陳小利,劉 鑫,劉成偉,滕明焜,郭永昌

(1.中交四航局第六工程有限公司,廣東 珠海 519000;2.北京圖乘科技有限公司,北京 100084;3.廣東工業(yè)大學 土木與交通學院,廣東 廣州 510062)

我國建筑業(yè)進入了平穩(wěn)發(fā)展的時代,建筑業(yè)相關企業(yè)對降本增效需求更加突出。建筑信息化技術(shù)是促進建筑業(yè)相關企業(yè)降本增效重要手段之一,建筑信息模型(building information model,BIM)技術(shù)是目前建筑業(yè)最為重要的信息技術(shù),是繼CAD(computer aided design)技術(shù)后的又一次技術(shù)革命。當前,從國家到地產(chǎn)逐步強制推廣BIM技術(shù),例如雄安新區(qū)自2019年起所有項目招投標均須使用BIM技術(shù)[1];深圳市從2023年起,投資額度1 000萬以上的項目必須使用BIM技術(shù)[2]?？梢?BIM技術(shù)的普及是大勢所趨。BIM技術(shù)的核心特點是協(xié)同工作、提高效率。目前,我國建筑業(yè)逐步開始基于BIM技術(shù)進行項目協(xié)同工作,陸續(xù)出現(xiàn)了BIM協(xié)同工作平臺。

筆者聚焦國內(nèi)工民建領域的BIM協(xié)同工作。目前,已有學者進行了BIM協(xié)同工作相關研究。馬智亮等[3]建立了IPD(integrated project delivery)協(xié)同工作模型,并通過分析IPD項目實施過程中與信息利用相關的角色、活動、信息等要素,建立基于BIM的IPD項目信息利用框架,為確定多參與方協(xié)同流程奠定了基礎。胡嵩煒等[4]針對在上海某隧道與周邊環(huán)境的BIM模型搭建過程中因模型量巨大而產(chǎn)生的協(xié)同工作問題,采用Revit中的工作共享模式,為大型項目BIM模型構(gòu)建中的協(xié)同工作,提供了一種有效且準確的協(xié)同工作方式。陳遠等[5]綜合應用計算機支持協(xié)同工作、IFC(industry foundation classes)標準、建筑信息模型、移動計算、異構(gòu)無線網(wǎng)絡等理論和技術(shù),研究支持建筑工程全生命周期信息管理和協(xié)同工作,開發(fā)了基于移動計算的BIM協(xié)同工作平臺。胡延紅等[6]在試點項目通過BIM和物聯(lián)網(wǎng)平臺對該項目設計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工建造階段進行協(xié)同管理試驗,探索BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化項目技術(shù)、質(zhì)量、進度等方面所發(fā)揮的價值。周福萍[7]進行了BIM協(xié)同設計模式下團隊工作效率影響因素研究,為協(xié)同工作提供了指導;張貝貝[8]進行了面向BIM施工管理的動態(tài)工作流協(xié)同架構(gòu)研究與設計。鄭帥等[9]為降低施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生率,創(chuàng)新性地設計了一種施工協(xié)同系統(tǒng),為降低財產(chǎn)損失和人員傷亡、提高施工現(xiàn)場安全提供了重要參考。SHAFIQ等[10]為解決的模型協(xié)作能力有限、不支持BIM協(xié)作的復雜要求的問題,提出了一種新興的模型協(xié)作系統(tǒng),便于多學科集成。HODA等[11]為確立協(xié)同中的組織關系,便于協(xié)同工作的開展與推廣,建立了基于BIM協(xié)同工作的組織與協(xié)同理論。

國內(nèi)既有研究進行了BIM協(xié)同工作框架研究,但實際BIM協(xié)同工作過程中,多參與方的BIM數(shù)據(jù)交流溝通存在不夠便捷等問題。例如,標注的問題均不能直接反饋到相應建模平臺,制約了協(xié)同工作的效率。近年來,BCF(BIM collaboration forma)作為BIM相關標準中最簡單和有效的標準之一,在歐美等發(fā)達國家逐步推廣應用,可以較好解決BIM協(xié)同工作過程中多參與方的BIM數(shù)據(jù)便捷溝通的問題,但國內(nèi)暫無基于BCF的項目協(xié)同工作研究與應用。因此,筆者提出一種基于BCF的項目協(xié)同工作方法,建立相應BIM協(xié)同工作平臺,實現(xiàn)基于模型構(gòu)件的交流信息在建模軟件與協(xié)同工作平臺之間雙向流動,有助于提高BIM協(xié)同工作效率。

1 協(xié)同工作需求分析

通過調(diào)研相關文獻和對企業(yè)相關項目實際走訪,確定協(xié)同工作需求。在建筑建設過程中,參與方眾多,工作事項各有不同,但基于模型的信息交流是一致的。

1.1 確定參與方

建設工程項目的全壽命周期包含項目的決策設計階段、施工實施階段和運維使用階段,根據(jù)法律法規(guī)及實際情況,參與方包括業(yè)主單位、咨詢單位、設計單位、監(jiān)理單位和施工單位。

