基于BIM的設(shè)計(jì)院知識(shí)管理系統(tǒng)初探

張懷強(qiáng)， 元 宇， 劉震豪

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

0 引 言

設(shè)計(jì)在工程建設(shè)中起著重要作用，設(shè)計(jì)質(zhì)量不僅影響建設(shè)工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，其技術(shù)水平對(duì)整個(gè)城市建設(shè)的發(fā)展也具有重要影響。隨著信息化的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)行業(yè)面臨巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。作為技術(shù)、知識(shí)密集型行業(yè)，知識(shí)管理成為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要抓手。知識(shí)管理是指企業(yè)為顯性和隱性知識(shí)的傳播提供路徑，對(duì)知識(shí)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工、共享和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)自身價(jià)值并使其增值，從而提高企業(yè)管理能力[1]。

國(guó)內(nèi)一些大中設(shè)計(jì)院經(jīng)過(guò)多年摸索，基本建立了本企業(yè)的知識(shí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)文件等材料的存檔和共享。但是通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的知識(shí)管理現(xiàn)狀調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，即使擁有“知識(shí)庫(kù)”，設(shè)計(jì)院初學(xué)者想捕捉有用知識(shí)還是較困難，針對(duì)性較差。為了讓知識(shí)靈活運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，需要有序梳理知識(shí)，將知識(shí)項(xiàng)目化、場(chǎng)景化[2]，本文提出基于BIM的設(shè)計(jì)院知識(shí)管理系統(tǒng)解決方案，讓BIM與知識(shí)管理相融合，讓學(xué)習(xí)者可以在場(chǎng)景中獲取知識(shí)。

1 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院知識(shí)管理調(diào)研

部分設(shè)計(jì)院知識(shí)管理沒(méi)有成型，未進(jìn)行信息化建設(shè)。工程設(shè)計(jì)資料主要以紙質(zhì)方式保存在檔案室中，技術(shù)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)書(shū)籍購(gòu)置數(shù)量有限，放置在企業(yè)的資料室，這些紙質(zhì)材料采用借閱管理制度。這種方式不利于知識(shí)的共享和傳播，一些隱性知識(shí)只存在于有經(jīng)驗(yàn)的老員工頭腦中，新員工的學(xué)習(xí)只能通過(guò)師傅帶徒弟方式。

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，有的設(shè)計(jì)院應(yīng)用WPS、MSOffice等單機(jī)辦公應(yīng)用軟件，有時(shí)結(jié)合Html網(wǎng)頁(yè)，建立以數(shù)據(jù)為處理中心的信息管理系統(tǒng)。但是這種方式是對(duì)知識(shí)的靜態(tài)管理，且Html網(wǎng)頁(yè)不支持檢索功能，無(wú)法查詢，所以該系統(tǒng)未能體現(xiàn)設(shè)計(jì)院知識(shí)溝通的核心需求。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，軟件技術(shù)發(fā)生了很大變化，快速發(fā)展的設(shè)計(jì)院以信息流轉(zhuǎn)為核心，引入TurboCMS、Microsoft CMS或自主開(kāi)發(fā)的知識(shí)軟件管理系統(tǒng)，建立采用軟件管理系統(tǒng)的知識(shí)門(mén)戶網(wǎng)站，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息的協(xié)同處理，但知識(shí)管理能力不強(qiáng)。

隨著企業(yè)需求不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)院形成知識(shí)管理與智能管理相結(jié)合的思想，建立了融合多類(lèi)型數(shù)據(jù)處理方式于一體的工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，以此作為支撐，開(kāi)發(fā)出按照專(zhuān)業(yè)或項(xiàng)目進(jìn)行劃分的圖庫(kù)、案例庫(kù)、方案庫(kù)和投標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)等工程設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)管理系統(tǒng)。企業(yè)員工可通過(guò)系統(tǒng)查詢、檢索相關(guān)項(xiàng)目知識(shí)。這種知識(shí)管理系統(tǒng)為企業(yè)創(chuàng)造了財(cái)富，但是企業(yè)員工想學(xué)習(xí)某些知識(shí)還是比較困難，當(dāng)需要查找符合某一特定場(chǎng)景的知識(shí)時(shí)，需要自己梳理提煉，并和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景自行匹配[4]，極大增加了員工的學(xué)習(xí)成本，降低學(xué)習(xí)積極性。

