基于BIM的建筑協同管理信息系統研究

阮 林

(重慶交通大學經濟與管理學院 重慶 400074)

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基于BIM的建筑協同管理信息系統研究

阮 林

(重慶交通大學經濟與管理學院 重慶 400074)

建筑行業的信息化趨勢使建筑行業對建筑信息模型(BIM)技術的重視與日俱增，BIM技術能夠在建設項目的全壽命周期中提供全面完整的信息模型，在協同管理中發揮重要作用。但要發揮BIM的價值，需要信息化軟件支撐。本文在研究BIM和建筑協同管理系統相關理論的基礎上，總結了現階段BIM技術存在的一些問題，以IFC、IDM、IFD三大標準標為基礎，提出了一個基于網絡環境下的BIM協同管理信息系統的概念模型，對系統的結構和功能模塊進行了詳細的描述，并分析了系統的功能與優勢。目的在于通過該網絡平臺系統，實現多方交流和協同作業，促進建筑行業信息化發展。

建筑信息模型(BIM)；建筑協同管理；信息共享；協同作業

引言

技術創新、管理創新是建筑行業的創新發展趨勢，BIM(Building Information model)是現代建筑行業信息化發展下一個創新技術。然而，BIM作為共享資源的載體，需要一條實現管理信息、運送信息和分享信息的途徑。具體的說，在建筑的全壽命周期的協調管理中，BIM技術雖然能解決信息資源共享的問題，但在分享信息的過程中，無法解決傳遞信息不暢而造成的信息缺失、信息斷層、上下游協調作業等問題。因此，實現基于BIM的建筑協調管理最關鍵的要素是以協同和集成應用為主的BIM平臺類軟件。

目前，國內外都有一些在BIM平臺方面的理論研究和實際應用。在國外，Rnaude Vanande等開發了基于BIM技術的AEC(Architecture,Enginrering and Construction)信息管理系統；Kevin Yu等面向設備管理與維護功能需求，自主開發了FMC(Facilities Management Classese)信息模型[1]。在國內，張建平，曹銘等在05年就提出了基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統[2]，姜韶華，李倩進行了基于BIM的建設項目文檔管理系統設計[3]；在15年，賈現召在年提出構建基于B/S構架的建設工程協同管理信息系統總體模型[4]；

雖然國內外有了一些相關的理論研究，但都比較單一，主要集中在某個階段(特別是設計階段)或者某個方面。基于此，本文提出了基于BIM的建筑協同管理系統的概念模型的。該系統面向建筑項目全壽命周期，致力于全面提升我國建筑項目的信息化管理水平。對于增強我國建筑企業管理水平與競爭力有重要意義。

一、建筑信息模型(BIM)

(一)BIM概述及應用

1975年，Dr.chuck Eastmen博士最早提出了”Building Description System”的概念[5]；02年，Auto desk 公司提出了建筑信息模型這一初步概念，BIM才真正開始進入人們的視野。對于BIM技術的內涵，主要有以下幾個方面。(1)建筑信息模型是基于三維數字模型的建設項目數據信息載體，集成了建筑設施的所有參數化信息。既是一個建筑設施物理和功能特性的數字表達，也是對建筑項目的設施實體和功能特性的完整描述。(2)BIM的核心是信息，它是一個共享的知識資源，是創建、管理和使用信息的過程。BIM的建筑數字模型本身就是一個信息數據庫，并利用它來在設計、施工、運維階段進行分析、模擬化施工和管理，而各個階段的相關人員都可以從中獲取他們所需要的數據信息，這些信息都是及時、一致和可靠的。這些信息能夠為建筑項目全壽命周期的管理和決策提供依據。(3)BIM是一種應用于設計、建造、運營的數字化管理方法和協同工作過程。這種方法支持建筑工程的集成管理環境，能夠提高工程項目的工作效率，降低管理成本及風險。(4)BIM是一種信息化技術，需要信息化的軟件體系的支撐。BIM本身的數字模型信息無法自行傳播，需要基于網絡軟件平臺給予它便捷的傳播途徑。本文就是依托建筑協同管理信息系統，來實現BIM在建筑全壽命周期的信息共享、管理和協同作業。

(二)BIM在建筑項目中的協同管理應用現狀和存在的問題

從國內目前情況來看，雖然BIM理念貫穿項目全壽命周期，但實際的設計階段、施工階段、運維階段缺乏有效的集成管理，信息不流暢，未實現建筑行業信息化的橫向打通。尤其在國內項目運作中，項目不同階段、不同參與方缺少統籌管理，BIM還主要應用于設計階段的一些大型設計院。總結下來，BIM在各個階段和不同參與方之間的協同還存在的問題主要有以下幾點：

