張愛青 方偉國

摘要：采用傳統(tǒng)模型對建筑工程進行管理時，存在適配度不高和穩(wěn)定性不強的問題，因此提出一種基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型.設計建筑工程多要素集成管理框架，將該框架與Revit API軟件結(jié)合對建筑工程特征參數(shù)進行提取，根據(jù)提取結(jié)果構建基于BIM的建筑工程管理模型.在對模型進行構建的過程中，首先要組建建筑工程管理的綜合灰色矩陣，以綜合灰色矩陣為基礎完成對基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型的構建.實驗結(jié)果表明，運用所提方法對建筑工程進行管理時NC值始終小于1，說明該模型的適配度較高，具有較高的使用價值.

關鍵詞：BIM;建筑工程;管理模型;Revit

中圖分類號：TU318? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）06-0059-05

1 引言

現(xiàn)代建筑工程規(guī)模較大，且在執(zhí)行的過程中需要多方參與，多方配合[1]，因此其具有涉及面廣和階段性特征鮮明的特點，對建筑工程實現(xiàn)精細化全面質(zhì)量管理異常困難，建筑業(yè)迫切需要實現(xiàn)信息化和數(shù)字化，因此提出一種基于BIM的建筑工程管理模型優(yōu)化方法.

對建筑工程進行有效管理有利于我國建筑行業(yè)的發(fā)展，能夠提升生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、提高建筑工程的質(zhì)量，也是發(fā)展綠色環(huán)保建筑的重要手段[2].以BIM軟件平臺為基礎，幫助全員參與到建筑工程管理的過程中，與此同時，將各個參與人員、各種類型的異構數(shù)據(jù)以及各階段特征集合起來，對其進行存儲和共享，這樣既可以滿足各方的不同需求，還可以保障管理工作的有序進行.在對BIM技術應用的過程中會形成大量的歷史記錄，只有將BIM技術與大數(shù)據(jù)結(jié)合才能實現(xiàn)對建筑工程的全面管理，才能有效發(fā)揮BIM技術的實用價值，實現(xiàn)對建筑工程管理模型的優(yōu)化[3].經(jīng)實驗驗證，采用所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑工程項目的集成化管理，該方法的提出為傳統(tǒng)的建筑業(yè)和工程項目管理信息化指明了方向.

2 建筑工程多要素集成管理框架

對一個建筑工程項目來說，目標管理通常包括啟動、計劃、執(zhí)行、控制以及結(jié)束這五個階段.這五大管理核心的有機結(jié)合共同構成了完整的多要素集成管理體系.可以通過將物聯(lián)網(wǎng)信息化管理工具和BIM技術相結(jié)合的方式來實現(xiàn)對建筑工程全過程的管理，基于BIM技術構建多要素集成管理架構[4].

建筑工程多要素集成管理框架的三大要素是計劃、執(zhí)行和控制.第一，計劃過程.實施該環(huán)節(jié)的目的是幫助建筑工程管理人員快速確定資源的投入量和工程具體實施計劃，可以通過構建全面的資源數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)這一目標.第二，執(zhí)行過程.該過程主要是運用BIM信息管理平臺的各個要素模塊來分析相應的要素目標實際值與計劃值之間的偏差，如質(zhì)量控制模塊和安全控制模塊等，并對偏差值進行實時的動態(tài)的調(diào)整，積極控制偏差值，讓其保持在可控范圍內(nèi).第三，控制過程.該過程主要是采取相關措施控制偏差值，并且調(diào)整管理方案[5].建筑工程多要素集成管理框架如圖1所示.

3 建筑工程特征參數(shù)提取

以BIM為支撐結(jié)合多要素集成管理框架，可以使建筑結(jié)構模型更加接近真實的建筑物.基于BIM的建筑工程結(jié)構設計軟件，多數(shù)為應用參數(shù)化實現(xiàn)模型的建立，能夠提供性能較為完善的，實體的建模工具[6].綜上，文章利用Revit軟件對建筑結(jié)構的信息進行建模.為了使BIM理念更好地應用至建筑工程管理模型的優(yōu)化過程中，該節(jié)采用Revit API對與建筑工程結(jié)構的相關特征信息進行提取.首先，先對Revit API二次開發(fā)使用的一般流程進行介紹，本文介紹的二次開發(fā)是基于Revit2014版本，主要開發(fā)工具為Visual Studio2010、evitAPI（Application Programm Interface）和RevitSDK，Revit API二次開發(fā)使用的一般流程如下：

（1）建立全新的項目.開啟Visual Studio 2010，建立一個新的VisualC類庫項目，將其命名為RShower.Visual Studio 2010會自動生成Class1.cs等文件，將生成的文件重新命名為Sprinklers.cs.

