基于Revit的企業級構件庫管理系統構建

寧文峰 劉 科 曾凡超 姚元慶 肖慕穎

建筑信息模型（building information modeling, BIM）是以建筑工程項目相關信息和數據資料作為基礎，進行建筑模型的構建，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。將BIM技術應用于建筑工程設計、建造、管理[2]，能夠顯著提高工程建造效率，大量減少風險[3]。近年來，BIM技術得到穩定全面的推進，在一些關鍵項目中得到了成功實踐，如上海中心大廈、京雄高速、港珠澳大橋等[4-6]。

BIM模型采用面向對象的方法組織建筑元素，將同類建筑元素抽象為包含幾何數據和其他特性數據的可視化三維構件，集成建筑工程全生命周期相關信息。構件資源庫的豐富度、標準化程度及積累整合能力是建筑企業BIM應用能力的重要權重[7]。BIM模型的創建是應用BIM技術的第一步，市場上應用最廣泛的建模軟件是Revit[8]。在Revit軟件中，構件可以由族和組兩種元素表示。其中，族是Revit模型的基本組成單元，分為系統族和可載入族兩種；組是將多個族實例分組得到的組合體，以實現多個族的復用。目前，企業大多按照項目的形式將Revit可載入族文件進行分散存儲和管理，存在管理效率低、共享復用困難、構件標準化程度低、構件庫擴展困難、檢索效率低、安全性難以保障等問題，并且無法對Revit系統族和組兩類構件進行共享和管理。

目前國內市場已發行相關Revit族庫插件，如族庫大師、構件塢、品茗云族庫等，均是將可載入族按照專業分類展示供所有用戶下載使用，無法讓企業積累構件庫，且難以滿足各地區、行業、企業的不同要求。祝連波等[9]設計并實現了裝配式領域的構件庫管理系統。陳蕾[10]梳理了族庫專業體系及相應的建模要求，設計了符合中國國標圖集要求的族庫。這些研究從族庫的專業分類出發設計了滿足特定要求的專業分類體系，但也難以滿足不同企業的不同分類需求。李鑫等[11]設計了適用于中建八局企業組織架構的權限控制機制，提高了構件庫的管理效率，但難以滿足不同組織架構的其他企業。

綜上所述，由于不同企業的組織架構、構件專業分類不同，現有Revit構件庫管理系統缺乏普適性，且不支持Revit系統族和組兩類構件。為此，本文使用基于角色的權限控制模型，設計并構建可擴展的構件庫管理系統來更加有效地對Revit各類構件進行管理，提升不同建筑企業BIM應用能力。

1 構件庫管理系統依托技術

1.1 基于角色的權限控制模型

基于角色的訪問控制模型最早是在1996年由美國喬治梅森大學的SANDHU等人提出的，經過修改和完善形成了RBAC96模型簇[12]。該模型在用戶和權限的對應關系間添加了角色這一中間環節，每個角色都對應著一些訪問權限，用戶可配置相應的角色來獲取權限，且他們均是多對多的關系（圖1）。

圖1 用戶、角色和權限的關系

用戶的權限控制是通過角色的賦予來管理，極大提升了權限系統配置的自由度。用戶、角色和權限之間的多對多關系便于實現多層級管理員的分級式權限，為復雜體系的權限控制提供了解決方案。三者在數據庫對應的數據表之間的關系如圖2所示。

因此，基于角色的權限控制模型具備安全、靈活、可分布式管理等優勢。所以本文基于Revit的企業級構件庫管理系統采用基于角色的權限控制方案來進行設計。

1.2 分布式公有云、私有云

構件庫管理系統使用分布式儲存技術。通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能，根據各個網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統，保證數據的安全性，并節約存儲空間。使用者可以在任何時間、任何地方，透過任何可連網的裝置連接到云上方便地存取數據。

構件庫管理系統可同時在公有云及多個私有云環境下部署。企業私有云環境構件庫與公有云端構件庫可進行實時雙向傳輸交互，基于屬性一致性安全數據信息同步。可確保使用者既能在企業內網環境下登陸族庫，項目異地協同辦公時，也能在外網登陸構件庫管理系統。基于數據一致性、實時性、安全性，使用用戶感受不到多網絡環境差異，企業庫的普通用戶數據與企業內人事系統實現掛接，實現實時同步更新，確保使用人員無需進行繁瑣的注冊用戶流程而直接使用構件庫管理系統，提高用戶體驗。

2 構件庫管理系統分析與設計

2.1 構件庫管理系統需求分析

從功能和性能兩方面分析基于Revit的企業級構件庫管理系統的需求。針對普通用戶、普通管理員、企業用戶、企業管理員和系統管理員等不同角色分別分析其功能需求。普通用戶指可通過公網訪問的BIM人員，其功能包括賬號注冊與登錄、構件下載與加載、上傳、分類檢索、賬號信息管理與個人構件管理等功能。普通管理員對構件進行審核及維護工作，還可管理公共構件庫的分類。企業用戶指對所在企業部署構件庫管理系統后僅能通過企業內網訪問的BIM人員，可同時訪問和管理企業構件及公共構件。企業管理員可對企業構件進行審核、修改和刪除操作，還需具有創建和管理企業用戶賬號及企業構件庫分類管理的功能。系統管理員具備最高權限，可配置其他各層級管理員的權限。

基于Revit的構件庫管理系統的性能需求包括易用性、安全性和可擴展性等。用戶在執行構件上傳、下載、審核及檢索等操作時能在較短時間內完成；構件庫應具備靈活的權限控制系統，適應建筑企業復雜的組織架構和多變的項目人員架構，保證企業構件資源庫的安全性；構件庫的分類應可隨時調整以達到擴展性需求。

