基于OmniClass的汽車工業(yè)建筑構(gòu)建信息模型分類編碼技術(shù)研究

■機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司 李豐 柳林 范宏艷

BIM概念進(jìn)入國內(nèi)已10余年，近年來，國家大力推行BIM技術(shù)在建筑工程行業(yè)中的應(yīng)用，住建部也相繼發(fā)布了7部針對(duì)BIM技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)，其中包括《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51269-2017，以下簡稱《國家標(biāo)準(zhǔn)》）。行業(yè)各企業(yè)也針對(duì)《國家標(biāo)準(zhǔn)》制定了適合本企業(yè)自身需求的分類編碼標(biāo)準(zhǔn)。有完全基于OmniClass標(biāo)準(zhǔn)的，也有完全基于國家標(biāo)準(zhǔn)的；有將OmniClass和國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行融合的，有重新擬定思路進(jìn)行開發(fā)的思路太多、太廣，根本無法進(jìn)行統(tǒng)一。考慮到汽車工業(yè)具有自身的復(fù)雜性和獨(dú)特性，制定一套適用于汽車工業(yè)的《建筑構(gòu)建信息模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》迫在眉睫。本文對(duì)國外的OmniClass分類編碼技術(shù)進(jìn)行研究，在此技術(shù)之上對(duì)《國家標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行分析和對(duì)比，并闡述了如何利用OmniClass標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)，早日實(shí)現(xiàn)將適用于我國汽車工業(yè)的《國家標(biāo)準(zhǔn)》成功落地并應(yīng)用。

BIM技術(shù)發(fā)展分析

建筑信息模型（BIM）

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling，簡稱BIM技術(shù)）的概念由美國人查克·伊斯曼于1975年在佐治亞理工學(xué)院發(fā)表的論文中提出。它以三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，并集成建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)信息詳盡的數(shù)字化表達(dá)。BIM技術(shù)的應(yīng)用，旨在從根本上解決建筑工程在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營各個(gè)階段信息斷層問題，實(shí)現(xiàn)工程信息在建筑物全生命周期內(nèi)的有效利用與管理，是謀求從根本改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式、消除信息孤島的重要手段之一。

國內(nèi)外BIM技術(shù)發(fā)展情況

美國是最早使用BIM技術(shù)的國家之一。美國建筑師協(xié)會(huì)（AIA）于2008年提出全面以BIM技術(shù)為主，整合建筑工程行業(yè)各項(xiàng)作業(yè)流程，徹底改變傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)思維；2009年，英國倫敦地鐵系統(tǒng)以BIM技術(shù)作為設(shè)計(jì)手段，并制定了BIM建模標(biāo)準(zhǔn)“AEC(UK)BIMStandard”；新加坡是最早將BIM技術(shù)納入法規(guī)的國家，2010年新加坡的公共工程要求全面使用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，2015年開始要求必須以BIM技術(shù)興建所有建筑工程項(xiàng)目。

BIM概念2002年由Autodesk公司引入國內(nèi)，2007年BIM概念在行業(yè)中逐漸興起。2010年，清華大學(xué)參考美國BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）并結(jié)合調(diào)研提出了中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架（Chinese Building Information Modeling Standard，簡稱CBIMS）。2011年1月，住建部發(fā)布《2011~2015建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，其中明確指出在施工階段開展BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用。2012年1月，住建部《關(guān)于印發(fā)2012年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂、修訂計(jì)劃的通知》宣告中國BIM標(biāo)準(zhǔn)制定工作的正式啟動(dòng)，由此，中國工程建設(shè)行業(yè)的BIM熱度日益高漲。

國外BIM標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展概述

當(dāng)前，國際上主要開發(fā)研究BIM標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)是BuildingSMART。BIM標(biāo)準(zhǔn)主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)模型IFC標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)字典IFD標(biāo)準(zhǔn)、過程信息分發(fā)手冊(cè)IDM。IFC標(biāo)準(zhǔn)于1995年由國際協(xié)同聯(lián)盟 IAI（Industry AIliance for Interoperability）提出，是面向三維建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，1997年IAI發(fā)布了IFC信息模型標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)完整版，經(jīng)過10余年的努力，IFC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展到2X4版本。

2004年，美國編制了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的《國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》—NBIMS（National Building Information ModelStandard，簡稱“NBIMS”），NBIMS是一個(gè)完整的BIM指導(dǎo)性和規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。目前，美國所使用的BIM標(biāo)準(zhǔn)包括NBIMS標(biāo)準(zhǔn)、COBIE標(biāo)準(zhǔn)、IFC標(biāo)準(zhǔn)。

