羅冠鑫 李兵 萬鵬

(中國建筑第四工程局有限公司，廣州510665)

引言

城市信息模型（City Information Modeling，簡稱CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字化重構(gòu)城市空間、建筑與設(shè)施、資源與環(huán)境等實體，監(jiān)測感知其發(fā)展變化、仿真表達歷史現(xiàn)狀未來多維多尺度信息，模擬城市規(guī)劃、建設(shè)與管理運營過程，構(gòu)建起數(shù)字空間的城市信息有機綜合體[1]。

1 CIM 平臺竣工驗收備案定義與需求

1.1 基于CIM 平臺的竣工驗收備案的定義

要支撐城市信息城市信息模型的運行，需要一個能夠滿足城市信息模型數(shù)據(jù)在其中進行交互、交匯的平臺，這個平臺就稱之為CIM 平臺[2]。CIM 平臺不僅是一個平臺和系統(tǒng)，而是城市信息模型基礎(chǔ)平臺與基于城市信息模型基礎(chǔ)平臺構(gòu)建的各專項應(yīng)用系統(tǒng)的總和[3]。其中，竣工驗收備案系統(tǒng)就是專項應(yīng)用系統(tǒng)主要應(yīng)用之一。旨在通過計算機技術(shù)解決竣工驗收交付物分析處理與集成管理?；贑IM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)，就是在CIM 平臺上完成三維數(shù)字化竣工驗收及備案等相關(guān)工作[4]。建設(shè)工程竣工后，建設(shè)單位將建設(shè)工程竣工資料交付規(guī)劃、消防、環(huán)保、人防等多部門進行聯(lián)合驗收，并將出具的竣工驗收認可文件或準許使用文件報建設(shè)行政主管部門審核[5]。最終，實現(xiàn)將工程竣工資料在竣工驗收系統(tǒng)等CIM 平臺中的備案。

1.2 基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼需求

CIM 平臺竣工驗收備案，對竣工驗收備案時的模型和資料提出了完整性、合規(guī)性、一致性檢查的多面性要求。完整性檢查，即檢查工程圖紙、掛接文件、變更材料和屬性信息的完整性。合規(guī)性檢查，則是對是否符合驗收規(guī)范進行檢查以及對檢測結(jié)果進行檢查。一致性檢查，則是圖紙和模型、竣工驗收模型與施工圖審查模型、變更資料與模型差別及竣工模型與竣工現(xiàn)場實際模型多過程的一致性檢查。

如圖1 所示，CIM 平臺對竣工驗收模型數(shù)據(jù)及資料數(shù)據(jù)的檢查和對比提出了大量地功能實現(xiàn)要求。研究表明，形成一套適宜的編碼方案將可以很好地解決這些問題。通過定義數(shù)據(jù)和資料不同情況和表現(xiàn)形式，尤其是分類和表達，將大大地提高竣工驗收備案數(shù)據(jù)與資料對比準確性[6]。因此，基于CIM 平臺上的竣工驗收備案系統(tǒng)研究一套適宜的編碼體系將必不可少[7]。

圖1 基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織關(guān)系圖

目前，與BIM[8]及CIM 相關(guān)的編碼規(guī)范[9]主要有GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標準》。GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標準》按照建設(shè)成果、建設(shè)進程、建設(shè)資源、建設(shè)屬性4 個內(nèi)容分出15 個分類表[10]。編碼時，編碼結(jié)構(gòu)先寫“表代碼”，然后加上每個分類表內(nèi)的對象。下分四級類目依次分為“大類”“中類”“小類”“細類”。用戶可以從不同的角度選擇分類編碼方式來對建筑信息模型進行編碼說明，該方式具有較強的面分法特點。其中，建設(shè)成果的元素分類方式能夠反映建筑信息模型的不同元素類別，同時由于細分的深度達到元素級，有利于計算機執(zhí)行歸類。而CIM 的竣工備案分類編碼時相對于其他的編碼分類方式也有更強的相關(guān)性。

由于CIM 平臺對竣工驗收備案功能實現(xiàn)要求具有一定的特殊性，現(xiàn)有編碼體系均難以滿足CIM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)。基于CIM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)的特殊性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）需加大編碼深度

GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標準》[11]的編碼能達到元素級，但同類元素下具體組成構(gòu)件無法表達，要讓基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)實現(xiàn)構(gòu)件的檢查，需要各個構(gòu)件有獨立編碼。因此，需要加大編碼的深度使每個構(gòu)件都有編碼。