2.2 構件庫管理系統總體設計

以功能需求分析和性能需求分析為目標，從用戶層、平臺層、功能層和數據層對基于Revit的構件庫管理系統的業務架構進行了總體設計（圖3）。

圖3 業務架構

從用戶的角度，在使用構件庫管理系統的過程中，可以分為普通用戶、企業用戶、專業負責人、項目負責人、部門負責人、企業負責人及系統管理員等多種角色。從平臺的角度，可通過Revit插件端、Web門戶端和Web后臺端三種方式來對構件庫進行使用和管理。

從功能的角度，用戶可通過Revit插件端來訪問構件庫中的可載入族、系統族及組三類構件，并可收藏構件、上傳構件、使用構件、搜索構件、管理個人構件（我的上傳、我的收藏、我的下載）。通過Web門戶端可在網頁上展示搜索構件、查看構件參數詳情、管理個人信息、下載構件庫管理系統的Revit插件。管理員可通過Revit插件端審核構件，通過Web后臺端管理普通成員賬號及權限、管理構件分類、管理構件標簽、管理項目以及查看數據分析。系統管理員除具備以上功能外，還可通過Web后臺端配置公共庫管理員和企業庫管理員的權限。

從數據的角度，構件庫分為面向外網的公共庫和面向企業內網的企業庫，公共庫和企業庫具體可分為構件文件庫、構件詳情庫、人員信息庫和使用記錄庫。

3 構件庫管理系統功能實現

3.1 構件上傳

構件上傳模塊針對Revit中可載入族、系統族和組三種形式構件，指定或提取構件的圖文信息和載體文件，上傳至構件庫中。三種形式構件的載體文件有所不同，Revit針對可載入族有專門的族文件（.rfa 文件），而沒有提供系統族和組的載體文件，本文通過Revit API將用戶所選系統族和組以文件的形式，實現系統族和組的上傳和存儲。此模塊僅能在Revit插件端使用（圖4）。

圖4 構件上傳

3.2 構件審核

公共庫管理員或企業庫管理員可通過構建審核模塊對上傳的構件進行審核。管理員可依據BIM相關標準對構件進行標準化審查，查看構件是否滿足建模精度及信息完整度。此模塊僅能在Revit插件端使用（圖5）。

圖5 構件審核

3.3 構件使用

構件使用模塊允許構件使用者對構件庫進行查看、下載和使用。為方便構件的快速查看及定位，開發分頁查看、分類篩選、項目篩選、標簽篩選及檢索等功能，其中特定分類和項目的查看權限可在管理后臺中進行配置。為方便構件的使用，開發收藏、批量載入項目以及雙擊進行布置等功能。此模塊可在Revit插件端和Web門戶端使用（圖6）。

圖6 構件使用（Revit插件端）

3.4 我的構件管理

構件使用者通過我的構件管理模塊查看其收藏、下載及上傳的構件。構件使用者可通過此模塊快速找到以往使用構件庫時的相關構件。此模塊可通過Revit插件端和Web門戶端使用（圖7）。

圖7 我的構件（Revit插件端）

3.5 管理后臺

除審核構件之外，公共庫管理員或企業庫管理員還可通過Web后臺端管理成員、管理構件庫以及查看數據分析。系統管理員在此模塊中詳細設置各管理員的權限。此模塊通過Web門戶端使用（圖8）。

圖8 管理后臺

4 構件庫管理系統功能分析

4.1 標準化內容管控

當前BIM正向設計的推廣受阻，其中重要的原因是制圖效率低下。為提高設計質量并達到BIM應用效果，國內已經制定了一些BIM相關標準規范，但標準的實施會進一步降低BIM正向設計的制圖效率。

構件庫管理系統可作為BIM標準規范落地的抓手，管控BIM構件的標準化程度，設計師不用花過多時間去了解BIM相關標準規范，直接使用構件庫中已經滿足標準規范的構件即可。因此，構件庫管理系統可提高BIM正向設計的效率和質量，對BIM正向設計的推廣具有重要意義。

4.2 適應復雜人員架構的高效管理

設計師在構件庫管理系統中的構件查看權限、構件上傳權限皆可由相應層級的管理員進行配置，權限具體可通過專業分類、所屬項目及標簽等進行靈活設置。

系統管理員在管理后臺中詳細設置各管理員的權限，結合分類、項目和標簽功能，依托基于角色的權限控制模型，可靈活根據企業組織架構或項目運行架構設置出部門負責人、專業負責人及項目負責人等不同角色的企業管理員。

4.3 高度可擴展知識庫

構件庫管理系統不僅可以管理Revit中的可載入族和系統族，還可以管理Revit中的組。Revit中組可以是一個標準間或標準層，是包含了設計企業設計思想的復雜構件。此外，依托分布式公有云、私有云的存儲架構，構件庫管理系統的體系架構可方便的擴展到CAD構件庫、Bentley構件庫等其他設計軟件對應的構件庫。因此，構件庫管理系統不僅能提高設計的質量和效率，更能作為企業的知識庫積累企業的設計思想。

結語

①采用基于角色的訪問控制模型，結合構件的分類、所屬項目及標簽等信息，設計基于角色的權限控制系統。極大增加了權限控制的靈活性以滿足建筑企業復雜的組織架構和項目人員結構，提升構件庫管理系統的管理效率、安全性和可擴展性。②構建基于Revit軟件的企業級構件庫管理系統，實現了可載入族、系統族以及組三種形式構件的上傳、審核、使用及管理，提高企業構件庫的豐富度、共享程度，提升企業技術資產及BIM應用能力。③系統采用分布式公有云、私有云結合的存儲架構，可方便擴展到多個企業庫及其他軟件的構件庫。