基于BIM技术的建筑信息平台的构建

第三届工程建设计算机应用创新论坛文集2011•上海基于BIM技术的建筑信息平台的构建李犁，邓雪原（上海交通大学土木工程系，上海200240）【摘要】：自上个世纪80年代，CAD技术引入建筑行业后，引发了建筑设计行业的技术革命。当今，BIM技术已经开始引发建筑行业的又一次革命。针对BIM技术的应用，本文介绍了当前BIM技术在国内外的开发研究现状，并阐述了基于BIM技术的建筑信息平台的结构与构建。最后指出，信息的共享与转换是BIM技术的核心，而BIM技术的建筑信息平台的构建，可以使各个专业在图形显示编辑平台上，利用底层数据库所存储的数据，进行多部门多专业的规划、设计、施工、运营维护等，真正做到协同工作，实现真正的BIM技术。【关键词】：BIM；建筑信息平台；IFC；数据库；工程概预算当前BIM在国内外的发展简况当前BIM在国外的研究现状BIM在国外已经应用的软件建筑信息模型，简称为BIM(BuildingInformationModeling)，是由美国乔治亚理工学院建筑与计算机专业的恰克•伊士曼(ChuckEastman)博士,在三十多年前提出的:“建筑信息模型整合了几何模型信息;建筑的功能及能力要求;建筑的施工进度,建造工艺以及一系列建筑在全生命周期中所需的信息。”[1]其中，美国的欧特克（AUTODESK）公司开发的AutoCADRevit系列，匈牙利Graphisoft公司开发的ArchiCAD系列以及德国Nemetschek公司开发的NemetschekArchitect系列等软件都是基于BIM技术所开发的，现已被广泛使用。【基金项目】上海交通大学PRP项目（课题编号T010PRP20001）【通讯作者】邓雪原，男（1973-）博士，英国特许土木工程师，副教授，上海交通大学土木工程系，主要研究方向：建筑CAD协同设计与集成，基于BIM的协同设计与集成E-mail:dengxy@基于BIM技术的建筑信息平台在国外所进行的研究然而，BIM技术的研究并不单单体现在设计软件中，针对BIM技术的核心，及建筑信息的共享与转换，国外的一些学者对基于BIM技术的建筑信息平台进行了研究，其中英国索尔福德大学的Faraj,I.等人完成开发了基于BIM技术的WISPER(Web-basedIFCShareProjectEnvironment)平台，该平台具备IFC文件在数据库中存储，工程的造价预算，显示等功能；[2]加拿大基础设施研究中心（CentreforSustainableInfrastructureResearch）的Halfawy,MahmoudM.R.等人完成了基于BIM技术的建筑集成开发平台的开发，平台具备图形编辑，构建数量统计，预算，工程管理等功能。[3]当前BIM在国内的研究现状基于BIM技术的建筑信息平台在国内所进行的研究在我国，一些学者也提出了关于基于BIM技术的建筑信息平台的构建。其中，清华大学的张建平等人，对基于IFC的BIM及其数据集成平台进行了研究，实现了设计和施工阶段不同应用软件间的数据集成、共享和转换；[4]清华大学的赵毅立等人提出了下一代建筑节能设计系统建模及BIM数据管理平台研究，对下一代建筑节能设计软件系统研究的初期工作进行了研究。[5]BIM技术在目前阶段发展中所存在的问题当前市面上较为常见的BIM软件在应用中所存在的问题目前软件存在建筑信息在传递中出现错误，缺失等现象虽然当前有少量基于BIM技术开发的建筑设计软件，如美国的欧特克（AUTODESK）公司开发的AutoCADRevit系列，匈牙利Graphisoft公司开发的ArchiCAD系列等，支持IFC文件的输入与输出。但是，在文件进行输入输出的过程中，却存在着建筑信息的错误，缺失等现象。美国斯坦福大学的KamCalvin等人在基于BIM技术开发的HUT-600平台进行测试中指出，IFC文件在输入ArchiCAD11软件时，由于其内部数据库与自身IFC文件所含的信息格式不符而造成了建筑构件所含信息的缺失和错误。[6]卢布尔雅那大学的Pazlar,T.