基于BIM技術的裝飾裝修構配件管理平臺設計與開發

摘要：為解決BIM技術在裝飾裝修工程中應用不暢的問題，在結合裝飾裝修工程特點和BIM技術優勢的基礎上，設計開發基于BIM與互聯網技術的裝飾裝修構配件管理平臺，實現面向Web端的BIM模型可視化與裝飾裝修數據信息管理機制，為推進BIM技術在建筑全生命周期中的應用奠定基礎。

關鍵詞：BIM；裝飾裝修；平臺設計；互聯網；建筑

0 引言

推動建筑業轉型升級、促進建筑業高質量發展是當前建筑業發展的主基調，BIM技術的發展對建筑業轉型升級起到重要的推動作用。目前，BIM技術在土建工程的設計、施工階段的應用已相對成熟，但是在建筑物建造末期的裝飾裝修工程中的應用并不順暢。

與土建工程不同，裝飾裝修工程涉及大量非標準裝修構配件和多樣化裝飾部品，如瓷磚和整體櫥柜。而傳統的二維表現形式很難體現裝修構配件和裝飾部品在裝修方案中的表現效果，也存在設計意圖表達不明、效率低及過度美化等問題。同時，裝飾裝修工程需要包括生產廠家在內的各類主體共同參與，傳統的信息傳遞方式和管理模式易產生各參與方之間的信息孤島問題。

BIM技術可以改變裝飾裝修工程的表達方式，以BIM模型為基礎，實現各類裝修構配件和裝飾部品的三維展示，從而降低識圖門檻，提升各方的溝通效率。同時，BIM模型作為實現多方協同管理、信息集成等BIM技術核心價值的基礎，以BIM模型為基礎的數據共享模式可以為項目實施的各參與方提供有力的信息支持。

本文以裝飾裝修工程作為BIM技術應用的切入點，通過建立可用于裝飾裝修工程生產、運輸、設計、施工等階段的裝飾裝修構配件可視化管理平臺，推進BIM技術在裝修裝修工程中的應用進程，打通建筑工程全生命周期信息化管控通道。

1 平臺設計思路與關鍵技術

裝飾裝修構配件管理平臺構建的目的在于提高裝飾裝修構配件管理效率、改善表達方式及打通信息共享壁壘，使裝飾項目信息能夠在建筑全生命周期和各參與方之間得到有效的共享和傳遞。因此，平臺設計將從構配件BIM模型在線可視化、信息共享模式及模型信息管理三個方面進行。

1.1 BIM模型在線可視化

平臺不僅需要滿足各參與方協作溝通的需求，也要保證多用戶在不同客戶端能隨時隨地進行訪問，以提升信息交互效率。因此，BIM模型的在線可視化顯得尤為重要。目前，常用的平臺架構有C/S架構（Client/Server客戶端/服務器）和B/S架構（Browser/Server瀏覽器/服務器）。B/S架構因其客戶端為瀏覽器即Web端，便于使用和維護，且利于信息的共享和交互，能很好地滿足平臺的多客戶端在線可視化需求。但是，B/S架構下模型的高效渲染和Web應用程序的功能限制一直是阻礙其發展的重要因素。隨著WebGL技術的發展，這類問題已得到有效解決［1］。

1.2 信息共享模式

BIM模型作為信息載體，充分利用各類信息并形成一個聯合共享的數據服務平臺是其技術核心價值之一。平臺通過將不同階段、不同專業的項目信息進行有效集成，可以為不同參與方協同工作、業務開展提供信息獲取及儲存服務，實現信息高效共享。而建筑項目多專業的特點，將不可避免地使用到不同的BIM軟件，導致存在不同格式數據間的交互問題。工業基礎類（Industry Foundation Classes，IFC）標準作為BIM數據交換與共享的通用格式，為上述問題提供了解決思路［2］。平臺通過設計面向IFC的數據交互口，將不同階段、分散、不一致的裝飾裝修工程數據轉換成集成、面向管理平臺功能主題的數據。

1.3 模型信息管理

基于裝飾裝修工程全過程信息共享與在線可視化的需求，平臺應為各環節信息匯聚提供底層支撐，建立集中統一的BIM數據儲存環境。同時，裝飾裝修構配件種類繁多、形態各異，管理難度大，因此，平臺需要建立高效的構件管理框架和數據庫。規范分類和快速檢索是高效管理的基礎。目前，常用的建筑信息分類體系有Masterformat、Uniformat和Omniclass［3］。其中，Omniclass包含了針對建筑的多尺度描述，且采用了獨特的面分類法，適用于建筑的全生命周期信息化管理，更符合本平臺的設計理念。因此，本平臺參考Omniclass中Product的分類體系并按照工藝來設計本平臺的分類體系。