（2）需構(gòu)件編碼在模型全生命周期內(nèi)傳遞

CIM 平臺竣工驗收備案系統(tǒng)要求施工圖審查模型和竣工驗收模型進行對比檢查，兩個模型構(gòu)件做自動判斷識別，找到變更構(gòu)件（如圖2 所示）。由于設(shè)計模型和施工模型創(chuàng)建單位不同且各單位間的建模方式、構(gòu)件編碼也均不盡相同，導(dǎo)致模型不能上下傳遞。因此，就需要通過一套唯一的構(gòu)件編碼系統(tǒng)實現(xiàn)項目多階段乃至全生命周期傳遞。

圖2 模型一致性檢查示例圖

（3）通過編碼實現(xiàn)模型和資料有效關(guān)聯(lián)

CIM 平臺竣工驗收備案系統(tǒng)的一致性檢查要求是將對比模型中的差別與變更資料相關(guān)聯(lián)，就是需要在施工圖審查模型和竣工驗收模型或項目現(xiàn)場和竣工驗收模型出現(xiàn)差別時，有掛接的資料能夠提供發(fā)生模型變更和現(xiàn)場變更的證據(jù)文件，證明其變更的原因。因此，利用編碼能夠有效地實現(xiàn)這個工作難題。

（4）編碼需結(jié)合施工過程的特點

作為能在CIM 平臺進行的竣工驗收備案，除要保留設(shè)計階段的信息以外，更重要地是對于施工階段的信息進行添加和表達，同時匹配竣工驗收備案的要求。而竣工驗收備案時，資料和信息是以分部分項來進行驗收的，因此，編碼應(yīng)考慮結(jié)合分部分項驗收的特點，對表現(xiàn)施工的信息及保證資料信息的可靠性很有必要。

鑒于以上四個方面的特殊性，各個之間并不孤立，這些均需我們在探索新的編碼方案時進行統(tǒng)籌考慮。

2 基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼方案

2.1 編碼方案的基礎(chǔ)

2.1.1 總體思路

針對基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)的需求，所采用的編碼方案應(yīng)按照如下思路進行：

（1）保證施工圖模型已賦予唯一性編碼

竣工驗收備案模型的主要模型信息來源是施工圖模型，對施工階段而言，施工圖模型的深度比規(guī)劃模型可使用性高?；谶@個編碼方案，施工圖模型中每一構(gòu)件均賦予一個唯一性編碼，使每一構(gòu)件的幾何信息、屬性信息等均與這一編碼對應(yīng)，從而，讓計算機實現(xiàn)快速檢索。

（2）竣工圖模型沿用唯一性編碼

唯一性編碼一旦賦予給了某個構(gòu)件，該編碼將沿用至項目全生命期內(nèi)設(shè)計階段、施工階段、竣工驗收階段及運維階段，實現(xiàn)對模型構(gòu)件的全生命期識別、修改、深化、信息添加，使每一構(gòu)件在模型各階段應(yīng)用時，對模型的各種信息進行更新完善。因此，在施工階段，對構(gòu)件信息的深化過程中，構(gòu)件的唯一性編碼不應(yīng)改變。對同一位置的同一構(gòu)件，應(yīng)保持竣工圖模型與施工圖模型唯一性編碼的一致性，以便計算機能通過編碼識別相同構(gòu)件。

（3）通過唯一性編碼進行對比審查

竣工圖模型交付后，通過對竣工圖模型和施工圖模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件逐一進行屬性信息和幾何信息的對比審查，其中以幾何信息和重點屬性信息對比為重點。長寬高、位置等幾何信息的變化，通過布爾運算，標識出變化的構(gòu)件，方便審查人員核對；類似混凝土的標號等重點屬性信息，通過賦值對比，標識出變化的屬性信息。有幾何信息和屬性信息偏差的地方應(yīng)當(dāng)有必要的變更單、聯(lián)系函等資料作為對比差異的合法性支撐。

2.1.2 編碼原則

要滿足編碼的有效性，需要在編碼的思路中體現(xiàn)如下原則：

（1）施工圖模型及竣工圖模型中的每一個構(gòu)件需要有唯一性編碼。只有保證模型每個構(gòu)件都存在唯一性的編碼，才能在平臺中準確區(qū)分和定位每一個模型，這是進行對比審查的基礎(chǔ)；

（2）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)在單一模型中唯一。以單一模型為考慮對象，模型內(nèi)構(gòu)件的唯一性編碼應(yīng)當(dāng)唯一，這樣才能準確區(qū)分每一個模型中的構(gòu)件；

