多源異構(gòu)建筑信息模型數(shù)據(jù)交互技術(shù)研究

李 欽，鄧玉輝

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷取得突破，BIM 等新技術(shù)已成建筑行業(yè)信息化發(fā)展的支撐點(diǎn)。BIM（Building Information Modeling, BIM）源于對(duì)建筑過(guò)程數(shù)字化表達(dá)的需求，是用于開(kāi)發(fā)與施工管理相關(guān)聯(lián)的虛擬智能模型的工具或產(chǎn)品[1]。作為BIM 開(kāi)放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)（Industry Foundation Classes, IFC）得到了廣泛應(yīng)用[2]。同時(shí)，BIM 是基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)（IFC）用于相互協(xié)作的共享數(shù)字式信息描述模型，其通過(guò)參數(shù)形式來(lái)描述建筑單元的屬性，包括墻、窗、梁、柱等建筑構(gòu)件，支持不同學(xué)科在同一數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同工作[3]。BIM 實(shí)現(xiàn)了利益相關(guān)者之間基于新流程的協(xié)作，將各專(zhuān)業(yè)信息的統(tǒng)一描述、存儲(chǔ)與管理統(tǒng)籌起來(lái)，對(duì)促進(jìn)數(shù)據(jù)信息交換與共享，以及提高建設(shè)項(xiàng)目的生產(chǎn)率、進(jìn)度、安全性、成本和質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用[3-5]。

目前，BIM 為工程項(xiàng)目帶來(lái)的巨大價(jià)值與效益引起了越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注，其研究視角與成果頗豐。如張建平等基于BIM 的建筑空間與設(shè)備拓?fù)湫畔⑻崛〖皯?yīng)用技術(shù)，研發(fā)了原型系統(tǒng)并證實(shí)其可以有效避免重復(fù)建模，實(shí)現(xiàn)空間與設(shè)備拓?fù)湫畔⒌木C合應(yīng)用[6]。劉學(xué)勝等基于實(shí)時(shí)云計(jì)算架構(gòu)的BIM 引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在模型中對(duì)施工質(zhì)量、施工安全管理進(jìn)行直接標(biāo)注和跟蹤[7]。綜上，BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目各階段有不同深度的應(yīng)用，其在建筑工程領(lǐng)域的推廣和相關(guān)軟件應(yīng)用的融合，有效提高了設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量[8]。然而，國(guó)內(nèi)關(guān)于多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)交互技術(shù)上的研究鮮有涉及，有必要對(duì)BIM 編碼體系建立與應(yīng)用進(jìn)行研究探討，以期為建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐提供方法參考。技術(shù)是設(shè)計(jì)中為解決具體問(wèn)題而采取的方法和手段，BIM 技術(shù)的二次開(kāi)發(fā)是節(jié)省時(shí)間、人力和成本的一種有效方式[9]。本文基于BIM 技術(shù)的應(yīng)用通過(guò)探索二次開(kāi)發(fā)插件，延伸和拓展BIM 的應(yīng)用范疇，并為BIM 技術(shù)多源數(shù)據(jù)的協(xié)同與應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

1 BIM 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)建設(shè)科學(xué)研究所聯(lián)盟2007 年發(fā)布的《國(guó)家BIM 標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)BIM 進(jìn)行了定義，認(rèn)為BIM 是建筑物的物理性及功能性特性的數(shù)字化展示模型，是基于開(kāi)放式可互操作性標(biāo)準(zhǔn)的共享的數(shù)字化展示，可為建筑物全生命周期的決策制定可靠的信息支持。相關(guān)研究表明，BIM 可應(yīng)用于空間管理、建筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、場(chǎng)地分析等25 種建設(shè)領(lǐng)域[10-11]。然而，國(guó)內(nèi)目前并未推出可應(yīng)用于市場(chǎng)的BIM 軟件，國(guó)外的BIM 設(shè)計(jì)軟件普遍作為相關(guān)行業(yè)的首選應(yīng)用，存在配套專(zhuān)業(yè)軟件和設(shè)計(jì)規(guī)范與我國(guó)建筑行業(yè)脫軌等問(wèn)題[12]。近年來(lái)，BIM 在我國(guó)未來(lái)建設(shè)行業(yè)信息化發(fā)展中占有重要地位，2011 年住建部門(mén)下發(fā)了《2011—2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，提出加快BIM 等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用以及推動(dòng)信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[13]。BIM 技術(shù)本土化應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)建筑工業(yè)化、數(shù)字化以及智能化升級(jí)，加快建造方式轉(zhuǎn)變，推動(dòng)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義[14]。

