基于COBie的BIM信息管理系統

隗靜宇 黃慧穎

1(上海第二工業大學 上海 201209)2(上海計算機軟件技術開發中心 上海 201112)3(上海產業技術研究院 上海 201206)4(上海嵌入式系統應用工程技術研究中心 上海 201112)

0 引 言

隨著計算機硬件的發展，數據存儲早已不是問題，如何高效地進行數據處理成為關鍵問題。數據處理的核心在于數據如何表示和數據之間如何進行交流。建筑行業對項目在全生命周期內數據如何管理提出了解決辦法：建立基于BIM的信息管理系統，旨在將全生命周期內的數據集中在一個平臺上進行管理。本文使用施工運營建筑信息交換標準COBie進行數據信息交換，簡化數據處理手段，提高數據管理效率，使得建筑設施信息管理系統后臺數據處理方式有所簡化，數據處理效率有所提高。

1 相關研究

1.1 BIM

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，在U.S.Army Technical Report(East 2007)上首次提出[1]，在計算機上對建筑的物理信息和功能特性做出三維立體模型的可視化表達，建筑設施在全生命周期內的數據在此模型上進行共享和應用，使得各利益相關方協同工作，更好地實現項目的價值。

1.2 COBie標準

COBie在NBIMS-USTMV3(2015)中被首次提出[2]，利用COBie在建筑全生命周期內各個環節協同工作，實現數據共享，克服各環節數據無法識別、無法使用的弊端。本文相關的COBie內容，基于National BIM Standard-United States?Version3中的COBie-Version 2.4來研究。

1.3 國內外研究現狀

BIM問世以來，在國際建筑業掀起了新一輪的改革。文獻[4]以美國華盛頓大學的BIM_COBie為試點案例進行研究，探討COBie交換過程并非簡單地創建和交換數據，對于數據的使用效率問題應引起重視；當大多數企業僅側重于利用COBie標準保證數據的準確性和完整性時，文獻[5]提出利用Gestalt理論分析優化COBie數據可視化功能，增強用戶體驗以提高工作效率；文獻[6]利用COBie實際案例應用模型與COBie規范性模型作對比，分析COBie標準在實際應用中出現的差異以及若強制執行該標準有可能對項目交付造成的影響。

自2015年COBie標準出現，國內對COBie在建筑設施管理中理論研究較多，應用研究較少，將COBie與設施運維聯系，搭建理論框架，分析其實施的可能性，以達到COBie與設施數據管理相結合的目的。文獻[7-8]分別以醫院和體育場為例，使用COBie標準對建筑進行設計應用，提高了建筑設施信息化；文獻[9]分析了IFC協議的弊端，提出BIM與COBie標準相結合的構想，構建相應理論框架并驗證了該系統的可行性；文獻[10]提出構建BIM-FM系統并利用COBie進行信息集成化管理；文獻[11]在理論上提出基于BIM-COBie的項目全生命周期信息化管理。

目前COBie在設施數據管理上的研究僅停留在理論研究階段，本文使用COBie-SpreadsheetML構建建筑信息管理系統，簡化數據傳遞方式，提高數據使用效率，進行了對COBie標準在數據管理應用層面上的研究。

2 基于COBie搭建BIM信息管理系統

本系統為基于COBie-SpreadsheetML數據交換格式的BIM信息管理系統。通過此系統可將設備信息與系統數據進行虛實結合，實現設施數據管理信息化。本系統開發軟件基于Revit2019進行三維模型開發，基于Eclipse進行代碼編寫，使用MySQL進行數據庫搭建，Navicat for MySQL進行數據庫管理工作。

2.1 前期準備

本文以某停車場的建筑模型為例進行研究，該建筑共3層，分別為地下一層、地上一層和地上二層，其中地下一層為空調設備機房。本系統采用該建筑模型的地下一層設備機房作為研究原型，創建本系統的三維模型圖，使用Revit軟件創建可視化三維建筑模型設計圖(Pro.rvt文件)，如圖1所示。

圖1 Pro.rvt模型圖

2.2 設計階段

2.2.1COBie標準下數據定義、賦值和添加

COBie標準旨在設計和施工階段產生的數據可以方便地應用到生產和運維階段，實現信息共享共用。在BIM全生命周期的每一個階段中數據剛剛產生時就將其錄入系統，減少重要信息丟失概率。數據在全生命周期的各個階段的定義、賦值和添加如圖2所示。

圖2 數據定義、賦值和添加

在需求分析階段，各相關方進行數據的定義，明確BIM相關實體、類型、屬性等信息；在設計階段進行BIM數據賦值，如空間(Space)、區域(Zone)和樓層(Floor)等；在施工階段進行項目數據賦值，如組件(Component)和設施(Facility)等；在運維階段進行相關運維信息的管理和記錄的添加，如資源(Resource)和文件(Document)等。

