李 欽，鄧玉輝

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著計算機技術(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。BIM（Building Information Modeling, BIM）源于對建筑過程數(shù)字化表達的需求，是用于開發(fā)與施工管理相關聯(lián)的虛擬智能模型的工具或產(chǎn)品[1]。作為BIM 開放數(shù)據(jù)標準，工業(yè)基礎類（Industry Foundation Classes, IFC）得到了廣泛應用[2]。同時，BIM 是基于開放標準（IFC）用于相互協(xié)作的共享數(shù)字式信息描述模型，其通過參數(shù)形式來描述建筑單元的屬性，包括墻、窗、梁、柱等建筑構(gòu)件，支持不同學科在同一數(shù)據(jù)平臺進行協(xié)同工作[3]。BIM 實現(xiàn)了利益相關者之間基于新流程的協(xié)作，將各專業(yè)信息的統(tǒng)一描述、存儲與管理統(tǒng)籌起來，對促進數(shù)據(jù)信息交換與共享，以及提高建設項目的生產(chǎn)率、進度、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 為工程項目帶來的巨大價值與效益引起了越來越多的學者關注，其研究視角與成果頗豐。如張建平等基于BIM 的建筑空間與設備拓撲信息提取及應用技術(shù)，研發(fā)了原型系統(tǒng)并證實其可以有效避免重復建模，實現(xiàn)空間與設備拓撲信息的綜合應用[6]。劉學勝等基于實時云計算架構(gòu)的BIM 引擎技術(shù)，實現(xiàn)在模型中對施工質(zhì)量、施工安全管理進行直接標注和跟蹤[7]。綜上，BIM 技術(shù)在工程項目各階段有不同深度的應用，其在建筑工程領域的推廣和相關軟件應用的融合，有效提高了設計的效率與質(zhì)量[8]。然而，國內(nèi)關于多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)交互技術(shù)上的研究鮮有涉及，有必要對BIM 編碼體系建立與應用進行研究探討，以期為建筑設計實踐提供方法參考。技術(shù)是設計中為解決具體問題而采取的方法和手段，BIM 技術(shù)的二次開發(fā)是節(jié)省時間、人力和成本的一種有效方式[9]。本文基于BIM 技術(shù)的應用通過探索二次開發(fā)插件，延伸和拓展BIM 的應用范疇，并為BIM 技術(shù)多源數(shù)據(jù)的協(xié)同與應用提供有價值的參考。

1 BIM 技術(shù)應用發(fā)展現(xiàn)狀

美國建設科學研究所聯(lián)盟2007 年發(fā)布的《國家BIM 標準》對BIM 進行了定義，認為BIM 是建筑物的物理性及功能性特性的數(shù)字化展示模型，是基于開放式可互操作性標準的共享的數(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。相關研究表明，BIM 可應用于空間管理、建筑系統(tǒng)設計、場地分析等25 種建設領域[10-11]。然而，國內(nèi)目前并未推出可應用于市場的BIM 軟件，國外的BIM 設計軟件普遍作為相關行業(yè)的首選應用，存在配套專業(yè)軟件和設計規(guī)范與我國建筑行業(yè)脫軌等問題[12]。近年來，BIM 在我國未來建設行業(yè)信息化發(fā)展中占有重要地位，2011 年住建部門下發(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)在工程中的應用以及推動信息化標準建設[13]。BIM 技術(shù)本土化應用與發(fā)展，對于推進我國建筑工業(yè)化、數(shù)字化以及智能化升級，加快建造方式轉(zhuǎn)變，推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義[14]。

