质图纸进行信息传递。
b.电子化生产：通过信息技术手段，如电子数据管理系统（PDM）、产品全生命周期管理（PLM）等，将技术信息和任务信息直接推送到生产加工和检验的环节，取代了传统的纸质图纸传递方式。
c.三维模型打通应用：以三维产品模型为核心，集成研究开发、产品设计、分析仿真、工艺规划、数控加工以及质量检测的集成技术，实现设计制造的一体化。
d.数据统一和管理：通过三维建模实现设计和生产过程中的数据统一，确保设计和生产的准确性，减少因信息传递过程中的误差导致的质量问题。
因此，制造业“甩图纸” 可总结为：（1）一模到底PLM，一个模型干到底，一个模型管到底；（2）无图制造MBD，无图设计，无图审批，无图招采，无图制造，无图运维。
建筑行业“甩图纸”难在何处
1. 建筑行业工业化程度较低
图纸由于分专业分层分部位各自表述，没有直接关联，变更容易，甚至只是简单修改尺寸而比例不变；但BIM模型是全部关联的，变动很大。于是，模型的变更永远赶不上图纸的变更，所以，图模一致很难做到。这也是当初波音必须消灭图纸的根本原因。
BIM是工业化的产物，它要求有严格的产品标准、数据标准、流程标准。建筑行业还是碎片化的手工生产体系，非标化、随意化很严重，这也是难以造出“好房子”的主要原因之一。
反过来，“一模到底、无图建造”，在设计阶段就考虑工艺设计，做VDC（虚拟设计建造），在电脑数字世界里预演施工全过程，将施工问题前置，提前试错，就是为了大大减少设计施工的“随意性”，促进工业化的进程。
基于同一模型的演进式设计和关联设计
2. 传统BIM还有待进化
目标建筑行业所用的BIM，基本上都还是“小BIM”，还未达到MBD的标准，还做不到真正的“一模到底”。所谓的BIM全生命周期运用，还是靠软件接力运行、数据转换、重复建模完成的。
3. BIM还不具有合法地位
政府监管（审查、审批、招投标、结算、审计）和工程档案管理，都还要求必须以工程图纸为依据，BIM还没有取得合法地位。这是没有“甩图纸”的根本原因。
从技术上看，三维数字模型的功能远远超过二维图纸。从信息安全上看，现在的电子封装技术和分布式存储（包括区块链）已经很成熟了，信息安全毫无问题。
如果BIM模型和图纸一样具有同等的法律地位，平等竞争，图纸很快就会被淘汰，正如数码技术淘汰胶片技术一样。现在的问题是BIM与图纸不平等竞争，先进模式没有法定地位，落后模式有法律保护，结果是“劣币驱逐良币”，严重阻碍了建筑业数字化的进展。
4. 建筑行业的传统观念
（1）传统观念：建筑行业习惯于拿个性来否定共性，认为建筑都是非标的定制化产品，而制造业都是标准化的定型产品，建筑业和制造业有本质的区别，无法学制造业。
工业4.0，本质上就是要将产品的共性压倒个性。就是要利用数字化、网络化、智能化技术，通过柔性生产线，以大规模标准化的低成本，打造大规模个性化、定制化的产品。
因此，在工业4.0时代，建筑业与制造业将加速融合：当装配率（包括机电、装修）达到85%以上时，绝大部分工作量是在工厂生产线上的完成的，工地工作量反而是小部分。这样，建筑业的主体已经变成制造业了。所以，建筑业与制造业并没有本质的区别，制造业也有很多现场安装调试的工作（大型设备、生产线等）。
实际上，设计院也已经在不知不觉地工业化了：参数化设计、参数化建模，就是将共性（控制点、线、面）压倒个性（具体形态），就是设计行业的柔性生产线。
（2）传统观念：建筑工程太复杂，制造业的产品比较简单，做不到制造业的“甩图纸”
波音飞机涉及20多个国家和上万家企业，共同完成从零部件生产到总装的复杂流程。运20大型军用运输机，就有多达194个专业参与。
建筑只是面积大、体积大，以墙、板、柱、管线为对象，尤其是对标准件较多的装配式建筑，其信息量和集成度可能远比不过大型飞机。
