基于OmniClass的汽車工業建筑構建信息模型分類編碼技術研究

■機械工業第九設計研究院有限公司 李豐 柳林 范宏艷

BIM概念進入國內已10余年，近年來，國家大力推行BIM技術在建筑工程行業中的應用，住建部也相繼發布了7部針對BIM技術的國家標準，其中包括《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T 51269-2017，以下簡稱《國家標準》）。行業各企業也針對《國家標準》制定了適合本企業自身需求的分類編碼標準。有完全基于OmniClass標準的，也有完全基于國家標準的；有將OmniClass和國家標準進行融合的，有重新擬定思路進行開發的思路太多、太廣，根本無法進行統一。考慮到汽車工業具有自身的復雜性和獨特性，制定一套適用于汽車工業的《建筑構建信息模型分類編碼標準》迫在眉睫。本文對國外的OmniClass分類編碼技術進行研究，在此技術之上對《國家標準》進行分析和對比，并闡述了如何利用OmniClass標準作為指導，早日實現將適用于我國汽車工業的《國家標準》成功落地并應用。

BIM技術發展分析

建筑信息模型（BIM）

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling，簡稱BIM技術）的概念由美國人查克·伊斯曼于1975年在佐治亞理工學院發表的論文中提出。它以三維數字技術作為基礎，并集成建筑工程項目各種相關信息的工程基礎數據模型，是對工程項目相關信息詳盡的數字化表達。BIM技術的應用，旨在從根本上解決建筑工程在規劃、設計、施工、運營各個階段信息斷層問題，實現工程信息在建筑物全生命周期內的有效利用與管理，是謀求從根本改變傳統設計方式、消除信息孤島的重要手段之一。

國內外BIM技術發展情況

美國是最早使用BIM技術的國家之一。美國建筑師協會（AIA）于2008年提出全面以BIM技術為主，整合建筑工程行業各項作業流程，徹底改變傳統建筑設計思維；2009年，英國倫敦地鐵系統以BIM技術作為設計手段，并制定了BIM建模標準“AEC(UK)BIMStandard”；新加坡是最早將BIM技術納入法規的國家，2010年新加坡的公共工程要求全面使用BIM技術進行設計、施工，2015年開始要求必須以BIM技術興建所有建筑工程項目。

BIM概念2002年由Autodesk公司引入國內，2007年BIM概念在行業中逐漸興起。2010年，清華大學參考美國BIM標準（NBIMS）并結合調研提出了中國建筑信息模型標準框架（Chinese Building Information Modeling Standard，簡稱CBIMS）。2011年1月，住建部發布《2011~2015建筑業信息化發展綱要》，其中明確指出在施工階段開展BIM技術的研究與應用。2012年1月，住建部《關于印發2012年工程建設標準規范制訂、修訂計劃的通知》宣告中國BIM標準制定工作的正式啟動，由此，中國工程建設行業的BIM熱度日益高漲。

國外BIM標準發展概述

當前，國際上主要開發研究BIM標準的機構是BuildingSMART。BIM標準主要包括三個方面的內容：數據模型IFC標準、數據字典IFD標準、過程信息分發手冊IDM。IFC標準于1995年由國際協同聯盟 IAI（Industry AIliance for Interoperability）提出，是面向三維建筑產品數據的標準，1997年IAI發布了IFC信息模型標準的第一個完整版，經過10余年的努力，IFC標準已經發展到2X4版本。

2004年，美國編制了基于IFC標準的《國家BIM標準》—NBIMS（National Building Information ModelStandard，簡稱“NBIMS”），NBIMS是一個完整的BIM指導性和規范性的標準。目前，美國所使用的BIM標準包括NBIMS標準、COBIE標準、IFC標準。

2010年4月，英國多家設計和施工企業共同成立了標準項目委員會，并制定了“AEC（UK）BIM Standard”作為行業BIM標準；日本的BIM標準主要是由三部分組成：BIM技術規范、國家BIM導則、BIM應用指南。2014年日本國土交通省發布了公共項目中BIM的應用規范《國土交通省BIM導則》，該導則成為日本政府唯一承認的BIM指導規范。

國外分類編碼標準

OmniClass

OmniClass建筑分類系統簡稱“OCCS”，是美國《國家BIM標準》的重要組成部分，提供了一種在整個建筑工程項目全生命周期中對完整構建環境進行分類的方法，可用于多種設計、施工、運維軟件管理系統，如項目信息歸檔、人員組織歸檔、設計信息歸檔、物料統計等，但其更主要的應用理念是為電子數據庫和軟件提供分類結構，豐富和管理這些資源中的信息。

