摘 要：【目的】BIM輕量化管理系統(tǒng)作為BIM技術應用的重要方向，在數(shù)據(jù)與模型的關聯(lián)匹配、構(gòu)件體量與數(shù)量、加載速度與功能使用等方面還存在較多問題。針對上述問題，對BIM輕量化管理系統(tǒng)進行研究?！痉椒ā竣偈褂糜嬎銠C編程技術，開發(fā)“任務包”的數(shù)據(jù)處理算法；②使用BIM模型數(shù)模分離技術實現(xiàn)BIM模型輕量化；③將工程信息編碼文字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼信息?！窘Y(jié)果】使用以上技術，該BIM輕量化管理系統(tǒng)實現(xiàn)了如下功能：①實現(xiàn)了BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等各類工程項目信息數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通；②實現(xiàn)了BIM模型的屬性數(shù)據(jù)與幾何模型信息的分別存儲，并實現(xiàn)跨模型屬性查詢和應用；③有效解決了BIM模型信息讀取、管理維護、模型體量大、加載速度等方面問題。【結(jié)論】該研究在G104京嵐線濟南黃河公路大橋擴建工程HHDQ-1標段得到了應用，取得了較好的經(jīng)濟、社會效益。

關鍵詞：BIM管理系統(tǒng)；“任務包”方法；信息編碼；數(shù)模分離；數(shù)據(jù)庫；輕量化

中圖分類號：U445" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2024）20-0078-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.20.015

Research and Application of BIM Lightweight Management System Based on \"Task Package\" Method

Abstract： [Purposes] As an important direction of BIM Technology application， BIM lightweight management system still has many problems in data and model association and matching， component volume and quantity， loading speed and function use.Aiming at the above problems， the BIM lightweight technology is studied. [Methods] The main methods are as follows： ①using computer programming technology，" the data processing algorithm of \"task package\" is developed;②BIM model is lightweight by using digital analog separation technology; ③engineering information encoded text information is converted into digital encoded information. [Findings] Using the above technologies， the BIM lightweight management system realizes the following functions： ①it realizes the interconnection of information and data of various engineering projects such as BIM， GIS， Internet of Things， etc;②the attribute data and geometric model information of BIM model are stored separately， and cross model attribute query and application are realized;③it effectively solves the problems of BIM model information reading， management and maintenance， large model volume， loading speed and so on. [Conclusions] The study has been applied in the HHDQ-1 section of the extension project of Jinan Yellow River Highway Bridge on G104 JingLan line， and achieved good economic and social benefits.

Keywords： BIM management system; \"Task package\" method; information encoding; digital analog separation; database; lightweight

0 引言

BIM輕量化管理系統(tǒng)以BIM模型為基礎載體，根據(jù)實際需求，實現(xiàn)建筑工程協(xié)同辦公，可在PC端、Web端和移動端使用。目前，BIM管理系統(tǒng)類產(chǎn)品主要分為3類［1］：①BIM模型查看系統(tǒng)-模型查看功能，可對模型外觀、材質(zhì)等進行可視化觀察，但其無法讀取模型其他信息，功能單一；②BIM平臺類產(chǎn)品的模型錄入平臺后，對模型進行輕量化處理，獲取模型信息，實現(xiàn)成本、進度等方面的管理；③BIM引擎將模型的展示、操作、信息提取等功能進行封裝，以API的形式開放給第三方開發(fā)者。

BIM輕量化管理系統(tǒng)涉及BIM模型輕量化標準、工程信息編碼、數(shù)據(jù)庫等方面的研究，受到眾多專家學者的廣泛關注。曹芳［1］ 從BIM協(xié)同管理系統(tǒng)應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢方面，對BIM協(xié)同管理平臺開發(fā)現(xiàn)狀及在設計和施工階段的各項應用進行了闡述，并對協(xié)同管理平臺發(fā)展趨勢進行了分析。李鑫等［2］ 基于BIM輕量化技術的協(xié)同管理平臺，以系統(tǒng)研發(fā)為核心，打通了模型文件格式轉(zhuǎn)換、BIM輕量化、云渲染展示各環(huán)節(jié)之間的壁壘。張云超［3］ 從大型復雜項目協(xié)同管理平臺方面進行了研究，總結(jié)了目前BIM協(xié)同管理平臺的現(xiàn)狀，并在實際工程項目中進行了應用。邱奎寧等［4］ 對BIM模型輕量化的IFC標準進行研究，總結(jié)出了BIM正向設計中的輕量化方法。焦柯等［5］ 對數(shù)模分離技術進行研究，總結(jié)了模型數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)分離加載及本地數(shù)據(jù)緩存加載的輕量化方法，以及幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)化描述形式。孫源等［6］對多源異構(gòu)BIM模型輕量化進行研究，總結(jié)了相似圖元采用引用+坐標方式、多重LOD、遮擋剔除與批量繪制的渲染處理技術。向前等［7］對大體量BIM模型輕量化進行了研究。陳科等［8］對“三點法”，楊吉等［9］對 IFC標準法，段元杰［10］對LBSF輕量化文件存儲格式、陳慶財?shù)龋?1］、陳龍等［12］對BIM模型 LOD技術進行研究。

