基于BIM技術(shù)的建筑工程構(gòu)件管理與共享平臺研發(fā)

陳 統(tǒng) 龔旭峰 王鳴翔 王露倩

中天建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310020

1 項目背景

城鎮(zhèn)管網(wǎng)改造工程PPP項目位于浙江省溫州市文成縣大峃鎮(zhèn)、黃坦鎮(zhèn)等5個鎮(zhèn)，建設(shè)內(nèi)容包括給排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和燃氣系統(tǒng)等，其中新建給水管約172 km、新建污水管約253 km、新建雨水管約100 km、新建電力管線約57 km、新建綜合通信管線約35 km、新建燃氣管道約20 km。

該項目參與方眾多、項目周期長、專業(yè)種類多、信息類型復(fù)雜，若按傳統(tǒng)的信息傳遞方式，容易導致數(shù)據(jù)格式不兼容、信息丟失、無效數(shù)據(jù)冗余等問題。因此，該項目從設(shè)計階段到運維階段全過程采用BIM技術(shù)，通過數(shù)字化仿真模擬工程所具有的真實信息，并通過建設(shè)基于Revit軟件的構(gòu)件庫平臺來保證構(gòu)件模型數(shù)據(jù)的一致、安全、有效。

2 構(gòu)件庫平臺的需求設(shè)計

2.1 主要功能設(shè)計

BIM構(gòu)件庫平臺的主要功能包括歸類存儲、編碼命名、瀏覽檢索、上傳審核、下載使用、加密保護、賬號管理、激勵機制設(shè)置、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)備份等。

2.1.1 歸類存儲

對族文件進行有效分類是構(gòu)件庫存儲、編碼、快速檢索、上傳/下載等功能開發(fā)的基礎(chǔ)[1]。本項目的構(gòu)件按四級目錄結(jié)構(gòu)存儲。第1級為專業(yè)，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、強電、弱電和燃氣等；第2級為專業(yè)子系統(tǒng)，如生活給水、消防給水、雨水和污水等；第3級為構(gòu)件類型，如流量表、閥門和水泵等；第4級為樣式/尺寸/材料等，如旋翼式水表和螺翼式水表等。

2.1.2 編碼命名

在對構(gòu)件進行有效分類后，按照統(tǒng)一標準對其進行命名及編碼，可以確保構(gòu)件的唯一性[2]，并提高構(gòu)件平臺的檢索效率。

本研究參考了GB/T 51269—2017《建設(shè)信息模型分類和編碼標準》，按四級目錄結(jié)構(gòu)設(shè)置9位編碼，中間以“-”隔開，如圖1所示。

圖1 項目構(gòu)件編碼格式

2.1.3 瀏覽檢索

構(gòu)件庫平臺提供樹狀結(jié)構(gòu)目錄的導航瀏覽，也提供關(guān)鍵字檢索功能，方便用戶快速定位所需構(gòu)件。平臺可顯示每個構(gòu)件的三維預(yù)覽圖，也能動態(tài)顯示/隱藏構(gòu)件詳細參數(shù)，方便用戶下載前的篩選與查看。

2.1.4 上傳審核

構(gòu)件庫平臺為有權(quán)限的用戶提供構(gòu)件模型上傳功能。管理員根據(jù)內(nèi)部BIM建模標準，對上傳后的構(gòu)件進行審核，包括文件格式、參數(shù)名稱、約束設(shè)置等，在確認合格后，發(fā)布至共享平臺。如果構(gòu)件模型不符合標準或當前平臺已有類似構(gòu)件，管理員會將意見及時反饋給建模人員，協(xié)助提升構(gòu)件模型質(zhì)量。

2.1.5 下載使用

構(gòu)件庫平臺在Revit軟件環(huán)境中，提供構(gòu)件模型直接下載、布置使用等功能，同時還應(yīng)提供快捷操作方式，并確保多個用戶對同一文件同時訪問的時效性及內(nèi)容的完整性。

2.1.6 加密保護

構(gòu)件模型是制作者的勞動成果，也是項目組織的核心資產(chǎn)之一[3]，在分享的同時要保證其內(nèi)容安全，防止信息外泄。構(gòu)件庫平臺應(yīng)采取數(shù)字加密等安全技術(shù)，保護構(gòu)件模型的知識產(chǎn)權(quán)。

2.1.7 賬號管理

本研究設(shè)置多級用戶權(quán)限，包括未授權(quán)用戶、普通用戶、管理員和超級管理員。平臺只供已注冊且被授權(quán)的用戶使用。其中普通用戶具有訪問、下載等基礎(chǔ)權(quán)限；管理員一般為項目參與方負責人，其權(quán)限包括授權(quán)普通用戶、審核構(gòu)件模型等；超級管理員負責分配管理員權(quán)限。

2.1.8 激勵機制設(shè)置

為了促進構(gòu)件庫平臺的良好發(fā)展，應(yīng)采取一定的激勵措施，獎勵族模型制作者，鼓勵知識創(chuàng)新[4]。本研究設(shè)置構(gòu)件簽名與積分獎勵這2種機制。構(gòu)件簽名是在構(gòu)件庫主瀏覽頁面中，每個構(gòu)件縮略圖都可以顯示制作者的姓名；積分獎勵是對于審核通過或被下載次數(shù)較多的構(gòu)件模型的制作者，給予一定積分的獎勵，并定期以其他形式結(jié)算獎勵。