1.2 活動事項分析

各參與方各有分工,活動事項相互獨立又相互關聯(lián),業(yè)主單位根據(jù)投資計劃,進行總體建筑設計方案的審查,提出意見。咨詢單位根據(jù)業(yè)主單位的要求,在決策階段提出具有標志性的估算報告及合理化建議。設計單位根據(jù)業(yè)主單位確定的總體建筑設計方案,進行建筑、結(jié)構(gòu)、水電風各專業(yè)之間互相溝通協(xié)調(diào),提出合理化建議,完成初步施工圖設計。監(jiān)理單位接收業(yè)主下發(fā)的施工圖紙,組織進行會審,并提出合理化建議。施工單位根據(jù)業(yè)主下發(fā)的施工圖紙進行圖紙會審和深化,協(xié)調(diào)融合各專業(yè)領域,細化管線排布,提出問題,反饋給業(yè)主、設計及監(jiān)理單位。

1.3 協(xié)同工作流程框架的建立

協(xié)同工作流程包括對參與方與其相關活動的關聯(lián)關系的歸納總結(jié),根據(jù)上述分析,建立協(xié)同工作流程框架,如圖1所示。

圖1 項目協(xié)同工作流程框架

2 基于BCF的項目協(xié)同工作框架

通過上述分析,確定協(xié)同工作的參與方、活動及關聯(lián)關系,結(jié)合IFC和BCF標準,建立基于BCF的項目協(xié)同工作框架。

2.1 IFC標準分析

IFC標準是對建筑環(huán)境的標準化數(shù)字描述,包括建筑物和民用基礎設施等,誕生于20世紀90年代后期,主要為了解決BIM軟件眾多、數(shù)據(jù)格式不一致等問題[12]。IFC標準是BIM的通用標準,目前已被市場上的絕大部分BIM軟件所支持。通過IFC標準能較好解決不同BIM軟件之間數(shù)據(jù)溝通的問題。即通過IFC標準,能夠滿足BIM協(xié)同工作中BIM數(shù)據(jù)內(nèi)容查看的需求。但難以直接通過IFC文件傳遞BIM數(shù)據(jù)以外的參與方交流溝通信息等數(shù)據(jù),例如基于BIM模型的文字批注、視點截圖等。

2.2 BCF格式分析

BCF是一種基于IFC標準的開放標準,2009年由buildingSMART國際實施支持小組(ISG)的成員以及慕尼黑應用科學大學應用建筑信息研究所共同構(gòu)想[13]。此后,經(jīng)過不斷的開發(fā)與迭代,逐步完成并完善了BCF。創(chuàng)建BCF的目的是通過一種開源的標準,基于模型的問題定義,在不同的應用平臺之間進行協(xié)作交流,從而繞過各種各樣的格式和繁雜的工作流。

在BCF應用中,通過傳輸XML格式的數(shù)據(jù),直接引用一個關于問題的視圖,通過PNG和IFC坐標捕獲,定位相關問題的BIM的元素,再通過其IFC Guid把標注問題從一個應用軟件引用到另一個軟件。

基于BCF的工作流可以應用到項目的整個生命周期中,如表1所示。BCF應包括問題描述、作者、接收人、狀態(tài)、類型、截止日期、GUID(全局唯一ID)等信息,同時包含視覺效果,包括視點(IFC坐標)、快照、屏幕截圖和標記。BCF將引用三維模型中的元素、相關文檔和問題。此外,還會存儲部分溝通信息,例如,與問題相關的回應和評論。BCF的特點在于IFC應用工具和BIM建模軟件之間的連通。BCF將準確識別問題涉及的對象,甚至會自動記錄屏幕視圖。因此,相關人員在其建模軟件中打開BCF問題時,視圖會被直接定向到軟件模型中完全相同的視圖,而無需在模型中四處尋找問題涉及的元素或構(gòu)件。BCF的工作模式主要包括“確定主題、創(chuàng)建問題、問題發(fā)出、問題解決”等步驟,如圖2所示。

表1 BCF在項目全生命周期的典型應用

圖2 BCF工作模式

目前,應用BCF主要有兩種方式:①通過基于文件的交換?；谖募慕粨Q工作流程相對簡單和普適,BCF文件在用戶之間傳輸、編輯并返回。與規(guī)定的IFC文件工作流不同,BCF文件能夠“來回”傳遞,只要各個參與方都維護共享的BCF文件的完整性。此外,其多個副本不流通。②通過Web服務?；赪eb服務的API模式是基于文件的工作流的替代方案。該方案主要涉及到BCF服務器的實現(xiàn),同時,也可以選擇將該服務器作為BIM服務器存儲所有的BCF數(shù)據(jù),并使項目參與者在一個集中位置同步創(chuàng)建、編輯或者管理BCF相關內(nèi)容。

