基于企業(yè)架構(gòu)的BIM族庫(kù)管理系統(tǒng)研究與實(shí)踐

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

引言

Revit族作為一個(gè)可編輯圖元組，不僅包含了相關(guān)圖形，而且也囊括了通用屬性(即參數(shù))。從根本上來(lái)看，Revit族是同類、同批建筑工程構(gòu)件的集合，是構(gòu)建BIM模型過程中必不可少的一部分，對(duì)于整個(gè)BIM流程而言至關(guān)重要[1]。Revit族庫(kù)，指的是在遵循參數(shù)、特性等屬性的條件下，將眾多的Revit族分類歸檔為數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，對(duì)于企業(yè)而言，Revit族庫(kù)是其核心資產(chǎn)的來(lái)源之一，也是一種知識(shí)積累。

隨著中建八局項(xiàng)目的開展和深入，完成了對(duì)相關(guān)族資源的積累。工作中，可直接調(diào)用族庫(kù)數(shù)據(jù)，依據(jù)實(shí)際需要調(diào)整參數(shù)，以使工作效率得到提升。但同時(shí)存在兩方面問題：

一方面，因?yàn)锽IM技術(shù)的發(fā)展存在著不平衡性，使得業(yè)務(wù)領(lǐng)域開始趨于多元化，各個(gè)子企業(yè)對(duì)所積累成果的存儲(chǔ)手段均為“離散存儲(chǔ)”，不僅使企業(yè)內(nèi)部以及項(xiàng)目間無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)成果的共享，同時(shí)不利于集中管控以及成果流轉(zhuǎn)。

另一方面，中建八局以文件形式作為Revit族存儲(chǔ)管理的主要方式，將Revit族存儲(chǔ)在各子公司自建服務(wù)器中。該方式存在諸多隱患問題，如無(wú)審查機(jī)制、低檢索效率、低安全性，不能使Revit族達(dá)到較高的可復(fù)用性以及正確性。

為應(yīng)對(duì)以上問題，需要通過廣泛的復(fù)用來(lái)更加合理地對(duì)族庫(kù)資源進(jìn)行管理，提高BIM的工作效率，降低BIM的實(shí)施成本[2]。

1 企業(yè)BIM族庫(kù)的設(shè)計(jì)

1.1 族庫(kù)的開發(fā)需求分析

在對(duì)中建八局企業(yè)總部、二級(jí)公司、三級(jí)公司、以及200余個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)出中建八局族庫(kù)管理系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)需求。具體如表1所示。

對(duì)于族庫(kù)管理系統(tǒng)而言，既要擁有角色管理、權(quán)限管理與人員管理的功能[3]，還需研發(fā)族庫(kù)管理與查詢、批量升級(jí)與報(bào)表統(tǒng)計(jì)、族上傳/下載與版本管理等功能[4-6]。

(1)PC端。Revit客戶端提供了和Revit的無(wú)縫集成，在Revit的基礎(chǔ)上，通過提供上傳、下載、云同步、屬性添加等功能，讓使用者可以方便地與族庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行溝通； 通過對(duì)參數(shù)的管理，以及模型的展示，可以更方便地操作目標(biāo)族文件。

表1 業(yè)務(wù)需求分析

創(chuàng)建二級(jí)公司管理二級(jí)公司創(chuàng)建三級(jí)公司管理三級(jí)公司用戶管理專業(yè)管理族批量上傳族批量下載族下載族審核屬性添加增加族參數(shù)修改族參數(shù)刪除族參數(shù)云同步更新日志管理加密方式設(shè)置統(tǒng)計(jì)管理企業(yè)總部√√√√√√√√√√√√√√二級(jí)公司√√√√√√√√√√√√√√√√√三級(jí)公司√√√√√√√√√√√√√√BIM工程師√√√√√√

