姜韶華，吳 崢，王 娜，姜麗萍，韓蕓蔚

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OpenBIM綜述及其工程應用

姜韶華，吳 崢，王 娜，姜麗萍，韓蕓蔚

(大連理工大學建設管理系，遼寧 大連 116024)

建筑規(guī)模的擴大和復雜性的增加對項目參與方之間的協(xié)作水平提出了更高的要求。如何更好地實現(xiàn)不同專業(yè)、不同軟件平臺之間的信息交互成為協(xié)作過程中的關鍵性問題。OpenBIM作為信息交換的統(tǒng)一交換標準可以滿足不同軟件之間信息交互的需求，提高協(xié)作的效率和準確性。目前，OpenBIM相關方面的研究受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注，但是尚缺乏關于OpenBIM的全面綜述。通過OpenBIM相關網(wǎng)站的分析及文獻調(diào)研，對OpenBIM的重要性、相關標準及軟件進行了綜述，并從設計、施工、運維的角度闡述了其在工程中的應用。最后，提出了OpenBIM在實際工程應用中存在的不足及其未來的發(fā)展方向。通過對OpenBIM理論和實踐的系統(tǒng)分析，可為其進一步的研究與應用提供支持。

OpenBIM；交互性；軟件平臺；工程應用

目前各類BIM軟件廣泛應用于設計、施工、運維等項目全生命期中。不同軟件之間的數(shù)據(jù)異構(gòu)性導致軟件間的互用性較低，因而工程項目各參與方希望能夠更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的交互共享。OpenBIM (building information model) 可以較好地解決這一問題，減少協(xié)同錯誤，提高軟件間的互操作性，保證多方協(xié)作的高效性和準確性。OpenBIM相關方面的研究受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注，但是目前尚缺乏關于OpenBIM的全面綜述。因此，本文對OpenBIM相關網(wǎng)站及文獻進行了分析歸納，旨在提供OpenBIM相關理論和實踐的系統(tǒng)綜述。

1 OpenBIM簡介

1.1 OpenBIM定義

OpenBIM是基于開放的標準和工作流程從而協(xié)同完成建筑的設計、施工和運營的一種通用的方法，其是由buildingSMART和一些使用開放的buildingSMART數(shù)據(jù)標準的主要軟件供應商提出的倡議[1]。BuildingSMART是一個通過創(chuàng)建和采用開放的國際標準來推動建設資產(chǎn)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的全球性的權(quán)威組織。

1.2 OpenBIM的重要性

OpenBIM代表了AEC (architecture，engineering and construction)行業(yè)所有項目成員跨學科合作的現(xiàn)代化方法[2]。目前，OpenBIM的核心內(nèi)容主要包括工業(yè)基礎類(industry foundation classes，IFC)、信息交付手冊(information delivery manual，IDM)、國際字典框架(international framework for dictionaries，IFD)和模型視圖定義(model view definition，MVD)，在核心內(nèi)容的基礎上衍生出其他相關標準和軟件。OpenBIM的重要性主要體現(xiàn)在：①支持透明、開放的工作流，使項目相關者無論使用哪種軟件工具都能夠參與到項目中；②為不同軟件之間的協(xié)同和交互提供了通用的語言，使項目相關者能夠獲得優(yōu)質(zhì)服務和數(shù)據(jù)保障；③提供了項目生命期中持續(xù)使用的數(shù)據(jù)，避免了同一數(shù)據(jù)的重復輸入以及因為輸入而出現(xiàn)的錯誤；④軟件供應商可以參與其中，得到最佳解決方案；⑤鼓勵在線產(chǎn)品供應方提供更加精確的用戶需求搜索，并將產(chǎn)品數(shù)據(jù)直接輸入到BIM中[1]。

截至2017年12月，在中國知網(wǎng)(CNKI)中對各類OpenBIM標準的文獻檢索結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，從2003年開始，國內(nèi)對OpenBIM標準的研究持續(xù)增長，尤其在近年來呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。由圖中指數(shù)趨勢線可預測，未來幾年國內(nèi)對OpenBIM標準的研究仍會保持高速穩(wěn)健增長。

圖1 知網(wǎng)OpenBIM標準文獻統(tǒng)計

1.3 OpenBIM的意義

OpenBIM倡議將開放式協(xié)作提升到戰(zhàn)略層面，以減少協(xié)同錯誤，提高項目質(zhì)量，構(gòu)建多元化、易協(xié)調(diào)的建設項目。同時，項目相關者可以在各自負責的領域內(nèi)使用最佳解決方案來解決問題，并根據(jù)建設項目的不同需求進行各自負責領域內(nèi)的軟件更新[3]。

