(1.華東建筑集團股份有限公司，上海 200041； 2.華建數(shù)創(chuàng)(上海)科技有限公司，上海 200070；3.上海大學—上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上海 200072； 4.上海大學悉尼工商學院，上海 201800)

1 前言

BIM技術的應用，是對建筑信息的創(chuàng)建、集成、共享和管理的過程[1]。而這一過程是從 BIM 模型的創(chuàng)建開始的，BIM模型將成為項目BIM應用的主要信息載體。在信息化如此發(fā)展的今天，各大軟件制造商緊跟BIM的潮流，推出多款BIM建模軟件，其各自具有專業(yè)偏向性也各有不同。在眾多BIM軟件中，如何挑選一款適合項目特點的BIM軟件，將決定BIM模型的信息存儲與交換能力。

2 BIM模型

BIM 模型是參數(shù)化的數(shù)字模型[2]。一個構件所有實體和功能特征都參數(shù)化并以數(shù)字形式儲存于數(shù)據(jù)庫中，整個建筑模型和整套設計文件是個集成的數(shù)字化數(shù)據(jù)庫，所有內(nèi)容都是參數(shù)化和相互關聯(lián)的。文件當中那些體現(xiàn)著項目全部要素的線條、圖形以及文字，都不是傳統(tǒng)意義上“畫”出來的，而是通過 BIM 軟件中的數(shù)據(jù)庫，使用體現(xiàn)了項目全部要素的“智能構件”，以數(shù)字方式“建造”而成。智能構件在 BIM 環(huán)境下，會自動將自身信息從中央數(shù)據(jù)庫加載至所有的平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖、明細表、立體渲染、工程量估計、預算、維護計劃中。參數(shù)建模具有雙向聯(lián)系性和及時性，可以輕松協(xié)調(diào)所有的圖形(如平、立、剖面圖等)和非圖形數(shù)據(jù)(如明細表等)。因為它們都是數(shù)據(jù)庫下的視圖表現(xiàn)。因此，BIM模型是性能化分析的數(shù)據(jù)基礎，也是建筑全生命周期中重要的信息載體。

3 BIM建模軟件

在信息化如此發(fā)展的今天，各大軟件制造商緊跟BIM的潮流，推出多款BIM建模軟件，其各自具有專業(yè)偏向性也各有不同。表1展示了當前國際上主要流行的BIM核心建模軟件，以及對應的廠商及其功能所主要針對的專業(yè)。

表1 BIM核心建模軟件

4 軟件選擇基準

在建筑信息化全生命周期中，BIM模型建立好后，將會繼續(xù)交付給下游，并在全產(chǎn)業(yè)鏈過程中時刻進行信息的交換，而當前由于建筑物的生命周期長、涉及的專業(yè)眾多，使得與建筑物相關的數(shù)據(jù)非常復雜，并且各個專業(yè)之間的交換數(shù)據(jù)中可能會由于沒有及時更新而造成施工中的錯誤。這些數(shù)據(jù)完整性以及數(shù)據(jù)交換性的問題一直困擾著建筑產(chǎn)業(yè)，并且給建筑業(yè)造成了巨額的浪費。近些年隨著人們對與建筑信息模型的日益關注，通過以建筑為基礎的軟件數(shù)據(jù)交換形成高效連續(xù)的工作流漸漸成為熱門話題。

4.1 IFC數(shù)據(jù)標準

建筑對象的工業(yè)基礎類(Industry Foundation Class IFC)數(shù)據(jù)模型標準是由國際協(xié)同聯(lián)盟(International Alliance for Interoperability IAI)在1995年提出的標準，該標準是為了促成建筑業(yè)中不同專業(yè)，以及同一專業(yè)中的不同軟件可以共享同一數(shù)據(jù)源，從而達到數(shù)據(jù)的共享及交互。通過IFC，在建筑項目的整個生命周期中提升溝通、生產(chǎn)力、時間、成本和質量，為全球的建筑專業(yè)與設備專業(yè)中的流程提升于信息共享建立一個普遍意義的基準。如今已經(jīng)有越來越多的建筑行業(yè)相關產(chǎn)品提供了IFC標準的數(shù)據(jù)交換接口，使得多專業(yè)的設計、管理的一體化整合成為現(xiàn)實。IFC數(shù)據(jù)模型覆蓋了AEC/FM中大部分領域，并且隨著新需求的提出在不斷地擴充。

