向 前 黃瑞涵 凌 莉 陳智昊

中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430040

隨著信息化技術(shù)在國(guó)內(nèi)的高速發(fā)展，以BIM為代表的現(xiàn)代技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，掀起了工程管理信息化和智能化發(fā)展的熱潮，并取得了一定的進(jìn)展。為實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)數(shù)字化、智能化升級(jí)，提高智能建造在工程建設(shè)中的應(yīng)用，對(duì)以BIM技術(shù)為核心的協(xié)同管理、信息交互平臺(tái)的探索研究勢(shì)在必行，而對(duì)BIM平臺(tái)研究的首要問(wèn)題是解決模型的輕量化處理，行業(yè)學(xué)者對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的研究，趙菲[1]對(duì)基于B/S架構(gòu)的BIM輕量化系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和分析；馬金忠等[2]提出了幾種模型文件輕量化轉(zhuǎn)換的方法。但上述研究均未涉及針對(duì)大體量BIM模型的輕量化處理，而隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，工程項(xiàng)目規(guī)模及復(fù)雜程度不斷提高，BIM模型體量大、構(gòu)件多、專(zhuān)業(yè)廣，模型加載卡頓、功能使用不順暢，不能給予用戶(hù)良好的體驗(yàn)，這成為制約BIM平臺(tái)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文對(duì)超大體量BIM模型的輕量化處理進(jìn)行了相關(guān)的研究，分析了超大體量BIM模型的輕量化處理技術(shù)，基于超大體量模型輕量化處理方案，自主研發(fā)了BIM協(xié)同管理平臺(tái)，并結(jié)合案例項(xiàng)目提出基于BIM的協(xié)同施工管理方法[3-4]。

1 基于BIM的協(xié)同管理及信息共享平臺(tái)概況

基于BIM的協(xié)同管理及信息共享平臺(tái)，是由中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司自主研發(fā)的，目標(biāo)是打通施工項(xiàng)目管理各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同辦公。平臺(tái)基于B/S架構(gòu)，以三維模型為基礎(chǔ)，從進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本、設(shè)計(jì)等方面對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)周期內(nèi)的跟蹤和管控，提升項(xiàng)目生產(chǎn)效率、提高施工質(zhì)量、控制施工進(jìn)度和建設(shè)成本。

2 案例分析

2.1 工程概況

橫琴科學(xué)城（一期）租賃住房項(xiàng)目位于粵港澳大灣區(qū)建設(shè)合作示范區(qū)橫琴新區(qū)，占地面積32.2萬(wàn) m2，總建筑面積115.2萬(wàn) m2。項(xiàng)目采用EPC總承包管理模式，需提供設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段BIM技術(shù)服務(wù)。建設(shè)方要求搭建基于BIM的協(xié)同管理平臺(tái)，打通項(xiàng)目設(shè)計(jì)、進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)各參建方的協(xié)同施工與信息共享，為行業(yè)向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供示范作用。

2.2 重難點(diǎn)分析

EPC總承包模式包括建設(shè)、設(shè)計(jì)、總承包、監(jiān)理、咨詢(xún)等參建方約21家管理單位，涉及的管理流程復(fù)雜，EPC總承包管理難度大。

EPC合同模式包括設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工內(nèi)容，時(shí)間緊、工作內(nèi)容多，施工后期涉及全專(zhuān)業(yè)穿插，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度控制要求高。

EPC模式實(shí)行限額設(shè)計(jì)、總價(jià)包干。本項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模大，建設(shè)周期內(nèi)材料、設(shè)備及勞動(dòng)力價(jià)格起伏大，涉及專(zhuān)業(yè)眾多，成本控制風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)項(xiàng)目成本管控提出更高要求。

本工程體量巨大，涉及專(zhuān)業(yè)廣，項(xiàng)目土建、機(jī)電、裝飾、幕墻等專(zhuān)業(yè)BIM模型達(dá)300 GiByte，實(shí)施本項(xiàng)目基于BIM的施工管理，需解決大體量模型輕量化處理及模型加載問(wèn)題。

2.3 BIM協(xié)同平臺(tái)綜合應(yīng)用

2.3.1 BIM協(xié)同平臺(tái)部署方式

針對(duì)橫琴科學(xué)城項(xiàng)目BIM服務(wù)周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)安全可控的需求，確定BIM協(xié)同平臺(tái)采用私有化部署的方式，相比采購(gòu)SAAS服務(wù)，私有化部署的優(yōu)勢(shì)如下：