等人也在对ArchitecturalDesktop2005，AllPlanArchitecture2005以及Archicad9三个软件间进行IFC文件互相传输的测试中指出，各大软件商都使用自己的数据库与其显示平台进行对接，由于数据库并未按照IFC标准的格式而构建，不可避免的出现IFC文件输入，输出时造成信息缺失与错误等结果[7]目前软件无法储存多个项目的IFC文件其次，对于现今软件商使用的文件存储模式，如Autodesk系列的dwg文件存储模式，一个文件只能存储一张或几张图纸。当面对多个工程，多个文件，大量数据进行储存的时候，这种存储模式是无法实现的。虽然目前如Revit系列软件，已经可以将其一个工程作为一个文件进行存储，但仍存在两个问题：一，这仍然无法实现存储多个工程的功能；二，其以工程为单位信息量的文件大小往往非常庞大，对其进行操作，如输入，输出，编辑的时候，会严重的影响运行的效率。目前仍然缺少支持IFC文件格式的专业软件而且，建筑领域是一门涉及许多专业的综合学科，如对建筑的设计需要进行结构计算，对建筑的造价需要进行概预算等等。而当前市场上却鲜有在这些功能上支持IFC文件格式的软件。笔者认为，对于这类问题，从长远来看，需要在IFC文件的基础上开发各种相应的功能软件；而在短期时间内，需要开发相应的文件格式转换软件，将IFC格式的文件，转化为目前市面上存在的功能软件所支持的文件格式。BIM技术的核心是信息的共享与转换BIM技术的核心是建筑信息的共享与转换[8]，而当前，较为成熟的BIM软件只能满足相应几个专业之间的信息传递。为了在建筑行业中，多部门多专业的人员都可以利用信息的共享和转换来完成自己的专业工作，需要构建基于BIM技术的建筑信息平台，使每个专业人员在共同数据标准的基础上通过信息共享与转换，从而实现真正的协同工作。基于BIM技术的建筑信息平台的结构构建基于BIM技术的建筑信息平台的结构雏形BIM技术的目标是使建筑在其全生命周期中，各个专业人员可以利用建筑信息的共享，从而做到真正的协同工作。而实现这个目标，需要构建一个以信息技术为核心，各个专业利用图形平台等工具进行协同工作的BIM建筑信息平台。其构造的基本结构如图1所示：BIM建筑协同平台建筑BIM建筑协同平台建筑结构水暖通概预算电气类型转换图形显示编辑平台基于IFC标准的建筑信息模型数据库3.2.1数据层其平台的最底层，为BIM数据库，用以存储建筑信息，从而可以被建筑行业的各个专业共享使用。该数据库的构造应注意以下三点：1，此数据库用以存储的建筑信息模型，是整个建筑在全生命周期中所产生的所有信息，每个专业都可以利用此数据库中的数据信息来完成自己的设计工作，从而做到真正的建筑信息的共享；2，这个数据库可以储存多个项目的建筑信息模型，因为在目前的图1BIM建筑协同平台框架主流的信息储存方式，以文件为单位的储存方式，在面对当前BIM技术时，存在着数据量大，文件存读取困难，难以共享等缺点，而利用数据库对多个项目的建筑信息模型进行存储，可以解决此问题。从而真正做到快速，正确的共享建筑信息；3，数据库的储存形式，应遵循其标准。如果标准不同，数据的形式不同，就可能在文件的传输过程中出现缺失或错误等现象。目前，IFC标准即工业基础类，是BIM技术中应用比较成熟的一个标准，用以储存建筑模型信息，它是一个开放，中立，标准的用来描述建筑信息模型的规范，是实现建筑中各专业之间数据交换和共享的基础。它是由IAI,现为buildingSMARTInternational)在1995年制定的，它使用EXPRESS数据定义语言所写，标准的制定遵循了国际化标准组织（ISO）组织开发的产品模型数据交换标准，其正式代号为（ISO10303-21）。目前IFC标准由MSG负责开发，ISG负责应用协调工作，两部门共同参与IFC软件的认证工作，现IFC得最新版本为2010年9月份发布\o"RC2releasesummary"IFC2x4RC2版本。图形平台层第二层为图形显示编辑平台，各个专业可利用此显示编辑平台，完成建筑的规划、设计、施工、运营维护等工作。有些观点认为，BIM的核心在于建模，在于完成建筑设计从2D到3D的理念转换。而笔者认为，BIM的核心不是类似建模这种单纯的图形转换，而是建筑信息的共享与转换。同时，3D平台的显示与2D相比，也存在着一些短处：如在显示中，会存在着一定的盲区等。专业层第三层为各个专业的使用层，各个专业可利用其自身的软件，对建筑完成如规划、设计、施工、运营维护等专业工作。