基于BIM 技術(shù)的施工知識(shí)庫管理與共享平臺(tái)研發(fā)

王鳴翔，龔旭峰，王露倩，楊海彪

（中天建設(shè)集團(tuán)有限公司）

1 引言

知識(shí)是人類在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)客觀世界的成果。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，它更是成為了一種戰(zhàn)略性資源，是組織賴以生存和持續(xù)進(jìn)步的源動(dòng)力[1]。而知識(shí)庫是將知識(shí)進(jìn)行收集整理，并按照一定的方法進(jìn)行分類保存的集合。它實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的有序化，便于知識(shí)的檢索與使用，進(jìn)而加速了知識(shí)的流動(dòng)速度，有利于知識(shí)的共享傳承與迭代更新[2]。

現(xiàn)階段，建筑業(yè)仍屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，建筑產(chǎn)品的過程管控和完成質(zhì)量，很大部分仍取決于相關(guān)人員對(duì)施工知識(shí)的掌握程度。傳統(tǒng)的知識(shí)傳遞手段依托于繁冗枯燥的文字資料，導(dǎo)致知識(shí)在流轉(zhuǎn)的過程中，受阻于人員素質(zhì)、專業(yè)技能等因素形成的溝通壁壘。而基于BIM技術(shù)的施工知識(shí)庫創(chuàng)建，將企業(yè)長期積累的優(yōu)秀施工經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)化做法等內(nèi)容進(jìn)行整合，通過三維仿真技術(shù)，形成具有企業(yè)自身技術(shù)特色的三維技術(shù)管理與共享平臺(tái)，直觀高效的對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行安全和質(zhì)量交底。

表1 Unity3D 與Unreal Engine4 引擎對(duì)比分析

2 設(shè)計(jì)總體框架

2.1 圖形引擎比選

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)結(jié)合自身技術(shù)特點(diǎn)以及平臺(tái)整體定位，對(duì)業(yè)界主流的圖形引擎進(jìn)行比選，最終選擇Unity3D 作為知識(shí)庫平臺(tái)的開發(fā)引擎。

Unity3D 引擎采用C#編程語言，開發(fā)便利，適合個(gè)人或小型開發(fā)團(tuán)隊(duì)；通過專用插件，還可以將BIM 模型完整導(dǎo)入，與平臺(tái)的建設(shè)思路較為契合（見表1）。

2.2 技術(shù)架構(gòu)介紹

平臺(tái)主要根據(jù)工程特點(diǎn)和不同施工階段要求，將企業(yè)在樣板做法、實(shí)用技術(shù)和簡(jiǎn)單高效工法等內(nèi)容融合，通過三維仿真技術(shù)進(jìn)行安全和質(zhì)量技術(shù)交底，簡(jiǎn)明扼要、通俗易懂、針對(duì)性強(qiáng)，并建立滿足企業(yè)自身需求的技術(shù)交底系統(tǒng)資源庫。

在Unity3D 引擎開發(fā)的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工工藝BIM 模型，以視頻、圖片以及文檔的形式，對(duì)施工部署、質(zhì)量控制、安全防護(hù)、施工工藝、技術(shù)交底以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行知識(shí)集成，并根據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目特點(diǎn)，在通用資源的基礎(chǔ)上，篩選出個(gè)性的技術(shù)疑難解決資源，指導(dǎo)具體工程項(xiàng)目的實(shí)施（見圖1）。

圖1 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

3 平臺(tái)知識(shí)庫建立

3.1 數(shù)據(jù)來源

知識(shí)庫來源包括：

①行業(yè)現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)；

②企業(yè)樣板做法、實(shí)用技術(shù)和簡(jiǎn)單高效工法；

③質(zhì)量、安全交底內(nèi)容；

④項(xiàng)目施工部署；

⑤項(xiàng)目技術(shù)疑難問題解決等。

知識(shí)庫由專人進(jìn)行維護(hù)，保證內(nèi)容的先進(jìn)性與正確性。

3.2 功能模塊

知識(shí)庫中的數(shù)據(jù)錄入時(shí)，遵循技術(shù)架構(gòu)及開發(fā)目標(biāo)，共設(shè)有7 個(gè)功能模塊（見圖2），提供不同的施工知識(shí)獲取服務(wù)。

