基于企業架構的BIM族庫管理系統研究與實踐

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

引言

Revit族作為一個可編輯圖元組，不僅包含了相關圖形，而且也囊括了通用屬性(即參數)。從根本上來看，Revit族是同類、同批建筑工程構件的集合，是構建BIM模型過程中必不可少的一部分，對于整個BIM流程而言至關重要[1]。Revit族庫，指的是在遵循參數、特性等屬性的條件下，將眾多的Revit族分類歸檔為數據庫。另外，對于企業而言，Revit族庫是其核心資產的來源之一，也是一種知識積累。

隨著中建八局項目的開展和深入，完成了對相關族資源的積累。工作中，可直接調用族庫數據，依據實際需要調整參數，以使工作效率得到提升。但同時存在兩方面問題：

一方面，因為BIM技術的發展存在著不平衡性，使得業務領域開始趨于多元化，各個子企業對所積累成果的存儲手段均為“離散存儲”，不僅使企業內部以及項目間無法實現對成果的共享，同時不利于集中管控以及成果流轉。

另一方面，中建八局以文件形式作為Revit族存儲管理的主要方式，將Revit族存儲在各子公司自建服務器中。該方式存在諸多隱患問題，如無審查機制、低檢索效率、低安全性，不能使Revit族達到較高的可復用性以及正確性。

為應對以上問題，需要通過廣泛的復用來更加合理地對族庫資源進行管理，提高BIM的工作效率，降低BIM的實施成本[2]。

1 企業BIM族庫的設計

1.1 族庫的開發需求分析

在對中建八局企業總部、二級公司、三級公司、以及200余個項目，進行深入調研的基礎上，總結出中建八局族庫管理系統的主要業務需求。具體如表1所示。

對于族庫管理系統而言，既要擁有角色管理、權限管理與人員管理的功能[3]，還需研發族庫管理與查詢、批量升級與報表統計、族上傳/下載與版本管理等功能[4-6]。

(1)PC端。Revit客戶端提供了和Revit的無縫集成，在Revit的基礎上，通過提供上傳、下載、云同步、屬性添加等功能，讓使用者可以方便地與族庫系統進行溝通； 通過對參數的管理，以及模型的展示，可以更方便地操作目標族文件。

表1 業務需求分析

創建二級公司管理二級公司創建三級公司管理三級公司用戶管理專業管理族批量上傳族批量下載族下載族審核屬性添加增加族參數修改族參數刪除族參數云同步更新日志管理加密方式設置統計管理企業總部√√√√√√√√√√√√√√二級公司√√√√√√√√√√√√√√√√√三級公司√√√√√√√√√√√√√√BIM工程師√√√√√√

(2)Web端。對于族庫系統的管理，通過脫離Revit的簡化方式來進行。該端提供了包括用戶管理、日志管理、統計中心、分公司管理、專業管理等功能。

1.2 族庫的總體架構設計

圖1 族庫管理系統總體架構設計

由圖1可看出，該系統主要包含以下結構，即：

(1)基礎架構層。該結構層借助于數據服務器的使用，通過操作系統以及辦公網絡等相關環境軟件的作用下來實現搭建過程。負載均衡以及虛擬化技術，提升了服務端穩定性[7-8]。

(2)系統功能層。該層將用戶管理、接口管理、權限管理等通用功能抽象，引入工作流等成熟框架，對相關功能進行了重用，實現了與已有系統的正常對接。

(3)應用功能層。該層主要分為兩大部分，其一是族庫管理，其二是相關過程管理。

(4)外部接入層。因該系統的開發環境是Revit 2019，所以，BIM工程師可通過Revit對系統進行使用。

2 族庫系統的開發與實現

2.1 技術實現

族庫系統是基于Autodesk Revit平臺的族文件管理軟件，借助Revit SDK進行二次開發，能夠與Revit無縫集成，且支持Revit多個版本，平臺包括Web端管理和Revit插件端工具。

Web端采用MVC框架，將業務邏輯、數據、界面顯示分離，通過MySQL數據庫來對后臺數據進行存儲，通過EF方式實現數據庫的訪問； 插件端通過WebAPI請求獲取數據； 插件端使用SDK中的外部應用程序和外部命令接口來啟動族庫管理平臺及運行各功能，通過后臺權限管理控制用戶的上傳下載權限，通過監聽Revit事件完成族文件的加解密操作，加密包括系統級、文件級及水印三種方式，以實現不同等級加密。

為了實現族文件的結構化管理，平臺可以為各分公司創建獨立的文件庫，并支持在庫下進行各專業及更詳細的目錄劃分。

2.2 主要功能特色

2.2.1 基于企業級架構的多級權限管理

在Revit中對BIM模型的構建過程離不開對族的使用，企業需要以生產實際以及專業需求為依據對系統進行基于企業級架構的設計。

1)分公司管理。中建八局企業管理構架模式采用“垂直管理、區域協調”的組織架構，縱向上總體分為局總部和二級公司、三級公司、經理部/項目部。系統管理的體系實現了中建八局基于企業級架構的多級管理，各個管理層級實現不同的功能，分公司既可以享有中建八局公用族庫，也可以在系統內同步搭建私有族庫。

圖2 分公司管理

圖3 專業管理

2)用戶的角色與權限定義。可通過用戶管理模塊來實現對管理人員分組，對用戶權限修改。此模塊實現高級管理人員對項目中所有用戶的管理。分為新用戶、BIM工程師、三級公司管理員、二級公司管理員，局總部管理員等幾個管理級別。

