郭云峰 吳 巍 楊賀同 王樹昂

中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司 上海 201512

當(dāng)前我國建筑施工行業(yè)已進(jìn)入智能化、數(shù)字化時(shí)代。在全球數(shù)字化發(fā)展的趨勢(shì)下，建筑施工行業(yè)也將面臨施工技術(shù)創(chuàng)新、管理制度改革、工程數(shù)據(jù)優(yōu)化等問題。隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的不斷深化，越來越多的項(xiàng)目開始應(yīng)用BIM 技術(shù)。BIM 技術(shù)主要以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，匯集了工程項(xiàng)目全生命周期的工程信息。這樣一來，工程項(xiàng)目的背后都伴隨著大量、復(fù)雜的圖紙、三維模型、進(jìn)度計(jì)劃、聲像資料和施工方案等資料堆積。這些施工資料及BIM 模型的動(dòng)態(tài)管理成為了施工安裝企業(yè)新的難點(diǎn)。其中，數(shù)量龐大的BIM 模型管理更是難點(diǎn)中的難點(diǎn)。同時(shí)，由于BIM 模型的使用嚴(yán)重依賴專業(yè)軟件，對(duì)使用人員的技能也有一定要求，基層施工與技術(shù)人員難以方便自如的使用。因此，BIM 協(xié)同平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，通過整合BIM 各單一應(yīng)用點(diǎn)，達(dá)到對(duì)工程項(xiàng)目的信息化管理。

1 BIM輕量化技術(shù)簡介

BIM 模型格式繁多，目前國內(nèi)主流BIM 建模軟件有Revit、Bentley、PDMS 和Tekla 等。不同建模產(chǎn)品發(fā)布的BIM 模型格式不同，使軟件使用成本上升，對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求變高，動(dòng)輒上百兆的模型、上萬份的圖紙文件，使BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目中的推廣遭遇瓶頸，嚴(yán)重影響B(tài)IM 發(fā)揮其作用與價(jià)值，導(dǎo)致BIM 使用效率不高。為了整合多專業(yè)、多格式的BIM 資源，以便更好地發(fā)揮BIM 的作用，研究基于BIM 模型輕量化的協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)是必然趨勢(shì)[1]。

BIM 模型輕量化是指在不損失模型真實(shí)性的前提下，通過先進(jìn)算法對(duì)模型重構(gòu)，并進(jìn)行更輕便、更靈活地顯示。BIM 模型通過輕量化引擎處理后，在Web 和移動(dòng)端顯示需要經(jīng)過圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和瀏覽器渲染處理兩個(gè)過程，這兩個(gè)過程也正是BIM 模型輕量化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指將三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可被圖形引擎識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)格式，并且在轉(zhuǎn)換中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，簡化后的數(shù)據(jù)格式用于優(yōu)化存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸過程；模型輕量化顯示是指轉(zhuǎn)換后的模型被圖形引擎解析和顯示過程中通過提升渲染處理速度，達(dá)到流暢實(shí)時(shí)顯示。

BIM 模型屬性主要由幾何信息與非幾何信息組成。非幾何信息是指構(gòu)件屬性等相關(guān)數(shù)據(jù)，其輕量化方法比較簡單，只要將其剝離于幾何信息存儲(chǔ)和壓縮為DB 文件或者JSON 文件即可。

圖形數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是輕量化的源頭和核心。幾何信息的輕量化方法可以分為參數(shù)化幾何描述、減面優(yōu)化處理、實(shí)例化圖元描述和數(shù)據(jù)壓縮四種方法。

2 基于輕量化技術(shù)的BIM協(xié)同平臺(tái)在工程項(xiàng)目中的價(jià)值

對(duì)于任何建設(shè)工程項(xiàng)目而言，會(huì)有多個(gè)部門和單位在不同階段、不同程度地參與其中，包括政府部門、業(yè)主、咨詢單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工承包單位和供貨商等。BIM 協(xié)同平臺(tái)可以貫穿BIM 建設(shè)項(xiàng)目全生命周期，對(duì)所有信息進(jìn)行集中、有效地管理，讓散布在不同區(qū)域，甚至不同國家的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，能夠在一個(gè)集中統(tǒng)一的環(huán)境下工作，隨時(shí)獲取所需的項(xiàng)目信息，進(jìn)一步明確項(xiàng)目成員的責(zé)任，提升項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的工作效率及管理水平。