(2)Web端。對(duì)于族庫(kù)系統(tǒng)的管理，通過脫離Revit的簡(jiǎn)化方式來(lái)進(jìn)行。該端提供了包括用戶管理、日志管理、統(tǒng)計(jì)中心、分公司管理、專業(yè)管理等功能。

1.2 族庫(kù)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 族庫(kù)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

由圖1可看出，該系統(tǒng)主要包含以下結(jié)構(gòu)，即：

(1)基礎(chǔ)架構(gòu)層。該結(jié)構(gòu)層借助于數(shù)據(jù)服務(wù)器的使用，通過操作系統(tǒng)以及辦公網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)環(huán)境軟件的作用下來(lái)實(shí)現(xiàn)搭建過程。負(fù)載均衡以及虛擬化技術(shù)，提升了服務(wù)端穩(wěn)定性[7-8]。

(2)系統(tǒng)功能層。該層將用戶管理、接口管理、權(quán)限管理等通用功能抽象，引入工作流等成熟框架，對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行了重用，實(shí)現(xiàn)了與已有系統(tǒng)的正常對(duì)接。

(3)應(yīng)用功能層。該層主要分為兩大部分，其一是族庫(kù)管理，其二是相關(guān)過程管理。

(4)外部接入層。因該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境是Revit 2019，所以，BIM工程師可通過Revit對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行使用。

2 族庫(kù)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

族庫(kù)系統(tǒng)是基于Autodesk Revit平臺(tái)的族文件管理軟件，借助Revit SDK進(jìn)行二次開發(fā)，能夠與Revit無(wú)縫集成，且支持Revit多個(gè)版本，平臺(tái)包括Web端管理和Revit插件端工具。

Web端采用MVC框架，將業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離，通過MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過EF方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問； 插件端通過WebAPI請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)； 插件端使用SDK中的外部應(yīng)用程序和外部命令接口來(lái)啟動(dòng)族庫(kù)管理平臺(tái)及運(yùn)行各功能，通過后臺(tái)權(quán)限管理控制用戶的上傳下載權(quán)限，通過監(jiān)聽Revit事件完成族文件的加解密操作，加密包括系統(tǒng)級(jí)、文件級(jí)及水印三種方式，以實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)加密。

為了實(shí)現(xiàn)族文件的結(jié)構(gòu)化管理，平臺(tái)可以為各分公司創(chuàng)建獨(dú)立的文件庫(kù)，并支持在庫(kù)下進(jìn)行各專業(yè)及更詳細(xì)的目錄劃分。

2.2 主要功能特色

2.2.1 基于企業(yè)級(jí)架構(gòu)的多級(jí)權(quán)限管理

在Revit中對(duì)BIM模型的構(gòu)建過程離不開對(duì)族的使用，企業(yè)需要以生產(chǎn)實(shí)際以及專業(yè)需求為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基于企業(yè)級(jí)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

1)分公司管理。中建八局企業(yè)管理構(gòu)架模式采用“垂直管理、區(qū)域協(xié)調(diào)”的組織架構(gòu)，縱向上總體分為局總部和二級(jí)公司、三級(jí)公司、經(jīng)理部/項(xiàng)目部。系統(tǒng)管理的體系實(shí)現(xiàn)了中建八局基于企業(yè)級(jí)架構(gòu)的多級(jí)管理，各個(gè)管理層級(jí)實(shí)現(xiàn)不同的功能，分公司既可以享有中建八局公用族庫(kù)，也可以在系統(tǒng)內(nèi)同步搭建私有族庫(kù)。

圖2 分公司管理

圖3 專業(yè)管理

2)用戶的角色與權(quán)限定義?？赏ㄟ^用戶管理模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管理人員分組，對(duì)用戶權(quán)限修改。此模塊實(shí)現(xiàn)高級(jí)管理人員對(duì)項(xiàng)目中所有用戶的管理。分為新用戶、BIM工程師、三級(jí)公司管理員、二級(jí)公司管理員，局總部管理員等幾個(gè)管理級(jí)別。