同時，OmniClass也是一種專門為BIM設計工作進行數據庫構建和高效檢索信息的方法。從數據的組織到對象，提供一種分類匯總和深入調取特定數據，以滿足設計需要的手段。OmniClass不是單一的線性分類表，它是線性分類和面分類的綜合分類方法，可以將不同分類表單中的條目進行穿插組合，用來表達更為復雜的建筑工程信息。

OmniClass表單及編碼組成

OmniClass由15個表單組成，表單的組成并沒有按照數字遞進順序排列進行編制，中間數字有空缺，其目的是為了今后能夠更好地進行內容擴展（圖1）。

圖1 OmniClass組成表

OmniClass中的表單分為7個層級，每個層級代表不同的類型信息，每個層級又包含多個條目，條目可以用于對特定類型的信息進行分類排序，或者可以將表單中的條目與其他表格中的條目結合起來，對更復雜的主題進行分類。

OmniClass代碼樣式

在OmniClass V3版本里，輕質混凝土的代碼是23-13 15 11 17，這串數字的意思是：在表單23的第13條、第13條里的第15條、第15條里的第11條、第11條里的第17條是輕質混凝土。將這串代碼添加到建筑信息模型構件中，軟件就可以辨別出這個構件是輕質混凝土。

國家分類編碼標準

2017年10月25日，住建部發布《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T 51269-2017），標志著我國建筑信息模型應用技術進入到更高技術領域，在建筑工程行業中掀起了新浪潮。

《國家標準》與OmniClass分類對比

《國家標準》的表單組成與OmniClass表單內容相同，都是15個，但是表單的排序不同，表單的代碼組合也不同（圖2），《國家標準》將OmniClass進行了本土化，在分類細節上針對國內建筑工程行業的情況作了補充和調整。

圖2 國家標準與OmniClass分類對比

《 國家標準2017》與OmniClass編碼組成對比

OmniClass的編碼組成分為7個層級，《國家標準》的編碼組成分為4個層級。OmniClass對工程信息的延展性規劃要高于《國家標準》。

表單30（建筑產品）的分類方式

在《國家標準》中，“建筑產品”的分類方式多以“產品類型”（表1）和“系統類型”（表2）的方式進行分類。

表1 以產品類型進行分類

表2 以系統類型進行分類

表單30（建筑產品）針對設計單位存在的問題

表單30（建筑產品）的延展性還有待擴展，它以建筑產品的全面性作為出發點進行分類，但對于設計單位則更需要以具體的、詳細的構建作為設計元素，對建筑信息模型進行選型操作，例如，表3中（電動離心式消防泵）為第四類（細類），也是《國家標準》的最后一個層級，但是對于給排水的設計人員而言，其四、五、六、七、八層級的信息則更為重要（圖3）。

圖3 “電動離心式消防泵”八級信息結構

表3 國標“電動離心式消防泵”分類圖

如果按照的結構對信息模型進行編碼，編碼的數位為兩位的形式，其結果見（圖4），信息模型的代碼過長，編碼系統的信息量過于龐大，分類層級過深，不利于設計過程中的快速選型和檢索，且分類方式沒有與設計院的專業構成形式相關聯，使得各專業在信息模型選型上出現混亂、效率低（圖5）。

圖4 八級信息結構編碼示例

圖5 建筑模型專業劃分

按系統分類宜建立在自動分類編碼功能實現的前提（圖6）。當下，Revit軟件自身的構架和二次開發的能力，還達不到依據系統分類在建模過程中自動編碼、動態錄碼、組合碼的技術能力。按系統分類必然以建筑構件信息模型的重復疊加為代價，直接導致企業族庫體積成倍的膨脹，信息模型每修改一次需替換若干個層級內的相同模型，后期維護的工作量也是不可想象（圖7）。

圖6 自動分類編碼下的系統劃分

圖7 構件信息模型重復疊加

企業分類編碼標準

以《國家標準》為基礎

企業標準的編制應以《國家標準》為基礎，才能發揮企業標準的通用性，才能立足于激烈的市場競爭。同時，要站在企業專業構架和設計習慣的角度，進行優化、調整和延展。

應考慮的因素

《國家標準》存在于整個汽車工業建筑物的全生命周期過程中，對于設計單位而言，其作用主要集中在規劃、設計、施工階段，具體應考慮以下幾個方面的因素。

①總圖專業工程量提取與經濟指標計算，例如，道路面積、綠化面積、停車位數量等。

②建筑專業工程量提取，例如，墻的面積、門窗數量、衛浴設備數量等。

③結構專業工程量提取，例如，基礎梁、獨立基礎、現澆砼鋼筋數量等。

④水、暖、動專業工程量提取，例如，管道長度、管件數量、風管展開面積等。

⑤電氣專業工程量提取，例如，電纜橋架長度、母線長度、線管長度、燈具數量等。

⑥設計過程中的信息檢索與過濾能力。

⑦造價專業如何運用《國家標準》對工程量進行提取。

⑧施工人員如何運用《國家標準》對工程量進行提取。

以專業構架為依托

建筑信息模型的分類編碼與企業族庫的構建息息相關，也可以說，兩者本身就是一體化的。企業族庫又與企業的專業構架相關聯，只有專業構架與分類相關聯設計人員才能清楚地知道去哪個分類選擇適合的信息模型（圖8）。