（2）添加外部引用.在Visual Studio 2010菜單欄中選擇項目-添加引用，在彈出的“添加引用”對話框中選擇“瀏覽”選項，選中2014安裝文件、目錄下的Revit API.dll和Revit APIUI.dll文件，完成添加.接下來繼續(xù)添加引用，在彈出的對話框中選擇“NET”標簽，找到System. Windows. Forms，最終完成添加[7].

（3）引用命名空間.在Sprinklers.cs文件引用命名空間代碼區(qū)域添加using Autodesk. Revit.DB和using Autodesk. Revit.UI等語句，調(diào)用Revit API中相關命名空間.

（4）建立一個命名類.在建立的命名空間下為命令類加載屬性，選擇創(chuàng)建類的命名加載方式，包括選擇文件失誤、更新、日志等模式，在2014版本的Revit中，只能選擇手動更新模式.

（5）重載Execute（）方法.在命令類中載用Execute（）方法，并在編碼中實現(xiàn)一定的功能.

（6）生成dll.選擇菜單欄中生成-EShower（U），并在Visual Studio 2010輸出窗口找到生成dll的位置.

（7）添加到Revit2014菜單中，運行Revit2014.選擇菜單附加模塊-外部工具-Model，在彈出的對話框中選擇Load，找到生成的RShower.dll文件，然后選擇添加[8].

（8）最后，運行插件.

根據(jù)以上Revit API二次開發(fā)流程可知，運用Revit API進行建筑工程結(jié)構特征信息進行提取，得到詳細的裝配式建筑結(jié)構特征信息提取流程為：

4 基于BIM的建筑工程管理模型

4.1 組建建筑工程管理模型的綜合灰色矩陣

在對建筑工程管理模型進行優(yōu)化之前需要對建筑工程管理模型綜合灰色矩陣進行組建，首先應該將建筑工程項目管理知識體系引進到傳統(tǒng)的建筑工程管理系統(tǒng)中，其次運用熵值法來構建建筑工程項目管理指標影響因素的決策矩陣，并且將建筑工程項目管理指標影響因素的權重值計算出來，最后根據(jù)灰色理論設計建筑工程管理指標影響因素的綜合灰色矩陣.下面是具體的操作步驟：

運用傳統(tǒng)的建筑工程管理模型不能準確獲取建筑工程項目管理指標影響因素，因此，在對傳統(tǒng)建筑工程管理模型進行優(yōu)化的過程中需要將項目管理知識體系引進到管理模型中，與此同時，將建筑工程管理模型的特征點與項目管理知識體系結(jié)合起來，對建筑工程管理指標進行綜合分析.Fij表示建筑工程管理指標的重要影響因素，則可以運用公式（1）求出其信息熵Ci=rij1nrij+Fij （1）

公式（1）中，n表示建筑工程項目管理的各個階段，rij表示各個管理階段影響因素帶來的損失.

接下來運用公式（2）組建建筑工程項目管理指標影響因素的決策矩陣，并且對該矩陣進行標準化處理.

Q={qij}nm-×Fij? （2）

公式（2）中，{qij}nm表示建筑工程項目管理影響因素產(chǎn)生實際影響的概率，{q′ij}nm表示建筑工程管理項目的具體影響因素，Q表示建筑工程項目管理指標影響因素的綜合決策矩陣，Q′表示經(jīng)過標準化處理后的建筑工程項目管理指標的影響因素決策矩陣.下面運用公式（3）計算Fij的權重向量.

ε=×? （3）

公式（3）中，（ε1，ε2，ε3，…，εn）表示建筑工程項目管理指標體系的各影響因素權重值.

運用灰色理論獲得建筑工程項目管理指標影響因素的標準以及賦值等級，從而構建建筑工程項目管理指標影響因素的樣本矩陣.然后，通過公式（4）將建筑工程項目管理指標影響因素的評價矩陣進行歸納匯總.

D={dijk}nm×? （4）

公式（4）中，dij表示第k個專家對第二級指標下屬的第j個指標的影響因素評分值，n表示影響因素評分低階概率值，m表示影響因素評分高階概率值，e表示評價灰類.根據(jù)評價結(jié)果，設計出建筑工程項目管理指標影響因素的綜合灰色矩陣

RA=（Z1，Z2，Z3，…，Zn）×Zi? （5）

其中，（Z1，Z2，Z3，…，Zn）表示對不同建筑工程項目管理指標影響因素的評價結(jié)果.

4.2 構建基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型

4.2.1 建模準備工作

利用Revit Architecture作為建模準備工具.使用其新建項目的時候，各項目均以項目的樣板作為基礎，并在樣板的文件上設置不同的構件，同時添加由3.1中得到的不同的特征參數(shù)信息.其中，樣板文件的后綴名是“.rte”，Revit Architecture中會設置項目需要的樣板文件[9].這些樣板文件中包括系統(tǒng)已經(jīng)設置好的項目的初始參數(shù)：項目中默認度量單位和建筑結(jié)構層高信息、顯示設置以及線型設置等.Revit Architecture中，利用建筑結(jié)構參數(shù)構建一個合理項目樣板，對建筑工程管理模型的構建與調(diào)整有重要意義，還可提高管理模型構建的精度.

