BIM 數(shù)據(jù)管理框架體系分析

劉興昊　張建平

[摘 要]目前BIM技術(shù)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)管理框架體系的建立較為模糊，一個(gè)數(shù)據(jù)集成的框架管理體系對(duì)于BIM技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)尤為重要，文章對(duì)框架體系組成進(jìn)行理論分析，并結(jié)合典型案例經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化BIM數(shù)據(jù)框架組成及數(shù)據(jù)交互方式，以實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的各項(xiàng)功能。

[關(guān)鍵詞]BIM 數(shù)據(jù)框架；信息集成；交互方式

[DOI]10-13939/j-cnki-zgsc-2015-27-050

1 引 言

國(guó)際建筑行業(yè)對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用已趨成熟，BIM技術(shù)的發(fā)展主要依托于信息的集中化處理，建筑行業(yè)中，建筑信息模型依托于大量的信息，信息的收集與處理以及交互方式尤為重要，將信息的存儲(chǔ)管理形成一個(gè)框架必不可少，龐大的建筑信息為建筑過(guò)程中各個(gè)參建方提供了各種便利，從建筑信息中各取所需，實(shí)現(xiàn)信息的高度集成，避免出現(xiàn)信息孤島。基于BIM數(shù)據(jù)管理分散的不足，因而需要建立一個(gè)集存儲(chǔ)和管理于一體的數(shù)據(jù)框架體系。

2 BIM管理框架

BIM的發(fā)展日益完善，對(duì)BIM管理框架的需求也就更加的豐富，不僅需要提供單純的數(shù)字信息，同樣需要有多維的空間、時(shí)間、屬性信息，要建立BIM數(shù)據(jù)管理的框架，應(yīng)該先分析采用BIM技術(shù)應(yīng)滿足哪些需求，根據(jù)需求來(lái)建立框架。結(jié)合國(guó)內(nèi)外BIM應(yīng)用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，BIM的數(shù)據(jù)框架可以稱(chēng)之為一種集成管理系統(tǒng)[1]，BIM數(shù)據(jù)管理框架需要包含數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的集成管理與協(xié)同工作等幾大內(nèi)容，該框架主要的幾個(gè)組成模塊分別是：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交互共享、數(shù)據(jù)安全保證、數(shù)據(jù)技術(shù)支持、數(shù)據(jù)框架的操作界面等。

2-1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

BIM技術(shù)依賴于大量的建筑有關(guān)信息集成，這些大量信息的存儲(chǔ)是BIM管理框架的重要組成部分，為了滿足多專(zhuān)業(yè)、多用戶之間的信息溝通時(shí)能夠統(tǒng)一、有序，信息的存儲(chǔ)就需要使用一個(gè)共通標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上通用的IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)是BIM目前比較成熟的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[2]，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作為整個(gè)框架的信息庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)的支持是整個(gè)管理框架的基礎(chǔ)。

2-2 數(shù)據(jù)管理

有了數(shù)據(jù)后需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，海量的信息的分類(lèi)、瀏覽查詢、更新及轉(zhuǎn)換是該部分框架內(nèi)容需要具備的功能。[3]在建立好圖形模型的基礎(chǔ)上將建筑信息進(jìn)行匹配，按照類(lèi)型和應(yīng)用專(zhuān)業(yè)分類(lèi)，同時(shí)在數(shù)據(jù)錄入后，所有數(shù)據(jù)可通過(guò)圖形模型瀏覽查詢，可以根據(jù)具體需求分層次、分建筑部位、分建筑專(zhuān)業(yè)、分構(gòu)件等方式進(jìn)行查詢匹配，為數(shù)據(jù)管理帶來(lái)方便。

數(shù)據(jù)的管理還存在時(shí)間有效性，為保證建筑信息模型的真實(shí)和時(shí)效性，部分?jǐn)?shù)據(jù)是需要及時(shí)更新的，必須根據(jù)實(shí)際建筑工程項(xiàng)目的進(jìn)展，對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)管理進(jìn)行更新和補(bǔ)充。

2-3 數(shù)據(jù)交互共享

BIM技術(shù)的核心部分就是數(shù)據(jù)的交互與共享，這也是整個(gè)BIM數(shù)據(jù)框架的核心部分，數(shù)據(jù)反映的是建筑物的虛擬化信息，參數(shù)化的建筑模型，通過(guò)這些信息可對(duì)建筑物進(jìn)行分析、計(jì)算和修改。[4]做到事前控制，建筑工程最為重要的就是實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)之間的信息溝通和共享，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)之間協(xié)同作業(yè)，這是BIM技術(shù)的價(jià)值所在，要滿足這一點(diǎn)，就需要保證數(shù)據(jù)交互與共享渠道能夠暢通、準(zhǔn)確、便捷，通過(guò)數(shù)據(jù)交互共享極大地節(jié)約各個(gè)BIM參與方之間信息溝通交流的成本。