在建筑全生命期中OpenBIM使所有項目參與方都可以通過IFC開放的數(shù)據(jù)格式進行信息共享，從而確保各參與方都能夠無錯、高效地合作，減少協(xié)同錯誤，降低成本，改善建筑業(yè)生產(chǎn)效率低下的現(xiàn)狀。

2 OpenBIM標準

目前最具影響力的BIM技術(shù)標準是國際組織認定的三大基礎類標準：IFC、IDM和IFD。OpenBIM標準主要分為3類：buildingSMART標準、buildingSMART候選標準和buildingSMART相關其他標準。BuildingSMART標準為已經(jīng)通過標準委員會投票的正式標準，buildingSMART候選標準為待標準委員會投票的標準，在buildingSMART標準的基礎上，對OpenBIM標準進行補充，形成符合實際需求的相關其他標準。

2.1 BuildingSMART標準

2.1.1 IFC

IFC是用來描述BIM數(shù)據(jù)的標準格式，旨在建立一種標準的數(shù)據(jù)表達和存儲方法，使各類軟件都能導入、導出這種格式的數(shù)據(jù)，從而促進項目整個生命期中不同專業(yè)、不同軟件之間的數(shù)據(jù)共享。利用IFC 標準對不同類型軟件生成信息的格式進行統(tǒng)一，可以實現(xiàn)建筑信息的自由轉(zhuǎn)換[4]。

IFC標準是通過一個分層和模塊化的框架來表示各種信息，自下而上分為資源層、框架層、共享層和領域?qū)?個層次[5]。這些層次各自又包含了許多模塊。每個層次只能引用同層次或該層次以下層次的信息資源而不能引用更高層次的資源。通過規(guī)定這一信息引用規(guī)則，下層資源不受上層資源變動的影響，從而保證信息的穩(wěn)定性。

ifcXML作為派生于IFC EXPRESS模型的XML模式定義(XML schema definition，XSD)而發(fā)布。ifcXML包括ex.xsd和IFC2X2_FINAL.xsd：ex.xsd指所有已翻譯的EXPRESS模型的通用模式，包含數(shù)據(jù)源以及將EXPRESS數(shù)據(jù)類型翻譯后得到的一般數(shù)據(jù)類型的定義；IFC2X2_FINAL.xsd指IFC2x2特定的序列化單元，包含所有IFC特定類、關系、屬性和數(shù)據(jù)類型的XSD定義[6]。

屬性集定義(property set definition，PSD)模式旨在提供一個用于定義包括適用的IFC實體或類型等信息以及IFC規(guī)范之外的屬性和屬性集的可擴展標示語言(extensive markup language，XML)模式定義。此外，也可用于定義一個映射以便將IFC定義的屬性內(nèi)容轉(zhuǎn)變到其他應用程序中[7]。

2.1.2 IDM

IDM是用于采集和規(guī)定建筑生命期全過程和信息流的方法，旨在確保相關數(shù)據(jù)以接收方軟件可以解釋的方式進行數(shù)據(jù)交換。在復雜的建設項目中，建筑的施工和維護涉及眾多參與方，各參與方之間的信息交流是至關重要的。IDM通過充分利用與交換相關的業(yè)務流程建模符號(business process modelling notation，BPMN)和模板來推進項目參與方之間的交流[4]。

IDM標準針對指定過程中的信息需求提供了一套合理的方法。該方法主要由流程圖(process map，PM)、交換需求(exchange requirements，ER)和功能部件(functional parts，F(xiàn)P)組成。流程圖規(guī)定了某個特定過程的活動流；交換需求提供了對以上特定過程中所需傳遞的某組信息的完整表達；功能部件是IDM中數(shù)據(jù)信息的最小單元，通過若干個功能部件的組合來描述一個完整的交換需求，其中單個功能部件也可能對應多個交換需求。在功能部件被定義后，基于各功能部件的模型視圖定義就可以被創(chuàng)建，同時把這些信息映射到IFC架構(gòu)中，使信息能夠被清晰的表達出來[4]。

