隗靜宇 黃慧穎

1(上海第二工業(yè)大學(xué) 上海 201209)2(上海計算機軟件技術(shù)開發(fā)中心 上海 201112)3(上海產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 上海 201206)4(上海嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心 上海 201112)

0 引 言

隨著計算機硬件的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲早已不是問題，如何高效地進行數(shù)據(jù)處理成為關(guān)鍵問題。數(shù)據(jù)處理的核心在于數(shù)據(jù)如何表示和數(shù)據(jù)之間如何進行交流。建筑行業(yè)對項目在全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)如何管理提出了解決辦法：建立基于BIM的信息管理系統(tǒng)，旨在將全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)集中在一個平臺上進行管理。本文使用施工運營建筑信息交換標準COBie進行數(shù)據(jù)信息交換，簡化數(shù)據(jù)處理手段，提高數(shù)據(jù)管理效率，使得建筑設(shè)施信息管理系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)處理方式有所簡化，數(shù)據(jù)處理效率有所提高。

1 相關(guān)研究

1.1 BIM

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，在U.S.Army Technical Report(East 2007)上首次提出[1]，在計算機上對建筑的物理信息和功能特性做出三維立體模型的可視化表達，建筑設(shè)施在全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)在此模型上進行共享和應(yīng)用，使得各利益相關(guān)方協(xié)同工作，更好地實現(xiàn)項目的價值。

1.2 COBie標準

COBie在NBIMS-USTMV3(2015)中被首次提出[2]，利用COBie在建筑全生命周期內(nèi)各個環(huán)節(jié)協(xié)同工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，克服各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)無法識別、無法使用的弊端。本文相關(guān)的COBie內(nèi)容，基于National BIM Standard-United States?Version3中的COBie-Version 2.4來研究。

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

BIM問世以來，在國際建筑業(yè)掀起了新一輪的改革。文獻[4]以美國華盛頓大學(xué)的BIM_COBie為試點案例進行研究，探討COBie交換過程并非簡單地創(chuàng)建和交換數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)的使用效率問題應(yīng)引起重視；當大多數(shù)企業(yè)僅側(cè)重于利用COBie標準保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性時，文獻[5]提出利用Gestalt理論分析優(yōu)化COBie數(shù)據(jù)可視化功能，增強用戶體驗以提高工作效率；文獻[6]利用COBie實際案例應(yīng)用模型與COBie規(guī)范性模型作對比，分析COBie標準在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的差異以及若強制執(zhí)行該標準有可能對項目交付造成的影響。

自2015年COBie標準出現(xiàn)，國內(nèi)對COBie在建筑設(shè)施管理中理論研究較多，應(yīng)用研究較少，將COBie與設(shè)施運維聯(lián)系，搭建理論框架，分析其實施的可能性，以達到COBie與設(shè)施數(shù)據(jù)管理相結(jié)合的目的。文獻[7-8]分別以醫(yī)院和體育場為例，使用COBie標準對建筑進行設(shè)計應(yīng)用，提高了建筑設(shè)施信息化；文獻[9]分析了IFC協(xié)議的弊端，提出BIM與COBie標準相結(jié)合的構(gòu)想，構(gòu)建相應(yīng)理論框架并驗證了該系統(tǒng)的可行性；文獻[10]提出構(gòu)建BIM-FM系統(tǒng)并利用COBie進行信息集成化管理；文獻[11]在理論上提出基于BIM-COBie的項目全生命周期信息化管理。

目前COBie在設(shè)施數(shù)據(jù)管理上的研究僅停留在理論研究階段，本文使用COBie-SpreadsheetML構(gòu)建建筑信息管理系統(tǒng)，簡化數(shù)據(jù)傳遞方式，提高數(shù)據(jù)使用效率，進行了對COBie標準在數(shù)據(jù)管理應(yīng)用層面上的研究。

2 基于COBie搭建BIM信息管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)為基于COBie-SpreadsheetML數(shù)據(jù)交換格式的BIM信息管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)可將設(shè)備信息與系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行虛實結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)施數(shù)據(jù)管理信息化。本系統(tǒng)開發(fā)軟件基于Revit2019進行三維模型開發(fā)，基于Eclipse進行代碼編寫，使用MySQL進行數(shù)據(jù)庫搭建，Navicat for MySQL進行數(shù)據(jù)庫管理工作。

2.1 前期準備

本文以某停車場的建筑模型為例進行研究，該建筑共3層，分別為地下一層、地上一層和地上二層，其中地下一層為空調(diào)設(shè)備機房。本系統(tǒng)采用該建筑模型的地下一層設(shè)備機房作為研究原型，創(chuàng)建本系統(tǒng)的三維模型圖，使用Revit軟件創(chuàng)建可視化三維建筑模型設(shè)計圖(Pro.rvt文件)，如圖1所示。