因此，以IFC標準格式形成的BIM模型，可以在多種AEC工程軟件中進行信息傳遞及交換。當前，不同的軟件對IFC格式的支持范圍及支持程度各不相同。軟件對IFC的支持情況，關系著建立出BIM模型的信息存儲與傳遞能力，本文將通過對軟件的IFC支持情況進行分析，提出面向項目特點的軟件選擇方案。

4.2 Coordination View Certification 2.0協(xié)同視圖認證

國際組織BuildingSMART已針對BIM軟件的IFC支持情況進行了權威認證與測試——BuildingSMART通過Software Certification軟件認證中的Coordination View Certification協(xié)同視圖認證，對IFC2x3在對應BIM軟件中的導入導出情況進行測試，并在分析后形成權威報告，以便軟件商進行宣傳以及消費者進行需求性選擇。

2006年2月BuildingSMART發(fā)布了IFC2x3，作為 IFC2x2 基礎上的一種質量改進版本。IFC2x3 是當前穩(wěn)定的 IFC 版本，也是目前 BIM 軟件支持的最為普遍的交互數(shù)據(jù)執(zhí)行標準。2011年，BuildingSMART官方公布的通過 IFC 認證，支持 IFC 輸入輸出的工程應用軟件有151 個，涵蓋了設計、分析、施工、設備管理等多個領域，例如NEMETSCHEK公司的Allplan、ArchiCAD、Vectorworks，Autodesk公司的AutoCAD系列、Revit系列、Navisworks，Bentley公司的Bentley系列、AECOsim Building Designer系列以及Tekla公司的Tekla Structures等。通過軟件認證，得出的最終結果展示了哪些IFC信息在軟件中得以保留和傳遞，可以研究不同軟件針對IFC信息的支持情況，也可以得出軟件對不同IFC信息的支持情況。真正從用戶需求的角度出發(fā)，為用戶在不同項目中的BIM軟件選擇提供了參考。當前的Software Certification軟件認證已測試了多款BIM軟件針對IFC2x3文件協(xié)同試圖認證(CV2.0)，分別對軟件導入IFC2x3文件情況或軟件導出IFC2x3格式情況進行測試，并形成對應測試報告。

5 軟件選擇方法論

如上文所述，本文將基于Coordination View Certification 2.0(以下簡稱CV2.0)的官方軟件測試報告，對BIM建模軟件的IFC支持情況進行對比分析，通過統(tǒng)計、整理與分析，形成基于CV2.0的軟件IFC支持情況數(shù)據(jù)，并提供了針對項目特點進行軟件選擇的方法，為項目的BIM建模軟件選擇方案提供參考。

本文提供的軟件選擇方法論如圖1所示，具體包括： 1)基于CV2.0的軟件IFC支持情況數(shù)據(jù)處理；2)針對項目特點的BIM建模軟件選擇。

圖1 基于IFC認證的軟件選擇方法論

基于CV2.0的軟件IFC支持情況數(shù)據(jù)處理過程具體分為：數(shù)據(jù)源選擇、數(shù)據(jù)預處理、支持度量化、同類元素合并、同軟件模塊合并。

針對項目特點的BIM建模軟件選擇方法具體分為：典型元素提取、權重設置、軟件支持度計算、軟件方案確定。

5.1 基于CV2.0的軟件IFC支持情況數(shù)據(jù)處理

(1)數(shù)據(jù)源選擇

參與CV2.0認證測試的軟件眾多，類型交廣，功能涉及BIM建模、模型查看、BIM分析等。為了方便對BIM建模軟件選擇，避免冗余數(shù)據(jù)的干擾，實現(xiàn)從多個軟件中快速篩選出適用于本文的應用軟件，本文選取具有建模功能的BIM軟件的測試報告進行分析

因此，本文選擇了如表2所示的13款軟件進行分析，這些軟件均具有建筑、結構、機電中若干或者全部的建模功能，并基本參與了導入和導出測試，有利于對其IFC支持程度進行全方面分析。

表2 本文選取符合要求的建模軟件列表

本文從BuildingSMART官方網(wǎng)站(http：//www.buildingsmart-tech.org)下載了這些軟件的Coordination View Certification 2.0的官方軟件測試文檔，其中包括：

(1)導入測試報告10份：AECOsim Building Designer、Allplan、ArchiCAD、Autodesk Revit系列(Architecture、MEP、Structure)、RIB iTWO、Scia Engineer、Tekla Structures、Vectorworks)；