2.1.3 IFD

IFD是面向術(shù)語庫或本體的標準，通過建立不同語種、不同詞匯的信息表述與IFC之間的映射關系，規(guī)定對象的相關概念語義(如全稱、簡稱、細節(jié)描述、關聯(lián)概念等)來保證BIM信息交換或共享的準確性。IFD為BIM標準中每個概念和術(shù)語提供了唯一的標識碼(global unique identifier，GUID)，通過對應的GUID實現(xiàn)不同軟件之間的信息轉(zhuǎn)換與共享，任何項目參與方都能通過IFD標準對信息的約束得到準確的信息[4]。

2.1.4 bSDD

BuildingSMART數(shù)據(jù)字典(buildingSMART data dictionary，bsDD)是一組能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作的buildingSMART標準之一，提供了一個用于識別和驗證BIM中使用的組件和屬性的名稱的共享系統(tǒng)[8]。

2.1.5 MVD

MVD定義了一個需要滿足AEC行業(yè)中一個或多個交換要求的IFC模式的子集。與該IFC模式子集一起還發(fā)布了一套稱為MVD Concepts的實現(xiàn)指令和驗證規(guī)則，而發(fā)布概念和相關規(guī)則的方法是mvdXML[9]。

mvdXML是一種編碼格式，利用此格式可以對MVD進行編碼，并在特定數(shù)據(jù)類型的特定屬性中定義允許值。軟件應用程序可以靜態(tài)地使用mvdXML(旨在支持特定的模型視圖)，也可以動態(tài)地使用mvdXML(旨在支持任何模型視圖)。在IFC4中使用mvdXML時，該格式并不依賴于IFC4，也可以與IFC2x3、較早的IFC版本或完全獨立的模式一起使用[9]。

2.1.6 BCF

BIM協(xié)作格式(BIM collabration format，BCF)是一個簡化的開放標準XML格式，其可以對信息進行編碼，以便能在不同的BIM軟件工具之間實現(xiàn)工作流通信[10]。BCF的開發(fā)包括XML文件格式以及RESTful Web服務。開放文件XML格式“bcfXML”可以支持BIM進程中的工作流通信；RESTful Web服務“bcfAPI”，能夠使軟件應用程序在BIM工作流中實現(xiàn)BCF數(shù)據(jù)的無縫交換[11]。

2.2 BuildingSMART候選標準

ifcOWL提供了IFC模式的Web本體語言(Web ontology language，OWL)表示。整個IFC EXPRESS模式(IFC實體、類型及屬性等)都可以在一個ifcOWL本體中使用。另外ifcOWL本體也可以使用一些在別處定義的OWL類和屬性[12]。

2.3 BuildingSMART相關其它標準

2.3.1 COBIE

施工運營建筑信息交換(construction operations building information exchange，COBIE)是一個用于采集和交付建筑生命期中設施管理者所需信息的信息交換規(guī)范。COBIE可以在設計、建設、維護軟件以及簡單的電子表格中查看。這種多功能性使得COBIE可以用于無論項目規(guī)模大小和技術(shù)復雜程度如何的所有項目中[13]。

2.3.2 LandXML

LandXML是一種能夠采集、驗證并展現(xiàn)土木工程和調(diào)查測量數(shù)據(jù)的一種電子數(shù)據(jù)傳遞標準[14]。

3 OpenBIM軟件平臺及工具

3.1 軟件平臺

開源軟件是指源代碼開放，軟件的使用、修改和發(fā)布不受許可證限制的軟件[15]。建設項目各參與方和利益相關者可以使用BIM進行不同深度和層次的交流與合作，并借助BIM完成信息的插入、獲取和更新，實現(xiàn)不同軟件或平臺信息的及時共享[16]。目前應用較多的BIM軟件主要包括Autodesk、Bentley和Trimble等系列，同一公司的軟件之間存在較高的兼容性，但是不同公司軟件之間的互操作性程度相對較低，導致軟件之間信息共享困難的問題。盡管部分軟件有插件開發(fā)的接口，但仍然不能完全滿足建筑業(yè)對BIM軟件定制化、模塊化的需求[17]。本節(jié)介紹兩個典型的、應用較多的開源軟件平臺。