3.2.1 施工部署

通過三維動(dòng)畫形式，將不同施工階段的工程開展順序、主要施工方案、各施工任務(wù)劃分與組織安排、施工工作計(jì)劃等建造過程完整展示。

3.2.2 技術(shù)疑難

結(jié)合當(dāng)前項(xiàng)目，以工藝視頻的形式，向用戶提供不同施工階段的技術(shù)疑難與解決方法。

3.2.3 質(zhì)量控制

分為質(zhì)量樣板和防滲漏節(jié)點(diǎn)兩個(gè)模塊。質(zhì)量樣板結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，將企業(yè)質(zhì)量樣板做法通過三維動(dòng)畫形式，根據(jù)工序?qū)⒏髦饕h(huán)節(jié)的施工要點(diǎn)和工藝參數(shù)完整的進(jìn)行展示。防滲漏節(jié)點(diǎn)則是對(duì)屋面、門窗、外墻、地下室、后澆帶等易產(chǎn)生滲漏部位的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)做法，以三維模型或圖片的形式進(jìn)行表現(xiàn)。

圖2 知識(shí)庫功能模塊

圖3 注冊(cè)界面權(quán)限設(shè)置

3.2.4 安全防護(hù)

在基礎(chǔ)、主體階段的BIM 模型上，將安全防護(hù)設(shè)施的設(shè)置部位、防護(hù)形式和相關(guān)做法以三維可視化的形式進(jìn)行展示。

3.2.5 施工工藝

根據(jù)項(xiàng)目重難點(diǎn)，將企業(yè)相關(guān)的實(shí)用技術(shù)、簡(jiǎn)單高效工法和技術(shù)解決方案，通過動(dòng)畫形式表現(xiàn)，按工藝流程對(duì)各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)和施工注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。

3.2.6 技術(shù)交底

根據(jù)不同施工階段，將涉及到主要施工方案以文本形式進(jìn)行圖文并茂、簡(jiǎn)明扼要的交底。

3.2.7 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

通過與工程安全與質(zhì)量相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，向用戶展示各個(gè)工序在交底驗(yàn)收中的行為標(biāo)準(zhǔn)。

4 平臺(tái)拓展應(yīng)用

4.1 用戶權(quán)限運(yùn)用

平臺(tái)針對(duì)項(xiàng)目管理人員的級(jí)別進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，需要用戶在注冊(cè)登錄模塊中進(jìn)行確定（見圖3）。考慮到工地上可能發(fā)生的人員變動(dòng)，在使用權(quán)限上又增加了使用次數(shù)的限制。管理員為用戶進(jìn)行注冊(cè)時(shí)，賬號(hào)和密碼及使用次數(shù)將實(shí)時(shí)存入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中。用戶在登錄時(shí)，系統(tǒng)將登錄信息與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，如果數(shù)據(jù)符合，即將次數(shù)減1，然后解鎖系統(tǒng)。

4.2 視頻智能加載

平臺(tái)將向用戶展示數(shù)十個(gè)施工工藝動(dòng)畫視頻，其中還包括每個(gè)工藝的工序分解。工序分解功能主要是將現(xiàn)有的視頻文件分割拆解，進(jìn)行單獨(dú)的播放，但這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)磁盤空間的過度占用。研發(fā)團(tuán)隊(duì)最終采用智能加載的模式：通過文件檢索函數(shù)讀取目標(biāo)目錄下的視頻文件，再通過特定的符號(hào)拆分文件名，將所需的部分分別加載到指定的UI 界面中，然后建立一個(gè)臨時(shí)序列，將同一施工工藝的動(dòng)畫視頻文件暫時(shí)保存在該序列中，需要播放時(shí)，執(zhí)行整個(gè)序列的順序播放來實(shí)現(xiàn)整體播放的功能。在使用工序分解模塊時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)選中的工序目錄在該臨時(shí)序列中查找并調(diào)用相應(yīng)的視頻進(jìn)行播放，視頻使用率提高一倍。在不改變功能的情況下減少了磁盤占用空間。經(jīng)核算，空間可以節(jié)約60%。

4.3 鏡頭視角聚焦

鏡頭視角聚焦應(yīng)用針對(duì)安全防護(hù)模塊。當(dāng)用戶選取相應(yīng)的組件時(shí)，鏡頭會(huì)直接定位到該組件的位置，并以圖文的形式對(duì)該組件進(jìn)行描述，幫助用戶更便捷的查看所需組件，了解相關(guān)的做法信息（見圖4）。