當前，隨著工程項目的復雜性與技術(shù)性不斷提高，跨學科合作成為趨勢。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展適應了時代的需求，為建筑從業(yè)人員與部門提供了一個良好的技術(shù)協(xié)作平臺。不同專業(yè)設計人員通過中間模型處理器對模型進行操作，建立和修改與本專業(yè)相關的各種信息。然而，BIM 技術(shù)應用的復雜性不同于一般信息交流技術(shù)，使得BIM 在建設工程項目中的全面應用中帶來了不少的挑戰(zhàn)。各類項目模型由不同的專業(yè)軟件建立，處理各種格式文件兼容因而成為眾多用戶和開發(fā)者高度關注的問題[11，15]。工程項目信息管理效率低，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題，嚴重制約了BIM 數(shù)據(jù)與信息的交換和傳遞。而在BIM 技術(shù)應用中，協(xié)同是BIM 工作流程的核心，基于BIM 的協(xié)同設計采用三維集成設計模型可獲得各專業(yè)直觀視圖與設計信息。雖然目前也有部分集成軟件能在不同專業(yè)間實現(xiàn)部分數(shù)據(jù)的交流和傳遞（如PKPM 系列），但設計過程中各專業(yè)面臨的協(xié)調(diào)問題仍未得到充分解決。協(xié)同是否成功則取決于項目團隊間交換、更新和使用數(shù)據(jù)的能力。在充分尊重眾多網(wǎng)絡成員不同利益訴求的基礎上，確保建設工程信息共享順暢和信息管理高效，成為當前BIM 應用亟需解決的問題[5]。本研究試圖基于BIM 的技術(shù)的二次開發(fā)插件的嘗試，對多源異構(gòu)模型數(shù)據(jù)交互技術(shù)展開探討。

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

本文插件的開發(fā)以Revit 軟件為例，研究如何對BIM 模型數(shù)據(jù)進行完善、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，并以此作為公共數(shù)據(jù)環(huán)境的基礎。構(gòu)建BIM 模型體外數(shù)據(jù)庫的技術(shù)路線如圖1 所示。

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

2.2 BIM 編碼體系建立與應用

為實現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)在不同軟件和不同階段流轉(zhuǎn)，應建立基于BIM 的公共數(shù)據(jù)環(huán)境，協(xié)調(diào)和整合項目設計、施工、運維階段產(chǎn)生的分散信息，并將整合后的信息運用網(wǎng)絡技術(shù)進行云端存儲，形成基于BIM 數(shù)據(jù)的云數(shù)據(jù)庫（圖2），以便信息的讀取與顯示。

圖2 云數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

2.2.1 對象編碼體系建立

依據(jù)不同專業(yè)、系統(tǒng)的分類標準以及相關專業(yè)書籍對BIM 對象進行分類，擬將BIM 對象劃分成16 類，劃分的結(jié)果如圖3 所示。

圖3 BIM 對象分類

構(gòu)件對象劃分完成之后為對象建立編碼，編碼結(jié)構(gòu)：表代碼-大類代碼.中類代碼.小類代碼.細類代碼；各級代碼采用兩位阿拉伯數(shù)字表示，不存在的采用00 補齊。對象編碼是模型數(shù)據(jù)與非模型數(shù)據(jù)進行關聯(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 建立對象屬性表

為保證BIM 數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性，需要對每類對象所包含的幾何信息和非幾何信息進行約定，為每類對象建立屬性信息，是現(xiàn)實數(shù)模分離的必要前提。表1為建筑對象及屬性信息。

表1 建筑對象及屬性信息

2.3 BIM 云數(shù)據(jù)庫的建立

BIM 云數(shù)據(jù)庫包含由BIM 模型導出的模型數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)設計及項目實施過程中產(chǎn)生的非模型數(shù)據(jù)。兩類數(shù)據(jù)通過構(gòu)件編碼進行關聯(lián)。BIM 云數(shù)據(jù)庫可建立的流程如圖4 所示。

圖4 BIM 云數(shù)據(jù)庫建立的流程

2.3.1 對象編碼賦予

首先，進行對象編碼寫入。對象編碼與Revit 中的構(gòu)件類相對應，通過對Revit 功能的研究，建議采用構(gòu)件“類型屬性“中的“注釋記號”屬性，為每個構(gòu)件添加編碼信息。Revit 可以設置外部的注釋記號庫，“注釋記號”屬性可以直接訪問庫中內(nèi)容（圖5）。