2.2.2COBie中SpreadsheetML格式的信息導出

COBie本質為一個數據分類標準，有嚴格的數據組織方式，并且為用戶提供不同交付格式的選項，COBie的信息交換格式包括IFC-STEP、ifcXML和SpreadsheetML三種，其通過這三種格式進行數據傳遞和交換。前兩種格式必須在相關解析器中查看并且需掌握相關專業知識；與前兩者相比較，第三種方式SpreadsheetML已成為數據表示和交換COBie數據最常用的方式，并且COBie-SpreadsheetML對數據收集和傳遞添加了規范和模板。由于SpreadsheetML結構簡單使得相關使用者無須學習任何BIM工具，無須了解IFC數據模型即可操作BIM信息管理系統，并且數據庫的導入和導出通常也支持電子表格方式。根據NBIMS-USTMV3將數據分為兩類，一類為作者信息，另一類為系統信息。作者信息為每個項目所必須：Author(createdBy，createdOn，ExtSystem，ExtObject，ExtIdentifier)。系統信息的特征表共有18個：Contact，Zone，Space，Floor，Facililty，Component，Type，System，Job，Resource，Spare，Attribute，Impact，Connection，Assembly，Coordinate，Issue，Document。各個特征表之間存在一定聯系，且每個特征表背后又存在繁多的特征屬性，例如：Contact(Contact.Email，Contact.Category，Contact.Company，Contact.Phone，Contact.Department，Contact.OrganizationCode，Contact.GivenName，Contact.FamilyName，Contact.Street，Contact.PostalBox，Contact.Town，Contact.StateRegion，Contact.PostalCode，Contact.Country)。

為統一各相關方的數據表示及數據組織方式，COBie標準規定所導出的特征表的特征屬性固定。使用Revit所導出的 .xlsx文件中，各表的列名固定且規定背景顏色統一，具體顏色說明如表1所示。

表1 .xlsx文件說明

續表1

2.2.3數據的傳遞和提取

該建筑信息管理系統數據分為兩大類，一類為BIM模型相關數據，另一類為項目相關數據。使用COBie-SpreadsheetML格式可將兩類數據導出為 .xlsx文件形式，并導入到BIM建筑信息管理系統的數據庫進行統一管理。

2.3 開發階段

2.3.1搭建系統框架

圖3為本文建筑信息管理系統的框架設計。將目標建筑進行三維建模生成 .rvt文件；基于 .rvt文件解析出相應數據；搭建建筑設施信息管理平臺，在服務器端進行數據的處理，在瀏覽器端進行數據的展示，整個平臺可以實現與用戶交互的功能。

圖3 建筑信息管理系統框架

2.3.2數據獲取

COBie標準可直接導出SpreadsheetML格式的數據。使用Revit軟件點擊界面中的CreateSpreadsheet圖標，即可獲得COBie-spreadsheet.xlsx數據文件。圖4為數據導出界面，其中：(a)為數據導出總界面；(b)是(a)中帶框圖符的放大形式。圖5為導出 .xlsx數據文件時的顯示界面。

(a) Revit總界面

圖5 .xlsx數據文件導出顯示界面

2.3.3數據庫搭建

本項目使用MySQL搭建數據庫，使用Navicat for MySQL軟件進行數據庫的管理，其流程如圖6所示。

圖6 數據庫流程

將導出的相應 .xlsx信息導入至數據庫中，相應步驟如圖7所示。受論文篇幅所限，僅列出部分信息表中的部分數據，如表2、表3所示。

圖7 .xlsx文件導入

表2 Space表

表3 Compoent表

2.3.4前端設計

獲取3D模型圖，提取相應BIM數據，并創建相應的 .jsp文件，設計界面，搭建BIM-COBie建筑信息管理系統。

(1) BIM模型導入，將源文件(Pro.rvt)發起文件轉換，解析并提取源文件。獲取訪問令牌，得到AccessToken；使用已獲取的URL和訪問令牌，獲取3D模型；可視化3D模型，顯示相應組件信息。

(2) 進行前端交互式界面設計，設置快捷導航欄，可以實現快速切換至某相應設備。搭建完成后的頁面如圖8所示。

圖8 前端頁面設計

2.3.5系統功能實現

COBie標準在系統的全生命周期內獲取第一手數據資料，在設計階段和施工階段由設計師和工程師在數據產生時就錄入到建筑信息管理系統中，降低了數據丟失概率，提高了數據利用率，能有效地對各階段的信息進行整合。

基于COBie標準的BIM信息管理系統通過統一的業務管理平臺進行數據處理，提供數據顯示服務，實現了虛擬系統和設施設備數據之間的互聯互通、信息共享。設備、設備虛擬映射與信息管理系統數據工單一一對應，實現了設施數據管理信息化。將信息管理系統與數據庫進行關聯，可在數據庫內增刪改查記錄并與系統聯動顯示，相應設備使用人員和設備運維人員可通過該BIM-COBie數據管理系統管理相應的設備數據。圖9表明了設備數據和系統數據對應關系，其中：(a)為某一設備在系統中的虛擬映射；(b)為(a)中帶框設備的數據在系統工單中的顯示。

(a) 設備虛擬映射 (b) 系統顯示該設備相關數據圖9 設備數據和系統數據對應關系

2.4 系統應用

清楚了如何構建基于COBie標準的BIM信息管理系統，我們還可在此基礎上進行二次開發，定向實現某些特定功能的系統。例如：開發建筑設施運行與維護管理系統，對質量數據進行采集和管理，對設備進行質量評估；開發建筑能源管理系統，對照明系統、冷熱源系統等進行資源的合理配置；開發建筑環境健康安全管理系統，對安防設施、火災報警等進行控制和監督。以上應用對建筑數據的信息化管理和資源的合理配置有直接有效的幫助。

3 結 語

本文利用COBie標準的SpreadsheetML格式進行數據的傳遞，在技術方面簡化了數據傳遞方式，降低代碼率，使得非編碼人員也可進行數據管理操作，提高了數據使用效率；在應用方面利用COBie標準建立BIM建筑信息管理系統，使得全生命周期內的數據皆可在此系統上進一步拓展應用，提高了工作效率，為建筑設施管理信息化提供一定參考。