BIM協(xié)同管理的核心環(huán)節(jié)是準確有效獲取、使用、傳遞模型中的信息，國內(nèi)外已開發(fā)的BIM協(xié)同管理系統(tǒng)產(chǎn)品，主要功能涵蓋二維圖紙和三維模型聯(lián)動查看、任務流程管理、基于模型的設計問題反饋、移動端辦公、企業(yè)和項目數(shù)據(jù)看板、報表、進度和成本管理等［1］。目前，普遍的方法是平臺提取模型中自帶的信息，然后使用者加以利用。但是該獲取BIM模型信息的方式有以下缺點：一是對模型自身的LOD精度要求較高，在建立BIM模型上會消耗大量的時間和精力；二是BIM模型體量較大，占用資源較多，模型加載速度較慢，導致系統(tǒng)運行不流暢；三是對模型本身信息依賴性強，使調(diào)用、維護模型信息不靈活。

為了解決上述技術問題，本項目將數(shù)模分離技術、BIM模型的輕量化技術和BIM模型與編碼的關聯(lián)技術進行有機融合，研發(fā)基于“任務包”的BIM輕量化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)BIM應用的協(xié)同管理。

1 技術原理

1.1 數(shù)據(jù)管理方式

目前，主要有兩種BIM模型數(shù)據(jù)的管理方式，具體如下。一是 IFC標準，用于不同BIM建模軟件數(shù)據(jù)的交換與共享，其主要面向建筑工程行業(yè)，并擴展到其他領域［4］。IFC標準可實現(xiàn)不同BIM軟件輸出統(tǒng)一標準的工程數(shù)據(jù)進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，但存在數(shù)據(jù)丟失、文件過大、數(shù)據(jù)拆分過程復雜等問題。二是數(shù)模分離技術，其將數(shù)據(jù)、信息等在BIM建模過程中直接錄入模型，通過輕量化技術將數(shù)據(jù)與模型分離，可在不同的應用場景中調(diào)用不同模型和數(shù)據(jù)。數(shù)模分離技術一定程度上提高了系統(tǒng)的運行速度，但存在模型輕量化速度慢、數(shù)據(jù)拆分過程復雜、BIM模型加載速度慢等問題。

本研究針對數(shù)模分離技術存在的問題進行優(yōu)化，改變模型數(shù)據(jù)攜帶模式，將工程信息導入數(shù)據(jù)庫，進行獨立存儲和處理，以工程信息編碼作為掛接幾何模型和工程信息的橋梁，通過“任務包”，在輕量化Web或者客戶端進行掛接。該方式作為一種基于數(shù)據(jù)庫的管理方式，BIM模型與數(shù)據(jù)并行管理，模型建立時減少了非幾何信息添加，通過二次開發(fā)將錄入Excel表格中的數(shù)據(jù)信息進行批量添加，完成模型和數(shù)據(jù)的匹配，并可通過Excel表格對模型數(shù)據(jù)進行維護，BIM平臺整體運行流程如圖1所示。

1.2 輕量化技術

輕量化是影響B(tài)IM技術工程應用的重要環(huán)節(jié)。本研究針對該問題，將BIM模型中幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)進行拆分。對剝離非幾何數(shù)據(jù)后的模型，進行參數(shù)化和三角化幾何描述及相似性算法，減少點、線、面的數(shù)量等的“減面”處理，降低幾何數(shù)據(jù)體量和PC端、Web端、移動端的渲染計算量，從而提高BIM模型數(shù)據(jù)傳輸和渲染速度，滿足查看要求。