圖5 對象編碼寫入

注釋記號可實現(xiàn)在二三維中對項目中的構(gòu)件進行標記，方便基于二三維出圖。此外，雙擊“記號”自動跳到上下文選項卡，可根據(jù)項目實施情況進行查看和修改。為方便對上述步驟進行操作，首先要將建立的編碼體系處理成Revit 可識別讀取的格式，如圖6 所示。

圖6 Revit 可識別讀取的格式

其次是初始對象編碼寫入操作。為給項目中的構(gòu)件類型快速賦予對象編碼，本研究借助Revit 二次開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)對多選類型的編碼批量賦予。插件中內(nèi)置編碼體系文件，通過設置分類標準，可自動在體系文件中讀取對應編碼，勾選需要賦予對象編碼的構(gòu)件類型，點擊“應用”，自動將對象編碼賦予已選類型中的“注釋記號”參數(shù)，完成對象編碼寫入（圖7）。

圖7 對象編碼寫入操作

2.3.2 根據(jù)對象屬性表完善構(gòu)件屬性信息

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

圖8 完善對象屬性的插件

通過插件自動讀取已選擇對象的幾何、非幾何等信息，寫入相應參數(shù)內(nèi)。上述步驟完成后，開始對整個BIM 模型的數(shù)據(jù)進行導出，實現(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)導出界面

圖10 導出后的數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)體外關聯(lián)

將導出的BIM 數(shù)據(jù)上次至云數(shù)據(jù)庫，與輕量化模型進行體外關聯(lián)，實現(xiàn)在模型外修改數(shù)據(jù)，在模型內(nèi)對修改后的數(shù)據(jù)可進行提取和顯示（圖11）。

圖11 數(shù)據(jù)體外關聯(lián)

3 結(jié)語和展望

3.1 結(jié)語

作為可視化和協(xié)調(diào)工作的工具，BIM 是一個基于開放標準的設施全生命周期的信息庫。然而，目前國內(nèi)外關于多源異構(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)的應用發(fā)展。本文應用二次開發(fā)技術(shù)，為BIM 構(gòu)件賦予唯一編碼，在BIM 項目實施過程中，基于編碼逐步完善設施所需的信息參數(shù)和屬性，并通過開發(fā)工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性與實體模型分離，通過屬性索引表關聯(lián)相關信息。不同格式的模型擁有同一個屬性信息表，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)庫的建立與應用以及數(shù)據(jù)體外關聯(lián)，延伸和拓展了BIM 的應用范疇，其為解決數(shù)據(jù)交流與傳遞的問題提供了一種行之有效的渠道和科學直觀的指引作用，可提高相關從業(yè)人員使用和更新數(shù)據(jù)的效率，并有助于在未來的實踐中提高相關行業(yè)的專業(yè)服務水平和項目品質(zhì)。

3.2 展望

BIM 通過為建設工程項目營造協(xié)同合作的工作環(huán)境而促進建設工程創(chuàng)新[11]。對多源異構(gòu)模型交互協(xié)調(diào)展開探討，將有助于形成必要的共識，進一步提高BIM 的使用效益和價值。然而，在開發(fā)與應用BIM 軟件過程中仍存在問題與不足，諸如基于協(xié)同設計模式的BIM 系統(tǒng)標準仍不完善，難以走向模塊化等問題。隨著時代發(fā)展與技術(shù)更迭，BIM 技術(shù)還將不斷革新與進步。首先，軟件技術(shù)的應用更為系統(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)的應用變得更加開放；其次，面向用戶對象的邏輯架構(gòu)向著簡化和優(yōu)化方向轉(zhuǎn)變，同時軟件維護和拓展等方面極大程度得到改善與提高。最后，BIM 技術(shù)未來將加速在技術(shù)、規(guī)范上與國外接軌，其分類與操作走向本土化和更符合我國國情，這些都是未來重要的發(fā)展趨勢和潮流。