(2)導出測試報告14份：AECOsim Building Designer系列(Architecture、MEP、Structure)、Allplan、ArchiCAD、AutoCAD Architecture、Autodesk Revit系列(Architecture、MEP、Structure、LT)、DDS-CAD MEP、Scia Engineer、Tekla Structures、Vectorworks。

(2)數(shù)據(jù)預處理

為了方便統(tǒng)計和分析，本文對軟件測試報告PDF文檔進行數(shù)據(jù)化整理形成統(tǒng)計文檔。在軟件測試報告中，通過對各建筑元素中的片段(concept)進行測試，來表達該軟件對于IFC2x3各建筑元素的支持情況。其中建筑元素測試的結果分為三種類型：支持(support)、有限制(restricted)、不支持(not support)，分別展示了建筑元素中各支持程度的片段個數(shù)。如圖2所示，可見在Autodesk Revit Architecture的IFC2x3導入測試中，針對Beam-01/2x3類型的IFC2x3梁幕墻元素，共有10個片段信息參與檢測，其中9個片段信息成功被該軟件支持， 1個片段在導入過程中收到限制，只得到部分信息的支持， 0個片段未能得到軟件的支持。

圖2 Autodesk Revit Architecture軟件CV2.0導入測試報告截圖

本文按照導入和導出情況，對導入的10款軟件數(shù)據(jù)進行整理，按照軟件對IFC建筑元素導入支持情況，形成一份導入情況表； 同理，對導出的14款軟件數(shù)據(jù)進行整理，按照軟件對IFC建筑元素導出支持情況，形成一份導出情況表。其中，導入/導出情況表按照不同軟件進行大列的劃分，按照不同IFC建筑元素進行行的劃分。每個軟件大列中又按建筑元素對應的各支持程度片段個數(shù)，分為四個小列，具體為total列(灰色)、support列(綠色)、restricted列(黃色)、notsupport列(紅色),如圖3所示。

圖3 軟件對IFC導出支持情況表截圖

(3)支持度量化

為方便進行對比研究，更直觀地觀察軟件對IFC的支持情況，現(xiàn)提出傳遞率rate值。其中，傳遞率rate=(support×1+restricted×0.5+notsupport×0)/total，其中，support代表軟件完全支持片段的個數(shù)，restricted代表軟件部分支持片段的個數(shù)，notsupport代表軟件不支持片段的個數(shù)，total為該建筑元素總共含有的片段個數(shù)。通過權重分配，設定完全支持權重為1，部分支持權重為0.5，不支持權重為0，因此某一建筑元素的rate值表達了該IFC建筑元素在某款軟件中的支持程度，通過所有建筑元素的rate值，可以直觀展示軟件對IFC的支持情況，表中以藍色列表示rate值，如圖4所示。

圖4 Revit Architecture軟件對于鋼筋建筑元素傳遞率rate計算

(4)同類元素合并

本文分析的24份CV2.0報告中，共測試67種IFC建筑元素，對于建筑元素眾多的情況，為便于統(tǒng)計，將同一類型的建筑元素進行合并(表XX中同一行的建筑元素)。例如：將BEAM_01/2x3、BEAM_02/2x3、BEAM_01/2x3合并為BEAM_/2x3，并按各值總數(shù)計算BEAM_/2x3的rate值，代表上述三個BEAM IFC2x3元素的集合，從而降低重復構件冗余度，能更明顯區(qū)別不同類型IFC建筑元素的軟件支持情況，如圖5所示。

表3 軟件對于IFC建筑元素的導入傳遞率表

表4 軟件對于IFC建筑元素的導出傳遞率表

經(jīng)過同類元素合并處理，最終進行分析的IFC建筑元素共29類，包括：BeamColumn 4/2x3(梁柱)、Beam_/2x3(梁)、CharsetTest-/2x3(字符集檢驗)、Column_/2x3(柱)、CoveringFurnishing-01/2x3(家具)、CurtainWall-01/2x3(幕墻)、Door 1/2x3(門)、DoorWindow-02/2x3(門窗)、DuplexHouse_/2x3(復式房屋)、Grid 1/2x3(軸網(wǎng))、Member_/2x3(構件)、Pile 1/2x3(樁基)、PlateFastener-01/2x3(固定板)、Ramp/2x3(斜坡)、RandomArch-/2x3(不規(guī)則建筑構件)、RandomMEP-/2x3(不規(guī)則機電構件)、RandomStruc-/2x3(不規(guī)則結構構件)、Reinforcement-01/2x3(鋼筋)、ReplacementTest_/2x3(替換文字)、Roof/2x3(屋頂)、Site/2x3(場地)、Slab/2x3(板)、Space_/2x3(空間)、StairSlab-01/2x3(樓梯板)、UnitTest-/2x3(單元體檢驗)、Wall/2x3(墻)、WallSlab 3/2x3(墻板)、WallStandardCase/2x3(墻標準實例)、Window 1/2x3(窗)。

