基于BIM的建筑信息集成管理系統(tǒng)概念模型

李明瑞　李希勝　沈琳

摘要：針對我國建筑工程項目“信息傳遞效率低、信息協(xié)同和共享性差、信息利用價值低”的現(xiàn)狀，基于BIM技術(shù)，結(jié)合工程項目的過程管理、多要素管理、參與方管理以及知識管理，構(gòu)建在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以數(shù)據(jù)層、信息模型層和功能應(yīng)用層為核心的信息集成管理的概念模型，并依據(jù)平臺管理和信息集成管理兩大模塊，進行BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺的功能設(shè)計。新型的信息集成管理系統(tǒng)充分挖掘了建設(shè)各個階段的信息，實現(xiàn)了建筑項目信息的高效傳遞、交換和共享，為信息管理系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供參考借鑒，促進建筑業(yè)信息化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM；信息集成管理；知識集成

中圖分類號：S 772文獻標識碼：A文章編號：1001-005X（2015）01-0143-06

Conceptual Model of BIMbased Integrated

Information Management System

Li Mingrui，Li Xisheng*，Shen Lin

（College of Civil Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037）

Abstract：According to the status of construction projects such as low efficiency of information transfer，bad information cooperation and sharing，and low value of information utilization，this paper based on BIM technology and combines process management，multifactor management，participant management and knowledge management in engineering projects together to build a conceptual model of integrated information management which includes the three modules such as the data layer，the information model layer and functional application layer in the distributed network environment.The functional design of the integrated information management system is carried out on the two modules such as platform management and information integrated management.The system can fully explores the information in all stages of the construction and realize highly efficient information transfer，exchange and sharing，which has provided references for the later development of information management system and promoted the development of information in the construction industry.

Keywords： BIM；integrated information management；knowledge integration

收稿日期：2014-08-11

基金項目：江蘇省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳資助項目（js2011jh9）；南京林業(yè)大學優(yōu)勢學科基金（森林工程）

第一作者簡介：李明瑞，碩士研究生。研究方向：工程管理與信息化。

*通訊作者：李希勝，博士，教授。研究方向：工程管理與信息化。Email：Xishengli@163.com

引文格式：李明瑞，李希勝，沈琳.基于BIM的建筑信息集成管理系統(tǒng)概念模型[J].森林工程，2015，31（1）：143-148.建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟中一大支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟總產(chǎn)值中占有很大的比重，其低效的生產(chǎn)效率造成了資源的巨大浪費和環(huán)境的日益惡化[1]。究其原因，主要是由于建設(shè)項目生產(chǎn)過程過于分散，建設(shè)管理模式集成化程度不高，建筑信息之間的傳遞不暢而造成信息缺失。目前，我國建筑業(yè)信息化率僅約0.027%，與國際建筑業(yè)信息化率0.3%的平均水平相比，差距高達11倍，低效的信息化率成為生產(chǎn)效率嚴重滯后的癥結(jié)之一[2]。

隨著對環(huán)境的日益關(guān)注及綠色建筑的大力推廣，人們對于建筑性能的關(guān)注除了常規(guī)的功能使用、布局美觀、經(jīng)濟性能外，更加關(guān)注建筑本體的環(huán)境性能項目。項目實施階段，對傳統(tǒng)的質(zhì)量、成本、進度的管理更側(cè)重于多目標多方案的總體集成優(yōu)化[3]。對建筑項目的評價總體上是基于全壽命周期理論，將項目的建設(shè)、運營、拆除等各階段綜合集成考慮，因而附加在項目主體上的信息量越來越大。針對我國建筑工程項目“信息傳遞效率低，信息協(xié)同和共享性差，信息利用價值低”的現(xiàn)狀，如何充分挖掘建設(shè)各個階段的信息，實現(xiàn)信息的高效傳遞和科學運用，是促進建筑業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵手段之一。在信息化技術(shù)成為21世紀重要經(jīng)濟增長點的大背景下，BIM技術(shù)和計算機模擬輔助設(shè)計應(yīng)運而生[4]，使建筑信息化集成管理成為可能。本文即是依托于BIM技術(shù)，以建筑項目管理理論為基礎(chǔ)，建立了建筑數(shù)據(jù)采集、信息傳遞、信息應(yīng)用的概念模型，以期為后續(xù)信息管理系統(tǒng)的開發(fā)提供借鑒。