1）安全性更高，系統(tǒng)部署在本地，數(shù)據(jù)更安全可控。

2）可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)隔離，通過(guò)局域網(wǎng)＋外網(wǎng)辦公發(fā)揮綜合優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)部署單位內(nèi)部，內(nèi)部人員可以使用PC局域網(wǎng)連接，速度更快；手機(jī)用戶(hù)＋安全連接可實(shí)現(xiàn)外部訪問(wèn)和單位內(nèi)部互聯(lián)互通。

2.3.2 平臺(tái)服務(wù)器配置

BIM協(xié)同平臺(tái)部署分為3個(gè)部分，分別由4臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)，服務(wù)器接入互聯(lián)網(wǎng)，光纖寬帶上下行速度為50 Mibit/s，服務(wù)器之間內(nèi)部通過(guò)萬(wàn)兆交換機(jī)連接。

1）Web Application Server，由1臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)，磁盤(pán)有較好的讀寫(xiě)性能，有獨(dú)立的公網(wǎng)IP地址，100 M光纖互聯(lián)網(wǎng)寬帶。

2）Application & BIM Server，由2臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)，有較大內(nèi)存、較高的磁盤(pán)讀寫(xiě)性能；有高3D性能的GPU，主要用于模型輕量化處理和模型、圖紙查看服務(wù)以及API服務(wù)；有較大的磁盤(pán)空間。

3）Database Server，由1臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)，用于運(yùn)行MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，有較快的處理器速度和較高的磁盤(pán)讀寫(xiě)性能。

2.3.3 BIM協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用準(zhǔn)備

1）功能測(cè)試。協(xié)同平臺(tái)正式部署前，在測(cè)試環(huán)境對(duì)平臺(tái)基本功能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)合項(xiàng)目管理流程對(duì)基本功能的線上操作流程進(jìn)行修改和完善。

2）平臺(tái)信息上傳制度。為規(guī)范項(xiàng)目BIM協(xié)同平臺(tái)BIM信息資源上傳工作，提高信息資源上傳質(zhì)量，確保安全、準(zhǔn)確、及時(shí)，充分發(fā)揮BIM平臺(tái)在項(xiàng)目各參建方信息共享中的作用，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，為項(xiàng)目制定了BIM平臺(tái)信息資源上傳制度。

3）權(quán)限分配。對(duì)各參建方進(jìn)行了權(quán)限梳理分配，確保了各參建方在平臺(tái)中操作權(quán)限與項(xiàng)目實(shí)際角色功能的一致性。

4）業(yè)務(wù)操作培訓(xùn)。為確保項(xiàng)目各參建方能熟悉掌握系統(tǒng)的使用及管理，確保各方在同一標(biāo)準(zhǔn)、同一平臺(tái)上使用BIM技術(shù)，開(kāi)展了一系列的培訓(xùn)服務(wù)，促進(jìn)整個(gè)項(xiàng)目的BIM平臺(tái)實(shí)施能具體落實(shí)到各個(gè)參建方，從而提升項(xiàng)目整體的BIM協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用的質(zhì)量。

2.3.4 超大體量BIM模型輕量化處理

BIM模型輕量化技術(shù)可以有效減少模型的體積，但隨著B(niǎo)IM技術(shù)的推廣發(fā)展，BIM協(xié)同涉及的專(zhuān)業(yè)越來(lái)越廣，設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維BIM對(duì)模型精度提出了更高的要求，導(dǎo)致BIM模型體量越來(lái)越大。這些大體量的模型即便經(jīng)過(guò)輕量化，在加載的時(shí)候也需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多的資源，這對(duì)BIM模型輕量化技術(shù)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。結(jié)合本項(xiàng)目情況，針對(duì)大模型輕量化在以下方面做了優(yōu)化。

1）幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化。針對(duì)模型的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用了參數(shù)化幾何描述的方式。用關(guān)鍵參數(shù)來(lái)描述一個(gè)幾何體。例如：對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)方體，通過(guò)保存長(zhǎng)方體的中心位置坐標(biāo)，以及長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高來(lái)進(jìn)行記錄。通過(guò)參數(shù)化描述方式，用很少量的數(shù)據(jù)對(duì)模型的幾何信息進(jìn)行保存，減少幾何信息的數(shù)據(jù)大?。▓D1）。