BCF允許不同的BIM應用程序,通過使用先前在項目參與方之間共享的IFC數(shù)據(jù)相互交流基于模型的問題。綜上,創(chuàng)建BCF是為了促進開放式溝通和改進基于IFC的流程,繞過專有格式和工作流,易于識別和交換BIM軟件之間基于模型的問題,促進協(xié)同工作。

2.3 基于BCF的項目協(xié)同工作信息框架的建立

IFC標準已經(jīng)逐步成為主流BIM標準,BCF以IFC標準為基礎?；贗FC標準,建立基于BCF的項目協(xié)同工作框架。協(xié)同工作本質(zhì)上是信息溝通與交流。而信息的類型及存在形式多樣。按信息的用途劃分,包括基礎信息、參與方信息、設計信息、交流信息等。綜合以上因素建立協(xié)同工作信息框架,為研發(fā)BIM協(xié)同工作平臺做鋪墊?；贐CF的項目協(xié)同工作信息簡化框架如圖3所示。

圖3 基于BCF的項目協(xié)同工作信息簡化框架

3 BIM協(xié)同工作平臺的建立及驗證

3.1 BIM協(xié)同工作平臺的建立

3.1.1 平臺開發(fā)環(huán)境

平臺以前后端分離的模式進行開發(fā),采用MVVC架構(gòu),保證系統(tǒng)的可維護性和可擴展性[14]。整體開發(fā)環(huán)境如表2所示。

表2 BIM協(xié)同平臺開發(fā)環(huán)境

3.1.2 平臺開發(fā)

平臺由主頁及前后臺、單點登錄及權(quán)限管理、組件通信、數(shù)據(jù)庫、API(應用編程接口)、對象存儲、消息隊列、工作線程、郵件通信等組件構(gòu)成,各組件之間保持一定的獨立性,耦合程度低,便于系統(tǒng)整體的可維護性和可擴展性,其相互之間的信息流動如圖4所示。

圖4 平臺組成流程圖

其中,BIM模型的解析、展示和交互操作是整個系統(tǒng)最核心的部分,通過修改和完善第三方開源庫的代碼,提高模型在移動端的展示效果,降低資源消耗,平臺大部分時間能夠在主流的中高端設備上穩(wěn)定運行。針對移動端用戶的操作習慣進行優(yōu)化設計,提升了移動端用戶的使用體驗。提供通過網(wǎng)絡和本地文件上傳兩種文件掛接方式,用戶可選擇根據(jù)實際情況自行選擇。

3.1.3 BIM協(xié)同工作平臺

基于上述工作,研發(fā)軟件,建立基于BCF的項目協(xié)同工作平臺界面。在建模軟件信息溝通方面,以Revit為樣板,使用BCF協(xié)同平臺信息插件,以實現(xiàn)與建模軟件的信息交流。

3.2 實際工程案例驗證

平臺在南充國際會展中心PPP項目中進行實際應用,該項目總用地119 022 m2,規(guī)劃總建筑面積約104 500 m2,屬于大型公共建筑,參與方眾多,包括總承包方中交四航局和分包方共8個,工程管理人員約68人。該項目中協(xié)同工作平臺具體使用人數(shù)為32人,主要包含設計方、總承包和業(yè)主方。BIM協(xié)同工作平臺的使用截圖如圖5所示,相關人員在兩周內(nèi)共提出298個問題,并直接指派到相應責任人,根據(jù)和傳統(tǒng)人工交流的方式相比,提高了施工方與設計方的信息交流效率,使得設計方與施工方預定交流工期縮短了7天,減少了現(xiàn)場交流200余次。協(xié)同平臺導出的BCF信息在建模軟件Revit中的應用如圖6所示。例如,圖5中序號為8的“旗桿”問題,在建模軟件右側(cè)的BCF管理插件中直接點擊“旗桿”問題視圖后,建模軟件便可自動定位到與問題視圖一致的模型視圖,供相關人員按問題意見修改模型。研究表明,該方法使得業(yè)主方、設計方、施工方等項目參與方信息交流更為高效。

圖5 BCF驗證案例界面截圖

圖6 BCF信息在建模軟件Revit中的應用截圖

4 結(jié)論

(1)研究了BCF標準和多參與方協(xié)同工作模式,在國內(nèi)開創(chuàng)性的提出了一種基于BCF的項目協(xié)同工作方法;研發(fā)了相應的BIM協(xié)同工作平臺,實現(xiàn)了基于模型構(gòu)件的信息交流在建模軟件和協(xié)同平臺間的雙向流動,并通過實際工程案例應用證明其可行性;研究的推廣與應用,使得基于BIM模型的交流更加精準,有助于提高BIM協(xié)同工作的效率,促進BIM技術(shù)的推廣與普及。

(2)研究目前僅以Revit軟件為研究對象,有一定的局限性。后續(xù)將以Catia和Bentley等主流建模軟件為研究對象,以驗證高改方法在不同平臺中的通用性,進而實現(xiàn)多個建模平臺的信息交流,促進BIM技術(shù)的應用。