2 平臺架構與功能模塊設計

結合上述設計思路，以B/S架構為基礎，采用一種結合WebGL和IFC標準的BIM可視化方法，以實現模型在Web端的可視化，降低對客戶端的要求，從而滿足裝飾裝修工程各參與方協作溝通的需求。B/S架構利用不斷成熟的Web端技術，結合多種Web端腳本語言實現各種功能，是一種三層架構體系，包括表示層、處理層和數據層［4］。在B/S架構中，表示層即Web端，主要負責可視化和交互操作；處理層即服務器端，主要的業務活動均在服務器端完成；數據層即數據存儲的地方，可以與服務層進行數據交互。一個完整的業務流程是用戶在Web端向服務器發送相應的請求信息，服務器成功響應請求并調用相關模塊進行處理，從數據層中調取相關數據后反饋至Web端進行顯示。本文中的管理平臺架構也采用主流的三層架構，包括可視化層、業務層和數據層。裝飾裝修構配件管理平臺架構如圖1所示。

由圖1可知，可視化層是指運行支持WebGL瀏覽器端的系統界面，可以為用戶提供模型瀏覽界面和功能操作界面。可視化層的搭建屬于Web前端開發，前段開發的三大支柱語言包括HTML5、CSS和JavaScript［5］。首先采用HTML5進行網頁內容的創建，然后利用CSS優化界面，最后利用JavaScript實現網頁的交互功能并編寫各個功能文件和模塊接口。

業務層是通過接收來自可視化層的各類請求，根據不同請求向數據層提取相應的數據進行處理并反饋給可視化層，包括應用層和支持層兩個部分。應用層包括實現具體功能的不同模塊，其不僅作為數據層的數據交互通道，同時為可視化層提供功能支持。本平臺應用層主要包括基于WebGL的BIM模型展示及交互和基于數據庫的后臺管理兩大模塊，其中的后臺管理模塊實現BIM模型的上傳與檢索、系統用戶權限管理、構件信息管理等功能。支持層是運用數據結構化存儲系統、圖形引擎等服務為功能實現提供支撐，本平臺主要由WebGL三維引擎、MongoDB和基于數據庫的后臺管理系統組成。

數據層則按照一定規則存儲和管理平臺運行所需的所有基礎數據，主要包括BIM模型數據源、構件補充信息和用戶信息數據。

功能模塊設計是在平臺設計思路和平臺架構的基礎上，對平臺需要實現的功能進行細化，以便平臺的進一步構建。裝飾裝修構配件管理平臺功能模塊設計見表1。

3 數據庫設計

為實現BIM模型的在線瀏覽與交互，平臺需將模型文件轉換統一為IFC格式，并進一步轉換成WebGL支持的文本格式，作為網頁外部調用文件。因此，需將IFC數據存入具有穩定架構的數據庫內，進而通過程序接口實現對IFC數據的調用操作。相對于關系型數據庫，非關系型數據庫集合式的儲存方式更適合建筑信息模型數據的儲存，而且在屬性擴展上更靈活［6］。因此，本平臺采用MongoDB構建數據庫。MongoDB是一種使用文檔數據模型的非關系型數據庫。MongoDB的數據儲存結構為一個數據庫包含多個數據集合，一個數據集合又包含多個文檔對象。每個文檔可以存儲任意類型的字段。MongoDB數據模型結構更適應于面向構件信息的管理，也更加符合大數據等新興技術應用對數據的存儲要求［7］。

根據上文功能模塊的設計，平臺所需的主要數據由BIM模型、構件補充信息和用戶信息三個部分構成。其中，BIM模型是進行三維可視化的數據基礎，包含構件編碼、構件幾何信息和構件屬性信息；構件補充信息是對BIM模型原始信息的完善，包括品牌、廠家名稱等商品信息及自由擴展的信息。因此，本平臺數據庫由文件目錄、構件信息和用戶信息三個數據集合組成。文件目錄集合主要存放文檔的基本信息和儲存路徑；構件信息集合用于BIM模型數據的儲存，對于不同類型構件，其文檔內容也存在差異。構件信息文檔內容見表2。