3.1.1 BIMserver[18]

BIMserver是一個開放的、穩(wěn)定的軟件核心，可以輕松構(gòu)建可靠的BIM軟件工具，適用于支持AEC領域用戶的動態(tài)協(xié)作流程。BIMserver (BIMserver.org)平臺使用戶能夠創(chuàng)建自己的“BIM操作系統(tǒng)”。軟件核心基于開放的IFC標準，因此能較好地處理IFC數(shù)據(jù)。在BIMserver中，智能核心對IFC數(shù)據(jù)進行解釋，并以對象的形式存儲在底層數(shù)據(jù)庫中。這種方法的主要優(yōu)點是可以查詢、合并和過濾BIM數(shù)據(jù)。除了合并、模型檢查、融合、授權(quán)、認證和比較等數(shù)據(jù)庫核心功能外，還包含許多其他功能，并可降低開發(fā)人員的門檻。BIMserver有許多開放接口和網(wǎng)絡協(xié)議(如soap，PB，json)，使用開放的標準，作為一個易于微調(diào)的插件框架，具有靈活的管理配置GUI，較好的開發(fā)人員文檔和SDK。BIMserver常用插件介紹如下：

(1) IfcOpenShell[19]，是一個開源軟件庫，可幫助用戶和軟件開發(fā)人員解析IFC模型并開展后續(xù)工作。IFC文件格式可用于存儲建筑和施工數(shù)據(jù)，通常用于建筑信息建模。IfcOpenShell內(nèi)部使用OpenCASCADE (OpenCASCADE Community Edition)將IFC文件中的隱式幾何信息轉(zhuǎn)換為任何CAD軟件或建模軟件包可以讀取的顯式幾何信息。IfcOpenShell是一項持續(xù)性的工作，目前只支持擴展名為.ifc文件的解析，且后續(xù)版本將會增加對IFC-XML和IFC-ZIP格式的支持，但是IfcOpenShell還無法完全解析.ifc文件中存在的所有幾何信息。

IfcOpenShell作為插件與BIMserver一起發(fā)布，用于解析BIMserver中IFC文件中的幾何信息。該插件的開發(fā)工作由BIMserver和IfcOpenShell團隊共同完成。

(2) bimvie.ws[20]是一個用HTML和Javascript語言構(gòu)建的在線查看BIM模型的軟件工具，可兼容BIMSie API接口，并在云平臺中與BIM協(xié)同，用戶可以將bimvie.ws與任何兼容BIMSie的在線BIM服務一起使用。

BIMvie.ws版本是一個JAR文件。用戶可以輕松地將其添加為BIMserver插件，也可以將其安裝在任何網(wǎng)絡服務器上，例如Apache，Nginx或IIS。

(3) BIMsurfer[21]是一個使用SceneJS和WebGL開發(fā)的開源IFC模型查看器，可用于解析IFC和glTF格式的BIM數(shù)據(jù)。

(4) BCFier[22]，BCF是由buildingSMART開發(fā)的用于描述建筑模型問題的開放標準，BCFier是一個可以處理BCF文件的應用程序，同時也可以直接作為插件與BIM軟件集成。通過BCFier可以在Autodesk Revit中創(chuàng)建和打開BCF文件，為模型問題添加多個視圖和評論，并輕松與其他團隊成員共享。

3.1.2 xBIM

可擴展建筑信息建模(extensible building information modelling，xBIM)是一個免費的開源軟件開發(fā)平臺，允許開發(fā)人員為基于IFC的應用程序創(chuàng)建定制的BIM中間件[23]。

xBIM為IFC數(shù)據(jù)標準提供了豐富的API，允許開發(fā)人員通過代碼讀取、寫入和更新IFC文件。xBIM是一個.NET工具包，因此開發(fā)人員既可以構(gòu)建簡單的命令行應用程序，又可以對Windows應用程序和Web服務進行擴展。

xBIM具有完整的幾何信息引擎，可將IFC幾何數(shù)據(jù)對象(例如IfcSweptAreaSolid)轉(zhuǎn)換為功能齊全的邊界表示(boundary representation，Brep)幾何模型。這些模型支持所有布爾運算、交集、并集等以及體積、面積、長度等的計算。幾何信息引擎不僅為可視化提供了優(yōu)化的3D三角剖分和網(wǎng)格劃分，也為重復識別和地圖轉(zhuǎn)換提供了整體模型優(yōu)化。

3.2 工具

OpenBIM標準支持工具較多，本文介紹目前使用較多的5種。

(1) IfcDoc，IFC文檔生成器(ifcDoc)是用于生成IFC文檔(從IFC4開始)以及開發(fā)MVD的軟件工具[24]。該工具基于mvdXML規(guī)范，可以應用于所有IFC版本。

(2) BCF Manager，BCF管理器(BCF manager)使用戶能夠在BIM模型中創(chuàng)建、過濾和查找問題。用戶可通過使用BCF文件保存、加載問題或?qū)⑵渫降紹IMcollab上，來實現(xiàn)與使用不同BIM工具的項目成員之間的問題共享，從而提高問題管理的可靠性，縮小使用BIM工具之間的差距[25]。

