李 犁，鄧雪原

(上海交通大學(xué)土木工程系，上海 200240)

1 當(dāng)前BIM在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)況

1.1 當(dāng)前BIM在國(guó)外的研究現(xiàn)狀

1.1.1 BIM在國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用的軟件

建筑信息模型，簡(jiǎn)稱為BIM(Building Information Modeling)，是由美國(guó)喬治亞理工學(xué)院建筑與計(jì)算機(jī)專業(yè)的恰克·伊士曼(Chuck Eastman)博士，在三十多年前提出的:“建筑信息模型整合了幾何模型信息;建筑的功能及能力要求;建筑的施工進(jìn)度，建造工藝以及一系列建筑在全生命周期中所需的信息?！盵1]其中，美國(guó)的歐特克(AUTODESK)公司開(kāi)發(fā)的AutoCAD Revit系列，匈牙利Graphisoft公司開(kāi)發(fā)的ArchiCAD系列以及德國(guó)Nemetschek公司開(kāi)發(fā)的Nemetschek Architect系列等軟件都是基于BIM技術(shù)所開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)已被廣泛使用。

1.1.2 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)在國(guó)外所進(jìn)行的研究

然而，BIM技術(shù)的研究并不單單體現(xiàn)在設(shè)計(jì)軟件中，針對(duì)BIM技術(shù)的核心，及建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換，國(guó)外的一些學(xué)者對(duì)基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)進(jìn)行了研究，其中英國(guó)索爾福德大學(xué)的Faraj，I.等人完成開(kāi)發(fā)了基于BIM技術(shù)的WISPER(Webbased IFC Share Project Environment)平臺(tái)，該平臺(tái)具備IFC文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，工程的造價(jià)預(yù)算，顯示等功能[2];加拿大基礎(chǔ)設(shè)施研究中心(Centre for Sustainable Infrastructure Research)的 Halfawy，Mahmoud M.R.等人完成了基于BIM技術(shù)的建筑集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，平臺(tái)具備圖形編輯，構(gòu)建數(shù)量統(tǒng)計(jì)，預(yù)算，工程管理等功能[3]。

1.2 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)在國(guó)內(nèi)所進(jìn)行的研究

在我國(guó)，一些學(xué)者也提出了關(guān)于基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的構(gòu)建。其中，清華大學(xué)的張建平等人，對(duì)基于IFC的BIM及其數(shù)據(jù)集成平臺(tái)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和施工階段不同應(yīng)用軟件間的數(shù)據(jù)集成、共享和轉(zhuǎn)換[4];清華大學(xué)的趙毅立等人提出了下一代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模及BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研究，對(duì)下一代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)研究的初期工作進(jìn)行了研究[5]。

2 BIM技術(shù)在目前階段發(fā)展中所存在的問(wèn)題

2.1 當(dāng)前市面上較為常見(jiàn)的BIM軟件在應(yīng)用中所存在的問(wèn)題

2.1.1 信息在傳遞中出現(xiàn)錯(cuò)誤，缺失等現(xiàn)象

雖然當(dāng)前有少量基于BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)的建筑設(shè)計(jì)軟件，如美國(guó)的歐特克(AUTODESK)公司開(kāi)發(fā)的AutoCAD Revit系列，匈牙利Graphisoft公司開(kāi)發(fā)的ArchiCAD系列等，支持IFC文件的輸入與輸出，但是，在文件進(jìn)行輸入輸出的過(guò)程中，卻存在著建筑信息的錯(cuò)誤，缺失等現(xiàn)象。美國(guó)斯坦福大學(xué)的Kam Calvin等人在基于BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)的HUT－600平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試中指出，IFC文件在輸入ArchiCAD 11軟件時(shí)，由于其內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)與自身IFC文件所含的信息格式不符而造成了建筑構(gòu)件所含信息的缺失和錯(cuò)誤[6]。盧布爾雅那大學(xué)的Pazlar，T.等人也在對(duì)Architectural Desktop 2005，AllPlan Architecture 2005以及Archicad 9三個(gè)軟件間進(jìn)行IFC文件互相傳輸?shù)臏y(cè)試中指出，各大軟件商都使用自己的數(shù)據(jù)庫(kù)與其顯示平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，由于數(shù)據(jù)庫(kù)并未按照IFC標(biāo)準(zhǔn)的格式而構(gòu)建，不可避免的出現(xiàn)IFC文件輸入，輸出時(shí)造成信息缺失與錯(cuò)誤等結(jié)果[7]。