3)報(bào)表統(tǒng)計(jì)。管理人員以系統(tǒng)已有族為依據(jù)，按需生成報(bào)表。通過族的具體應(yīng)用反饋，對(duì)族庫(kù)持續(xù)擴(kuò)充、改進(jìn)。

圖4 上傳與下載排行

圖5 日志管理

2.2.2 入庫(kù)信息的分類與檢索

為確保應(yīng)用的有效性，應(yīng)制定與BIM族庫(kù)相符的管理制度。對(duì)成果資源的組織架構(gòu)、數(shù)據(jù)重用、以及成果檢索進(jìn)行有效的控制[9]。

族的自主編碼。在各模型或各專業(yè)當(dāng)中，通過編碼的規(guī)范化命名可讓族的數(shù)據(jù)傳遞得到保障，如此才能讓計(jì)算機(jī)更加便捷地檢索、存儲(chǔ)和識(shí)別。當(dāng)成果歸入族庫(kù)時(shí)，需通過審核與加工，籍此確保族庫(kù)中相應(yīng)建筑成果(如存儲(chǔ)方式、屬性信息、數(shù)據(jù)類型、分類方式、命名規(guī)則和BIM模型等)的有效管理。

信息內(nèi)容的規(guī)范與統(tǒng)一是必要條件，同時(shí)，檢查并規(guī)范入庫(kù)信息完整性也是重要前提，唯有如此，才能根據(jù)BIM成果管理要求對(duì)模型、文檔等資料進(jìn)行審核。

圖6 族庫(kù)管理系統(tǒng)族入庫(kù)/下載/檢索

2.2.3 屬性信息的高度可擴(kuò)展

Revit建模將族視為基礎(chǔ)單元，其可復(fù)制性、可參數(shù)化驅(qū)動(dòng)是較為顯著的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)出的族的優(yōu)劣將直接影響到建模效率。Revit中對(duì)各類族進(jìn)行了界定，所以制作的族同時(shí)具有幾何屬性和非幾何屬性，同時(shí)包含了幾何尺寸、形狀以及材質(zhì)等參數(shù)化信息，如何對(duì)這些屬性進(jìn)行合理組織和有效獲取，是該系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工作[10]。族庫(kù)管理系統(tǒng)中，屬性信息的擴(kuò)展涉及自定義屬性與修改族參數(shù)兩方面內(nèi)容。

1)自定義屬性。“參數(shù)”中創(chuàng)建或選擇已有參數(shù)，選擇“文本”、“整數(shù)”、“數(shù)字”與“日期”四種“參數(shù)類型”中的一種，輸入具體參數(shù)值，完成自定義屬性的添加；

2)修改族參數(shù)。對(duì)話框中連續(xù)添加自定義參數(shù)，當(dāng)對(duì)自定義屬性的值需要修改時(shí)，直接對(duì)其值進(jìn)行修改，對(duì)創(chuàng)建者可刪除不需要的自定義屬性。

圖7 族的屬性信息擴(kuò)展功能

2.2.4 同步更新至最新版本

快速地將項(xiàng)目中使用的族自動(dòng)更新到最新版本，項(xiàng)目間的數(shù)據(jù)便可實(shí)現(xiàn)傳遞以及流轉(zhuǎn)。

檢查當(dāng)前項(xiàng)目中族文件的版本是否與“族服務(wù)器”中對(duì)應(yīng)的族文件版本信息相同，同時(shí)可以快速地將項(xiàng)目中族文件自動(dòng)更新到最新版本。若檢索發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前項(xiàng)目/本地工作目錄族文件不是最新版本，進(jìn)行同步更新操作后族文件自動(dòng)更新到最新版本，若“族服務(wù)器”中已經(jīng)刪除該族，更新后本地該族文件上傳至“族服務(wù)器”中?；蛘弋?dāng)前項(xiàng)目族文件與“族服務(wù)器”中對(duì)應(yīng)的族文件版本保持一致。