圖1 參數(shù)化幾何描述

此外，在保存相似圖元時(shí)，只保留一個(gè)圖元的完整信息，其他的圖元只記錄完整圖元的引用及對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)信息，通過(guò)對(duì)圖元信息的復(fù)用，進(jìn)一步減少模型的幾何信息，提高輕量化的壓縮比（圖2）。

圖2 相似圖元復(fù)用

2）渲染處理優(yōu)化。一般認(rèn)為單次渲染量＝構(gòu)件數(shù)量×構(gòu)件精度。本平臺(tái)在渲染處理上采用了多重LOD，使用不同級(jí)別的幾何體來(lái)表示觀察對(duì)象，距離越遠(yuǎn)，加載模型越粗糙，距離越近，加載模型越精細(xì)?；诖耍稍诓挥绊懸曈X(jué)效果的前提下，提高顯示效率，降低儲(chǔ)存成本。在視距較遠(yuǎn)的情況下，構(gòu)件數(shù)量多，構(gòu)件精度較低，視距較近時(shí)，構(gòu)件精度高，但構(gòu)件數(shù)量少，通過(guò)此方式可控制單次渲染體量。

此外，根據(jù)視點(diǎn)對(duì)場(chǎng)景圖元建立空間索引，將非視點(diǎn)場(chǎng)景圖元進(jìn)行遮擋剔除處理，并采用批量繪制，將需要合并的模型數(shù)據(jù)作為整體計(jì)算頂點(diǎn)、位置，去除重復(fù)幾何信息（如邊界、相對(duì)位置），提升渲染流暢度（圖3）。

圖3 視點(diǎn)場(chǎng)景構(gòu)件遮擋示意

2.3.5 BIM協(xié)同平臺(tái)加載優(yōu)化

除了在模型輕量化時(shí)針對(duì)大體量模型進(jìn)行優(yōu)化，在大體量模型加載時(shí)也從以下方面做了優(yōu)化，進(jìn)一步提高用戶(hù)在瀏覽大體量模型時(shí)的體驗(yàn)。

1）模型分組。BIM協(xié)同平臺(tái)提供了模型分組管理的功能，管理員可按不同的專(zhuān)業(yè)和區(qū)域?qū)δＰ瓦M(jìn)行分組（用戶(hù)在加載模型時(shí)，可按需加載顯示。每個(gè)用戶(hù)均可單獨(dú)設(shè)置模型瀏覽的偏好，互不影響，方便不同角色的人員快速定位瀏覽模型。

2）模型、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單獨(dú)處理。系統(tǒng)將模型渲染的相關(guān)數(shù)據(jù)單獨(dú)管理，離開(kāi)頁(yè)面時(shí)只釋放頁(yè)面相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，模型相關(guān)數(shù)據(jù)保留在內(nèi)存中。需要重新顯示模型時(shí)，快速?gòu)膬?nèi)存中調(diào)取出來(lái)恢復(fù)模型渲染。如此一來(lái)，用戶(hù)在進(jìn)入BIM協(xié)同平臺(tái)后，只需加載一次模型，即可在不同的業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行切換，無(wú)需重新加載就可以立即顯示，大大提高了用戶(hù)體驗(yàn)及操作的連貫性。

3）輕量化數(shù)據(jù)自動(dòng)緩存。BIM協(xié)同平臺(tái)在加載模型后，用戶(hù)端會(huì)自動(dòng)進(jìn)行緩存，在模型數(shù)據(jù)未發(fā)生改變的情況下，再次瀏覽模型，從本地進(jìn)行加載，可有效減少服務(wù)器寬帶資源的消耗，提高輕量化模型加載的速度（圖4）。

圖4 輕量化數(shù)據(jù)緩存

以本項(xiàng)目6 0 0 個(gè)測(cè)試模型文件為例，總體量為8.8 GiByte，優(yōu)化前加載時(shí)長(zhǎng)120 s，優(yōu)化后加載時(shí)長(zhǎng)縮短為55 s，縮短了54%的加載時(shí)間。