2.1.2 軟件無(wú)法儲(chǔ)存多個(gè)項(xiàng)目的IFC文件

對(duì)于現(xiàn)今軟件商使用的文件存儲(chǔ)模式，如Autodesk系列的dwg文件存儲(chǔ)模式，一個(gè)文件只能存儲(chǔ)一張或幾張圖紙。當(dāng)面對(duì)多個(gè)工程，多個(gè)文件，大量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存的時(shí)候，這種存儲(chǔ)模式是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。雖然目前如Revit系列軟件，已經(jīng)可以將其一個(gè)工程作為一個(gè)文件進(jìn)行存儲(chǔ)，但仍存在兩個(gè)問(wèn)題:一，這仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)多個(gè)工程的功能;二，其以工程為單位信息量的文件大小往往非常龐大，對(duì)其進(jìn)行操作，如輸入，輸出，編輯的時(shí)候，會(huì)嚴(yán)重的影響運(yùn)行的效率。

2.1.3 缺少支持IFC文件格式的專業(yè)軟件

建筑領(lǐng)域是一門(mén)涉及許多專業(yè)的綜合學(xué)科，如對(duì)建筑的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)建筑的造價(jià)需要進(jìn)行概預(yù)算等等。而當(dāng)前市場(chǎng)上卻鮮有在這些功能上支持IFC文件格式的軟件。筆者認(rèn)為，對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，需要在IFC文件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)各種相應(yīng)的功能軟件;而在短期時(shí)間內(nèi)，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的文件格式轉(zhuǎn)換軟件，將IFC格式的文件，轉(zhuǎn)化為目前市面上存在的功能軟件所支持的文件格式。

2.2 BIM技術(shù)的核心是信息的共享與轉(zhuǎn)換

BIM技術(shù)的核心是建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換[8]，而當(dāng)前，較為成熟的BIM軟件只能滿足相應(yīng)幾個(gè)專業(yè)之間的信息傳遞。為了在建筑行業(yè)中，多部門(mén)多專業(yè)的人員都可以利用信息的共享和轉(zhuǎn)換來(lái)完成自己的專業(yè)工作，需要構(gòu)建基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)，使每個(gè)專業(yè)人員在共同數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上通過(guò)信息共享與轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)真正的協(xié)同工作。

3 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建

3.1 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)雛形

BIM技術(shù)的目標(biāo)是使建筑在其全生命周期中，各個(gè)專業(yè)人員可以利用建筑信息的共享，從而做到真正的協(xié)同工作。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要構(gòu)建一個(gè)以信息技術(shù)為核心，各個(gè)專業(yè)利用圖形平臺(tái)等工具進(jìn)行協(xié)同工作的BIM建筑信息平臺(tái)。其構(gòu)造的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 建筑信息平臺(tái)的各個(gè)層次

3.2.1 數(shù)據(jù)層

其平臺(tái)的最底層，為BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，用以存儲(chǔ)建筑信息，從而可以被建筑行業(yè)的各個(gè)專業(yè)共享使用。該數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造應(yīng)注意以下三點(diǎn):1.此數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)的建筑信息模型，是整個(gè)建筑在全生命周期中所產(chǎn)生的所有信息，每個(gè)專業(yè)都可以利用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息來(lái)完成自己的設(shè)計(jì)工作，從而做到真正的建筑信息的共享;2.這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以儲(chǔ)存多個(gè)項(xiàng)目的建筑信息模型，因?yàn)樵谀壳暗闹髁鞯男畔?chǔ)存方式，以文件為單位的儲(chǔ)存方式，在面對(duì)當(dāng)前BIM技術(shù)時(shí)，存在著數(shù)據(jù)量大，文件存讀取困難，難以共享等缺點(diǎn)，而利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)多個(gè)項(xiàng)目的建筑信息模型進(jìn)行存儲(chǔ)，可以解決此問(wèn)題。從而真正做到快速，正確的共享建筑信息;3.數(shù)據(jù)庫(kù)的儲(chǔ)存形式，應(yīng)遵循其標(biāo)準(zhǔn)。如果標(biāo)準(zhǔn)不同，數(shù)據(jù)的形式不同，就可能在文件的傳輸過(guò)程中出現(xiàn)缺失或錯(cuò)誤等現(xiàn)象。目前，IFC標(biāo)準(zhǔn)即工業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)，是BIM技術(shù)中應(yīng)用比較成熟的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，用以儲(chǔ)存建筑模型信息，它是一個(gè)開(kāi)放，中立，標(biāo)準(zhǔn)的用來(lái)描述建筑信息模型的規(guī)范，是實(shí)現(xiàn)建筑中各專業(yè)之間數(shù)據(jù)交換和共享的基礎(chǔ)。它是由IAI，現(xiàn)為buildingSMART International)在1995年制定的，它使用EXPRESS數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言所寫(xiě)，標(biāo)準(zhǔn)的制定遵循了國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)組織開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，其正式代號(hào)為(ISO 10303－21)。目前IFC標(biāo)準(zhǔn)由MSG負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)，ISG負(fù)責(zé)應(yīng)用協(xié)調(diào)工作，兩部門(mén)共同參與IFC軟件的認(rèn)證工作，現(xiàn)IFC得最新版本為2010年9月份發(fā)布IFC2x4 RC 2版本。