2 系統(tǒng)建設(shè)

針對(duì)以上調(diào)研情況，結(jié)合BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提出BIM和知識(shí)管理系統(tǒng)融合的概念，建立基于BIM的設(shè)計(jì)院知識(shí)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的建設(shè)是以已完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，BIM模型作為數(shù)據(jù)的集成媒介，通過(guò)系統(tǒng)功能來(lái)滿足設(shè)計(jì)人員對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)院知識(shí)管理的最終目標(biāo)，將設(shè)計(jì)院的庫(kù)存項(xiàng)目資料轉(zhuǎn)化為數(shù)字資產(chǎn)，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。系統(tǒng)的建設(shè)主要涉及三方面內(nèi)容：

2.1 BIM模型在系統(tǒng)中的快速呈現(xiàn)

BIM模型在系統(tǒng)中以接近實(shí)際工程項(xiàng)目的真實(shí)效果快速呈現(xiàn)，是建立和使用系統(tǒng)的基本要求。此需求通過(guò)以下幾個(gè)方面完成：

2.1.1 模型的輕量化

BIM模型可以精準(zhǔn)、詳盡地描述工程項(xiàng)目中各個(gè)構(gòu)件的形狀、尺寸以及構(gòu)件之間的相對(duì)關(guān)系等數(shù)據(jù)信息，這也造成了其包含的數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致其在系統(tǒng)中顯示效果和操作性能較差，容易出現(xiàn)卡頓、延遲等問(wèn)題，因此需要對(duì)BIM模型進(jìn)行輕量化處理，減少BIM模型體量，讓其在系統(tǒng)中更易上傳，更快顯示、查看和編輯。

2.1.2 模型的失真和數(shù)據(jù)的丟失

模型上傳到系統(tǒng)的過(guò)程中，容易出現(xiàn)模型顯示失真和屬性數(shù)據(jù)丟失的情況，降低數(shù)據(jù)的可信程度，影響使用效果，通過(guò)提高系統(tǒng)引擎對(duì)模型的讀取能力，確保模型數(shù)據(jù)完整。

2.1.3 模型文件的格式轉(zhuǎn)換

不同基礎(chǔ)三維軟件底層的三維內(nèi)核和文件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，在不同平臺(tái)上進(jìn)行文件格式相互轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)帶來(lái)文件內(nèi)容的損失，不僅包括模型本身的增加、缺失、變形、失真，及附帶屬性的丟失，還包括模型中各類(lèi)對(duì)象間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系的丟失。為了保證模型和數(shù)據(jù)的完整性，需要開(kāi)發(fā)檢查工具進(jìn)行檢查，或統(tǒng)一模型文件格式[3]。

3 平臺(tái)渲染方式

平臺(tái)渲染的好壞直接影響工程模型在平臺(tái)中的展示效果。平臺(tái)渲染效果一般包含兩部分含義：渲染速度和渲染質(zhì)量，兩者是相互矛盾的，在應(yīng)用中如何做到兩者平衡，達(dá)到三維模型最好的展現(xiàn)效果，是需要關(guān)注的重要問(wèn)題[4]。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)

現(xiàn)階段設(shè)計(jì)成果表現(xiàn)形式主要為圖紙、cad文件、word文件、pdf文件等紙質(zhì)或電子文檔，承載的信息有文本信息、幾何數(shù)字，圖片、表格等，信息的類(lèi)型多種多樣，形式各異，這些信息均屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化信息，轉(zhuǎn)化為基于BIM模型的對(duì)象化數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)和管理，確保數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和在傳遞過(guò)程中的一致性，完成設(shè)計(jì)信息結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化錄入，建立工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)。