2.3.6 基于BIM協(xié)同平臺(tái)的總承包管理

1）進(jìn)度管理。本項(xiàng)目基于BIM協(xié)同平臺(tái)的進(jìn)度管理，由總承包方計(jì)劃工程師編制項(xiàng)目總進(jìn)度計(jì)劃，上傳至平臺(tái)形成總控計(jì)劃，將計(jì)劃項(xiàng)與對(duì)應(yīng)模型掛接，計(jì)劃工程師以周為單位在移動(dòng)端和Web端填報(bào)計(jì)劃項(xiàng)的實(shí)際完成節(jié)點(diǎn)，并以項(xiàng)目規(guī)定的審批流，發(fā)送至監(jiān)理單位對(duì)應(yīng)責(zé)任人審批，審批通過(guò)后完成實(shí)際節(jié)點(diǎn)的填報(bào)。

根據(jù)計(jì)劃節(jié)點(diǎn)及實(shí)際完成時(shí)間，在平臺(tái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)進(jìn)度模擬，通過(guò)不同顏色塊反映工期超前、滯后的情況，并以周為單位在監(jiān)理例會(huì)進(jìn)行展示匯報(bào)，供各參建方了解、分析管理項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度。

此外，項(xiàng)目計(jì)劃部以周為單位對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航拍，將航拍照片上傳至平臺(tái)，方便各參建方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)形象進(jìn)度有更清晰直觀的把握。

2）質(zhì)量、安全管理。BIM平臺(tái)的質(zhì)量、安全管理流程大致相同，流程如下：監(jiān)理單位通過(guò)移動(dòng)端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全缺陷問(wèn)題進(jìn)行采集記錄，拍照上傳平臺(tái)，選擇對(duì)應(yīng)施工單位責(zé)任人發(fā)起整改流程，并將問(wèn)題項(xiàng)與對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)件掛接，方便管理人員精確掌控問(wèn)題項(xiàng)的位置及詳情，施工單位責(zé)任人收到通知后進(jìn)行問(wèn)題整改，經(jīng)監(jiān)理單位復(fù)檢通過(guò)后閉合此問(wèn)題整改流程。

此外，平臺(tái)支持任意時(shí)間段的質(zhì)量、安全問(wèn)題的篩選統(tǒng)計(jì)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析表顯示待整改、待復(fù)查、閉合項(xiàng)等數(shù)據(jù)，用以展示項(xiàng)目的整體質(zhì)量、安全狀態(tài)與趨勢(shì)，便于高層進(jìn)行管理決策。

3）成本管理。本項(xiàng)目基于BIM的成本管理流程大致為：基于BIM模型算量、模型與算量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、模型與合同清單關(guān)聯(lián)、進(jìn)度款計(jì)算及產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)（圖5）。

圖5 成本管理流程示意

算量數(shù)據(jù)作為成本管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為了確?；贐IM的算量結(jié)果能夠達(dá)到指導(dǎo)項(xiàng)目成本管控，實(shí)施思路如下：

① 整合平臺(tái)算量所需模型的屬性數(shù)據(jù)，調(diào)整建模數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

② 基于上述建模數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，利用Revit二次開(kāi)發(fā)算量插件，采用數(shù)模分離技術(shù)對(duì)測(cè)試模型進(jìn)行全專(zhuān)業(yè)算量。

③ 將測(cè)試模型的BIM算量結(jié)果分專(zhuān)業(yè)與項(xiàng)目造價(jià)咨詢(xún)（廣聯(lián)達(dá)軟件）算量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整BIM算量規(guī)則，控制與造價(jià)咨詢(xún)算量結(jié)果誤差不超過(guò)5%。

④ 按調(diào)整后的算量規(guī)則完成全專(zhuān)業(yè)模型算量?；谏鲜鏊懔拷Y(jié)果，將算量數(shù)據(jù)上傳至BIM平臺(tái)，并根據(jù)構(gòu)件ID將算量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)模型進(jìn)行自動(dòng)掛接。由商務(wù)人員將合同清單、人材價(jià)差調(diào)整數(shù)據(jù)導(dǎo)入平臺(tái)，完善支付規(guī)則、措施費(fèi)等信息。基于進(jìn)度模塊填報(bào)的實(shí)際完工量，綜合合同、簽證、變更等數(shù)據(jù)信息自動(dòng)計(jì)算進(jìn)度款、后續(xù)結(jié)算金額，并完成相應(yīng)的進(jìn)度產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)（圖6）。