(5)同軟件模塊合并

由于一些軟件拆分為適用于不同專業(yè)的單獨模塊進行測試，基于同軟件之間格式的通用性，以及測試結果的相近性，將軟件列表中的同軟件不同模塊數(shù)據(jù)進行合并，以完整軟件代表各模塊。如導出報告中AECOsim Building Designer-Arch、AECOsim Building Designer-MEP、AECOsim Building Designer-Struct三個模塊的測試內(nèi)容合并為AECOsim Building Designer軟件的測試內(nèi)容。通過此步驟，簡化軟件方案數(shù)據(jù)表，方便軟件之間的分析比較。

通過上述五個步驟，形成軟件對于IFC建筑元素的導入傳遞率表(如表3)以及導出傳遞率表(如表4)。

5.2 針對項目特點的BIM建模軟件選擇

(1)典型元素提取

根據(jù)實際項目類型特點，判斷項目BIM應用中的構件、部件等類型，并根據(jù)表X-X篩選出對應的建筑元素，作為本項目的BIM建模軟件選擇分析中的典型元素。

(2)權重設置

表5 各軟件對橋梁IFC建筑元素導入傳遞率表

表6 各軟件對橋梁IFC建筑元素導出傳遞率表

由于具體項目中各構件、部件等的占比不同，對應模型中的建筑元素在全生命周期信息協(xié)同中的重要程度也不一致，導致各建筑元素影響軟件支持度所占的權重也不一樣，因此需要根據(jù)實際情況，通過對項目中構件、部件等的數(shù)量、體量、復雜程度、信息傳遞重要程度等進行綜合分析，對相應的典型元素進行權重設置。

(3)軟件支持度計算

①通過對各項建筑元素的rate值與權重相乘，得到單個建筑元素的實際傳遞率rate*，即：

rate*=rate×權重

②并將同一軟件下的建筑元素的rate*相加，得到單個軟件的IFC支持度Rate，即：

Rate=Σrate*

③同理，對IFC導入表中所有軟件進行①②兩步的計算，得到每個軟件的IFC導入支持度Rate。

(4)軟件方案確定

根據(jù)各軟件的IFC導入和導出支出率圖表直觀對比，為項目提供直觀的軟件選擇方案參考，并根據(jù)實際情況選擇具體軟件作為項目的BIM建模軟件。

6 軟件選擇方法應用

本文以市政領域典型的橋梁項目為例，對上述軟件選擇方法進行應用?；诒疚幕贑V2.0的軟件IFC支持情況數(shù)據(jù)處理中得出的表3與表4，本文將針對橋梁項目的特點，進行BIM建模軟件選擇，包括典型元素提取、權重設置、軟件支持度計算與軟件方案確定。

(1)典型元素提取

橋梁由上部結構、下部結構、支座系統(tǒng)和附屬設施四個基本部分組成[3]，上部結構通常又稱為橋跨結構，是在路線中斷時跨越障礙的主要承重結構，包括主梁、連接系等； 下部結構包括橋墩、橋臺、和基礎； 橋梁附屬設施包括橋面系、伸縮縫、橋頭搭板和錐形護坡等，橋面系包括橋面鋪裝(或稱行車道鋪裝)、排水系統(tǒng)、欄桿(或防撞欄桿)、燈光照明等。

因此，在IFC2X3中所對應的IFC元素有：代表主梁的Beam_/2x3，代表橋墩、橋臺的Column_/2x3，代表樁基的Pile 1/2x3，代表橋頭搭板的Slab/2x3，代表錐形護坡的Ramp/2x3，代表支座系統(tǒng)、連接系這類異形結構的RandomStruc-/2x3，代表橋面鋪裝、欄桿、伸縮縫這類異形建筑的RandomArch-/2x3，代表排水系統(tǒng)、燈光照明設施的RandomMEP-/2x3。此外，在橋梁項目的BIM建模過程中，還會涉及到構件的信息文本元素CharsetTest-/2x3，軸網(wǎng)元素Grid 1/2x3，橋梁的場地元素Site/2x3，構件中的(預應力)鋼筋元素Reinforcement-01/2x3以及其他一些構件元素Member_/2x3，如懸索、拉索、桁架等。