建立工程數(shù)據(jù)庫(kù)的第一步首先應(yīng)將設(shè)計(jì)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)分。信息的結(jié)構(gòu)化即是將自由文本轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的可計(jì)算的知識(shí)單元。信息經(jīng)過(guò)分析后分解成多個(gè)互相關(guān)聯(lián)的組成部分，各組成部分間有明確的層次結(jié)構(gòu)，其使用和維護(hù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，并有一定的操作規(guī)范。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的標(biāo)引后的數(shù)據(jù)，一般以二維表的形式存在。如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中表、元組和對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中的類(lèi)型、對(duì)象等[5]。

工程數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)涵蓋設(shè)計(jì)文件中的各類(lèi)數(shù)據(jù)，包括名稱(chēng)、編號(hào)、位置、幾何尺寸、力學(xué)參數(shù)、技術(shù)參數(shù)、材料、技術(shù)方案、施工要求等。

3.2 系統(tǒng)功能

設(shè)計(jì)院知識(shí)管理系統(tǒng)的搭建，既需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目電子數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一保存和分發(fā)，及設(shè)計(jì)成果的歸檔管理，又需要方便設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目具體需求，快速獲取相關(guān)參考資料。具體到實(shí)施層面可以分解為以下主要功能：

(1)BIM模型數(shù)據(jù)的分析提取和模型編輯修改、保存及幾何圖形顯示等基礎(chǔ)功能。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)文件上傳和下載。管理員上傳項(xiàng)目數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目基本情況進(jìn)行描述，以單項(xiàng)工程項(xiàng)目為單位，遵照系統(tǒng)規(guī)則，統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)文件格式、命名和類(lèi)別等要求。用戶根據(jù)自身需求索引項(xiàng)目數(shù)據(jù)，下載工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中單項(xiàng)工程的全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目提供參考，指導(dǎo)設(shè)計(jì)行為。

(3)項(xiàng)目數(shù)據(jù)查詢。根據(jù)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路和對(duì)項(xiàng)目信息需求方向，平臺(tái)可提供兩種類(lèi)型的查詢功能：

3.2.1 條件查詢

按照公路工程結(jié)構(gòu)劃分原則，將單項(xiàng)工程劃分為單位工程、分部、分項(xiàng)工程，設(shè)置分類(lèi)界面引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員按照層級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐級(jí)篩選，確定需要的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.2.2 關(guān)鍵詞查詢

針對(duì)項(xiàng)目工程中某一具體構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要快速檢索某一具體參數(shù)在相關(guān)類(lèi)似項(xiàng)目中的取值作為參考。

3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的智能推薦

在明確的搜索條件下，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，為用戶提供一個(gè)具體的設(shè)計(jì)參數(shù)的推薦值，并提供此推薦值相關(guān)的項(xiàng)目資料和BIM模型數(shù)據(jù)，供其參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)企業(yè)知識(shí)管理系統(tǒng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在企業(yè)內(nèi)部利用現(xiàn)有的知識(shí)管理系統(tǒng)已經(jīng)做到設(shè)計(jì)文件的歸檔保存，但企業(yè)內(nèi)部利用率較低。為彌補(bǔ)這一不足，本文提出一種基于BIM技術(shù)的知識(shí)管理系統(tǒng)解決方案，將BIM模型和工程設(shè)計(jì)信息相結(jié)合，建立基于BIM模型的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)收集和展示系統(tǒng)。

首先利用BIM模型，提供一個(gè)可視化場(chǎng)景，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)工程項(xiàng)目的構(gòu)造組成及其與其他構(gòu)造或項(xiàng)目環(huán)境之間的關(guān)系有一個(gè)直觀感受，再結(jié)合項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)建立完整的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)描述體系，搭建知識(shí)管理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的查看、搜索與智能推薦，完成設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的流轉(zhuǎn)、傳承與再利用。