4.4 文件動(dòng)態(tài)加載

平臺(tái)系統(tǒng)需要加載的文檔包括文本文檔以及圖片文件。考慮用戶后期自行添加或修改資料的需要，采用WWW 函數(shù)對(duì)特定目錄進(jìn)行檢索，然后將讀取的文件名實(shí)時(shí)添加到用戶界面的下滑菜單中，降低開發(fā)人員后期對(duì)模塊進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)的難度，也便于非開發(fā)人員自行添加和修改相關(guān)資料。

4.5 地圖傳送功能

該功能向用戶提供場(chǎng)地俯瞰視角，用閃爍的綠色圖標(biāo)標(biāo)識(shí)位置，使用文字注明區(qū)域名稱，方便管理人員快速傳送至該區(qū)域進(jìn)行細(xì)節(jié)查看（見圖5）。

圖4 安全防護(hù)模塊中的視角聚焦

圖5 地圖傳送功能界面

5 平臺(tái)實(shí)施應(yīng)用

平臺(tái)應(yīng)用依托于湖北武漢龍陽碧桂園項(xiàng)目，研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)管理人員的使用權(quán)限不同，進(jìn)行了相應(yīng)的賬戶注冊(cè)。跟蹤項(xiàng)目管理人員對(duì)于平臺(tái)的使用情況，根據(jù)反饋進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)的計(jì)劃制定。

5.1 用戶使用反饋

通過了解用戶的使用情況，我們發(fā)現(xiàn)基于BIM 的可視化環(huán)境極大的調(diào)動(dòng)了使用者的積極性。同時(shí)知識(shí)庫對(duì)信息的集成與分類，降低了使用者耗費(fèi)在翻找資料上的時(shí)間。

平臺(tái)給予用戶后續(xù)操作的便利，管理員在使用該系統(tǒng)時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工需求隨時(shí)更新施工資料，而這個(gè)過程并不需要系統(tǒng)開發(fā)人員的介入，確保了新增資料的保密性與便利性。

但在實(shí)操過程中，用戶也指出知識(shí)庫中存在的問題。例如施工資料與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝有差異，系統(tǒng)資料過于理論化以及資料更新不及時(shí)等。除此之外，由于視頻等資料并沒有進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化處理，造成客戶端較大，拷貝不便。

5.2 效益分析

5.2.1 品牌提升

該平臺(tái)獲得由中華人民共和國國家版權(quán)局頒發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書。在實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用過程中，相關(guān)部門及參建各方對(duì)于這種可視化的項(xiàng)目管理方式給予了很高的評(píng)價(jià)，響應(yīng)了建設(shè)部提出的“BIM 技術(shù)與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用”的文件精神，對(duì)于新技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了標(biāo)桿示范效應(yīng)。

5.2.2 效率提升

該平臺(tái)是一套集成了三維模型、項(xiàng)目部署、施工視頻、交底資料以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)于一身的可拓展的管理系統(tǒng)。用戶可以通過功能選單方便快捷的查找所需的工程資料，從而代替了紙質(zhì)的辦公模式，提高了工作的效率。在本平臺(tái)的使用過程中，管理員還可以將項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)與特色應(yīng)用進(jìn)行添加，從而提高了新技術(shù)的使用率。

5.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)平臺(tái)的使用，管理人員提前明確項(xiàng)目重點(diǎn)管控對(duì)象，避免出現(xiàn)無序管理；通過直觀生動(dòng)的技術(shù)交底視頻，使得工程實(shí)操人員更好的了解施工要點(diǎn)，熟悉相關(guān)節(jié)點(diǎn)做法，減少不必要的返工，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

知識(shí)是對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析與整合，是企業(yè)長期以來優(yōu)化提煉的成果。基于BIM 技術(shù)的施工知識(shí)庫管理與共享平臺(tái)的研發(fā)，為企業(yè)施工知識(shí)的存儲(chǔ)、交流與更新提供了載體，便于知識(shí)的檢索與調(diào)用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享與傳承，加速知識(shí)的流轉(zhuǎn)與迭代。有利于對(duì)企業(yè)既往成功經(jīng)驗(yàn)的復(fù)用，為企業(yè)參與行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)提供了有力的保障。