2.1.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

構(gòu)件庫平臺不僅要記錄每個構(gòu)件模型的制作者、上傳時間、下載次數(shù)、下載者、下載時間和使用評價等，也要記錄用戶的行為，包括下載內(nèi)容，上傳/下載次數(shù)等。通過詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以分析構(gòu)件模型的使用趨勢，也可以根據(jù)結(jié)果獎勵相關(guān)人員[5]，對構(gòu)件模型的受歡迎度進行排序等。

2.1.10 數(shù)據(jù)備份

構(gòu)件庫平臺應(yīng)定期對數(shù)據(jù)進行備份，保證數(shù)據(jù)安全，本研究對云服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)每天備份一次，構(gòu)件模型文件每周備份一次。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

構(gòu)件庫平臺采用C/S架構(gòu)，即構(gòu)件模型文件、用戶信息等數(shù)據(jù)存放在云端服務(wù)器，用戶通過本地Revit客戶端進行訪問。

3 構(gòu)件庫平臺的開發(fā)與實現(xiàn)

3.1 技術(shù)實現(xiàn)

構(gòu)件庫平臺是基于Autodesk Revit軟件的構(gòu)件模型管理與分享軟件，采用C#語言、NET Framework 4.6、Revit 2016 SDK進行二次開發(fā)，以插件形式集成到Revit工具欄中，支持Revit 2016及以上版本。

平臺采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲用戶及構(gòu)件信息，并部署在阿里云服務(wù)器，構(gòu)件模型以rfa文件格式存放在云端服務(wù)器指定目錄下。

構(gòu)件庫平臺開發(fā)采用5層架構(gòu)，分別為表現(xiàn)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層及公共基礎(chǔ)設(shè)施層，如圖2所示。

圖2 構(gòu)件庫平臺開發(fā)的5層架構(gòu)

3.1.1 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層（user interface layer，UIL）包括UI用戶界面和UI邏輯。構(gòu)件庫平臺的用戶界面采用WPF（windows presentation foundation）技術(shù)及Revit API提供的外部應(yīng)用程序接口IExternalApplication。UI邏輯采用WPF MVVM（model-view-view model）模式，可以將UI用戶界面和UI邏輯完全分離。

3.1.2 服務(wù)層

服務(wù)層（service layer，SL）的功能是組織各個業(yè)務(wù)對象，消除表現(xiàn)層與業(yè)務(wù)層之間的耦合。構(gòu)件庫平臺服務(wù)層采用WCF（windows communication foundation）技術(shù)，可以方便地通過配置達到遠程調(diào)用服務(wù)的目的。

3.1.3 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層（business layer，BL）包含系統(tǒng)所需要的業(yè)務(wù)過程的實現(xiàn)，并與下層的數(shù)據(jù)訪問層交互。業(yè)務(wù)層包括領(lǐng)域模型、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)邏輯、DTO映射層及核心中間件（包括第三方組件，工作流引擎等）。

3.1.4 數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層（data access layer，DAL）的功能包括對MySQL數(shù)據(jù)庫的讀寫，以及對構(gòu)件模型文件的訪問，也包括事務(wù)處理和并發(fā)控制等。操作數(shù)據(jù)庫的方法采用.NET Framework提供的MySql.Data類庫，操作文件的方法采用System.IO類庫。

3.1.5 公共基礎(chǔ)設(shè)施層

公共基礎(chǔ)設(shè)施層（common infrastructure layer，CIL）包括業(yè)務(wù)實體、通用模塊、異常模塊、配置模塊、日志模塊以及第三方組件等，其余4層均可依賴于公共基礎(chǔ)設(shè)施層。

3.2 主要功能實現(xiàn)

3.2.1 Revit工具欄

構(gòu)件庫平臺以Revit軟件插件的形式集成到Revit軟件工具欄中，主要包括賬號管理、族庫系統(tǒng)和幫助信息。

1）賬號管理系統(tǒng)的功能包括賬號登錄、退出、注冊、密碼重置、賬號信息顯示/修改。

2）族庫系統(tǒng)的功能包括族上傳、分類顯示、搜索、加載/布置、個人族庫。

3）幫助信息的功能包括顯示版本信息、更新說明及管理員聯(lián)系方式。

3.2.2 瀏覽檢索頁面

構(gòu)件庫平臺主瀏覽界面包括導航欄、搜索欄、主瀏覽區(qū)域及頁面跳轉(zhuǎn)欄。每個構(gòu)件均顯示三維軸測圖并提供下載按鈕。

3.2.3 構(gòu)件模型文件加密

采用Revit API提供的可擴展存儲（extensible storage）及外部事件實現(xiàn)對構(gòu)件模型文件的加密保護，BIM構(gòu)件加密/解密機制如圖3所示，加密后的效果如下：

圖3 BIM構(gòu)件加密/解密機制

1）若Revit軟件加載構(gòu)件庫平臺插件，則可以正常瀏覽構(gòu)件模型及內(nèi)部參數(shù)，但無法將構(gòu)件模型文件保存或另存。

2）若Revit軟件卸載構(gòu)件庫平臺插件，則無法顯示構(gòu)件模型及內(nèi)部參數(shù)。

4 結(jié)語

構(gòu)件模型是工程項目BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)要素，構(gòu)件庫平臺的建設(shè)能保證項目全生命周期中構(gòu)件數(shù)據(jù)的標準統(tǒng)一。本文所開發(fā)的構(gòu)件庫平臺交互方便、信息完備、安全性高，能夠確保構(gòu)件模型具有較高的可復(fù)用性，顯著提高BIM應(yīng)用效率[6-7]。

構(gòu)件庫平臺已于2019年正式上線，在溫州市文成縣管網(wǎng)改造工程中廣泛應(yīng)用，受到了各級業(yè)務(wù)人員的肯定，為該項目其他BIM技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。