（3）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)賦予到模型中可拆分的最小構(gòu)件。對于模型中的構(gòu)件唯一性編碼，應(yīng)當(dāng)賦予至最小不可拆分層次，保證對比審查的精細程度；

（4）唯一性編碼原則應(yīng)在設(shè)計階段、施工階段、運維階段等各階段統(tǒng)一。各階段唯一性編碼統(tǒng)一，才能進行各階段信息的表達。如無法保持統(tǒng)一，也應(yīng)當(dāng)建立對應(yīng)的指向關(guān)系；

（5）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)遵循統(tǒng)一規(guī)則。由于采用線分法，可以建立比較簡單的編碼層次關(guān)系，編碼宜采用線分法進行分類。按照統(tǒng)一的規(guī)則進行唯一性編碼的結(jié)構(gòu)組織，方便讀取編碼和檢查編碼；

（6）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)考慮存在一定的彈性。施工圖模型到竣工圖模型，可能會存在構(gòu)件的拆分和替換，宜在唯一性編碼中體現(xiàn)這種變化，唯一性編碼中應(yīng)有能讓構(gòu)件繼續(xù)進行新增編碼的操作彈性；

（7）唯一性編碼錄入考慮機器為主，人工為輔。由于施工圖模型、竣工圖模型中添加唯一性編碼的工作量較大，且容易出錯。因此唯一性編碼的錄入考慮以機器錄入為主，人工錄入為輔，且考慮信息的復(fù)用；

（8）唯一性編碼用來檢查構(gòu)件變化，施工過程的特征信息用來匹配該構(gòu)件的掛接資料?？煽紤]按照竣工驗收的分部分項輔助資料掛接。

2.1.3 審查對比實現(xiàn)

施工圖模型與竣工圖模型同一性對比審查包含唯一性編碼對比審查、幾何信息對比審查、屬性信息對比審查等三方面內(nèi)容。

唯一性編碼對比審查。通過軟件識別構(gòu)件的唯一性編碼，標識出施工圖模型和竣工圖模型中唯一性編碼不一致的構(gòu)件，包括前后編碼不一致、編碼缺失等問題，方便審查人員核對前后模型差異部分。

（1）幾何信息對比審查。對于模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件，通過軟件對構(gòu)件進行布爾運算，如前后構(gòu)件存在偏差，則對構(gòu)件予以標識，方便審查人員進一步核對構(gòu)件的區(qū)分。

（2）屬性信息對比審查。對于模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件，通過軟件對各相同屬性的值或?qū)傩栽鰷p進行比對，如前后構(gòu)件存在偏差，則對構(gòu)件予以標識，方便審查人員對構(gòu)件屬性信息進行核對。

如施工圖模型與竣工圖模型通過上述審查后，差異部分有合法資料作為支撐，則認為前后模型保持一致。如不能通過上述審查，則生成對比審查報告，供審查人員參考。

2.2 編碼方案具體內(nèi)容

根據(jù)總體思路、基本原則，研究組列出以下幾種編碼的方案作為對比研究基礎(chǔ)，具體方案內(nèi)容為：

2.2.1 GUID 碼方案

GUID，全稱Globally Unique Identifier，即全局唯一標識符。是一種由算法生成的二進制長度為128 位的數(shù)字標識符。在理想情況下，任何計算機和計算機集群都不會生成兩個相同的GUID。GUID 的總數(shù)達到了2^128（3.4×10^38）個，所以隨機生成兩個相同GUID 的可能性非常小，但并不為0。所以，用于生成GUID 的算法通常都加入了非隨機的參數(shù)（如時間），以保證這種重復(fù)的情況不會發(fā)生。

GUID 的 格 式 為“xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxxxxxx”，其中每個 x 是 0-9 或 a-f 范圍內(nèi)的一個4 位十六進制數(shù)。例如：6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，即為有效的 GUID 值。

在絕大多數(shù)建模軟件中，構(gòu)件上都有隨機生成的GUID 碼。該編碼方式是完全隨機的，以軟件生產(chǎn)，不需要人為干預(yù)，也不以人為規(guī)則而改變。生成的編碼不包含具體含義，是天然的唯一碼形式。

2.2.2 模型ID 和元素ID 組合碼

通過計算機賦予模型“模型ID”和構(gòu)件“元素ID”組合的唯一性編碼來定義構(gòu)件的唯一性。編碼格式為“模型ID_元素ID”。該編碼前段“模型ID”以“地區(qū)碼+ 日期碼+ 模型碼”作為組合，后半段“元素ID”為元素的構(gòu)件碼。例如：4401060012019121000001_19999，表示“廣州市天河區(qū)五山街道2019 年12 月建立的第1 個模型中流水號為19999 的構(gòu)件。”