因此，在所有建筑元素中，經(jīng)過上述數(shù)據(jù)的篩選和處理，選擇橋梁部件對應的13項建筑元素進行分析，結合參與測試的各軟件方案，形成適用于裝配式橋梁的軟件選擇分析表格。表5和表6分別表示了面向橋梁項目特點的IFC導入軟件支持情況數(shù)據(jù)表和IFC導出軟件支持情況數(shù)據(jù)表。

(2)權重設置

在上一步中，本文根據(jù)項目特點篩選出適用于橋梁的13項建筑元素，但由于橋梁項目中各組成部分的重要程度由其數(shù)量、體量、信息量以及在信息傳遞需求所決定，因此對應的各建筑元素影響軟件支持度所占的權重也不一樣。本文針對某橋梁項目，通過對BIM設計人員以及全周期各階段專家進行調(diào)研并整理分析，按照橋梁BIM模型中各部分在全生命周期中的重要程度，對相應建筑元素權重進行分配，分配結果如表7所示。由于主梁、橋墩、橋臺、樁基、(預應力)鋼筋以及構件的屬性文本信息在模型中的非常重要，給定的權重為9； 對于支座系統(tǒng)、連接系這類異形結構構件，橋面鋪裝、欄桿、伸縮縫這類異形建筑構件，排水系統(tǒng)、燈光照明設施這類異性機電構件，它們在模型中具有部分影響能力，給定的權重為3； 而例如軸網(wǎng)、場地、錐形護坡、橋頭搭板以及其他構件這類信息內(nèi)容簡單，在全生命周期中起輔助作用的模型，給定的權重為1。

表7 某橋梁項目各建筑元素權重

圖6 某橋梁項目中各軟件IFC導入、導出支持度柱狀圖

通過對各建筑元素權重的分配，將重要的建筑元素影響程度放大、不重要的建筑元素影響程度減小，提高軟件選擇的準確性，保證BIM模型在具體應用過程中所存儲的信息能夠有效地進行傳遞與交互。

(3)軟件支持度計算

按照上文給出的軟件支持度計算公式，計算面向橋梁項目的各軟件的IFC導入支持度與導出支持度，見表8與表9，并繪制成柱狀圖，見圖6。

表8 某橋梁項目中各軟件對IFC導入支持度

表9 某橋梁項目中各軟件對IFC導出支持度

(4)軟件方案確定

根據(jù)圖6顯示，Bentley公司的AECOsim Building Designer軟件和Autodesk公司的Autodesk Revit系列軟件對橋梁項目BIM建模所需的IFC建筑元素在導入方面有較高支持； 同時，AECOsim Building Designer軟件對IFC建筑元素在導出方面的支持程度也較高。

具體BIM應用中，可基于此分析結果，結合軟件市場占有率、成本等因素，選用合適的建模軟件。

7 總結與展望

本文通過對BuildingSMART基于IFC2X3的Coordination View Certification 2.0軟件認證官方數(shù)據(jù)的統(tǒng)計整理，提出面向項目特點的BIM建模軟件選擇方案，并以市政領域橋梁項目進行應用，為不同特點的項目BIM應用提供軟件參考，促進IFC標準的發(fā)展以及BIM技術的普及?；谲浖J證數(shù)據(jù)的選擇方案研究具有現(xiàn)實意義，該研究未來將對各建筑元素(包括同類型建筑元素)及其對應的片段(concept)進行研究，并提出有效的權重設置方法，為項目提供更準確的軟件選擇參考。

參考文獻

[1] 苗鵬， 趙秋萍.BIM技術在建筑工程中的應用[J].商品與質量， 2017(21).

[2] 王雪青， 張康照，謝銀.BIM模型的創(chuàng)建和來源選擇[J].建筑經(jīng)濟， 2011(09)： 90-92.

[3] 橋梁的組成、分類、施工技術及測量[EB/OL].http：//www.wendangku.net/doc/f09690450722192e4536f6e1-2.html.