因此，在技术方面，“甩图纸”没有难以克服的困难。问题主要出在碎片化的工程管理模式和组织模式。生产力决定生产关系，这就需要通过“甩图纸”倒逼管理模式、组织模式的改革。
运20大型军用运输机
（3）传统观念：“甩图纸”还太遥远，不现实
中国的制造业从提出“甩图纸”到基本实现，也用了10年时间。一切都是从量变到质变。建筑行业既便现在开始提出“甩图纸”并立刻行动，除非AI有大的突破，也要等5～10年才能有成效。因此，建筑行业需要尽快启动“甩图纸”，越拖越被动。
数字时代的特征就是“跨界打劫、跨界颠覆”。正如华为、比亚迪、小米跨界打劫、跨界颠覆传统汽车行业一样，传统建筑企业（包括设计院），如果自己再不加速进化，也一定会被高科技企业及高端制造业跨界打劫、跨界颠覆。所以，“甩图纸”是建筑企业（包括设计院）生存进化的必由之路。
（4）传统观念：建筑业碎片化管理，一模到底“甩图纸”不具备条件
我国建筑行业央企国企的改革方向，就是“投建营”一体化。既便现在，“投建营”一体化的企业和项目也越来越多了。这类“投建营”一体化的项目，具有一模到底“甩图纸”优势，适合全生命期管理的“大BIM”（PLM）。在这类项目中，完全可以率先突破。
“一模到底、无图建造”的工程实践
1. 建筑全生命周期数字化管理PLM平台
为在我国建筑行业实现“一模到底、无图建造”，中南建筑设计院股份有限公司（简称“中南院”）在制造业大型工业软件的基础上，开发建筑业的PLM平台。将制造业的Product Life-cycle Management，改造为Project Life-cycle Management。该建筑PLM平台，基于单一数据源（Single Souce of True）、基于模型的定义MBD，打通了设计、制造、安装全过程的数据，可以实现“一模到底、无图建造、全程透明、数据驱动”。该PLM平台具有如下功能：
（1）三维协同关联设计及仿真。实现了全专业三维协同设计及管理，实现了跨专业的关联设计和一模到底的演进式设计。
（2）三维定义及数字交付。基于MBD技术，实现了基于模型的定义，可以交付高精度模型，满足机器智能制造、安装的要求。
（3）基于模型的计量。MBD模型集成了建筑工程量、成本、进度和施工组织等信息，可以实现无图招标和全生命期的成本动态管控。
（4）基于模型的工程项目管理。基于VDC（虚拟设计建造）和6D动态模型（三维+成本+资源+时间），实现基于6D模型的工程项目全过程管理。
（5）基于系统仿真的绿色低碳智慧运维。
2. “无图建造”的工程实践
中南院以建筑PLM平台为基础，选择了几个EPC项目，做“一模到底、无图建造”的试点。
试点项目：武汉新一代天气雷达项目、湖北省疾病预防控制中心项目、钟祥市科技馆项目、湖北中烟创新中心项目。
在上述项目中取得的成果：
（1）实现了基于云端的跨专业、跨企业、跨地域的全过程三维协同设计和管理。
（2）实现了“一模到底”的演进式设计和关联设计。
（3）实现了三维模型数字交付并支持制造、安装。
（4）实现了VDC（虚拟设计建造）。
（5）实现了基于模型的计量。
武汉新一代天气雷达项目
湖北中烟创新中心项目
结语
三维表达、二维表达两种语言并存，曾给波音等制造业企业带来很大痛苦，制造业通过MBD打通了设计、制造和安装，全过程完全取代了工程图纸，实现了历史性的伟大进步。
建筑行业现在也处于二维、三维两种语言并存的状况。从古代的“照模施工”（实体三维模型），到现在的“照图施工”（二维模型），再到以后的“照模施工”（三维MBD模型），完成了从“肯定”到“否定”，再到“否定之否定”的螺旋式上升，符合事物发展的客观规律。“一模到底，无图建造”的实际试点项目表明：BIM在工程全过程取代图纸，技术上没有难以克服的困难，真正的困难是思想观念。
为推动建筑工业化和智能建造，建筑行业必须明确提出“甩图纸”，实现从人的“照图施工”到机器的“照模施工”的范式跃升，以点带面寻求突破，开创人类工程史的新纪元！