3)報表統計。管理人員以系統已有族為依據，按需生成報表。通過族的具體應用反饋，對族庫持續擴充、改進。

圖4 上傳與下載排行

圖5 日志管理

2.2.2 入庫信息的分類與檢索

為確保應用的有效性，應制定與BIM族庫相符的管理制度。對成果資源的組織架構、數據重用、以及成果檢索進行有效的控制[9]。

族的自主編碼。在各模型或各專業當中，通過編碼的規范化命名可讓族的數據傳遞得到保障，如此才能讓計算機更加便捷地檢索、存儲和識別。當成果歸入族庫時，需通過審核與加工，籍此確保族庫中相應建筑成果(如存儲方式、屬性信息、數據類型、分類方式、命名規則和BIM模型等)的有效管理。

信息內容的規范與統一是必要條件，同時，檢查并規范入庫信息完整性也是重要前提，唯有如此，才能根據BIM成果管理要求對模型、文檔等資料進行審核。

圖6 族庫管理系統族入庫/下載/檢索

2.2.3 屬性信息的高度可擴展

Revit建模將族視為基礎單元，其可復制性、可參數化驅動是較為顯著的特點，所設計出的族的優劣將直接影響到建模效率。Revit中對各類族進行了界定，所以制作的族同時具有幾何屬性和非幾何屬性，同時包含了幾何尺寸、形狀以及材質等參數化信息，如何對這些屬性進行合理組織和有效獲取，是該系統的一項重要工作[10]。族庫管理系統中，屬性信息的擴展涉及自定義屬性與修改族參數兩方面內容。

1)自定義屬性。“參數”中創建或選擇已有參數，選擇“文本”、“整數”、“數字”與“日期”四種“參數類型”中的一種，輸入具體參數值，完成自定義屬性的添加；

2)修改族參數。對話框中連續添加自定義參數，當對自定義屬性的值需要修改時，直接對其值進行修改，對創建者可刪除不需要的自定義屬性。

圖7 族的屬性信息擴展功能

2.2.4 同步更新至最新版本

快速地將項目中使用的族自動更新到最新版本，項目間的數據便可實現傳遞以及流轉。

檢查當前項目中族文件的版本是否與“族服務器”中對應的族文件版本信息相同，同時可以快速地將項目中族文件自動更新到最新版本。若檢索發現，當前項目/本地工作目錄族文件不是最新版本，進行同步更新操作后族文件自動更新到最新版本，若“族服務器”中已經刪除該族，更新后本地該族文件上傳至“族服務器”中。或者當前項目族文件與“族服務器”中對應的族文件版本保持一致。

2.2.5 族文件的數據安全管理

族庫管理系統提供了功能強大的文件加解密功能，通過多層次的文件加密功能，能夠保證客戶的文件得到充分的保護[11]。加密機制主要分為文件級別和內容級別。

1)文件級加密

如果對文件進行了文件級的加密，那么該文件必須在安裝了族庫客戶端的PC上打開，對于其他的電腦，會出現錯誤提示； 對相應的文件添加水印來彰顯企業對文件的所有權。

2)內容級加密

內容級的加密主要是對族文件的內容進行相應的加密，其具體分為三個級別：

級別1：參考面、標注等不可見； 如屏蔽一些圖例信息。

圖9 內容級別加密

圖10 族文件使用頻次的統計和分析

級別2：參考面、標注等不可見+參數驅動尺寸不工作； 在該級別的加密中，還禁止參數驅動尺寸的功能。

級別3：參考面、標注等不可見+參數驅動尺寸不工作+公式隱掉； 可以完全把族文件中的公式隱藏，更高級別地控制了族庫的信息，如圖9所示。

2.2.6 族文件使用情況的統計分析

云端保存了相關數據成果，能夠按時間、按專業對高頻使用和較少使用的族文件進行統計和分析，確定下一階段將圍繞哪個分布分項、子項進行族文件的更新與維護。

2.3 工程實踐效果

1)BIM模型的信息共享，提升了協同工作效率。BIM技術在建筑項目應用的過程中，會涉及到項目各參與單元間的協同工作和成果數據共享等要求。各專業族數量情況， 2017年族總數11 540個， 2018年、2019年的增長率分別為31.5%、22.6%，目前族總數為21 305個，其中以機電專業、建筑專業、園林景觀專業族數量居多，三者占族數量的78.9%。族庫為建筑工程項目的多參與方、跨地域、跨組織的協同工作提供了強大的數據支撐。

圖11 各專業族數量增長情況統計

2)保障了BIM成果的數據安全。相對于傳統的建筑成果信息管理模式，基于網絡架構技術的BIM服務模式顯著提高了構件數據的安全性[12]。BIM云服務將項目中相關的成果數據都保存在了云端，專業的軟硬件安全保護策略，使得數據安全得到了更好的保障。

3 結論

族庫管理系統，作為中建八局BIM推進工作的一項重要內容，是提高BIM建模效率的有效手段。該系統不僅能夠確保族具有較高的可復用性，同時還能夠提升其有效性，使中建八局對族的管理規范化，同時為中建八局快速建模系統、中建八局快速算量系統的軟件研發奠定了基礎，受到了各級業務人員的肯定，具有很好的應用前景。