基于BIM的建筑空間管理信息復(fù)用方法

李佳吟， 鄧雪原,2

(1. 上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院， 上海 200240； 2. 上海市公共建筑和基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化運(yùn)維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與建筑行業(yè)信息化[1]的發(fā)展，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于建筑與土木工程之中。在建筑全生命周期內(nèi)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理(以下簡(jiǎn)稱運(yùn)維管理)階段持時(shí)長(zhǎng)、成本高、內(nèi)容復(fù)雜[2]，傳統(tǒng)運(yùn)維管理方式往往不能滿足日益增長(zhǎng)的需求。已有許多研究與實(shí)例證明，BIM技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)維管理階段，能夠有效提高管理效率，降低管理成本[3,4]。

空間管理是指對(duì)空間進(jìn)行合理分配和利用，最大限度地提高空間的利用率和占有率，它是運(yùn)維管理的重要組成部分[5]。基于BIM技術(shù)進(jìn)行空間管理，能夠有效減少空間資源的浪費(fèi)，縮短空間管理流程，提高空間利用效率[6]。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在此方面進(jìn)行了研究。Kassem等[7]通過對(duì)諾森比亞大學(xué)的運(yùn)維實(shí)例分析，證明了BIM應(yīng)用于空間管理的價(jià)值主要來源于交付流程的改進(jìn)與信息準(zhǔn)確性的提高；Atazadeh等[8]基于IFC標(biāo)準(zhǔn)提出了空間管理所需的BIM數(shù)據(jù)信息，并通過實(shí)例驗(yàn)證了其必要性；Ma等[9]基于BIM與空間用途分析理論，建立了一種能夠?qū)崟r(shí)查詢空間使用情況并能幫助路徑規(guī)劃的空間管理系統(tǒng)；李正坤等[6,10]研究了將BIM技術(shù)應(yīng)用于校園建筑空間和設(shè)施設(shè)備管理體系，并基于ARCHIBUS平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)踐。

然而，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，基于BIM技術(shù)的空間管理大部分還處于理論研究與嘗試性實(shí)踐階段，實(shí)際工程項(xiàng)目后期的BIM應(yīng)用，成功實(shí)例幾乎沒有[11]。由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)欠缺以及平臺(tái)系統(tǒng)不完善等原因，相較于建筑工程設(shè)計(jì)與施工階段，運(yùn)維管理階段的BIM技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段。這導(dǎo)致大量建筑工程前期產(chǎn)生的BIM數(shù)據(jù)難以在建設(shè)項(xiàng)目后期充分發(fā)揮其價(jià)值。另一方面，目前傳統(tǒng)空間管理方式以平面化文件(紙質(zhì)圖紙、文件以及電子文件)為主要媒介[12]，直觀性差；各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出碎片化、分散化的特點(diǎn)，大量信息需要在交付運(yùn)維后再次輸入，耗費(fèi)人工，效率低下[13]。

為了高效利用上游BIM數(shù)據(jù)信息，滿足建筑空間管理日益增長(zhǎng)的信息化需求，本文基于BIM技術(shù)與工業(yè)基礎(chǔ)類 (Industry Foundation Classes，IFC)標(biāo)準(zhǔn)，研究了建筑空間三維模型數(shù)據(jù)的復(fù)用方法，搭建了以IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式文件與數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的空間管理系統(tǒng)，并以上海交通大學(xué)木蘭船建大樓為例，驗(yàn)證了該方法的可行性。

1 基于BIM的建筑空間管理信息復(fù)用特點(diǎn)

在空間管理階段利用建筑工程在設(shè)計(jì)與施工階段產(chǎn)生的BIM數(shù)據(jù)，能夠避免重復(fù)建模，減小工作量，提高數(shù)據(jù)利用率。IFC標(biāo)準(zhǔn)作為涵蓋建筑全生命周期各種產(chǎn)品描述需求的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可有效打破BIM信息孤島，為數(shù)據(jù)在建筑全生命周期中的流通提供保障。基于BIM的建筑空間管理信息復(fù)用與共享方法具有如下特點(diǎn)。