2-4 數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行是提供上述框架正常工作的基礎(chǔ)，所以數(shù)據(jù)安全不僅是要保證所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)無(wú)遺失、錯(cuò)亂和混淆，也要保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提取過(guò)程中能夠穩(wěn)定有效[5]。

數(shù)據(jù)安全要有保障，需要建立至少一個(gè)備用數(shù)據(jù)庫(kù)，使用一個(gè)常用數(shù)據(jù)中心，同時(shí)一個(gè)備用數(shù)據(jù)庫(kù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息是同步更新，在進(jìn)行訪問(wèn)、查詢、修改等操作時(shí)只針對(duì)常用數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)安全的保證模塊是BIM數(shù)據(jù)管理框架中必不可缺的。

2-5 數(shù)據(jù)技術(shù)支持

在任何建筑工程項(xiàng)目中多少會(huì)出現(xiàn)技術(shù)人員之間對(duì)接問(wèn)題的情況，諸如設(shè)計(jì)變更、技術(shù)交底、編制方案等[6]，在建筑信息模型的基礎(chǔ)上通過(guò)信息溝通交互渠道，各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在以信息為基礎(chǔ)的模型載體上做出技術(shù)支持，為建筑工程提供技術(shù)服務(wù)，這是數(shù)據(jù)框架的現(xiàn)實(shí)意義內(nèi)容。

2-6 數(shù)據(jù)框架操作平臺(tái)

BIM應(yīng)用是以模型和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，所有信息集成于圖形模型之中，對(duì)于建模人員來(lái)說(shuō)也許操作比較方便，但是對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的模型要如何直觀表達(dá)所需要的信息，那就需要有一個(gè)數(shù)據(jù)框架的操作平臺(tái)、操作界面，通過(guò)一個(gè)直觀的操作平臺(tái)將建筑信息展示出來(lái)，比如查看工期，選擇技術(shù)方案、查看項(xiàng)目部署情況，準(zhǔn)備材料供貨計(jì)劃等。讓數(shù)據(jù)的利用效率更高效，為不同的BIM技術(shù)參與者提供良好的操作平臺(tái)。

根據(jù)以上對(duì)數(shù)據(jù)管理框架各部分的分析，數(shù)據(jù)管理框架大致可由六個(gè)模塊組成，不同模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，具體如圖1所示。

圖1 BIM數(shù)據(jù)框架組成

3 BIM 數(shù)據(jù)管理框架案例分析

3-1 芬蘭IFC 數(shù)據(jù)模型框架

IFC 標(biāo)準(zhǔn)是建筑行業(yè)的通行標(biāo)準(zhǔn)，芬蘭使用IFC標(biāo)準(zhǔn)為構(gòu)架數(shù)據(jù)基礎(chǔ)格式[7]，建立了IFC Model Server（IFC的構(gòu)架模型服務(wù)器），由于其采用IFC標(biāo)準(zhǔn)，使其具有較好的擴(kuò)展性，為信息傳輸交互的統(tǒng)一性做好了第一步，該IFC Model Server主要包含三大模塊：數(shù)據(jù)表達(dá)轉(zhuǎn)換模塊（IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型表達(dá)、數(shù)據(jù)識(shí)別轉(zhuǎn)換）、數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊（客戶遠(yuǎn)程訪問(wèn)、用戶本地編輯）、數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)交互模塊（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)交換通道、數(shù)據(jù)處理中心）。具體框架如圖2所示。

圖2 IFC Model Server框架

從圖2中可看出該IFC Model Server整體框架是按照數(shù)據(jù)訪問(wèn)、傳輸?shù)倪^(guò)程來(lái)建立的，將IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯編，與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器聯(lián)通后，發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的傳播途徑優(yōu)勢(shì)，將用戶及客戶需求信息進(jìn)行傳遞，該框架簡(jiǎn)易明了，但是也存在不足：①基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)與非IFC標(biāo)準(zhǔn)的文件數(shù)據(jù)管理、兼容難以統(tǒng)一；②數(shù)據(jù)庫(kù)更新管理欠缺有效方法；③數(shù)據(jù)信息交換流程與行業(yè)的數(shù)據(jù)交換流程存在較大差異；④建筑行業(yè)存在多用戶多角色的交互協(xié)同，單一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)框架無(wú)法滿足需求。