基于輕量化技術(shù)的BIM 協(xié)同平臺(tái)研發(fā)，可以將各個(gè)參建方和各個(gè)專業(yè)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都納入到同一個(gè)模型中，運(yùn)用可視化及共同語言讓每個(gè)項(xiàng)目參與方清楚自己應(yīng)該做什么、做到什么程度、什么時(shí)候完成、完成質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么，大大提高工作效率和工程品質(zhì)[2]，從而實(shí)現(xiàn)BIM 的落地價(jià)值。

3 協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究中，為滿足BIM 協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，即模型瀏覽、模型裝配、模型審核、模型自動(dòng)審核、模型操作、平臺(tái)管理和族庫管理7 個(gè)獨(dú)立且關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，以及滿足平臺(tái)具備足夠的靈活性和擴(kuò)展性、人機(jī)交互合理、系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定和安全性的技術(shù)要求，采用目前最先進(jìn)的構(gòu)建平臺(tái)及系統(tǒng)的微服務(wù)架構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)

協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由前臺(tái)應(yīng)用、功能包和服務(wù)構(gòu)成。前臺(tái)應(yīng)用以七大應(yīng)用場(chǎng)景為核心；功能包主要包括模型存儲(chǔ)與調(diào)用、模型瀏覽（包括基本的瀏覽工具）、模型審核及標(biāo)注、文檔/ 視頻存儲(chǔ)與調(diào)用、工作流設(shè)置、模型自定義操作（進(jìn)度/ 物項(xiàng)）、數(shù)據(jù)安全日志記錄與管理、模型參考、消息提醒、系統(tǒng)內(nèi)通訊、權(quán)限設(shè)置、模型信息清單導(dǎo)出（如工程量，材料量等）、屬性編輯（針對(duì)輕量化）、模型進(jìn)度對(duì)比查看、平臺(tái)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和更新和數(shù)據(jù)庫編輯。所有的功能都依賴于9 個(gè)主要服務(wù)，即輕量化服務(wù)、工作流服務(wù)、文件服務(wù)、消息服務(wù)、模型屬性服務(wù)、物項(xiàng)數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)抽取服務(wù)、算法服務(wù)和創(chuàng)新API 接口服務(wù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

建筑信息模型協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)以服務(wù)為核心，功能基于服務(wù)層。平臺(tái)由以下微服務(wù)構(gòu)成：

3.2.1 輕量化服務(wù)

基于WEBG 技術(shù)的電力輕量化引擎，實(shí)現(xiàn)各類設(shè)計(jì)軟件輸出的模型。通過數(shù)模分離構(gòu)建專用的幾何數(shù)據(jù)及非幾何數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型在瀏覽器端的瀏覽、查看和修改等功能，具體如圖3 所示。

圖3 輕量化服務(wù)

3.2.2 工作流服務(wù)

平臺(tái)以工程流程驅(qū)動(dòng)管理為主線，實(shí)現(xiàn)智能化分析管控，實(shí)現(xiàn)工程量、施工材料和文檔資料的協(xié)同管理。工作流服務(wù)為平臺(tái)提供流程定義、用戶任務(wù)，以及流程引擎對(duì)外提供的API 接口等功能，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)模型審核、模型跟蹤等功能，詳見圖4。其軟件過程如圖5所示。

圖4 流程引擎

圖5 工作流服務(wù)

3.2.3 文件服務(wù)

文件服務(wù)采用elFinder 作為文件引擎，實(shí)現(xiàn)各類型文件的在線管理，主要功能如圖6 所示。

圖6 文件服務(wù)

3.2.4 消息服務(wù)

平臺(tái)內(nèi)部通訊及流程提醒，均依賴消息服務(wù)。MQ消息隊(duì)列是一種進(jìn)程間通信或同一進(jìn)程的不同線程間的通信方式，軟件的貯列用來處理一系列的輸入，通常是來自用戶。消息隊(duì)列提供了異步的通信協(xié)議，消息的發(fā)送者和接收者不需要同時(shí)與消息隊(duì)列交互。消息會(huì)保存在隊(duì)列中，直到接收者取回它。具體過程如圖7 所示。