當(dāng)前，隨著工程項(xiàng)目的復(fù)雜性與技術(shù)性不斷提高，跨學(xué)科合作成為趨勢(shì)。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展適應(yīng)了時(shí)代的需求，為建筑從業(yè)人員與部門(mén)提供了一個(gè)良好的技術(shù)協(xié)作平臺(tái)。不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員通過(guò)中間模型處理器對(duì)模型進(jìn)行操作，建立和修改與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的各種信息。然而，BIM 技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性不同于一般信息交流技術(shù)，使得BIM 在建設(shè)工程項(xiàng)目中的全面應(yīng)用中帶來(lái)了不少的挑戰(zhàn)。各類(lèi)項(xiàng)目模型由不同的專(zhuān)業(yè)軟件建立，處理各種格式文件兼容因而成為眾多用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者高度關(guān)注的問(wèn)題[11，15]。工程項(xiàng)目信息管理效率低，建模軟件的多樣性，BIM 模型數(shù)據(jù)的多源性以及信息共享不順暢等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了BIM 數(shù)據(jù)與信息的交換和傳遞。而在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，協(xié)同是BIM 工作流程的核心，基于BIM 的協(xié)同設(shè)計(jì)采用三維集成設(shè)計(jì)模型可獲得各專(zhuān)業(yè)直觀視圖與設(shè)計(jì)信息。雖然目前也有部分集成軟件能在不同專(zhuān)業(yè)間實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)的交流和傳遞（如PKPM 系列），但設(shè)計(jì)過(guò)程中各專(zhuān)業(yè)面臨的協(xié)調(diào)問(wèn)題仍未得到充分解決。協(xié)同是否成功則取決于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)間交換、更新和使用數(shù)據(jù)的能力。在充分尊重眾多網(wǎng)絡(luò)成員不同利益訴求的基礎(chǔ)上，確保建設(shè)工程信息共享順暢和信息管理高效，成為當(dāng)前BIM 應(yīng)用亟需解決的問(wèn)題[5]。本研究試圖基于BIM 的技術(shù)的二次開(kāi)發(fā)插件的嘗試，對(duì)多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)交互技術(shù)展開(kāi)探討。

2 基于BIM 技術(shù)的多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)協(xié)同的方法

2.1 技術(shù)路線

本文插件的開(kāi)發(fā)以Revit 軟件為例，研究如何對(duì)BIM 模型數(shù)據(jù)進(jìn)行完善、處理和分離，將分離的數(shù)據(jù)作為模型的體外數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此作為公共數(shù)據(jù)環(huán)境的基礎(chǔ)。構(gòu)建BIM 模型體外數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 BIM 模型體外數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的技術(shù)路線

2.2 BIM 編碼體系建立與應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)在不同軟件和不同階段流轉(zhuǎn)，應(yīng)建立基于BIM 的公共數(shù)據(jù)環(huán)境，協(xié)調(diào)和整合項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段產(chǎn)生的分散信息，并將整合后的信息運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行云端存儲(chǔ)，形成基于BIM 數(shù)據(jù)的云數(shù)據(jù)庫(kù)（圖2），以便信息的讀取與顯示。