(3) 建筑信息模型查詢語言(building information model query language，BIMQL)是用于BIM的開放的特定領域查詢語言。該查詢語言可以選擇和更新存儲在IFC模型中的數(shù)據(jù)。目前其被用在開放源代碼的模型服務器中，即BIMserver.org平臺上[26]。

(4) IFC Framework[27]提供了對基于IFC的BIM進行訪問和可視化的工具，方便軟件開發(fā)人員將信息庫集成到產(chǎn)品中。終端用戶也可以進行可視化操作和模型檢查。apstex IFC Framework是基于Java的面向?qū)ο蠊ぞ呦?，可以完全訪問基于IFC的BIM模型，可用于讀取、編寫、修改和創(chuàng)建IFC模型等。AWT和Swing組件可用于IFC模型的可視化，易于集成到Java應用程序，且支持BIM協(xié)作格式。

(5) IFC Engine DLL[28]是一個STEP工具箱，可以為IFC的最新版本生成3D模型。該組件可以通過其自身的對象數(shù)據(jù)庫加載、編輯和創(chuàng)建Step Physical Files及其架構(gòu)。這包括所有當前可用的IFC版本。其具有高可擴展性、支持多平臺的特點。

4 OpenBIM標準的工程應用

4.1 設計階段

在設計階段，不僅可以使用供應商提供的BIM軟件建立簡單模型，通過動畫、渲染等方式展示設計成果，還可以通過對OpenBIM標準進行研究，將OpenBIM的標準擴展應用到設計階段的能耗分析、能源仿真、模型信息查詢和評估等領域。

在設計的能耗分析領域，通過對OpenBIM標準進行擴展，能夠更好地進行能耗分析仿真，提高分析效率。陳沖等[29]將IDM標準應用到了建筑能耗分析領域。首先利用IDM方法對建筑能耗分析的具體流程進行定義，之后針對項目的設計階段，運用業(yè)務流程建模標記方法(BPMN方法)構(gòu)建出了基于IDM標準的能耗分析流程圖。采用gbXML文件將Revit中的建筑模型與Ecotect軟件相鏈接，再通過Ecotect軟件實現(xiàn)對所建立的流程圖中部分活動的仿真模擬，從而分析出建筑物的真實能耗情況?；贗DM標準的這一研究可在一定程度上減少建筑的能源消耗，有利于建筑師充分了解建筑物能耗具體情況，幫助其在設計階段更好地做出決策。PINHEIRO等[30]針對建筑能耗仿真(building energy performance simulation，BEPS)模型輸入過程中的重復的手動操作而導致數(shù)據(jù)丟失和錯誤問題，提出了一種基于IDM和MVD標準的、BIM與BEPS工具間信息交換的標準化方法。該方法通過用例集合啟動BEPS工具對所需交換需求的識別，并通過 IDM/MVD框架捕獲識別到的交換需求，同時將這些需求轉(zhuǎn)換為IFC模式。該方法通過開發(fā)特定的MVD促進了從基于IFC的BIM向常規(guī)或高級BEPS工具的信息傳輸。其中MVD定義了IFC的數(shù)據(jù)模型子集，可通過該子集對建筑能耗進行模擬。KIM和YU[31]將ifcXML用于建筑能耗方面，提出基于ifcXML的數(shù)據(jù)自動輸入方法。該方法可通過使用ifcXML標準文件格式，自動地輸入所需的數(shù)據(jù)，有助于提高建筑能耗分析的效率，減少成本和時間投入。

在能源仿真領域，GUPTA等[32]使用OpenBIM數(shù)據(jù)交換標準來支持太陽能光伏模擬，提出了一種用于開發(fā)基于IFC的可再生能源模擬工具的概念框架，該框架采用了一種多模型概念，其中IFC數(shù)據(jù)模型提供了所需部分數(shù)據(jù)的輸入，該概念框架不僅適用于太陽能光伏模擬，也適用于其他可再生能源仿真模型。

OpenBIM標準還可以應用于模型信息查詢。KANG[33]使用LandXML和IFC模式，基于BIM聯(lián)動模型的查詢，提出了一種有效的BIM集成對象查詢方法，并定義了其中的對象類型和對象查詢所需的簡單查詢語言。該方法利用LandXML和IFC創(chuàng)建一個聯(lián)動模型，利用屬性和空間操作來查詢所需信息，實現(xiàn)了對異構(gòu)模型信息的集成查詢，解決了LandXML模式基于形狀信息以聯(lián)動方式查詢BIM對象時獲取所需對象困難的問題。