4 平臺功能展示

4.1 模型上傳與查看

平臺支持BIM模型的導入和查看。模型導入指對新建的項目進行對應BIM模型文件的上傳或更新。具體操作是在模型管理界面點擊“新增”按鈕，上傳RVT或RFA格式的模型文件，同時也能對模型名稱、模型類別、模型預覽和商品信息等內容進行上傳。模型上傳界面（截圖）如圖2所示。其中，商品信息包括品牌、廠家名稱、地址、聯系方式、實物圖等。商品信息界面（截圖）如圖3所示。模型上傳至平臺后，需要進行轉換從而實現可視化展示。模型成功上傳后，模型管理界面除提供模型名稱、創建時間和轉換狀態等信息，還會提供模型查看、更新、修改和刪除等功能按鈕。模型管理界面（截圖）如圖4所示。

模型查看指平臺通過數據交互技術和WebGL技術實現BIM模型Web端的可視化，并支持用戶根據自身需求在三維視圖模式下對BIM模型進行各類交互操作和信息查看，包括模型結構樹、視角切換、透視、渲染、線框、拾取、框選、隔離、隱藏、染色、手繪、文本、測量、剖切、爆炸圖等。平臺交互功能見表3。

4.2 模型分類與檢索

裝飾裝修工程涉及的構配件種類繁多，能夠快速檢索定位十分重要。模型的合理分類是模型使用和檢索的基礎。平臺支持將上傳的BIM模型按樓地面工程、墻柱面工程、天棚工程、門窗工程、涂飾工程、細部工程、集成廚衛和其他等類別進行分類管理，其中各類別下也按具體的部位或構件種類進一步分類。用戶通過點擊類別名稱可以快速實現查找某一類別的構件模型，也可以通過輸入具體的模型名稱關鍵字進行模型檢索。模型分類管理與檢索界面（截圖）如圖7所示。

4.3 模型屬性與擴展

通過平臺將裝飾裝修構配件所涉及的信息進行有效集成，形成數據開放的共享平臺，為各參與方協同工作、業務開展提供信息獲取渠道，是本平臺的設計目標，因此平臺支持對構配件BIM模型的相關信息進行查看和編輯。具體操作是在模型查看頁面點擊“屬性查看”按鈕，開啟屬性框，通過鼠標左鍵點選構件，即可在屬性框查看構件的屬性信息，包括模型原始屬性信息、幾何信息及其他擴展信息。構件屬性查看界面（截圖）如圖8所示。其中有關屬性擴展信息，用戶可以依據自身需要自行添加。具體操作是在自定義屬性界面點擊“新增”按鈕。構件屬性擴展界面（截圖）如圖9所示。

5 結語

基于國內外裝飾裝修信息化的相關實踐和研究處于起步階段，本文通過設計開發面向裝飾裝修工程的構配件管理平臺，以解決BIM技術在裝飾裝修領域的應用難題，推動其在建筑全生命周期的應用。具體體現為設計了基于信息化技術的裝飾裝修管理平臺功能與框架體系，實現了裝飾裝修構配件集成管理系統，形成了BIM模型互聯網端可視化與面向Web的裝飾裝修數據信息管理機制。

參考文獻

［1］徐照，徐夏炎，李啟明，等.基于WebGL與IFC的建筑信息模型可視化分析方法［J］.東南大學學報（自然科學版），2016，46（2）：444-449.

［2］賴華輝，鄧雪原，劉西拉.基于IFC標準的BIM數據共享與交換［J］.土木工程學報，2018，51（4）：121-128.

［3］戚仁廣，許昂，鄒軍.裝配式建筑部品和構配件分類研究［J］.住宅產業，2020（10）：91-95.

［4］李云云.淺析B/S和C/S體系結構［J］.科學之友，2011（1）：6-8.

［5］趙杰.Web前端開發技術以及優化方向探究［J］.中國新通信，2019，21（2）：68-69.

［6］彭琛，朱永磊，竇強，等.面向運維的建筑BIM模型輕量化技術及實踐研究［J］.建筑科技，2021，5（3）：107-111.

［7］馬智亮，滕明焜，任遠.面向大數據分析的建筑能耗信息模型［J］.華南理工大學學報（自然科學版），2019，47（12）：72-77，91.

收稿日期：2022-09-19

作者簡介：

王欣（1968—），女，教授級高級工程師，研究方向：工程管理、組織管理。

吳富貴（1969—），男，教授級高級工程師，研究方向：項目管理。

蔡偉浪（1999—），男，研究方向：BIM、工程信息化管理。

徐照（1982—），男，副教授，研究方向：BIM、工程信息化管理。