(1)BIM應用涉及勘察、設計、規劃、施工、運維等多個階段以及建筑、施工、監理、政府等眾多參與方，但建筑企業信息化組織體系很不完善，信息孤島和信息斷層仍然存在；

(2)國內對于BIM相關軟件的應用缺乏普遍性，國產軟件體系不健全；

(4)國內沒有形成BIM統一標準，各階段缺乏協同管理系統，需要重復建模，不能快速解決協同作業的問題；

(5)我國的BIM主要在設計院應用較多，在其他階段的應用還不普遍，也沒有站在不同參與方的角度；

(6)工程任務和BIM應用沒有有機結合。基于以上問題，可以看出建筑行業各階段和各參與方之間BIM技術最迫切需要解決的問題是缺乏有效可靠的信息傳播途徑，而基于網絡的建筑協同管理信息系統，能夠有效的解決這一問題，并且能夠通過與BIM數字模型結合，創建一個能有效管理BIM數據信息的網絡系統平臺，來實現快速便捷的建筑信息分享和建筑協同，這也是本文研究的主要目的。

(三)BIM的軟件平臺系統及行業標準

要發揮BIM的作用，需要相關軟件的支持，其中與BIM相關的軟件主要有以下幾類：第一是基礎建模軟件如Revit和Archicad，第二是BIM工具類軟件，主要用來進行與BIM相關的工作比如工程量算量、碰撞檢查、進度管理等等，第三是以協調和集成應用BIM平臺類軟件，這類軟件主要是用來實現對BIM數據在建筑全壽命周期的管理和共享。本文研究的基于BIM的建筑協同管理系統就屬于第三種。在系統中，針對BIM模型的數據信息，需要統一的信息交換行業標準，該系統為了達到信息交換的完整性、及時性、有效性和可靠性，提出以IFC、IDM、IFD三大標準為基礎來實現數據模型的格式交換。IFC(工業基礎分類)、IDM(信息交付手冊)和IFD(國際字典框架)，三者分別起到的是定義信息交換格式、定義交換何種信息以及保證信息一致性的作用。這三大支柱其實就是BIM協同管理系統創建、管理和分享信息所需要的三個信息處理手段。因此他們對基于BIM的建筑協同管理系統的研究很有必要性。

二、建筑協同管理系統

(一)建筑協同管理系統概念

流程化管理、協同化管理、無線化管理和集成化管理集成化管理已經成為建筑行業信息化管理的趨勢，提升建筑企業信息化管理水平，也是企業在建筑市場競爭中取勝的法寶。建筑協同管理系統是一個基于網絡的電子化項目管理系統，通過網絡來高速快捷地存儲、管理和分享數據信息，通過在客戶端或網絡界面設置用戶身和權限份驗證來實現用戶的登錄和使用，具有極高的開放性、廣泛的接入性、安全性、及時性、易維護等特點。其系統核心是一個中央數據庫，數據庫的功能主要是對建筑全壽命周期中的結構化數據和非結構化數據進行存儲、管理和更新。不同的參與方將通過客戶端進入系統的用戶界面，來下載他們需要的信息或者提交信息的變動和更新，新的信息通過服務器接收，又將重新識別、處理并保存到數據庫中，形成一個及時可靠的網絡信息源。

(二)建筑協同管理系統的優勢

建筑項目基于網絡信息化管理已經逐漸成為管理的必要手段，對比傳統的信息傳輸方式比如拷貝、文件發送等等，具有以下幾個優勢：

(1)設備容易添置，資金投入少。建筑協同管理系統是通過網絡來連接企業單位或者個體用戶，因此用戶只需要在手機或者電腦上安裝客戶端使用或者通過網絡界面登錄進入即可，不需要U盤或者其他外置硬件設備。可以減少設備購買和升級、維護上的資金投入。

(2)高效、及時、可靠的管理和分享信息，促進協同作業，提高工作效率。很好的避免了由于建筑項目信息量龐大和工作人員不能及時修改和同步更新數據造成的信息遺漏、信息重復、信息錯誤等問題，有利于提升建筑企業信息化管理水平。

(3)安全性高，維護方便。首先，系統針對不同的項目，可以由項目的項目經理對屬于本工程項目的人員進行用戶授權，在用戶登錄時進行身份驗證，保證該工程的內部信息安全性。其次，在系統內，會有專門的維護頁面，系統升級或者維護都是由系統服務器的軟件模塊處理，不需要硬件維護和更新，如果用戶在使用過程中遇到系統不穩定或者其他問題，用戶可以在維護界面搜索問題，進行直接維護或者提交問題。

