吳軒

(同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804)

BIM(Building Information Model)概念的出現(xiàn)是建筑行業(yè)應(yīng)用信息技術(shù)的必然產(chǎn)物，它符合現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的要求。這個(gè)概念是由美國喬治亞技術(shù)學(xué)院（Georgia Tech College）建筑與計(jì)算機(jī)專業(yè)的查克·伊斯曼（Chuck Eastman）博士[1]于20世紀(jì)70年代提出。關(guān)于BIM的定義有很多，它主要是通過信息仿真技術(shù)模擬建筑物中的真實(shí)信息，既包括三維幾何形狀信息，也包括一些非幾何信息，比如材質(zhì)、重量、價(jià)格等。BIM可以應(yīng)用于建筑生命周期的各個(gè)階段，從可行性分析階段、工程設(shè)計(jì)階段、建設(shè)實(shí)施階段到最后的運(yùn)營和維護(hù)階段[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球建筑行業(yè)普遍存在生產(chǎn)效率低下問題，其中 30%的施工過程需要返工，60% 的勞動(dòng)力被浪費(fèi)，10% 的損失來自材料的浪費(fèi)[2]。人們每年在建筑行業(yè)中投入大量的資源，然而這些資源卻因?yàn)樾畔⑼ㄐ?、?shù)據(jù)共享等出現(xiàn)的問題導(dǎo)致其不能被充分利用，造成一定的資源浪費(fèi)。BIM參數(shù)模型的參數(shù)信息內(nèi)容不僅僅局限于建筑構(gòu)件的物理屬性，而是包含了從建筑概念設(shè)計(jì)開始到運(yùn)營維護(hù)的整個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的所有該建筑構(gòu)件的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息[3]。

1 系統(tǒng)的功能描述

本系統(tǒng)主要分析BIM在施工以及運(yùn)營、維護(hù)階段的作用。在施工階段，BIM模型通過與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，可以自動(dòng)完成建筑物構(gòu)件（玻璃、型材等）的預(yù)制加工，縮短建造工期，降低建造的誤差；通過對(duì)施工組織的模擬，可以控制整個(gè)施工安裝環(huán)節(jié)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，提高施工效率，方便施工管理和協(xié)調(diào)，滿足項(xiàng)目的集成管理和全生命周期管理要求[4]。

該系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括模型的可視化、模型的效果檢驗(yàn)、施工效果的模擬和監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與記錄幾個(gè)方面。根據(jù)需求主要?jiǎng)澐譃橐韵聨讉€(gè)模塊，如圖1所示。

1.1 用戶管理模塊

用戶管理模塊用于管理用戶的登錄，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接。

1.2 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)配置包括材料類型的設(shè)置(例如玻璃、型材、背板等)和原材料類型設(shè)置(主要設(shè)定原材料的一些屬性信息，例如材料類型、編碼、單位、原始的高和寬、描述等)。Revit模型導(dǎo)入功能：剛導(dǎo)入navisworks文件后，模型自帶的系統(tǒng)、幕墻長寬等屬性信息并未及時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫，此時(shí)可在選中單元后，自動(dòng)將模型中的屬性導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

1.3 模型顯示管理

實(shí)現(xiàn)模型的可視化、可交互，用戶在模型中選擇一個(gè)或多個(gè)單元，在下面顯示的數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息也能被選中，反之亦然。主要包括項(xiàng)目信息、標(biāo)段信息、分區(qū)信息、樓層信息、幕墻單元信息。

1.4 備料管理

BIM技術(shù)的運(yùn)用可以提高施工預(yù)算的準(zhǔn)確性，對(duì)預(yù)制加工提供支持，有效地提高設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確性和施工協(xié)調(diào)管理水平[3]。BIM模型是參數(shù)化的模型，模型建立的同時(shí)，各種構(gòu)建被賦予了不同的尺寸、型號(hào)等屬性信息，BIM是經(jīng)過可視化設(shè)計(jì)和反復(fù)修改的成果，所以模型中材料設(shè)備的參數(shù)有很高的準(zhǔn)確性，可以將BIM模型中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成大大提高了決算和施工預(yù)算的準(zhǔn)確性。施工單位可以根據(jù)需求將大量的構(gòu)件(如玻璃、背板、型材等)進(jìn)行工廠預(yù)制化或加工，提高了構(gòu)件預(yù)制加工的準(zhǔn)確性和速度，使原本粗放性、分散性的施工模式變?yōu)榧苫?、模塊化的現(xiàn)場(chǎng)施工模式[5]。