4.2.2 建立工作集

大多數(shù)建筑項目是較為復雜的系統(tǒng)工程，通常利用多種專業(yè)合力才能完成，不過專業(yè)之間在協(xié)同設計時，不能共同對各專業(yè)實現(xiàn)BIM的設計.所以在對建筑工程進行管理時，各個專業(yè)能夠利用該專業(yè)的設計需求，建立工作集，并設置工作集的權限，以便設計者對設計內(nèi)容進行更加精準的管理.

將軸網(wǎng)和標高作為建筑構件中空間定位數(shù)據(jù)信息，Revit Architecture利用標高、軸網(wǎng)實現(xiàn)定位，完成和模型設計中的各個構件元素，在模型中相對的空間關系的建立.實際上，軸網(wǎng)、標高為在Revit上完成建筑和結(jié)構，以及設備專業(yè)之間同構建的前提.在Revit Architecture中構建項目，要先將標高及軸網(wǎng)繪制好，再通過標高與軸網(wǎng)的信息，構建建筑結(jié)構的各項構件.

在建模之前，要先完成各個項目的規(guī)劃，如層高，、標高數(shù)據(jù)信息等.建模的過程中，Revit Architecture會利用標高來確定建筑構件，在模型中高度數(shù)據(jù)信息，與空間位置的數(shù)據(jù)信息.其中，Revit Architecture中的軸網(wǎng)對象，和標高的對象相似，均與標高平面一組軸網(wǎng)面垂直，在進行結(jié)構設計的過程中，能夠在項目平面視圖內(nèi)，利用軸網(wǎng)對項目的圖元進行定位，并與標高數(shù)據(jù)信息進行結(jié)合，確定各構件在模型中具體的空間位置.

4.2.3 模型建立

在對模型建立之前，需要根據(jù)建筑工程項目管理指標影響因素的綜合灰色矩陣，對建筑工程項目管理指標決策數(shù)據(jù)集進行排序，將灰色綜合聚類權向量和建筑工程項目管理灰色閾值進行合成，并對其進行單值化處理，根據(jù)處理結(jié)果，建立了建筑工程項目的優(yōu)化管理模型.具體操作步驟如下：

1）在構建建筑工程項目管理模型的過程中，由（?1，?2，?3，…，?n）表示建筑工程項目管理指標的決策數(shù)據(jù)集，并按照從小到大的順序?qū)ζ溥M行排序，具體可以用?1≥?1≥?2≥?2…?n來表示.

2）依據(jù)建筑工程項目管理指標影響因素的綜合灰色矩陣，對j表示的建筑工程項目管理指標決策數(shù)據(jù)進行賦權，從而獲得賦權向量

?i+1=（C×2n-1）?j? （6）

其中，C表示建筑工程項目管理指標的權重，n-1表示建筑工程項目管理指標決策數(shù)據(jù)加權.

3）單值化處理建立了精確的建筑工程項目管理指標體系，以此構建建筑工程項目管理優(yōu)化模型

Xc=×w

綜上所述，完成了對建筑工程管理模型的構建.

4.3 建筑管理模型優(yōu)化

該節(jié)主要通過Revit Architecture實現(xiàn)建筑結(jié)構的主體，和結(jié)構墻、梁以及柱的設計，進而設計基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型.

在Revit Architecture中，結(jié)構墻隸屬于系統(tǒng)族，能夠依據(jù)指定墻的結(jié)構參數(shù)定義，生成三維的墻體模型.其中，軟件中提供墻工具，可應用于繪制，及墻體對象的生成.在Revit Architecture中，進行墻體的創(chuàng)建，要先定義墻體類型，其中包含墻厚以及材質(zhì)等，接著制定墻體平面的位置，及高度等參數(shù).

將二維的平面圖紙當作設計樣板，分別對墻體和結(jié)構柱，及結(jié)構梁等構件實施布設.在設計的過程當中，導入CAD圖紙，并對圖紙進行調(diào)整，使其和軸網(wǎng)對應上，再以上述條件為基礎，對墻體和結(jié)構柱等進行繪制.

構建項目主墻體之后，再對建筑結(jié)構中的其他構件進行設計.Revit軟件中提供了多種構件族文件的樣板，能夠在軟件內(nèi)直接載入并使用.

文章提出基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型，能夠利用BIM模型構建出三維立體式的建筑結(jié)構視圖效果，更加清晰和準確地了解建筑的設計效果，項目最終通過Revit構建出.