首先，在此平台中，各个专业无需再像传统的设计中，从其他专业人员手中获取信息，经过信息的处理后，才可以为己所用。而可以直接从数据库中提取最新的信息，此信息在从数据库中提取出来时，会根据其设计人员的所在专业，自动进行信息的筛选，当传输到设计人员手中时，可直接使用，并且，当原始数据发生改变时，其相关数据会自动的随其发生改变，从而避免了因信息的更新而造成错误。基于BIM技术的建筑信息平台其他相关专业数据库其他相关专业数据库专业人员信息发生改变时图2信息传递流程图建筑行业是一门包含多个部门，多个专业的行业，所以需要大量的专业软件。而目前市面上主流的BIM软件只有CAD系列软件，相关的结构计算，概预算软件等都尚未开发。所以笔者认为，在相当长的一段时间内，BIM的相关软件开发都是不完全的，所以需要利用目前的非BIM功能软件进行配合。而使用这些软件，必须开发相应的文件格式转换软件，使得IFC标准的文件可以转换为其相关的功能软件格式。其流程如图3所示：IFC文件IFC文件PKPM文件CAD文件其他文件格式IFC格式转换图3转换流程图当前正在进行的研究工作的总结当前正在进行的研究工作基于BIM技术的建筑信息平台的数据库构造以及相应接口开发目前，笔者已初步完成了基于BIM技术的建筑信息平台数据库的构建。软件的开发利用SQLServer2005数据库，利用VisualStudio2008为此数据库开发功能接口(图4)。目前已实现IFC文件的输入，输出，查询等功能。并支持多个项目，多个文件的储存。为基于BIM技术的建筑信息平台的构建奠定了底层的数据支持。图4BIM数据库及开发接口基于BIM数据库的概预算等功能的开发在此数据库基础上对各专业软件的功能进行开发，首先，对工程概预算的功能进行初步的研究。在IFC标准中，包含有IFCMATERIALRESOURCE，IFCGEOMETRYRESOURCE等实体，用以描述建筑模型中的材料，形状等建筑信息，结合材料的价格，可以实现其建筑材料统计，价格概预算等功能。其次，对概预算功能进行初步的开发，实现其概预算功能（图5）。图5工程概预算功能基于BIM数据库的多种专业软件文件类型的转换基于IFC标准的BIM数据库下开始对多种专业软件文件类型转换功能的开发，将在前期已完成的IFC标准与XML格式，SAP模型，ETABS模型等其他软件模型转换的基础上进行更深入地基于BIM数据库的开发研究。前期已完成的转换工作是以文件为单位，利用内存来对文件格式进行转换。而下一步将在已完成的基于IFC标准的BIM数据库上进行文件格式的转换，从而使文件格式的转换的信息量更大，速度更快捷。结论与展望本文通过基于BIM技术的建筑信息平台的初步开发与研究，提出基于BIM技术的建筑信息协同平台的基本构建，并对其底层数据库，工程概预算以及文件格式转化功能的开发进行了初步的研究。基于BIM技术的建筑信息平台的建立，可以使建筑行业中错综复杂的建筑信息得以整合，从而使建筑信息的无序变为有序。此平台以基于IFC标准的BIM数据库为基础，使多部门多专业在图形显示编辑平台上得以进行规划、设计、施工、运营维护等工作，从而实现各部门各专业之间的协同工作，实现BIM技术的真正目标。参考文献[1].HEdwardGoldberg.AECFromtheGroundUp:TheBuildingInformationModel[J].CADalyst.Eugene，Nov2004，Vol.21；56-58.[2].FarajI,AlshawiM,AouadG,ChildT,UnderwoodJ.IndustryfoundationclassesWeb-basedcollaborativeconstructioncomputerenvironment:WISPER[J].AutomationinConstruction,2000,10；79-99.[3].Halfawy,MahmoudM.R,Froese,ThomasM.Component-basedframeworkforimplementingintegratedarchitectural/engineering/constructionprojectsystems[J].JournalofComputinginCivilEngineering,2007,21