(4)操作簡單便捷，無需人員培訓。建筑系統管理系統主要功能清晰明確，用戶界面需要的操作都滿足在電腦或者手機等移動平臺上使用，占用空間小，同時更新速度快用，戶獲取信息不需要收到時間地點的限制。

三、基于BIM的建筑協同管理信息系統概念模型

(一)模型框架描述

根據系統的運作原理，可以把基于BIM的建筑協同管理協同分為中心數據庫層、模型層和應用層三個層面。系統將BIM數據庫與建筑管理協同信息系統相結合，來實現信息傳遞的縱向和橫向打通。通過“數據層采集信息—信息模型層建立模型—功能應用層分享和獲取信息”來達到項目全壽命周期的信息化管理和協同作業。

圖1 基于BIM的建筑協同管理系統框架

(二)BIM中心數據庫

中心數據庫包含建設項目全壽命周期中的所有基本數據和擴展數據，為整個系統提供數據支撐，是整個系統的核心部分。該層的運作包換信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲四個步驟。信息采集包含工程所涉及到的圖紙信息、材料信息、設備設施信息、工程量信息、質量信息、投資結算數據信息、安全信息等等，主要采用電子記錄的方式通過各采集方上傳到平臺，可以保證信息傳遞的及時性、有效性和可靠性。信息處理主要功能是組織信息的編碼分類，方便后續的提取利用。信息交換是數據庫功能的核心部分，該系統通過IFC、IDM、IFD三大標準標準來處理和轉換數據信息。何關培[6]提出，IFC、IDM、IFD是BIM應用的三大支柱。作用如下：

(1)IFC(Industry Foundation Class)：基于對象定義信息交換的格式。主要用于結構化數據的格式轉換，通過格式轉換服務器，解決不同軟件之間數據轉換格式不統一的問題。通過IFC形成公開標準的格式，方便各參與方共享信息。

(2)IDM(Information Delivery Manual)：定義信息交換的內容。建筑項目包含的信息量巨大，每個信息的交換也不都需要用到IFC的所有內容，IDM的作用就是定義龐大信息量中哪一類信息需要交換、信息交換過程中所需要的具體流程以及需要IFC中的哪些具體功能，并指定信息輸出和接收的對象。

(3)IFD(International Framework for Dictionaries)：確定信息交換的準確性。在實際項目中，不同的參與方或者項目成員，對同一個信息的理解都不是完全一致的。可能搜索一個信息數據，會得到很多相近的模糊信息，會對信息交換的準確性造成影響。IFD通過給每一個概念定義唯一的標志碼，來保證信息交換的一致性和可靠性。

中心數據庫經過編碼分類的信息，格式化信息通過IFC、IDM和IFD三大標準進行轉換，最終形成IFC文件，非格式換信息則保存為XML文件、視圖文件和其他數據以便信息的提取。

圖2 數據庫信息基于三大標準轉換原理

(三)建筑信息模型層應用

信息模型層連接數據層和功能應用層，主要是從數據庫中提取數據來建立或者修改建筑信息模型，同時，又將形成的新的模型信息重新處理、保存到數據庫中，為上一層應用程序提供數據接口，上層應用能夠非常方便地獲取不同專業、不同階段和不同類型的BIM的模型信息。這些BIM的模型信息主要包括決策階段的決策信息；設計階段的三維信息、空間信息；施工階段的進度信息、成本信息、物料信息、安全信息以及運維階段的物業信息等等，為實現各個階段的信息化管理提供技術支撐。比如在施工階段，可以根據管理需求和管理目標，提取在設計階段的BIM的設計模型數據信息，來對施工階段的模型信息進行完善，對施工進行實時仿真管理來達到進度控制、質量控制、投資控制和安全控制。并將管理過程中產生的新的有用的信息反饋到數據庫中。

(四)功能應用層

系統的功能層是一個基于BIM的建筑協同管理平臺。前面提到，由于BIM技術本身是缺少可靠的信息傳播途徑導致建筑行業信息化不能實現橫向打通。因此系統的最終目的是實現信息的共享和建筑的協同管理和協同作業。系統平臺是一個以BIM中心數據庫為依托的信息網絡，經過授權用戶可以通過網絡登錄客戶端瀏覽、搜索、上傳和下載各種相關信息。所有的溝通都是經過BIM中心數據庫實現，無需重復傳播，提供了一個清晰、直接、可靠的信息交互方式。系統平臺由眾多功能組成，如圖3[7]，主要分為以下四個模塊：