5 實驗驗證

為了驗證基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型的有效性進行實驗分析，將實驗平臺搭建在Visual C上，實驗數(shù)據(jù)取自于某裝配式建筑結(jié)構裝修公司，實驗分別從以下幾個方面進行：

（1）特征參數(shù)提取效果

（2）建筑工程管理模型適配度

（3）建筑工程管理模型穩(wěn)定性

5.1 特征參數(shù)提取效果對比

下圖3為基于BIM的建筑工程管理模型優(yōu)化方法和傳統(tǒng)方法在特征參數(shù)提取效果方面的對比圖.

觀察不同方法的提取效果可知，文獻[4]方法的提取精度最高值為72%，文獻[5]方法的提取精度最高值為58%，當特征點數(shù)量在40-50之間時，所提方法的提取精度達到最高值98%.從整體上看，所提方法不僅在最高值上遠遠高于文獻[4]方法和文獻[5]方法，在對建筑工程結(jié)構特征點提出的過程中，所提方法的提取精度始終保持在較高的水平，因此可以得出，所提方法的提取效果優(yōu)于當前方法.運用所提方法在對建筑結(jié)構特征參數(shù)進行提取時，具有較高的準確度，可以增強建筑工程結(jié)構特征點的提取效果.

5.2 建筑工程管理模型適配度

表1為基于BIM的建筑工程管理模型優(yōu)化方法和傳統(tǒng)方法在管理模型適配度方面的對比.NC值代表模型的適配度，NC值越小表示模型效果越好，當NC<1時，模型的適配度較高;當1<NC<3時，表示模型具有簡約適配度;當NC>5時，表示模型適配度不高，需要對其進行修正.

CAIC值同樣可以反映建筑工程管理模型的適配度，CAIC值越小，代表建筑工程管理模型適配度越高，反之，適配度越低，表2是所提模型、文獻[4]模型和文獻[5]模型CAIC值對比結(jié)果.

分析表1中具體數(shù)據(jù)可知，不論迭代次數(shù)為多少時，所提模型的NC值始終小于1，文獻[4]模型的NC值在3-5之間，而文獻[5]模型的NC平均值則大于5;分析表2中具體數(shù)據(jù)可知，所提模型的CAIC值遠遠低于文獻[4]模型和文獻[5]模型，以上實驗數(shù)據(jù)表明所提模性的適配度較高，說明運用所提模型可以更好地適應建筑工程項目的管理工作，有利于對建筑工程進行有效管理.

5.3 穩(wěn)定性對比

構建建筑工程管理模型的最終目的是為了對建筑工程的多種要素進行有效管理，由于在管理過程中會受到各種情況以及環(huán)境的影響，會造成管理模型不穩(wěn)定問題的產(chǎn)生，因此需要對不同模型的穩(wěn)定性進行分析，圖4是所提模型、文獻[4]模型在穩(wěn)定性方面的對比圖.

分析圖4可知，運用文獻[4]模型對建筑工程進行管理時，波動較大，穩(wěn)定性不強;運用所提方法對建筑工程進行管理時，波動較小，穩(wěn)定性較高，說明所提模型在穩(wěn)定性方面優(yōu)于當前模型，具有一定的應用價值.

綜上所述，在以建筑工程結(jié)構特征參數(shù)提取效果、管理模型適配度和管理模型穩(wěn)定性這三方面為實驗指標，對比所提模性和傳統(tǒng)模型的差異性之后可知所提模性具有較高的適配性、穩(wěn)定性，優(yōu)越性明顯，說明所提模型具有較高的使用價值.

5 結(jié)論

BIM是我國的新興技術，在我國的一些發(fā)達地區(qū)已經(jīng)得以應用.為實現(xiàn)對建筑工程項目的有效管理，提出一種基于BIM的建筑工程管理優(yōu)化模型，首先，構建一個工程多要素集成管理框架，運用該框架對建筑工程實行全面化的管理;其次，對建筑工程特征參數(shù)進行提取;最后，根據(jù)提取結(jié)果完成對基于BIM的建筑工程管理模型的優(yōu)化.實驗結(jié)果表明運用BIM技術實現(xiàn)了對建筑工程管理模型的優(yōu)化，并且達到了預期的效果.但BIM的應用還存在比較大的局限性.這將是一個不斷發(fā)展和進步的過程.綜合BIM的發(fā)展階段，以下幾點建議可以使其應用更加完善：相關部門應完善相關規(guī)范，為BIM在國內(nèi)的發(fā)展構建相對完善的體制;軟件的開發(fā)商應該在軟件的升級時，依據(jù)使用者反饋的信息，研發(fā)出適合國內(nèi)建筑現(xiàn)狀的版本，這樣可以更好地普及和應用BIM技術.

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