1.1 信息高效復(fù)用化

目前，無論是設(shè)計(jì)方還是施工方都難以做到將各類信息數(shù)據(jù)無損傳遞給運(yùn)維管理方[14]。除運(yùn)維管理階段相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺失以及技術(shù)原因限制等因素外，BIM核心建模軟件與運(yùn)維管理軟件之間的數(shù)據(jù)共享性差也是導(dǎo)致信息難以復(fù)用的重要原因[15]。例如，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的ARCHIBUS空間管理系統(tǒng)，使用Autodesk LMV作為其模型查看器，這導(dǎo)致平臺(tái)對(duì)除Autodesk系列軟件以外的軟件格式支持程度較低[16]，不利于其他BIM軟件產(chǎn)生數(shù)據(jù)的復(fù)用與共享。

表1展示了部分IfcSpace的屬性及其說明。建模時(shí)對(duì)此類固定信息進(jìn)行定義，交付運(yùn)維后直接提取利用，可節(jié)省時(shí)間并減少工作量與出錯(cuò)的可能性。

IFC標(biāo)準(zhǔn)是一種開源、全面的數(shù)據(jù)格式，在最新版本的IFC4中，大約包含407個(gè)數(shù)據(jù)類型、816個(gè)實(shí)體和415個(gè)屬性[17]，能夠描述建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中各個(gè)領(lǐng)域不同階段的各種產(chǎn)品，可有效打通建筑設(shè)計(jì)施工階段與運(yùn)維管理階段的信息壁壘。作為BIM數(shù)據(jù)交換的國(guó)際實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，IFC標(biāo)準(zhǔn)目前已被各大BIM軟件商廣泛采用。如圖1所示，基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的空間管理平臺(tái)，對(duì)上游建模軟件產(chǎn)生數(shù)據(jù)的支持度高，避免數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程中可能造成的數(shù)據(jù)丟失與空間管理階段的重復(fù)建模，提高空間模型數(shù)據(jù)的利用率。

圖1 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的空間管理信息復(fù)用提高數(shù)據(jù)利用率

1.2 模型可視化

傳統(tǒng)空間管理方式有電子文檔管理系統(tǒng)(Electronic Document Management System，EDMS)[18]以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System，DBMS)[19]等。EDMS將二維圖紙與信息清單文件分別儲(chǔ)存，或?qū)⒍S圖紙與清單文件簡(jiǎn)單匹配后進(jìn)行儲(chǔ)存與管理。DBMS將信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫，具有搜索與篩選功能，能夠通過關(guān)鍵字準(zhǔn)確定位空間，簡(jiǎn)化管理工作量。然而，平面圖紙與信息的直觀性始終有所欠缺。BIM技術(shù)將文字信息與三維模型進(jìn)行了結(jié)合。三維模型能夠直觀地展示不同空間的位置、面積大小；并將空間的名稱、編號(hào)、所屬部門、人員等信息與三維模型共同展示，使空間管理人員能夠利用感官更好地解決空間管理問題。

1.3 空間實(shí)體化

IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體類IfcSpace對(duì)建筑空間進(jìn)行了系統(tǒng)全面的定義，將空間實(shí)體化，便于儲(chǔ)存各類空間信息。如圖2所示，IFC標(biāo)準(zhǔn)通過IfcSpace的直接屬性、導(dǎo)出屬性以及反屬性，全面描述了空間的名稱、編號(hào)、類型、所屬樓層、位置等基本信息，并通過屬性集的方式定義了空間各種高級(jí)信息，包括但不限于防火安全性、空調(diào)、荷載、光照等，共一百多種屬性信息。

圖2 IfcSpace的直接屬性、導(dǎo)出屬性及反屬性

在大壩下游空地上建200 m3的泥漿儲(chǔ)備池、泥漿回漿池各一座。搭建400 m2泥漿攪拌工棚，配置4臺(tái)1.5 m3泥漿攪拌機(jī)，4臺(tái)泥漿泵24小時(shí)不停地向