2.2信息模型層

信息模型層是建筑信息管理系統(tǒng)中的核心部分，連接著數(shù)據(jù)層和功能應(yīng)用層，主要是利用從BIM數(shù)據(jù)庫中提取的數(shù)據(jù)，進行建筑信息模型的創(chuàng)建，并利用擴展的數(shù)據(jù)進行信息模型的更新完善，為工程項目各參與方提供各自需要的模型信息。如圖2所示。

圖2信息模型層示意圖

Fig.2 The schematic diagram of information model layer

模型圖元定義了所有構(gòu)配件對象及其屬性和操作，因此創(chuàng)建BIM建筑信息模型，首先要從BIM數(shù)據(jù)庫中進行模型圖元數(shù)據(jù)的提取。其中，提取的模型圖元基本數(shù)據(jù)（如幾何數(shù)據(jù)、物理數(shù)據(jù)、功能數(shù)據(jù)等）是描述模型構(gòu)件的自身特征和屬性，用于創(chuàng)建BIM幾何模型。其擴展數(shù)據(jù)是項目管理過程中所產(chǎn)生的與模型圖元關(guān)聯(lián)的信息或資料，如成本數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)、進度數(shù)據(jù)等。通過將大量的、非直接的與模型元素相關(guān)聯(lián)的各種擴展數(shù)據(jù)不斷整合到信息模型中，逐步完善建筑信息模型[15]。針對建筑工程全生命周期不同階段，還可生成相應(yīng)的建筑信息各階段的子模型，各階段子模型又可生成面向應(yīng)用主體的子模型，如項目設(shè)計子階段又可生成建筑設(shè)計子模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計子模型以及MEP設(shè)計子模型等。

2.3功能應(yīng)用層

功能應(yīng)用層主要由工程項目各參與方對信息模型層獲取的各類共享模型信息（如設(shè)計信息、成本信息、進度信息等），運用相應(yīng)BIM軟件進行分析應(yīng)用，并將各自應(yīng)用分析得到的信息進行相互交流和共享。例如，在設(shè)計階段，將Revit Architecture建立的3D建筑信息模型導入到Navisworks中進行建筑信息模型的碰撞檢查；3D建筑信息模型導入到Ecotect Analysis中進行光照、熱能等建筑綜合性能分析；在施工階段，3D建筑信息模型結(jié)合Project創(chuàng)建的施工進度信息進行項目4D進度管理等。但由于目前各軟件公司開發(fā)的數(shù)據(jù)存儲格式標準不同，出現(xiàn)了各專業(yè)軟件之間信息無法共享的問題。IFC作為一個公開的數(shù)據(jù)表達和存儲標準，使得工程類軟件能夠以其作為數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站，完成數(shù)據(jù)的無縫鏈接，實現(xiàn)建筑項目各專業(yè)之間高效的信息交換。利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺創(chuàng)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，來實現(xiàn)工程項目各參與方各專業(yè)之間遠程的信息交流和協(xié)同工作，完成全生命周期內(nèi)模型信息的傳遞和共享。PIP（Project Information Portal項目信息門戶）技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺的核心技術(shù)，通過為建設(shè)項目各參與方提供一個基于網(wǎng)絡(luò)的信息獲取的單一入口，個性化的用戶權(quán)限和用戶界面設(shè)置，創(chuàng)造了項目各參與方各專業(yè)間安全、高效地信息交流和共享環(huán)境。

2.4BIM信息集成管理系統(tǒng)概念模型

全面的建筑工程項目BIM信息集成管理是運用BIM技術(shù)，進行項目全過程、多要素以及各參與方的綜合集成管理。其中，BIM技術(shù)提供集成管理的技術(shù)支撐；過程集成管理將項目的全壽命周期，通過虛擬化組織模式和集成化的項目管理系統(tǒng)串聯(lián)成一個整體；多要素集成管理將成本、質(zhì)量、工期、安全、風險等多要素進行綜合性管理；參與方集成管理通過信息集成管理系統(tǒng)加強了各參與方之間的信息共享、交流和協(xié)同工作[16]。此外，BIM信息集成的過程還應(yīng)是一個知識集成的過程，通過知識的獲取、積累、傳遞、運用、交流和共享實現(xiàn)知識的循環(huán)。

