基于BIM的設計院知識管理系統(tǒng)初探

張懷強， 元 宇， 劉震豪

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

0 引 言

設計在工程建設中起著重要作用，設計質(zhì)量不僅影響建設工程的質(zhì)量和經(jīng)濟效益，其技術水平對整個城市建設的發(fā)展也具有重要影響。隨著信息化的快速發(fā)展，設計行業(yè)面臨巨大的機遇和挑戰(zhàn)。作為技術、知識密集型行業(yè)，知識管理成為企業(yè)提高競爭力的重要抓手。知識管理是指企業(yè)為顯性和隱性知識的傳播提供路徑，對知識進行收集、存儲、加工、共享和應用，實現(xiàn)知識自身價值并使其增值，從而提高企業(yè)管理能力[1]。

國內(nèi)一些大中設計院經(jīng)過多年摸索，基本建立了本企業(yè)的知識管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了設計文件等材料的存檔和共享。但是通過對國內(nèi)設計院的知識管理現(xiàn)狀調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，即使擁有“知識庫”，設計院初學者想捕捉有用知識還是較困難，針對性較差。為了讓知識靈活運轉(zhuǎn)起來，需要有序梳理知識，將知識項目化、場景化[2]，本文提出基于BIM的設計院知識管理系統(tǒng)解決方案，讓BIM與知識管理相融合，讓學習者可以在場景中獲取知識。

1 國內(nèi)設計院知識管理調(diào)研

部分設計院知識管理沒有成型，未進行信息化建設。工程設計資料主要以紙質(zhì)方式保存在檔案室中，技術規(guī)范和相關技術書籍購置數(shù)量有限，放置在企業(yè)的資料室，這些紙質(zhì)材料采用借閱管理制度。這種方式不利于知識的共享和傳播，一些隱性知識只存在于有經(jīng)驗的老員工頭腦中，新員工的學習只能通過師傅帶徒弟方式。

隨著計算機的應用，有的設計院應用WPS、MSOffice等單機辦公應用軟件，有時結合Html網(wǎng)頁，建立以數(shù)據(jù)為處理中心的信息管理系統(tǒng)。但是這種方式是對知識的靜態(tài)管理，且Html網(wǎng)頁不支持檢索功能，無法查詢，所以該系統(tǒng)未能體現(xiàn)設計院知識溝通的核心需求。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，軟件技術發(fā)生了很大變化，快速發(fā)展的設計院以信息流轉(zhuǎn)為核心，引入TurboCMS、Microsoft CMS或自主開發(fā)的知識軟件管理系統(tǒng)，建立采用軟件管理系統(tǒng)的知識門戶網(wǎng)站，該系統(tǒng)實現(xiàn)了信息的協(xié)同處理，但知識管理能力不強。

隨著企業(yè)需求不斷發(fā)展，設計院形成知識管理與智能管理相結合的思想，建立了融合多類型數(shù)據(jù)處理方式于一體的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以此作為支撐，開發(fā)出按照專業(yè)或項目進行劃分的圖庫、案例庫、方案庫和投標數(shù)據(jù)庫等工程設計知識庫的知識管理系統(tǒng)。企業(yè)員工可通過系統(tǒng)查詢、檢索相關項目知識。這種知識管理系統(tǒng)為企業(yè)創(chuàng)造了財富，但是企業(yè)員工想學習某些知識還是比較困難，當需要查找符合某一特定場景的知識時，需要自己梳理提煉，并和現(xiàn)實場景自行匹配[4]，極大增加了員工的學習成本，降低學習積極性。

2 系統(tǒng)建設

針對以上調(diào)研情況，結合BIM技術在工程設計中的應用優(yōu)勢，提出BIM和知識管理系統(tǒng)融合的概念，建立基于BIM的設計院知識管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的建設是以已完成項目的設計數(shù)據(jù)作為基礎，BIM模型作為數(shù)據(jù)的集成媒介，通過系統(tǒng)功能來滿足設計人員對專業(yè)知識學習的需求，實現(xiàn)設計院知識管理的最終目標，將設計院的庫存項目資料轉(zhuǎn)化為數(shù)字資產(chǎn)，增強企業(yè)競爭力。系統(tǒng)的建設主要涉及三方面內(nèi)容：

2.1 BIM模型在系統(tǒng)中的快速呈現(xiàn)

BIM模型在系統(tǒng)中以接近實際工程項目的真實效果快速呈現(xiàn)，是建立和使用系統(tǒng)的基本要求。此需求通過以下幾個方面完成：

2.1.1 模型的輕量化

BIM模型可以精準、詳盡地描述工程項目中各個構件的形狀、尺寸以及構件之間的相對關系等數(shù)據(jù)信息，這也造成了其包含的數(shù)據(jù)量巨大，導致其在系統(tǒng)中顯示效果和操作性能較差，容易出現(xiàn)卡頓、延遲等問題，因此需要對BIM模型進行輕量化處理，減少BIM模型體量，讓其在系統(tǒng)中更易上傳，更快顯示、查看和編輯。

2.1.2 模型的失真和數(shù)據(jù)的丟失

模型上傳到系統(tǒng)的過程中，容易出現(xiàn)模型顯示失真和屬性數(shù)據(jù)丟失的情況，降低數(shù)據(jù)的可信程度，影響使用效果，通過提高系統(tǒng)引擎對模型的讀取能力，確保模型數(shù)據(jù)完整。