利用OpenBIM可以解決模型的信息查詢和評估問題。BERLO和KRIJHEN[34]介紹了一種基于BCF工作流以及開源BCF服務器軟件而開發(fā)的BCF服務器，并與3D查看器和BIM服務器進行集成。通過該BCF服務器項目各參與方不僅能找出模型中存在的問題，還能對問題進行在線管理并根據(jù)實際BIM模型對問題進行評估。

明星等[35]基于IDM對建筑工程的整個設計流程進行了概述，對設計流程做了詳細的定義，為后續(xù)基于BIM的數(shù)據(jù)共享和交換的研究奠定了基礎。

4.2 施工階段

OpenBIM支持透明、開放的工作流，有力促進了不同軟件之間的協(xié)同、交互，使項目參與方無論使用哪種工具軟件均能參與到項目設計、施工、運營的全生命期中。OpenBIM相關標準應用于項目施工階段，可用于施工進度管理、施工質(zhì)量檢查、施工成本估算等多個領域。

在施工進度管理領域，需要根據(jù)合同規(guī)定的工期要求編制施工進度計劃，并以此作為管理的目標，對施工的全過程經(jīng)常進行檢查、對比、分析，以及時發(fā)現(xiàn)實施中的偏差，并采取有效措施調(diào)整工程建設施工進度計劃、排除干擾，從而保證工期目標能夠順利實現(xiàn)。王華興等[36]針對目前使用傳統(tǒng)的施工4D信息模型無法實現(xiàn)項目進度信息的完整交互問題，引入了IFC4標準，基于該標準中的流程管理實體、利用xBIM Toolkit工具包創(chuàng)建了全新的4D-BIM模型，并利用該標準規(guī)范、統(tǒng)一地描述了所建模型中的3D模型信息及進度信息。該模型可在編制施工進度計劃的同時同步實現(xiàn)具體作業(yè)與模型構(gòu)件的相互關聯(lián)，大大縮短建立4D-BIM模型的時間，提高建模人員的工作效率。除了加強施工進度信息的交互性，及時、準確地掌握施工進度計劃也可加強對施工進度的管理控制。 KIM等[37-38]基于ifcXML技術(shù)建立了一個可從BIM中自動生成施工進度計劃的框架，并用其開發(fā)的原型系統(tǒng)對該框架進行了驗證，從構(gòu)建的BIM中解析了相關的空間單元和材料層數(shù)據(jù)，有助于更精確地掌握施工進度，從而更好地管理施工過程。

對于全施工過程采取嚴格的質(zhì)量把控是保證工程質(zhì)量的有效措施。在對施工質(zhì)量進行管理控制時常會出現(xiàn)對施工質(zhì)量檢查不及時、管理不到位等問題。馬智亮和毛娜[39]針對目前我國施工質(zhì)量驗收檢查中存在的諸多問題，深入分析了我國施工質(zhì)量監(jiān)管相關標準，并深入研究了IFC數(shù)據(jù)標準。結(jié)合標準的相關要求及IFC數(shù)據(jù)提出了一種用于施工質(zhì)量驗收檢查的新算法，通過該算法可基于IFC標準從BIM模型中自動生成施工質(zhì)量檢查點。該算法的提出實現(xiàn)了對施工質(zhì)量驗收數(shù)據(jù)的標準化采集，加強了對施工質(zhì)量的監(jiān)管控制。此外，也有學者基于IFC標準對施工質(zhì)量檢查的實時性問題進行了研究。DING等[40]針對施工過程中難以對施工質(zhì)量進行實時檢查、控制的問題，開發(fā)了基于IFC的檢驗過程模型IFC-IPM。在IFC-IPM模式中存在物理對象、進度計劃和質(zhì)量管理模型，并通過定義動態(tài)屬性集來對IFC-IPM進行擴展。開發(fā)的IFC-IPM已應用于現(xiàn)實生活中的地鐵基礎設施項目，且實踐證明IFC-IPM為質(zhì)量相關信息和其他IFC兼容應用數(shù)據(jù)的共享交換提供了一個有效平臺。