1.5 進(jìn)度管理

進(jìn)度管理主要包括生產(chǎn)管理、運(yùn)輸管理、安裝管理。進(jìn)行備料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排設(shè)置生成對(duì)比報(bào)表：根據(jù)目前已備料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝的情況與整體目標(biāo)安排生成進(jìn)度對(duì)比報(bào)表；按照時(shí)間、幕墻單元類型等限制條件查詢符合條件的單元，根據(jù)模型與數(shù)據(jù)的交互，直觀、準(zhǔn)確地進(jìn)行進(jìn)度管理。 借助BIM對(duì)施工組織的模擬，項(xiàng)目管理方能夠非常直觀地了解整個(gè)施工安裝環(huán)節(jié)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和安裝工序[6]。

2 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

采用C/S架構(gòu)模式,局域網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)作服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)運(yùn)行DBMS;其他節(jié)點(diǎn)則充當(dāng)客戶端，主要負(fù)責(zé)模型的顯示，并對(duì)服務(wù)器提出一定的請(qǐng)求。采用C/S架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于可以減輕服務(wù)器端的壓力，服務(wù)器端只需要響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果返回到客戶端，把模型的顯示與交互的任務(wù)交給客戶端進(jìn)行處理，充分發(fā)揮客戶端的事務(wù)處理能力。

系統(tǒng)采用Visual Stdio2010作為應(yīng)用程序的開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選擇 Microsoft SQL Server 2005，在客戶端需要安裝Navisworks 2012作為模型顯示組件。

本系統(tǒng)是基于Navisworks軟件的二次開發(fā)，該軟件由英國Navisworks公司研發(fā)并出品，并于2007年被美國Autodesk公司收購。Navisworks是一款 3D/4D協(xié)助設(shè)計(jì)檢視軟件，它的功能主要包括模型整合、模型渲染、碰撞檢測(cè)=4D模擬，應(yīng)用于建筑、工廠等行業(yè)的整個(gè)項(xiàng)目生命周期。本系統(tǒng)主要調(diào)用的是Navisworks.Net API和COM API。

(1).Net API

其應(yīng)用的范圍主要包括:(1)應(yīng)用于Navisworks產(chǎn)品的插件;(2)Automation驅(qū)動(dòng)Navisworks;(3)基于控件的獨(dú)立應(yīng)用，把Navisworks的視窗嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，用于模型的顯示。它可以訪問應(yīng)用信息以及模型/文檔信息，在不需加載整個(gè)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上對(duì)Navisworks執(zhí)行簡單的操作，例如打開、保存、調(diào)用插件。

與Microsoft.NET Framework 3.5兼容的任何編程語言都能夠完全訪問Navisworks.NET API，例如 Visual Basic.NET 和 Visual C#[7]。

(2)COM API

Navisworks COM接口為用戶提供了自定義和擴(kuò)展其功能的可能性。組件對(duì)象模型是一種方法，它允許軟件的某一個(gè)具體部分與其他組件通過API交換數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用預(yù)定義數(shù)據(jù)庫語義鏈接[8]，即在開發(fā)之前預(yù)先定義好數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)表的信息。當(dāng)前的模型文件中沒有滿足需求的屬性，因此需要為每一個(gè)對(duì)象單元定義一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)GUID。目前的編碼規(guī)則是自頂而下 (P001-B001-Z002-F011-P000001)，按照一定的從屬關(guān)系，該GUID代表的意思是項(xiàng)目P、標(biāo)段B、分區(qū)B、樓層F和幕墻單元P。該GUID是按照項(xiàng)目的需求自己定義，需要把它賦值給每一個(gè)對(duì)象，如果手動(dòng)添加每個(gè)對(duì)象的GUID，工作量較大且容易出錯(cuò)，因此制作一個(gè)Navisworks二次開發(fā)的插件，實(shí)現(xiàn)對(duì)GUID的自動(dòng)賦值，并且提供一定的驗(yàn)證方法，以保證數(shù)據(jù)的正確性。