2.2.5 族文件的數(shù)據(jù)安全管理

族庫(kù)管理系統(tǒng)提供了功能強(qiáng)大的文件加解密功能，通過多層次的文件加密功能，能夠保證客戶的文件得到充分的保護(hù)[11]。加密機(jī)制主要分為文件級(jí)別和內(nèi)容級(jí)別。

1)文件級(jí)加密

如果對(duì)文件進(jìn)行了文件級(jí)的加密，那么該文件必須在安裝了族庫(kù)客戶端的PC上打開，對(duì)于其他的電腦，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示； 對(duì)相應(yīng)的文件添加水印來(lái)彰顯企業(yè)對(duì)文件的所有權(quán)。

2)內(nèi)容級(jí)加密

內(nèi)容級(jí)的加密主要是對(duì)族文件的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的加密，其具體分為三個(gè)級(jí)別：

級(jí)別1：參考面、標(biāo)注等不可見； 如屏蔽一些圖例信息。

圖9 內(nèi)容級(jí)別加密

圖10 族文件使用頻次的統(tǒng)計(jì)和分析

級(jí)別2：參考面、標(biāo)注等不可見+參數(shù)驅(qū)動(dòng)尺寸不工作； 在該級(jí)別的加密中，還禁止參數(shù)驅(qū)動(dòng)尺寸的功能。

級(jí)別3：參考面、標(biāo)注等不可見+參數(shù)驅(qū)動(dòng)尺寸不工作+公式隱掉； 可以完全把族文件中的公式隱藏，更高級(jí)別地控制了族庫(kù)的信息，如圖9所示。

2.2.6 族文件使用情況的統(tǒng)計(jì)分析

云端保存了相關(guān)數(shù)據(jù)成果，能夠按時(shí)間、按專業(yè)對(duì)高頻使用和較少使用的族文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，確定下一階段將圍繞哪個(gè)分布分項(xiàng)、子項(xiàng)進(jìn)行族文件的更新與維護(hù)。

2.3 工程實(shí)踐效果

1)BIM模型的信息共享，提升了協(xié)同工作效率。BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目應(yīng)用的過程中，會(huì)涉及到項(xiàng)目各參與單元間的協(xié)同工作和成果數(shù)據(jù)共享等要求。各專業(yè)族數(shù)量情況， 2017年族總數(shù)11 540個(gè)， 2018年、2019年的增長(zhǎng)率分別為31.5%、22.6%，目前族總數(shù)為21 305個(gè)，其中以機(jī)電專業(yè)、建筑專業(yè)、園林景觀專業(yè)族數(shù)量居多，三者占族數(shù)量的78.9%。族庫(kù)為建筑工程項(xiàng)目的多參與方、跨地域、跨組織的協(xié)同工作提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

圖11 各專業(yè)族數(shù)量增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)

2)保障了BIM成果的數(shù)據(jù)安全。相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑成果信息管理模式，基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)的BIM服務(wù)模式顯著提高了構(gòu)件數(shù)據(jù)的安全性[12]。BIM云服務(wù)將項(xiàng)目中相關(guān)的成果數(shù)據(jù)都保存在了云端，專業(yè)的軟硬件安全保護(hù)策略，使得數(shù)據(jù)安全得到了更好的保障。

3 結(jié)論

族庫(kù)管理系統(tǒng)，作為中建八局BIM推進(jìn)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是提高BIM建模效率的有效手段。該系統(tǒng)不僅能夠確保族具有較高的可復(fù)用性，同時(shí)還能夠提升其有效性，使中建八局對(duì)族的管理規(guī)范化，同時(shí)為中建八局快速建模系統(tǒng)、中建八局快速算量系統(tǒng)的軟件研發(fā)奠定了基礎(chǔ)，受到了各級(jí)業(yè)務(wù)人員的肯定，具有很好的應(yīng)用前景。