因此，基于已構(gòu)建的數(shù)據(jù)層、信息模型層和功能應(yīng)用層三大模塊，結(jié)合工程項目的過程管理、多要素管理、參與方管理以及知識管理，搭建了分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于BIM技術(shù)的信息集成管理系統(tǒng)概念模型，如圖3所示。

圖3基于BIM的建筑信息集成管理系統(tǒng)概念模型示意圖

Fig.3 The schematic diagram of Conceptual model of BIMbased integrated information management system

2.5BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺功能設(shè)計

BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺由平臺管理和信息集成管理兩大模塊組成。其中，平臺管理模塊主要是針對于系統(tǒng)平臺的管理人員，它們主要對平臺的用戶進行管理以及系統(tǒng)的更新維護。信息集成管理模塊主要針對項目各參與方的用戶，用戶進行注冊登錄后，可以通過數(shù)據(jù)存儲與訪問、BIM模型應(yīng)用等功能模塊對工程項目信息實施管理與應(yīng)用。該模塊是信息集成管理系統(tǒng)平臺的核心。BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺的功能模塊如圖4所示。圖4BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺示意圖

Fig.4 The platform schematic diagram of BIMbased integrated information management system

其中數(shù)據(jù)存儲與訪問功能在設(shè)計時，宜選用Oracle和SQL Server等大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，滿足多項目多專業(yè)對海量數(shù)據(jù)的存儲與使用需求，支持多用戶的并行數(shù)據(jù)訪問。采用基于角色的訪問控制[17]，根據(jù)人員的不同角色設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，如結(jié)構(gòu)專業(yè)人員一般情況下只能對本專業(yè)有讀寫權(quán)限，而對其他專業(yè)數(shù)據(jù)沒有讀寫的權(quán)限，來對數(shù)據(jù)的讀、寫、修改、刪除或提取進行控制，保證數(shù)據(jù)訪問與使用的安全性。

軟件開發(fā)功能設(shè)計時通過提供統(tǒng)一的API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口），使用戶能直接對IFC 數(shù)據(jù)進行編程擴展，免于處理IFC標準復(fù)雜的實體之間的關(guān)系，而根據(jù)專業(yè)應(yīng)用需求進行程序開發(fā)[18]。

BIM模型應(yīng)用功能提供的模型視圖展示以及BIM軟件應(yīng)用功能，使得用戶可以直接對信息模型進行瀏覽，選擇不同的信息模型顯示選項，查看組成信息模型的構(gòu)件并獲取構(gòu)件的相關(guān)屬性，再通過各專業(yè)軟件對建筑信息模型進行各種性能模擬分析，完成各專業(yè)間數(shù)據(jù)的交換和共享，實現(xiàn)項目各參與方之間的協(xié)同工作。

4結(jié)論與展望

論文基于BIM技術(shù)和知識集成理論，構(gòu)建了分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以數(shù)據(jù)層、信息模型層和功能應(yīng)用層為核心的信息集成管理的概念模型，并依據(jù)平臺管理和信息集成管理兩大模塊，進行了BIM信息集成管理系統(tǒng)平臺的功能設(shè)計。通過知識庫和網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺實現(xiàn)了建設(shè)項目全壽命期的信息獲取、存儲、使用、共享、交流與循環(huán)，提高了信息的利用效率，促進了項目各參與方各專業(yè)之間的協(xié)同工作。盡管本文構(gòu)建的基于BIM的建筑信息集成管理系統(tǒng)概念模型在系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)比較完善，但要更好地實現(xiàn)信息的協(xié)同和實時共享傳遞，后期仍需要進行基于BIM的二次開發(fā)，這也是今后研究的重點和方向。

【參考文獻】

[1]光輝，趙塵.我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究綜述[J].森林工程，2013，29（6）：149-152.