3.2 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)的主界面如圖2所示，主界面主要包括以下幾個(gè)部分：

(1)快捷方式區(qū)。通過點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)迅速實(shí)現(xiàn)不同顯示模式的切換、視點(diǎn)轉(zhuǎn)換、模型移動(dòng)縮放等功能。

(2)組織樹區(qū)。通過自定義的上、下級(jí)組織關(guān)系方便管理不同項(xiàng)目的不同子項(xiàng)。

(3)模型區(qū)。查看三維模型及其交互所在的區(qū)域。(4)數(shù)據(jù)顯示區(qū)。查看與模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、導(dǎo)出等操作。

3.3 備料管理功能模塊的實(shí)現(xiàn)

該模塊主要實(shí)現(xiàn)添加備料、刪除備料、修改備料，以及根據(jù)時(shí)間區(qū)間等條件進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，方便用戶生成提料單。將模型中的信息(例如幕墻單元的高、寬)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，按照一定的規(guī)則通過自動(dòng)化的計(jì)算儲(chǔ)存到備料表中，可以生成預(yù)定的采購和提料計(jì)劃；根據(jù)用戶的需求可以隨時(shí)查詢備料，生成提料單，自動(dòng)生成工程量統(tǒng)計(jì)，對(duì)已備料、待備料的幕墻單元情況作記錄匯總，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)項(xiàng)目的可控度，節(jié)約成本。添加備料流程如圖3所示。

添加備料之前首先需要增加材料的類型,包括玻璃、背板、型材等，然后針對(duì)不同的材料類型添加原材料。不同類型的原材料，其屬性信息有所不同，例如玻璃有編碼、原始長度和寬度、單位等屬性。為了盡可能方便用戶的操作，減少工作量，采取手工與自動(dòng)相結(jié)合的方式取代繁瑣的手工添加備料過程。針對(duì)相同款式編號(hào)的幕墻單元，如果在備料表中存在相同的款式編號(hào)，則在導(dǎo)入幕墻單元對(duì)象時(shí)自動(dòng)添加該單元所需要的備料數(shù)據(jù)。如果備料數(shù)據(jù)不存在，則用戶需要在添加備料表里手動(dòng)添加該款式幕墻單元需要的備料數(shù)據(jù)，如圖4所示。

3.4 進(jìn)度管理功能模塊的實(shí)現(xiàn)

該模塊的功能主要包括生產(chǎn)管理、運(yùn)輸管理和安裝管理。根據(jù)計(jì)劃與實(shí)際的時(shí)間對(duì)比，了解幕墻單元的生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝情況，并作記錄匯、總，方便統(tǒng)計(jì)；根據(jù)用戶的需求，查找已運(yùn)輸和未運(yùn)輸、已安裝和未安裝的幕墻單元，并且在模型中以不同的顏色顯示進(jìn)行區(qū)分，實(shí)現(xiàn)模型的可視化操作，方便用戶對(duì)幕墻單元進(jìn)行管理和監(jiān)控。根據(jù)不同的計(jì)劃安裝時(shí)間查詢的結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)查詢結(jié)果，用戶可以從模型中方便地看出已安裝和未安裝、已運(yùn)輸和未運(yùn)輸?shù)哪粔卧?。根?jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，可以合理制定維護(hù)計(jì)劃，從而提高運(yùn)營與維護(hù)階段管理的效率，降低維護(hù)成本。

BIM技術(shù)是建筑信息化的產(chǎn)物，它涉及到建筑行業(yè)中的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和設(shè)施管理等方面，通過計(jì)算機(jī)對(duì)建筑模型進(jìn)行模擬，生成一個(gè)與模型匹配的完整的工程信息數(shù)據(jù)庫。本文根據(jù)具體的需求，采用C/S架構(gòu)模式，利用自頂向下的方式設(shè)計(jì)不同的模塊，不斷細(xì)化需求，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了幕墻管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)于企業(yè)控制項(xiàng)目成本、提高實(shí)施效應(yīng)起到了明顯的作用，實(shí)現(xiàn)了一定的自動(dòng)化操作。今后對(duì)于控制流程的優(yōu)化等方面還將進(jìn)一步改進(jìn)。

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