施工成本估算是任何工程項目中的關鍵活動之一，許多學者也將IFC標準應用于解決施工成本估算的各項問題。MA等[41]探討了將IFC標準數(shù)據(jù)應用于中國招標工程造價估算的可能性和方法?；谏钊氲难芯糠治鼋⒘酥袊袠斯こ淘靸r估算信息需求模型，該模型中的信息需求主要有7個方面，且可以利用IFC標準對其中的各方面信息進行表達。此外，還討論了IFC標準在該模型表示中的應用和推廣，最后建立了基于IFC的投標成本估算信息模型。這一研究不僅為開發(fā)基于BIM的中國標準招標工程造價估算應用軟件打下了堅實基礎，而且為擴大IFC標準的應用提供了一條可行的途徑。

4.3 運維階段

OpenBIM廣泛應用于工程項目的設計和施工階段，同時為運維階段的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、設備管理等操作提供了良好的交互性基礎，有利于解決工程運維階段對多方面信息的需求，推動工程運維階段向信息化、智能化的方向發(fā)展。

BIM模型包含了豐富的建筑對象的基本信息，為信息搜集過程提供了方便。但BIM模型中的信息并未包含建筑運維階段所需的全部信息，例如傳感器等信息，因此需要對既有的BIM模型進行擴展以更好地適應各階段的不同需求。目前，對BIM模型的擴展多為對IFC的擴展。丁夢莉等[42]提出在構(gòu)建面向運維管理的BIM模型時需要用IFC標準對BIM模型中未定義的信息進行擴展，以更好地完成運維管理系統(tǒng)的要求。王超[43]將IFC應用到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方面，通過對IFC進行擴展可將傳感器數(shù)據(jù)批量集成到IFC文件中，實現(xiàn)監(jiān)測信息的快速、全面和準確的表達。

IFC作為一種中間格式可以解決不同信息源之間數(shù)據(jù)傳遞的問題。PASINI和DANIOTTI[44]將IFC應用于建筑運營階段的可持續(xù)性方面，為了使用實時的信息豐富BIM數(shù)據(jù)庫，提出基于IFC導出源代碼的數(shù)據(jù)獲取方法以便正確地在內(nèi)置參數(shù)、IFC屬性和傳感器之間建立映射。通過IFC將獲取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)連接到BIM數(shù)據(jù)庫，保證了動態(tài)數(shù)據(jù)庫中模型可進行持續(xù)更新。SUN 等[45]將IFC應用于水電設施運維階段，通過IFC Engine DLL和MOGRE圖形庫集成系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了IFC標準在水電設施管理工作中的應用，更好地整合多方面的信息，避免數(shù)據(jù)異質(zhì)性問題。DANKERS等[46]描述了將IFC與外界信息進行有效連接的網(wǎng)絡平臺，可將機器與人類可讀數(shù)據(jù)連接起來，使非CAD用戶或建筑專家能夠進行數(shù)據(jù)訪問，為實際中基于IFC的Web應用開發(fā)提供了幫助。該平臺不僅適用于運維階段，而且適用于建筑物的整個生命期。

OpenBIM在運維階段的應用還體現(xiàn)在知識管理方面，可進行數(shù)據(jù)的表示和查詢等。ZHU和MAO[47]提出用ifcOWL本體作為語義網(wǎng)技術(shù)和IFC標準之間的一個連接點，該本體允許使用已建立的IFC標準來表示建筑數(shù)據(jù)，并可利用語義Web技術(shù)的數(shù)據(jù)分布、數(shù)據(jù)模型擴展性、查詢和推理等工具，通用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、一致性檢查和知識推理。該方法可將建筑數(shù)據(jù)與材料數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、產(chǎn)品制造商數(shù)據(jù)等相互連接，形成建筑關聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，增強數(shù)據(jù)間的互操作性，方便建筑行業(yè)及其他領域的數(shù)據(jù)管理和交換。PAUWELS和TERKAJ[48]將IFC標準應用到橋梁健康監(jiān)測領域，提出基于IFC標準的BIM技術(shù)對橋梁健康監(jiān)測信息的表達方法，通過對傳感器屬性信息的擴展及IFC數(shù)據(jù)模型與監(jiān)測信息模型數(shù)據(jù)成員鏈接關系的建立，來解決橋梁健康監(jiān)測過程中信息無法標準化表達的問題。BEETZ等[49]從方法和算法方面提出了一種將傳統(tǒng)EXPRESS模式轉(zhuǎn)換到ifcOWL本體層面的半自動方法，以實現(xiàn)基于知識表示的互用互操作性。