2.1.3 模型文件的格式轉(zhuǎn)換

不同基礎三維軟件底層的三維內(nèi)核和文件內(nèi)部結構及數(shù)據(jù)結構不同，在不同平臺上進行文件格式相互轉(zhuǎn)換時會帶來文件內(nèi)容的損失，不僅包括模型本身的增加、缺失、變形、失真，及附帶屬性的丟失，還包括模型中各類對象間的拓撲結構關系的丟失。為了保證模型和數(shù)據(jù)的完整性，需要開發(fā)檢查工具進行檢查，或統(tǒng)一模型文件格式[3]。

3 平臺渲染方式

平臺渲染的好壞直接影響工程模型在平臺中的展示效果。平臺渲染效果一般包含兩部分含義：渲染速度和渲染質(zhì)量，兩者是相互矛盾的，在應用中如何做到兩者平衡，達到三維模型最好的展現(xiàn)效果，是需要關注的重要問題[4]。

3.1 數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)階段設計成果表現(xiàn)形式主要為圖紙、cad文件、word文件、pdf文件等紙質(zhì)或電子文檔，承載的信息有文本信息、幾何數(shù)字，圖片、表格等，信息的類型多種多樣，形式各異，這些信息均屬于非結構化數(shù)據(jù)，需要進行結構化處理，形成標準的結構化信息，轉(zhuǎn)化為基于BIM模型的對象化數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中存儲和管理，確保數(shù)據(jù)的邏輯結構的穩(wěn)定和在傳遞過程中的一致性，完成設計信息結構化、標準化錄入，建立工程設計項目的數(shù)據(jù)庫。

建立工程數(shù)據(jù)庫的第一步首先應將設計信息進行結構細分。信息的結構化即是將自由文本轉(zhuǎn)換為結構化的可計算的知識單元。信息經(jīng)過分析后分解成多個互相關聯(lián)的組成部分，各組成部分間有明確的層次結構，其使用和維護通過數(shù)據(jù)庫進行管理，并有一定的操作規(guī)范。經(jīng)過嚴格的標引后的數(shù)據(jù)，一般以二維表的形式存在。如關系數(shù)據(jù)庫中表、元組和對象數(shù)據(jù)庫中的類型、對象等[5]。

工程數(shù)據(jù)庫應涵蓋設計文件中的各類數(shù)據(jù)，包括名稱、編號、位置、幾何尺寸、力學參數(shù)、技術參數(shù)、材料、技術方案、施工要求等。

3.2 系統(tǒng)功能

設計院知識管理系統(tǒng)的搭建，既需要實現(xiàn)設計項目電子數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一保存和分發(fā)，及設計成果的歸檔管理，又需要方便設計人員根據(jù)項目具體需求，快速獲取相關參考資料。具體到實施層面可以分解為以下主要功能：

(1)BIM模型數(shù)據(jù)的分析提取和模型編輯修改、保存及幾何圖形顯示等基礎功能。

(2)數(shù)據(jù)庫文件上傳和下載。管理員上傳項目數(shù)據(jù)，對項目基本情況進行描述，以單項工程項目為單位，遵照系統(tǒng)規(guī)則，統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫文件格式、命名和類別等要求。用戶根據(jù)自身需求索引項目數(shù)據(jù)，下載工程項目數(shù)據(jù)庫中單項工程的全部或部分數(shù)據(jù)，為設計工程項目提供參考，指導設計行為。

(3)項目數(shù)據(jù)查詢。根據(jù)設計人員的設計思路和對項目信息需求方向，平臺可提供兩種類型的查詢功能：

3.2.1 條件查詢

按照公路工程結構劃分原則，將單項工程劃分為單位工程、分部、分項工程，設置分類界面引導設計人員按照層級結構進行逐級篩選，確定需要的相關設計參數(shù)。

3.2.2 關鍵詞查詢

針對項目工程中某一具體構件的詳細設計，設計人員可以根據(jù)需要快速檢索某一具體參數(shù)在相關類似項目中的取值作為參考。

3.3 設計參數(shù)的智能推薦

在明確的搜索條件下，系統(tǒng)通過調(diào)取數(shù)據(jù)庫中大量的設計項目數(shù)據(jù)，為用戶提供一個具體的設計參數(shù)的推薦值，并提供此推薦值相關的項目資料和BIM模型數(shù)據(jù)，供其參考。

4 結束語

通過對國內(nèi)設計企業(yè)知識管理系統(tǒng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在企業(yè)內(nèi)部利用現(xiàn)有的知識管理系統(tǒng)已經(jīng)做到設計文件的歸檔保存，但企業(yè)內(nèi)部利用率較低。為彌補這一不足，本文提出一種基于BIM技術的知識管理系統(tǒng)解決方案，將BIM模型和工程設計信息相結合，建立基于BIM模型的工程設計項目數(shù)據(jù)庫收集和展示系統(tǒng)。

首先利用BIM模型，提供一個可視化場景，便于設計人員對工程項目的構造組成及其與其他構造或項目環(huán)境之間的關系有一個直觀感受，再結合項目數(shù)據(jù)庫建立完整的工程項目設計描述體系，搭建知識管理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)功能實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)的查看、搜索與智能推薦，完成設計知識和經(jīng)驗的流轉(zhuǎn)、傳承與再利用。