圖2 云數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

2.2.1 對(duì)象編碼體系建立

依據(jù)不同專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍對(duì)BIM 對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)，擬將BIM 對(duì)象劃分成16 類(lèi)，劃分的結(jié)果如圖3 所示。

圖3 BIM 對(duì)象分類(lèi)

構(gòu)件對(duì)象劃分完成之后為對(duì)象建立編碼，編碼結(jié)構(gòu)：表代碼-大類(lèi)代碼.中類(lèi)代碼.小類(lèi)代碼.細(xì)類(lèi)代碼；各級(jí)代碼采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，不存在的采用00 補(bǔ)齊。對(duì)象編碼是模型數(shù)據(jù)與非模型數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的紐帶。

編碼示例如下。

GD08-01.00.00.00 變配電系統(tǒng)

GD08-01.01.00.00 配變電所高低壓系統(tǒng)

GD08-01.02.00.00 應(yīng)急電源與備用電源

GD08-01.03.00.00 供配電系統(tǒng)

2.2.2 建立對(duì)象屬性表

為保證BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性，需要對(duì)每類(lèi)對(duì)象所包含的幾何信息和非幾何信息進(jìn)行約定，為每類(lèi)對(duì)象建立屬性信息，是現(xiàn)實(shí)數(shù)模分離的必要前提。表1為建筑對(duì)象及屬性信息。

表1 建筑對(duì)象及屬性信息

2.3 BIM 云數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

BIM 云數(shù)據(jù)庫(kù)包含由BIM 模型導(dǎo)出的模型數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的非模型數(shù)據(jù)。兩類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)構(gòu)件編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。BIM 云數(shù)據(jù)庫(kù)可建立的流程如圖4 所示。

圖4 BIM 云數(shù)據(jù)庫(kù)建立的流程

2.3.1 對(duì)象編碼賦予

首先，進(jìn)行對(duì)象編碼寫(xiě)入。對(duì)象編碼與Revit 中的構(gòu)件類(lèi)相對(duì)應(yīng)，通過(guò)對(duì)Revit 功能的研究，建議采用構(gòu)件“類(lèi)型屬性“中的“注釋記號(hào)”屬性，為每個(gè)構(gòu)件添加編碼信息。Revit 可以設(shè)置外部的注釋記號(hào)庫(kù)，“注釋記號(hào)”屬性可以直接訪問(wèn)庫(kù)中內(nèi)容（圖5）。

圖5 對(duì)象編碼寫(xiě)入

注釋記號(hào)可實(shí)現(xiàn)在二三維中對(duì)項(xiàng)目中的構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)記，方便基于二三維出圖。此外，雙擊“記號(hào)”自動(dòng)跳到上下文選項(xiàng)卡，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況進(jìn)行查看和修改。為方便對(duì)上述步驟進(jìn)行操作，首先要將建立的編碼體系處理成Revit 可識(shí)別讀取的格式，如圖6 所示。

圖6 Revit 可識(shí)別讀取的格式

其次是初始對(duì)象編碼寫(xiě)入操作。為給項(xiàng)目中的構(gòu)件類(lèi)型快速賦予對(duì)象編碼，本研究借助Revit 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多選類(lèi)型的編碼批量賦予。插件中內(nèi)置編碼體系文件，通過(guò)設(shè)置分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可自動(dòng)在體系文件中讀取對(duì)應(yīng)編碼，勾選需要賦予對(duì)象編碼的構(gòu)件類(lèi)型，點(diǎn)擊“應(yīng)用”，自動(dòng)將對(duì)象編碼賦予已選類(lèi)型中的“注釋記號(hào)”參數(shù)，完成對(duì)象編碼寫(xiě)入（圖7）。

圖7 對(duì)象編碼寫(xiě)入操作

2.3.2 根據(jù)對(duì)象屬性表完善構(gòu)件屬性信息

完善對(duì)象屬性需為對(duì)象添加項(xiàng)目參數(shù)或共享參數(shù)，由于很多對(duì)象擁有共同的參數(shù)和屬性信息，借助插件進(jìn)行批量操作可極大提升工作效率，如圖8 所示。