圖1 Pro.rvt模型圖

2.2 設(shè)計階段

2.2.1COBie標準下數(shù)據(jù)定義、賦值和添加

COBie標準旨在設(shè)計和施工階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以方便地應(yīng)用到生產(chǎn)和運維階段，實現(xiàn)信息共享共用。在BIM全生命周期的每一個階段中數(shù)據(jù)剛剛產(chǎn)生時就將其錄入系統(tǒng)，減少重要信息丟失概率。數(shù)據(jù)在全生命周期的各個階段的定義、賦值和添加如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)定義、賦值和添加

在需求分析階段，各相關(guān)方進行數(shù)據(jù)的定義，明確BIM相關(guān)實體、類型、屬性等信息；在設(shè)計階段進行BIM數(shù)據(jù)賦值，如空間(Space)、區(qū)域(Zone)和樓層(Floor)等；在施工階段進行項目數(shù)據(jù)賦值，如組件(Component)和設(shè)施(Facility)等；在運維階段進行相關(guān)運維信息的管理和記錄的添加，如資源(Resource)和文件(Document)等。

2.2.2COBie中SpreadsheetML格式的信息導(dǎo)出

COBie本質(zhì)為一個數(shù)據(jù)分類標準，有嚴格的數(shù)據(jù)組織方式，并且為用戶提供不同交付格式的選項，COBie的信息交換格式包括IFC-STEP、ifcXML和SpreadsheetML三種，其通過這三種格式進行數(shù)據(jù)傳遞和交換。前兩種格式必須在相關(guān)解析器中查看并且需掌握相關(guān)專業(yè)知識；與前兩者相比較，第三種方式SpreadsheetML已成為數(shù)據(jù)表示和交換COBie數(shù)據(jù)最常用的方式，并且COBie-SpreadsheetML對數(shù)據(jù)收集和傳遞添加了規(guī)范和模板。由于SpreadsheetML結(jié)構(gòu)簡單使得相關(guān)使用者無須學(xué)習(xí)任何BIM工具，無須了解IFC數(shù)據(jù)模型即可操作BIM信息管理系統(tǒng)，并且數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入和導(dǎo)出通常也支持電子表格方式。根據(jù)NBIMS-USTMV3將數(shù)據(jù)分為兩類，一類為作者信息，另一類為系統(tǒng)信息。作者信息為每個項目所必須：Author(createdBy，createdOn，ExtSystem，ExtObject，ExtIdentifier)。系統(tǒng)信息的特征表共有18個：Contact，Zone，Space，F(xiàn)loor，F(xiàn)acililty，Component，Type，System，Job，Resource，Spare，Attribute，Impact，Connection，Assembly，Coordinate，Issue，Document。各個特征表之間存在一定聯(lián)系，且每個特征表背后又存在繁多的特征屬性，例如：Contact(Contact.Email，Contact.Category，Contact.Company，Contact.Phone，Contact.Department，Contact.OrganizationCode，Contact.GivenName，Contact.FamilyName，Contact.Street，Contact.PostalBox，Contact.Town，Contact.StateRegion，Contact.PostalCode，Contact.Country)。

為統(tǒng)一各相關(guān)方的數(shù)據(jù)表示及數(shù)據(jù)組織方式，COBie標準規(guī)定所導(dǎo)出的特征表的特征屬性固定。使用Revit所導(dǎo)出的 .xlsx文件中，各表的列名固定且規(guī)定背景顏色統(tǒng)一，具體顏色說明如表1所示。

表1 .xlsx文件說明

續(xù)表1

2.2.3數(shù)據(jù)的傳遞和提取

該建筑信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為兩大類，一類為BIM模型相關(guān)數(shù)據(jù)，另一類為項目相關(guān)數(shù)據(jù)。使用COBie-SpreadsheetML格式可將兩類數(shù)據(jù)導(dǎo)出為 .xlsx文件形式，并導(dǎo)入到BIM建筑信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理。

2.3 開發(fā)階段

2.3.1搭建系統(tǒng)框架

圖3為本文建筑信息管理系統(tǒng)的框架設(shè)計。將目標建筑進行三維建模生成 .rvt文件；基于 .rvt文件解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)；搭建建筑設(shè)施信息管理平臺，在服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)的處理，在瀏覽器端進行數(shù)據(jù)的展示，整個平臺可以實現(xiàn)與用戶交互的功能。