圖1 BIM建筑協(xié)同平臺(tái)框架

3.2.2 圖形平臺(tái)層

第二層為圖形顯示編輯平臺(tái)，各個(gè)專業(yè)可利用此顯示編輯平臺(tái)，完成建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工作。有些觀點(diǎn)認(rèn)為，BIM的核心在于建模，在于完成建筑設(shè)計(jì)從2D到3D的理念轉(zhuǎn)換。而筆者認(rèn)為，BIM的核心不是類(lèi)似建模這種單純的圖形轉(zhuǎn)換，而是建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換。同時(shí)，3D平臺(tái)的顯示與2D相比，也存在著一些短處:如在顯示中，會(huì)存在著一定的盲區(qū)等。

3.2.3 專業(yè)層

第三層為各個(gè)專業(yè)的使用層，各個(gè)專業(yè)可利用其自身的軟件，對(duì)建筑完成如規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等專業(yè)工作。首先，在此平臺(tái)中，各個(gè)專業(yè)無(wú)需再像傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從其他專業(yè)人員手中獲取信息，經(jīng)過(guò)信息的處理后，才可以為己所用。而可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取最新的信息，此信息在從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)時(shí)，會(huì)根據(jù)其設(shè)計(jì)人員的所在專業(yè)，自動(dòng)進(jìn)行信息的篩選，當(dāng)傳輸?shù)皆O(shè)計(jì)人員手中時(shí)，可直接使用，并且，當(dāng)原始數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，其相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)的隨其發(fā)生改變，從而避免了因信息的更新而造成錯(cuò)誤。

3.2.4 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)

以上三層就構(gòu)成了基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的框架。從而真正實(shí)現(xiàn)建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換，使得各專業(yè)人員可以得到自己所需的建筑信息，并利用其圖形編輯平臺(tái)等工具進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等專業(yè)工作，工作完成后，將信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)一方信息出現(xiàn)改動(dòng)時(shí)，與其有關(guān)的相應(yīng)專業(yè)的會(huì)發(fā)生改變。其流程如圖2所示:

圖2 信息傳遞流程圖

建筑行業(yè)是一門(mén)包含多個(gè)部門(mén)，多個(gè)專業(yè)的行業(yè)，所以需要大量的專業(yè)軟件。而目前市面上主流的BIM軟件只有CAD系列軟件，相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，概預(yù)算軟件等都尚未開(kāi)發(fā)。所以筆者認(rèn)為，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，BIM的相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)都是不完全的，所以需要利用目前的非BIM功能軟件進(jìn)行配合。而使用這些軟件，必須開(kāi)發(fā)相應(yīng)的文件格式轉(zhuǎn)換軟件，使得IFC標(biāo)準(zhǔn)的文件可以轉(zhuǎn)換為其相關(guān)的功能軟件格式。其流程如圖3所示:

圖3 轉(zhuǎn)換流程圖

4 當(dāng)前正在進(jìn)行的研究工作的總結(jié)

4.1 當(dāng)前正在進(jìn)行的研究工作

4.1.1 基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造以及相應(yīng)接口開(kāi)發(fā)