1.3 信息關聯(lián)技術

模型和數(shù)據(jù)庫上傳至BIM平臺后，任務包識別數(shù)據(jù)庫中的信息編碼，將工程信息與模型關聯(lián)，使模型—信息編碼—工程信息三者聯(lián)動。查詢模型信息時，只需檢索相應BIM模型構(gòu)件，即可查詢到對應的工程信息，或者檢索工程信息，也可定位到BIM模型，實現(xiàn)BIM模型與工程信息關聯(lián)的同時，有效降低模型體量，提高工程數(shù)據(jù)管理與維護的便利性。

2 “任務包”及模型建立

2.1 “任務包”的概念及功能

“任務包”方法集成各類工程項目信息，以計算機編程的方式，打包封裝后形成數(shù)據(jù)包裹。系統(tǒng)讀取了通過數(shù)據(jù)接口錄入的“任務包”后，圍繞“任務包”內(nèi)的工程信息，對項目的BIM管理進行整體控制，系統(tǒng)可同時運行數(shù)個“任務包”，各“任務包”獨立運行，極大提高了BIM管理系統(tǒng)的使用效率。任務包的優(yōu)勢及功能如下。

2.1.1 基于“任務包”的數(shù)據(jù)處理算法。以計算機編程的方式，集成BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等各類工程項目信息，通過算法處理，打包封裝形成“任務包”，通過數(shù)據(jù)接口錄入到管理平臺中，系統(tǒng)讀取后，圍繞任務包內(nèi)的工程信息，對項目管理進行整體控制，可實現(xiàn)多任務包并行計算，提高管理系統(tǒng)的使用效率。

2.1.2 BIM模型數(shù)模分離輕量化技術。采用屬性數(shù)據(jù)和幾何模型分離的存儲方法，將多種BIM模型解析后提取實體屬性信息存入數(shù)據(jù)庫中，同時將幾何信息轉(zhuǎn)換為OSG格式存儲在項目文件夾中，讀取模型時只需讀取OSG文件即可查看幾何模型，再調(diào)用屬性信息數(shù)據(jù)庫查詢實體屬性，可極大提高模型讀取效率，實現(xiàn)跨模型屬性查詢和應用。

2.1.3 BIM模型、GIS模型、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的有機融合。使用自主研發(fā)的數(shù)據(jù)處理算法，將輕量化后的BIM、GIS模型、工程項目的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)有機融合到一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，打通“信息孤島”，解決現(xiàn)有BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)工程項目管理平臺中的數(shù)據(jù)簡單疊加、有機融合不足的問題。

2.2 工程信息編碼

本研究結(jié)合工程行業(yè)的相關規(guī)范、工程量清單計價、企業(yè)內(nèi)部定額等，編制工程信息編碼，主要內(nèi)容包括序號、項目名稱、單位、地區(qū)劃分、工作內(nèi)容等，其中序號和地區(qū)劃分為數(shù)字編碼，每個工程信息都只有唯一的序號和地區(qū)劃分，其是區(qū)分工程信息的唯一依據(jù)。項目名稱、單位、工作內(nèi)容是對數(shù)字編碼的解釋。任務包與模型信息、BIM模型、工程信息編碼之間的關系如圖2所示。

2.3 創(chuàng)建BIM模型

模型內(nèi)容的確定與參數(shù)化設計，主要包括以下兩部分：①基于“任務包”信息確定模型清單；②構(gòu)件參數(shù)化設計、拆分與合并，確定模型LOD精度。建模難度大時，可對模型進行簡化處理，以提高建模效率，實現(xiàn)建模效率和模型質(zhì)量間的平衡狀態(tài)。

由于模型本身對工程信息存儲的局限性，創(chuàng)建模型時，應盡量減少模型中的原始信息，以免造成模型信息的冗余。通過二次開發(fā)Revit插件，實現(xiàn)Excel表單中的項目信息編碼批量導入BIM模型，并與構(gòu)件匹配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫（Excel表單數(shù)據(jù)）和構(gòu)件一一對應，能極大提高Revit運行速度，并提高BIM模型創(chuàng)建效率。BIM模型自身攜帶的工程信息較少，可以提高模型輕量化速度，以及系統(tǒng)的運行速度，使系統(tǒng)運行更流暢。當需要擴展、修改、刪除、更新模型中的信息時，直接維護Excel表格即可。輕量化BIM模型與工程信息編碼掛接如圖3所示。