圖3 建筑信息管理系統(tǒng)框架

2.3.2數(shù)據(jù)獲取

COBie標準可直接導(dǎo)出SpreadsheetML格式的數(shù)據(jù)。使用Revit軟件點擊界面中的CreateSpreadsheet圖標，即可獲得COBie-spreadsheet.xlsx數(shù)據(jù)文件。圖4為數(shù)據(jù)導(dǎo)出界面，其中：(a)為數(shù)據(jù)導(dǎo)出總界面；(b)是(a)中帶框圖符的放大形式。圖5為導(dǎo)出 .xlsx數(shù)據(jù)文件時的顯示界面。

(a) Revit總界面

圖5 .xlsx數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出顯示界面

2.3.3數(shù)據(jù)庫搭建

本項目使用MySQL搭建數(shù)據(jù)庫，使用Navicat for MySQL軟件進行數(shù)據(jù)庫的管理，其流程如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)庫流程

將導(dǎo)出的相應(yīng) .xlsx信息導(dǎo)入至數(shù)據(jù)庫中，相應(yīng)步驟如圖7所示。受論文篇幅所限，僅列出部分信息表中的部分數(shù)據(jù)，如表2、表3所示。

圖7 .xlsx文件導(dǎo)入

表2 Space表

表3 Compoent表

2.3.4前端設(shè)計

獲取3D模型圖，提取相應(yīng)BIM數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建相應(yīng)的 .jsp文件，設(shè)計界面，搭建BIM-COBie建筑信息管理系統(tǒng)。

(1) BIM模型導(dǎo)入，將源文件(Pro.rvt)發(fā)起文件轉(zhuǎn)換，解析并提取源文件。獲取訪問令牌，得到AccessToken；使用已獲取的URL和訪問令牌，獲取3D模型；可視化3D模型，顯示相應(yīng)組件信息。

(2) 進行前端交互式界面設(shè)計，設(shè)置快捷導(dǎo)航欄，可以實現(xiàn)快速切換至某相應(yīng)設(shè)備。搭建完成后的頁面如圖8所示。

圖8 前端頁面設(shè)計

2.3.5系統(tǒng)功能實現(xiàn)

COBie標準在系統(tǒng)的全生命周期內(nèi)獲取第一手數(shù)據(jù)資料，在設(shè)計階段和施工階段由設(shè)計師和工程師在數(shù)據(jù)產(chǎn)生時就錄入到建筑信息管理系統(tǒng)中，降低了數(shù)據(jù)丟失概率，提高了數(shù)據(jù)利用率，能有效地對各階段的信息進行整合。

基于COBie標準的BIM信息管理系統(tǒng)通過統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理平臺進行數(shù)據(jù)處理，提供數(shù)據(jù)顯示服務(wù)，實現(xiàn)了虛擬系統(tǒng)和設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通、信息共享。設(shè)備、設(shè)備虛擬映射與信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)工單一一對應(yīng)，實現(xiàn)了設(shè)施數(shù)據(jù)管理信息化。將信息管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)，可在數(shù)據(jù)庫內(nèi)增刪改查記錄并與系統(tǒng)聯(lián)動顯示，相應(yīng)設(shè)備使用人員和設(shè)備運維人員可通過該BIM-COBie數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理相應(yīng)的設(shè)備數(shù)據(jù)。圖9表明了設(shè)備數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系，其中：(a)為某一設(shè)備在系統(tǒng)中的虛擬映射；(b)為(a)中帶框設(shè)備的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)工單中的顯示。

(a) 設(shè)備虛擬映射 (b) 系統(tǒng)顯示該設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)圖9 設(shè)備數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用

清楚了如何構(gòu)建基于COBie標準的BIM信息管理系統(tǒng)，我們還可在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，定向?qū)崿F(xiàn)某些特定功能的系統(tǒng)。例如：開發(fā)建筑設(shè)施運行與維護管理系統(tǒng)，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行采集和管理，對設(shè)備進行質(zhì)量評估；開發(fā)建筑能源管理系統(tǒng)，對照明系統(tǒng)、冷熱源系統(tǒng)等進行資源的合理配置；開發(fā)建筑環(huán)境健康安全管理系統(tǒng)，對安防設(shè)施、火災(zāi)報警等進行控制和監(jiān)督。以上應(yīng)用對建筑數(shù)據(jù)的信息化管理和資源的合理配置有直接有效的幫助。

3 結(jié) 語

本文利用COBie標準的SpreadsheetML格式進行數(shù)據(jù)的傳遞，在技術(shù)方面簡化了數(shù)據(jù)傳遞方式，降低代碼率，使得非編碼人員也可進行數(shù)據(jù)管理操作，提高了數(shù)據(jù)使用效率；在應(yīng)用方面利用COBie標準建立BIM建筑信息管理系統(tǒng)，使得全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)皆可在此系統(tǒng)上進一步拓展應(yīng)用，提高了工作效率，為建筑設(shè)施管理信息化提供一定參考。