圖6 資金產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)

4）設(shè)計(jì)管理。設(shè)計(jì)技術(shù)人員結(jié)合圖紙、三維模型，通過(guò)框選、批注、添加文字等形式標(biāo)記設(shè)計(jì)問(wèn)題，形成問(wèn)題報(bào)告、表單、截圖，再通過(guò)設(shè)置的工作流發(fā)送給相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員，通過(guò)線上會(huì)議機(jī)制，對(duì)圖紙、模型進(jìn)行在線校審，協(xié)同解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，并根據(jù)會(huì)議結(jié)果自動(dòng)生成會(huì)議紀(jì)要（圖7）。

圖7 設(shè)計(jì)問(wèn)題標(biāo)注

5）文檔管理。通過(guò)單文件、批量文件方式，將模型、圖紙、文檔資料導(dǎo)入平臺(tái)，按類(lèi)別、時(shí)間等不同維度進(jìn)行分類(lèi)管理，提供瀏覽、下載、創(chuàng)建、修改、刪除、權(quán)限設(shè)置6種顆細(xì)粒度的權(quán)限控制。

6）模型管理。將上傳的單項(xiàng)模型組合為基礎(chǔ)管理模型，基于此進(jìn)行平臺(tái)各項(xiàng)功能管理，模型支持Web端和移動(dòng)端的模型瀏覽、空間漫游、二三維聯(lián)動(dòng)、三維剖切、縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等操作，并可根據(jù)專(zhuān)業(yè)、樓層、構(gòu)件等查看詳細(xì)屬性信息。

7）駕駛艙展示。將基于三維模型的進(jìn)度可視化展示、質(zhì)量安全問(wèn)題統(tǒng)計(jì)、成本資金數(shù)據(jù)，在駕駛艙集中展示，方便管理人員從不同維度把握項(xiàng)目整體情況，從而進(jìn)行管理分析和決策（圖8）。

圖8 駕駛艙數(shù)據(jù)看板

8）項(xiàng)目報(bào)告。通過(guò)平臺(tái)各板塊數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、設(shè)計(jì)變更、質(zhì)量安全問(wèn)題整改、材料消耗、進(jìn)度款跟蹤等數(shù)據(jù)匯總，生成每周項(xiàng)目報(bào)告，以便項(xiàng)目管理人員分析和決策。

9）App應(yīng)用。App提供了施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、質(zhì)量、安全數(shù)據(jù)的填報(bào)與審批功能，App支持iOS、Andriod智能設(shè)備，同時(shí)針對(duì)各級(jí)項(xiàng)目管理人員移動(dòng)辦公的需求，提供了個(gè)人督辦事項(xiàng)、文檔查看等功能（圖9）。

圖9 移動(dòng)端功能界面、模型瀏覽

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以行業(yè)BIM發(fā)展趨勢(shì)為背景，以BIM平臺(tái)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目案例，研究分析超大體量BIM模型的輕量化處理方式，極大程度地提高了基于大體量BIM模型的平臺(tái)渲染速度、效率以及用戶(hù)交互操作時(shí)的流暢度。輕量化處理方式如下：

1）幾何結(jié)構(gòu)采用參數(shù)化描述形式，相似圖元采用引用＋坐標(biāo)方式。

2）采用多重LOD、遮擋剔除與批量繪制的渲染處理技術(shù)。

3）模型加載方面可進(jìn)行模型分組、模型數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分離加載及本地?cái)?shù)據(jù)緩存加載的方法。

通過(guò)研究基于BIM平臺(tái)的協(xié)同管理與信息交互，分享了基于BIM的總承包管理方法與經(jīng)驗(yàn)，以信息化、可視化方式提高了項(xiàng)目的進(jìn)度管控水平，減少了質(zhì)量缺陷，降低了安全事故風(fēng)險(xiǎn)。以BIM算量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為項(xiàng)目提供了集成化、多維度成本管控方法，提高了工程整體建設(shè)水平，為建設(shè)項(xiàng)目帶來(lái)了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，基于超大體量模型的BIM協(xié)同施工及信息共享平臺(tái)的應(yīng)用，為BIM、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的探索發(fā)展提供了借鑒。