圖8 完善對(duì)象屬性的插件

通過(guò)插件自動(dòng)讀取已選擇對(duì)象的幾何、非幾何等信息，寫(xiě)入相應(yīng)參數(shù)內(nèi)。上述步驟完成后，開(kāi)始對(duì)整個(gè)BIM 模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)數(shù)模分離。插件界面及執(zhí)行效果如圖9、圖10 所示。

圖9 數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面

圖10 導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)體外關(guān)聯(lián)

將導(dǎo)出的BIM 數(shù)據(jù)上次至云數(shù)據(jù)庫(kù)，與輕量化模型進(jìn)行體外關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在模型外修改數(shù)據(jù)，在模型內(nèi)對(duì)修改后的數(shù)據(jù)可進(jìn)行提取和顯示（圖11）。

圖11 數(shù)據(jù)體外關(guān)聯(lián)

3 結(jié)語(yǔ)和展望

3.1 結(jié)語(yǔ)

作為可視化和協(xié)調(diào)工作的工具，BIM 是一個(gè)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施全生命周期的信息庫(kù)。然而，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)交互協(xié)調(diào)的研究較少，制約了BIM 技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。本文應(yīng)用二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，為BIM 構(gòu)件賦予唯一編碼，在BIM 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，基于編碼逐步完善設(shè)施所需的信息參數(shù)和屬性，并通過(guò)開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性與實(shí)體模型分離，通過(guò)屬性索引表關(guān)聯(lián)相關(guān)信息。不同格式的模型擁有同一個(gè)屬性信息表，既有幾何又有非幾何，不受限于軟件本身。本文嘗試闡述了編碼體系與BIM 云數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與應(yīng)用以及數(shù)據(jù)體外關(guān)聯(lián)，延伸和拓展了BIM 的應(yīng)用范疇，其為解決數(shù)據(jù)交流與傳遞的問(wèn)題提供了一種行之有效的渠道和科學(xué)直觀的指引作用，可提高相關(guān)從業(yè)人員使用和更新數(shù)據(jù)的效率，并有助于在未來(lái)的實(shí)踐中提高相關(guān)行業(yè)的專(zhuān)業(yè)服務(wù)水平和項(xiàng)目品質(zhì)。

3.2 展望

BIM 通過(guò)為建設(shè)工程項(xiàng)目營(yíng)造協(xié)同合作的工作環(huán)境而促進(jìn)建設(shè)工程創(chuàng)新[11]。對(duì)多源異構(gòu)模型交互協(xié)調(diào)展開(kāi)探討，將有助于形成必要的共識(shí)，進(jìn)一步提高BIM 的使用效益和價(jià)值。然而，在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用BIM 軟件過(guò)程中仍存在問(wèn)題與不足，諸如基于協(xié)同設(shè)計(jì)模式的BIM 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)仍不完善，難以走向模塊化等問(wèn)題。隨著時(shí)代發(fā)展與技術(shù)更迭，BIM 技術(shù)還將不斷革新與進(jìn)步。首先，軟件技術(shù)的應(yīng)用更為系統(tǒng)和全面，使得多樣化數(shù)據(jù)和軟件獲取將變得更加透明，軟件與數(shù)據(jù)的應(yīng)用變得更加開(kāi)放；其次，面向用戶(hù)對(duì)象的邏輯架構(gòu)向著簡(jiǎn)化和優(yōu)化方向轉(zhuǎn)變，同時(shí)軟件維護(hù)和拓展等方面極大程度得到改善與提高。最后，BIM 技術(shù)未來(lái)將加速在技術(shù)、規(guī)范上與國(guó)外接軌，其分類(lèi)與操作走向本土化和更符合我國(guó)國(guó)情，這些都是未來(lái)重要的發(fā)展趨勢(shì)和潮流。