圖7 消息服務(wù)

3.2.5 數(shù)據(jù)抽取服務(wù)

建筑信息模型協(xié)同平臺(tái)貫穿整個(gè)施工周期，必須與工程實(shí)際數(shù)據(jù)相融合，必然需要打破各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)隔離，構(gòu)建統(tǒng)一、開放的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)抽取服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)從不同的系統(tǒng)中以物項(xiàng)ID 為核心關(guān)聯(lián)，提取相關(guān)數(shù)據(jù)形成真實(shí)有效且開放的數(shù)據(jù)集, 主要包括數(shù)據(jù)源配置和數(shù)據(jù)提取規(guī)則管理。通過數(shù)據(jù)源獲取其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問通道，通過數(shù)據(jù)提取規(guī)則，提取有效的數(shù)據(jù)并融合為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。具體如圖8 所示。

圖8 數(shù)據(jù)抽取服務(wù)

3.2.6 算法庫服務(wù)

協(xié)同平臺(tái)應(yīng)具有一定的智力支持能力，可提供多個(gè)算法庫，以支持應(yīng)用層的智能化應(yīng)用。主要包括模型自動(dòng)審核算法、變更追蹤算法、模型空間物體檢索及位置評(píng)估算法等算法庫。具體如圖9 所示。

圖9 算法服務(wù)

3.2.7 API 接口服務(wù)

開放API 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和服務(wù)，提供的服務(wù)整合到協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)中，會(huì)激發(fā)更多富有創(chuàng)意的應(yīng)用產(chǎn)生。為了對(duì)外提供統(tǒng)一的API 接口，對(duì)開發(fā)者開放資源調(diào)用API，平臺(tái)提供開放統(tǒng)一的API 接口環(huán)境，來幫助使用者訪問平臺(tái)的功能和資源。

4 工程應(yīng)用實(shí)踐

BIM 協(xié)同管理平臺(tái)輕量化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了BIM 模型在Web 端、移動(dòng)端的“輕量化”應(yīng)用模式。規(guī)模較大的BIM 模型在完成輕量化操作之后，模型大小可壓縮到原文件的5%～20%，使工程管理人員無需安裝專業(yè)建模軟件即可使用BIM 模型開展各類應(yīng)用，有效地降低了BIM 技術(shù)深度應(yīng)用過程中對(duì)軟硬件的性能要求[3]。

（1）BIM 協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)目前已面向中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司四個(gè)事業(yè)部，推廣應(yīng)用至4 個(gè)項(xiàng)目，上傳模型500 余個(gè)；

（2）通過對(duì)BIM 輕量化數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的研究，對(duì)BIM 模型在功能和信息量上進(jìn)行簡化，降低其對(duì)軟硬件的性能要求，且輕量化后的效果與原模型外形屬性相同。輕量化前后的模型效果如圖10 所示。

圖10 輕量化前（a）后（b）的模型

（3）一線工程技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用便攜設(shè)備使用模型，解決了數(shù)據(jù)信息瀏覽困難的問題，提高了溝通效率。使得項(xiàng)目移動(dòng)辦公更方便，項(xiàng)目管理效率更高，移動(dòng)端模型瀏覽如圖11 所示。

圖11 移動(dòng)端查看模型屬性

5 結(jié)論

平臺(tái)應(yīng)用BIM 輕量化技術(shù)，解決了基層施工技術(shù)人員用模難、數(shù)據(jù)量大的問題。在滿足了項(xiàng)目的BIM深度應(yīng)用需求的同時(shí)，既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)查看共享，又較大提升了工作效率，為項(xiàng)目精細(xì)化管理做出了有益的探索。族庫系統(tǒng)與裝配模塊的應(yīng)用，讓BIM 模型的深化應(yīng)用得到了實(shí)現(xiàn)。后續(xù)將繼續(xù)加大平臺(tái)的推廣培訓(xùn)力度，擴(kuò)大平臺(tái)的使用覆蓋率。通過后續(xù)的工程實(shí)踐，對(duì)平臺(tái)功能進(jìn)行進(jìn)一步完善，使其發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值，成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的強(qiáng)有力助手。