(1)系統管理：負責對系統本身和系統用戶進行管理，包括用戶管理、安全管理、項目管理和系統的控制方面的管理等等。主要目的是確保系統的正常運作，對系統的完善和維護都在可以該模塊完成。

(2)文件管理：在建筑項目進行過程中，會產生大量文檔，由于項目進行過程是一個動態的過程，因此信息更新很快，需要專門的模塊進行管理。同時文檔的管理和分享也是信息交換的重要部分。用戶可以通過該功能模塊實現文件搜索與瀏覽、上傳和下載、文件修改等等。

(3)工作閾和任務管理：該部分是對建筑項目過程的一個管理，主要是進度管理、質量管理和成本控制，以及過程中的工作變更和實時事件管理等等。最大限度地實現協同管理和協同作業。

(4)通訊和附加工具：該模塊的功能是提供方便快捷的信息交流模式，包括E-mail即時通訊、討論組、音頻/視頻會議和在線招投標等等。

圖3 基于網絡的建筑協同管理平臺

四、系統的面臨的幾個問題

基于BIM的建筑協同管理系統理論上能夠很大程度的解決由于信息流通不暢產生的信息孤島、缺乏協同管理的問題。前面也提到了建筑協同管理系統擁有的幾個優勢，但系統的實現還要解決幾個重要的問題：

(一)用戶對新技術的接收程度

每一項新的技術產生，都需要一段時間的適應和推廣，但是BIM技術應用在中國的發展速度日新月異，迫切需要信息化服務平臺來實現現代化管理。但由于很多項目成員對新知識缺乏了解，不愿意打破傳統交流方式和抗拒新技術，會對系統的推廣應用產生負面的影響。因此系統的應用效果還需要在實際中做應用測試。

(二)缺乏統一的系統模式

國內目前沒有可以標準通用的一個BIM信息服務平臺。由于國內建筑行業信息化發展的要求，短時間內可能會出現各種模式的BIM信息集成類管理平臺，那么用戶應該如何選擇？如果每一個企業都有自己內部的一個系統，那么對于信息的傳遞又回到了狹窄的范圍，不利于信息的傳輸和共享，可能無法進行大面積推廣。當然最后要統一系統模式，這是一個不可避免的過程，需要做的是盡快統一標準。

(三)系統功能與用戶需求的契合度問題

一個網絡系統平臺在理論形成階段由于缺乏用戶的參與，在真正投入使用后，很多情況下不一定能達到最初的預期。因此，用戶對系統功能的需求度是完善系統功能的重要指標，需要后續針對用戶對系統功能需求進行分析，了解哪些功能是用戶需要的，以及需求程度，據此來對系統做進一步的完善。

五、結論與展望

理實踐證明，BIM技術在工程的信息化管理中有著顯著的作用，國內越來越多的企業開始重視BIM技術的推廣和應用。未來幾年，單獨對BIM技術的研究和應用將不再是主流，更多的是對BIM與其他新興技術例如大數據、云計算的集成應用研究和BIM服務軟件的開發研究。將BIM技術與建筑協同管理信息系統相結合，能更好的發揮出BIM技術的優勢與價值突破了建筑項目管理的傳統方式，將對建筑行業信息化管理發展產生長遠的應用。目前我國對于BIM信息化服務平臺的研究還處于初級階段，需要總結BIM技術的應用經驗來開發更成熟的服務平臺。相信不久之后，基于BIM的協同管理系統必將是建筑行業工程項目管理的重要手段。

[1]黃露.建筑協同管理信息系統的功能及應用研究[D].重慶:重慶交通大學,2015.

[2]劉澤群,劉銘劼.淺析BIM技術國內外研究現狀[J].工業建筑,2015,(2):1659-1662

[3]張建平,曹銘.基于IFC標準和建筑信息模型的建筑施工4D管理系統[J].工程力學,2005,(22):220-227

[4]姜韶華,李倩.基于BIM的建設項目文檔管理系統設計[J].工程管理學報,2012,26(1):59-63

[5]賈現召,康振強,王永飛.建設工程項目協同管理信息系統研發[J].建筑經濟,2015,36(9):47-51

[6]H Edward Goldberg.AEC From the Ground Up:The Building In-formation Model[J].cadalyst,2004,21(11):56-58

[7]何關培.實現BIM價值的三大支柱—IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技術,2011,3(1):108-116

[8]劉枬,彭爽,鄒江.建筑協同管理信息系統的構架設計[J].信息化建設,2014,(10):118-118

阮林(1993.04-)，女，漢族，重慶人，本科，重慶交通大學，研究方向：基于BIM的建筑協同管理。