3-2 挪威EDM數(shù)據(jù)模型框架

挪威建筑行業(yè)對(duì)于BIM數(shù)據(jù)管理框架的建立，基于Express 數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Express Data Manage technology，EDM），稱(chēng)為EDM Model Server。[8]該框架同樣是用戶通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器系統(tǒng)的交互方式實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)用的各項(xiàng)功能（專(zhuān)業(yè)角色模塊、數(shù)據(jù)模塊、流程模塊），同樣支持IFC 文件導(dǎo)入導(dǎo)出、建筑模型瀏覽（模型圖形顯示、數(shù)據(jù)圖表顯示、模型目錄樹(shù)等）、子模型導(dǎo)入導(dǎo)出、模型版本管理（模型更新記錄）、模型認(rèn)證權(quán)、模型檢查等。相比于 IFC Model Server，EDM Model Server對(duì)模型版本的更新管理就更容易，數(shù)據(jù)交換也更符合工程流程化，對(duì)不同專(zhuān)業(yè)用戶之間的數(shù)據(jù)交互更為準(zhǔn)確，更符合工程應(yīng)用需求。EDM模型框架分為各專(zhuān)業(yè)客戶端及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器兩大塊，本地用戶端數(shù)據(jù)有自己的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)功能，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)固定數(shù)據(jù)格式與遠(yuǎn)端服務(wù)器對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通信操作，這樣對(duì)不同用戶來(lái)說(shuō)界面更容易區(qū)分和使用。EDM模型框架體系如圖3所示。

圖3 EDM Model Server框架

雖然EDM Model Server框架對(duì)比IFC Model Server框架有優(yōu)勢(shì)，但同樣也存在一些不足之處：①針對(duì)非IFC標(biāo)準(zhǔn)的文件數(shù)據(jù)管理和兼容性差；②基于流程的信息交換模型提取不完全，不能較好地配合工程需求；③對(duì)數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)對(duì)象的需求級(jí)別不明顯，導(dǎo)致無(wú)法從宏觀到微觀實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。

4 BIM 數(shù)據(jù)管理框架優(yōu)化

根據(jù)前面對(duì)目前行業(yè)中較為常用的IFC 模型框架以及EDM模型框架的案例分析，BIM數(shù)據(jù)管理框架體系基本包含的模塊已確定，在前期提出的BIM數(shù)據(jù)管理框架體系的基礎(chǔ)上可以考慮從以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化：

（1）加強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)器的整體性，包括操作界面，模塊之間的聯(lián)系；

（2）提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中文件格式的支持能力，使之不僅對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)文件以及非IFC標(biāo)準(zhǔn)文件之間轉(zhuǎn)換的支持；

（3）根據(jù)工程流程和專(zhuān)業(yè)用戶之間的協(xié)調(diào)情況，優(yōu)化信息傳輸交換流程渠道，同時(shí)增強(qiáng)信息溝通的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率；

（4）增強(qiáng)數(shù)據(jù)信息與模型圖形之間的關(guān)聯(lián)，優(yōu)化操作界面，使操作界面中獲取數(shù)據(jù)的有效率得到提高，完善數(shù)據(jù)和模型的同步性，幫助用戶實(shí)現(xiàn)BIM的綜合管理功能。

結(jié)合BIM數(shù)據(jù)管理框架的組成體系以及總結(jié)IFC模型框架與EDM模型框架的優(yōu)缺點(diǎn)，再考慮到

數(shù)據(jù)框架的優(yōu)化內(nèi)容，可以對(duì)之前提出的BIM數(shù)據(jù)管理框架體系進(jìn)行一個(gè)整體優(yōu)化，具體優(yōu)化后的框架體系如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的BIM數(shù)據(jù)管理框架體系

5 結(jié) 論

本文對(duì)BIM數(shù)據(jù)管理框架體系進(jìn)行了分析，找到BIM數(shù)據(jù)管理框架體系具有的模塊組成內(nèi)容應(yīng)包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)交互共享、數(shù)據(jù)安全保證、數(shù)據(jù)技術(shù)支持、數(shù)據(jù)框架的操作界面，并分析了具有代表性的IFC數(shù)據(jù)模型框架與EDM數(shù)據(jù)模型框架兩個(gè)案例，得出BIM數(shù)據(jù)管理框架應(yīng)具備的功能模塊，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)案例中存在的缺點(diǎn)，并針對(duì)BIM數(shù)據(jù)管理框架的模塊組成進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)集成管理的整體性、有效性、穩(wěn)定性，增強(qiáng)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)格式下數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換兼容能力，提高信息交互流程與工程實(shí)際流程的匹配程度。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的BIM數(shù)據(jù)管理框架體系更加適應(yīng)工程發(fā)展的需求。

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