此外，余芳強和張建平[50]提出了分階段遞進式的BIM方法，全過程使用IFC標準進行數(shù)據(jù)的傳遞和交換，支持工程項目各參與方使用統(tǒng)一框架協(xié)議協(xié)同構(gòu)造完整的BIM，可實現(xiàn)在設計、施工、運維階段信息的無損傳遞、擴展與應用。

5 討論與展望

目前，OpenBIM在工程中的應用可以較好地解決跨專業(yè)協(xié)作過程中的交互性等問題，提高軟件之間的互操作性，在一定程度上解決工程中跨專業(yè)合作的障礙。OpenBIM在為項目不同參與方提供便利的同時，仍存在一些不足之處：

(1) IFC缺乏對基礎設施領域的支持。目前，OpenBIM的應用主要集中在建筑的設計和施工階段，對基礎設施段的支持不夠，限制了其進一步的應用，因此在實際應用過程中需要對IFC等進行擴展。

(2) 軟件在對IFC文件解析的過程中存在數(shù)據(jù)丟失的問題。在對標準進行獲取和轉(zhuǎn)換的過程中，無法完全對IFC數(shù)據(jù)模型中的信息進行解析，會出現(xiàn)部分數(shù)據(jù)丟失問題，額外的數(shù)據(jù)輸入增加了其應用的難度。隨著模型復雜程度的增加，數(shù)據(jù)處理變得更加困難，這對大規(guī)模的數(shù)據(jù)交換造成了一定的阻礙。

(3) OpenBIM與其他新興信息技術(shù)融合不足，無法滿足實際工程中多尺度、實時性、精細性等方面的要求。

隨著各領域?qū)penBIM需求的不斷增加，其未來的發(fā)展應著重于以下幾個方面：

(1) 增強IFC對基礎設施領域的支持。研發(fā)新一代的IFC標準，實現(xiàn)其對道路、橋梁、港口、隧道、機場等基礎設施的支持。

(2) 不斷開發(fā)及升級支持IFC標準的軟件。隨著IFC標準版本的不斷升級，需要開發(fā)及升級支持相應IFC標準的軟件工具，從而更好地實現(xiàn)IFC的功能。

(3) 研發(fā)OpenBIM與其他新興信息技術(shù)的融合方法。實現(xiàn)OpenBIM與GIS、IOT、激光掃描等其他新興信息技術(shù)更好的融合，更好地為工程服務。

6 總 結(jié)

OpenBIM的提出為BIM平臺用戶以及項目的參與者提供了協(xié)作的基礎，為信息和數(shù)據(jù)的管理和交換提供了良好的條件。本文在對OpenBIM定義、標準和軟件進行闡述的前提下，歸納總結(jié)了OpenBIM在設計、施工和運維階段的應用。本研究對OpenBIM在工程管理中的應用現(xiàn)狀、存在的問題及其未來的應用趨勢進行了探討，可為OpenBIM研究學者提供參考。

總之，作為解決建設領域交互共享問題的解決方案，OpenBIM已經(jīng)發(fā)揮了很大的作用，相信隨著OpenBIM不斷的發(fā)展，會為建設領域的交互共享問題提供更完善的解決方案。

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Review of OpenBIM and Its Engineering Application

JIANG Shaohua, WU Zheng, WANG Na, JIANG Liping, HAN Yunwei

(Department of Construction Management, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116024, China)

The expansion of scale and the increase of complexity of buildings have imposed higher requirements onto collaboration among different stakeholders. How to realize a better information interaction among multiple disciplines and different software platforms becomes a key problem in the collaborative process. OpenBIM, as the common standard of information exchange, can well meet the needs of information interaction among different softwares and improve the efficiency and accuracy of collaboration. At present, research related to OpenBIM has received extensive attention from scholars at home and abroad, but there is still lack of comprehensive review on OpenBIM. In this paper, OpenBIM and its related standards and softwares are introduced by analyzing related websites and papers. Furthermore, the application of OpenBIM in engineering projects is analyzed from the perspectives of design, construction and operation. Finally, the paper discusses the deficiencies of OpenBIM in the application process and the direction of further development. The systematic analysis of the theory and practice of OpenBIM in this paper can provide support for its further research and application.

OpenBIM; interoperability; software platform; engineering application

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018061139

A

2095-302X(2018)06-1139-09

2018-04-26；

2018-07-16

國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFC0702107)

姜韶華(1971-)，男，遼寧大連人，副教授，博士。主要研究方向為BIM研究與應用等。E-mail：shjiang@dlut.edu.cn