該方案的模型賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段全部資料都已經(jīng)到位，準備交付交付平臺前，交付時由軟件生成唯一性編碼?？⒐D模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼。

2.2.3 模型ID、元素ID 和分部分項組合碼

該方案的編碼方式是在“模型ID”和“元素ID”編碼的基礎(chǔ)上，通過增加“分部分項ID”對唯一性編碼進行屬性說明，提高唯一性編碼的可辨識性。編碼的格式為“模型ID_元素ID_分部分項ID”。編碼的前段“模型ID”為“地區(qū)碼+日期碼+模型碼”，中段“元素ID”為元素的構(gòu)件碼，后段“分部分項ID”為施工階段的分部分項標識碼。例如：4401060012019121000001_19999_JG0201，表示“廣州市天河區(qū)五山街道2019 年12 月建立的第1 個模型中流水號為19999 的構(gòu)件，其屬于砌體結(jié)構(gòu)分部分項?！?/p>

該方案“模型ID”和“元素ID”模型賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段全部資料都已經(jīng)到位，準備交付交付平臺前，交付時由軟件生成唯一性編碼。竣工圖模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼。“分部分項ID”賦碼環(huán)節(jié)則安排在施工階段的竣工交付前。模型ID 和元素ID 賦碼工作由軟件生成，分部分項ID 由人工或軟件填寫。

2.2.4 分部分項和GUID 組合碼

該方案采用“系統(tǒng)標識碼/分部分項ID+流水編碼組合碼”的組合碼形式，也能生成唯一性編碼。編碼格式為“分部分項ID_GUID 流水編碼”。編碼的前段為“分部分項ID”的分部分項標識碼，編碼后段為生成的“GUID”流水碼。例如：JG0201_6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，表示“砌體分部分項中的某一構(gòu)件”[12]。

該方案賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段填寫完畢分部分項ID，交付時生成GUID 流水編碼?？⒐D模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼。分部分項標識碼由軟件輔助人工填寫，GUID 流水編碼由軟件生成。

2.3 編碼方案比選及確定

2.3.1 方案優(yōu)劣勢分析

根據(jù)每個方案的特點，研究組將四個方案在使用時的優(yōu)劣勢做了分析，如表1 所示。

表1 四種方案的優(yōu)劣勢分析

2.3.2 推薦方案

按照上述分析，結(jié)合操作的便利性和軟件實現(xiàn)的可能性，研究組認為采用模型ID、元素ID 和分部分項ID 組合碼（方案三）以及分部分項ID 和GUID 組合碼（方案四）來進行基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼，能較好地滿足CIM 平臺在竣工驗收備案中關(guān)于模型比對、資料掛接、體現(xiàn)施工特點等方面的多種需求。同時通過編寫插件或軟件來進行大部分的自動賦碼，實現(xiàn)賦碼過程“機器多干活少思考，讓人員少干活多思考”的理念，幫助編碼模式落地而展現(xiàn)出更好的適應(yīng)性，推薦在編碼應(yīng)用中采取方案三和方案四來作為實施方案。另外需要注意的是，由于目前沒有成熟的模型ID、元素ID 和分部分項ID，后續(xù)實踐時需要對這三種編碼的具體形式展開進一步的研究和定義，尤其是分部分項ID 的編碼方式，因其對指導(dǎo)施工活動進行和竣工模型完成有直接作用和重要影響，十分具有創(chuàng)建價值，更需要做認真的研究和反復(fù)的論證。

3 結(jié)論

通過對編碼及編碼方案的研究和實踐，發(fā)現(xiàn)采用唯一碼編碼方案是實現(xiàn)基于CIM 平臺竣工驗收備案有效途徑，如果在唯一碼方案中融入以分部分項為基礎(chǔ)的組合編碼方式來升級唯一碼的內(nèi)容，更能在竣工驗收備案時體現(xiàn)施工過程的特點，掛接施工過程形成的各種資料，匹配竣工驗收流程。同時也能更好地滿足CIM 平臺需求，幫助CIM 平臺上的相關(guān)竣工驗收備案參與方更好地開展信息化工作，提高政府主管部門和企業(yè)的信息化管理水平和CIM 協(xié)同體驗，對未來CIM平臺的進一步發(fā)展起到良好的推動和促進作用。