3 工程實踐

該管理系統(tǒng)在G104京嵐線濟南黃河公路大橋擴建工程HHDQ-1標段得到了應用，實現(xiàn)了模型輕量化，數(shù)模分離，工程信息編碼與BIM模型掛接。結(jié)合項目實際情況和BIM模型的特點，通過自定義材料、機械、設備編碼庫，將BIM模型與工程信息編碼掛接，點擊BIM模型構(gòu)件，便可查看對應的造價、成本、材料、設備等信息，從而實現(xiàn)對成本、進度、質(zhì)量的管控。反之，通過在項目部任務包編碼庫中檢索指定編碼，即可定位到對應的BIM模型，查看模型的進度、質(zhì)量、成本管控、風險點的情況，實現(xiàn)對工程施工現(xiàn)場的雙向控制。在此基礎上，將合同、價格與BIM模型掛接，實現(xiàn)了進度、成本管控，為項目降本增效，加強對工程項目進度的管控提供了條件，輕量化BIM模型與合同、材料設備價格掛接如圖4所示。

4 結(jié)論

本文針對BIM輕量化技術進行了系統(tǒng)研究及工程應用，主要創(chuàng)新點如下：①開發(fā)了“任務包”的數(shù)據(jù)處理算法，將BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等各類工程項目信息的有機融合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)互聯(lián)互通；②研發(fā)了BIM模型數(shù)模分離輕量化技術，分離存儲屬性數(shù)據(jù)和幾何模型，極大提高了模型讀取效率，實現(xiàn)了跨模型屬性查詢和應用；③建立了工程信息編碼，轉(zhuǎn)化文字工程信息為數(shù)字編碼信息，有效解決了信息讀取、管理維護、模型體量、加載速度等方面的問題；④該系統(tǒng)在G104京嵐線濟南黃河公路大橋擴建工程HHDQ-1標段得到了應用，實現(xiàn)了對項目整體的有效管控，取得較好的經(jīng)濟、社會效益。

參考文獻：

［1］曹芳.BIM協(xié)同管理平臺應用現(xiàn)狀與趨勢研究［J］.河南科技，2019（19） ：103-105.

［2］李鑫，蔣綺琛，于鑫，等.基于BIM輕量化技術的協(xié)同管理平臺研究與實踐［J］.土木建筑工程信息技術，2020，12（3）：59-64.

［3］張云超.基于BIM技術的大型復雜項目協(xié)同管理平臺研究［J］.建筑施工，2016，38（10）：1479-1482.

［4］邱奎寧，張漢義，王靜，等.IFC技術標準系列文章之一：IFC標準及實例介紹［J］.土木建筑工程信息技術，2010，2（1）：68-72.

［5］焦柯，陳少偉，許志堅，等.BIM正向設計實踐中若干關鍵技術研究［J］.土木建筑工程信息技術，2019，11（5）：19-27.

［6］孫源，王國光，趙杏英，等.BIM模型輕量化技術研究與實現(xiàn)［J］.人民長江，2021，52（12）：229-235.

［7］向前，黃瑞涵，凌莉，等.超大體量BIM模型的協(xié)同施工及信息共享平臺應用［J］.建筑施工，2022，44（5）：1067-1070.

［8］陳科，張力，管林杰，等.考慮幾何特征的BIM模型輕量化方法研究［J］.人民長江，2022，53（2）：209-213.

［9］楊吉，鄭宇寧.通過BIM與企業(yè)數(shù)字化管理平臺協(xié)同應用實現(xiàn)數(shù)字建造［J］.價值工程，2022，41（18）：130-132.

［10］段元杰.基于輕量化BIM的信息協(xié)同管理系統(tǒng)開發(fā)與應用［D］.徐州：中國礦業(yè)大學，2021.

［11］陳慶財，馮蕾，梁建斌，等.BIM模型數(shù)據(jù)輕量化方法研究［J］.建筑技術，2019，50（4）：455-457.

［12］陳龍，郭軍，張建中.三維模型輕量化技術［J］.工礦自動化，2021，47（5）：116-120.