圖8 企業族庫按專業屬性劃分

以輕量化信息模型數量為準則

以專業構建進行分類也會帶來一些問題，那就是建筑信息模型的數量劇增，同時信息模型存在大量的重復，使得信息模型的維護和管理工作量巨大。例如，給排水專業會使用到壓力表，那么同樣暖通專業和動力專業也會使用到壓力表，這樣在不同的分類中就會出現三次相同的信息模型（圖9）。針對線性分類法唯一性的原則，我們只能為這些模型增加不同的前綴，例如，給排水壓力表、暖通壓力表、動力壓力表。但是，該做法依然會給建筑信息模型的升級和維護帶來巨大的負擔。

圖9 “壓力表”族在各專業重復引用

行業中也有使用管道系統來進行分類的（表4），在給排水專業中管道系統的分類就多達30多種，以當前行業中的開發技術而言，實現建筑信息模型自動編碼遙遙無期。同樣是以壓力表為例，如果按照管道系統的方式進行分類，那么壓力表的信息模型就要重復出現30多次，族庫的體積進而增加30倍。由此可見，編碼分類應充分考慮建筑信息模型構建庫的體積、檢索效率、傳遞效率、維護效率。

一物多碼技術路線

國家編碼分為4個層級，可以理解為它有5個標簽來表達自己的信息。其中，建筑專業、門、提升門、提升門—電動、提升門—電動—鋼制等信息都可以成為提升門信息模型的身份標簽。通過對不同身份標簽的篩選，就可以快速統計特定類型的提升門所包含的工程量信息。如果需要按照材質作為標簽，對項目中鋼制的所有構建進行篩選并統計工程量，那么就需要對材質進行編碼。因此，建筑信息模型不應固定使用一套分類編碼，應按照實際工程情況錄入多種編碼系統，這樣才能靈活應對信息量如此龐大的建筑工程項目。

工程量提取

使用編碼系統進行工程量提取，首先要依據《建筑構件信息模型分類編碼標準》的規定，把（代碼）添加到Revit族模型中。錄入代碼會帶來相應的工作量，工作量的大小還與《企業族庫》信息模型構建的完整度息息相關，因此，項目前期應對使用頻率最高的信息模型構建進行創建并錄入代碼。

設計人員在統計時，可以“中類”對工程量進行提取（圖10），如平開門數量、旋轉門數量。采購人員在統計時，可以“材料”的類型對工程量進行提取，如不銹鋼水管有多少米、PVC水管有多少米。這就需要開發《建筑構建信息模型材質分類和編碼標準》（圖11）。

圖10 通過“中類”提取工程量

圖11 材質分類編碼標準示例

施工人員在統計時，看重信息模型的“系統”分類，如給水系統管道長度有多少米，排水系統彎頭有多少個；Revit軟件中本身就添加了系統的過濾功能，因此不需要對信息模型的系統進行編碼。在明細表當中，只需要添加“系統名稱”參數，即可對指定系統中的任何建筑構件進行統計。

總結

首先，通過分析OmniClass標準和《國家標準》得知，建筑信息模型編碼技術能夠提高BIM技術的使用效率和傳遞效率，但在實際的應用中還存在不少問題。例如，如何結合專業架構將編碼進行優化分類這是一個值得深入分析的問題，并且編碼的層級到底如何分，分多少類別合適，這些類別是否能夠準確表達設計師的設計意圖，能否針對設計、造價、施工各專業進行有效的利用，需要結合項目進一步探討和實踐。

其次，編碼的錄入過程工作量巨大，且與《企業族庫》的完整度息息相關，每增加一個新的族類別，編碼體系就必須隨之修改，而且不是所有軟件都支持同一個編碼系統。這也是國家推出《國家標準》的原因之一。

最后，建筑信息編碼作為建筑業信息化轉型的重要一環，無論路程有多么艱難，作為建筑工程行業的設計工作者我們需要堅定信心，跟隨國家的步伐，看準行業的變化，將BIM技術在專業內進行優化，使之適應本單位的工作習慣，將BIM技術在企業中落地才是重中之重。