目前，筆者已初步完成了基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。軟件的開(kāi)發(fā)利用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Visual Studio 2008為此數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)功能接口(圖4)。目前已實(shí)現(xiàn)IFC文件的輸入，輸出，查詢等功能。并支持多個(gè)項(xiàng)目，多個(gè)文件的儲(chǔ)存。為基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的構(gòu)建奠定了底層的數(shù)據(jù)支持。

4.1.2 基于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的概預(yù)算等功能的開(kāi)發(fā)

在此數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上對(duì)各專業(yè)軟件的功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，首先，對(duì)工程概預(yù)算的功能進(jìn)行初步的研究。在IFC標(biāo)準(zhǔn)中，包含有IFCMATERIALRESOURCE，IFCGEOMETRYRESOURCE等實(shí)體，用以描述建筑模型中的材料，形狀等建筑信息，結(jié)合材料的價(jià)格，可以實(shí)現(xiàn)其建筑材料統(tǒng)計(jì)，價(jià)格概預(yù)算等功能。其次，對(duì)概預(yù)算功能進(jìn)行初步的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)其概預(yù)算功能(圖5)。

圖4 BIM數(shù)據(jù)庫(kù)及開(kāi)發(fā)接口

圖5 工程概預(yù)算功能

4.1.3 基于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的多種專業(yè)軟件文件類(lèi)型的轉(zhuǎn)換

基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)下開(kāi)始對(duì)多種專業(yè)軟件文件類(lèi)型轉(zhuǎn)換功能的開(kāi)發(fā)，將在前期已完成的IFC標(biāo)準(zhǔn)與XML格式，SAP模型，ETABS模型等其他軟件模型轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入地基于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)研究。前期已完成的轉(zhuǎn)換工作是以文件為單位，利用內(nèi)存來(lái)對(duì)文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而下一步將在已完成的基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)上進(jìn)行文件格式的轉(zhuǎn)換，從而使文件格式的轉(zhuǎn)換的信息量更大，速度更快捷。

4.2 結(jié)論與展望

本文通過(guò)基于BIM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的初步開(kāi)發(fā)與研究，提出基于BIM技術(shù)的建筑信息協(xié)同平臺(tái)的基本構(gòu)建，并對(duì)其底層數(shù)據(jù)庫(kù)，工程概預(yù)算以及文件格式轉(zhuǎn)化功能的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了初步的研究?；贐IM技術(shù)的建筑信息平臺(tái)的建立，可以使建筑行業(yè)中錯(cuò)綜復(fù)雜的建筑信息得以整合，從而使建筑信息的無(wú)序變?yōu)橛行?。此平臺(tái)以基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，使多部門(mén)多專業(yè)在圖形顯示編輯平臺(tái)上得以進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工作，從而實(shí)現(xiàn)各部門(mén)各專業(yè)之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的真正目標(biāo)。

[1] H Edward Goldberg.AEC From the Ground Up:The Building Information Model[J].CADalyst.Eugene，Nov 2004，Vol.21;56-58.

[2] Faraj I，Alshawi M，Aouad G，Child T，Underwood J.Industry foundation classes Web－based collaborative construction computer environment:WISPER[J].Automation in Construction，2000，10:79-99.

[3] Halfawy，Mahmoud M.R ，F(xiàn)roese，Thomas M.Component-based framework for implementing integrated architectural/engineering/construction project systems[J].Journalof Computing in Civil Engineering，2007，21:441-452.

[4]張建平，張洋，張新.基于IFC的BIM及其數(shù)據(jù)集成平臺(tái)研究[C].第十四屆全國(guó)工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.杭州;2008:227-232.

[5]趙毅立.下一代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模及BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研究[D].北京，清華大學(xué)，2008.

[6] Kam，Calvin，F(xiàn)ischer，Martin，Hanninen，Reijo，Lehto，Seppo，Laitinen，Jarmo Implementation challenges and research needs of the IFC interoperability standard:Experiences from HUT －600 construction pilot[R].American Society of Civil Engineers. Washington，DC，United states 2002.

[7] Pazlar，Tomaz，Turk，Ziga Interoperability in practice:Geometric data exchange using the IFC standard[J].Electronic Journal of Information Technology in Construction，2008，13;362-380.

[8] http://bim.sjtu.edu.cn.BIM 簡(jiǎn)介.