2010年4月，英國多家設(shè)計(jì)和施工企業(yè)共同成立了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目委員會(huì)，并制定了“AEC（UK）BIM Standard”作為行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)；日本的BIM標(biāo)準(zhǔn)主要是由三部分組成：BIM技術(shù)規(guī)范、國家BIM導(dǎo)則、BIM應(yīng)用指南。2014年日本國土交通省發(fā)布了公共項(xiàng)目中BIM的應(yīng)用規(guī)范《國土交通省BIM導(dǎo)則》，該導(dǎo)則成為日本政府唯一承認(rèn)的BIM指導(dǎo)規(guī)范。

國外分類編碼標(biāo)準(zhǔn)

OmniClass

OmniClass建筑分類系統(tǒng)簡稱“OCCS”，是美國《國家BIM標(biāo)準(zhǔn)》的重要組成部分，提供了一種在整個(gè)建筑工程項(xiàng)目全生命周期中對(duì)完整構(gòu)建環(huán)境進(jìn)行分類的方法，可用于多種設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維軟件管理系統(tǒng)，如項(xiàng)目信息歸檔、人員組織歸檔、設(shè)計(jì)信息歸檔、物料統(tǒng)計(jì)等，但其更主要的應(yīng)用理念是為電子數(shù)據(jù)庫和軟件提供分類結(jié)構(gòu)，豐富和管理這些資源中的信息。

同時(shí)，OmniClass也是一種專門為BIM設(shè)計(jì)工作進(jìn)行數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和高效檢索信息的方法。從數(shù)據(jù)的組織到對(duì)象，提供一種分類匯總和深入調(diào)取特定數(shù)據(jù)，以滿足設(shè)計(jì)需要的手段。OmniClass不是單一的線性分類表，它是線性分類和面分類的綜合分類方法，可以將不同分類表單中的條目進(jìn)行穿插組合，用來表達(dá)更為復(fù)雜的建筑工程信息。

OmniClass表單及編碼組成

OmniClass由15個(gè)表單組成，表單的組成并沒有按照數(shù)字遞進(jìn)順序排列進(jìn)行編制，中間數(shù)字有空缺，其目的是為了今后能夠更好地進(jìn)行內(nèi)容擴(kuò)展（圖1）。

圖1 OmniClass組成表

OmniClass中的表單分為7個(gè)層級(jí)，每個(gè)層級(jí)代表不同的類型信息，每個(gè)層級(jí)又包含多個(gè)條目，條目可以用于對(duì)特定類型的信息進(jìn)行分類排序，或者可以將表單中的條目與其他表格中的條目結(jié)合起來，對(duì)更復(fù)雜的主題進(jìn)行分類。

OmniClass代碼樣式

在OmniClass V3版本里，輕質(zhì)混凝土的代碼是23-13 15 11 17，這串?dāng)?shù)字的意思是：在表單23的第13條、第13條里的第15條、第15條里的第11條、第11條里的第17條是輕質(zhì)混凝土。將這串代碼添加到建筑信息模型構(gòu)件中，軟件就可以辨別出這個(gè)構(gòu)件是輕質(zhì)混凝土。

國家分類編碼標(biāo)準(zhǔn)

2017年10月25日，住建部發(fā)布《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51269-2017），標(biāo)志著我國建筑信息模型應(yīng)用技術(shù)進(jìn)入到更高技術(shù)領(lǐng)域，在建筑工程行業(yè)中掀起了新浪潮。

《國家標(biāo)準(zhǔn)》與OmniClass分類對(duì)比

《國家標(biāo)準(zhǔn)》的表單組成與OmniClass表單內(nèi)容相同，都是15個(gè)，但是表單的排序不同，表單的代碼組合也不同（圖2），《國家標(biāo)準(zhǔn)》將OmniClass進(jìn)行了本土化，在分類細(xì)節(jié)上針對(duì)國內(nèi)建筑工程行業(yè)的情況作了補(bǔ)充和調(diào)整。

圖2 國家標(biāo)準(zhǔn)與OmniClass分類對(duì)比

《 國家標(biāo)準(zhǔn)2017》與OmniClass編碼組成對(duì)比

OmniClass的編碼組成分為7個(gè)層級(jí)，《國家標(biāo)準(zhǔn)》的編碼組成分為4個(gè)層級(jí)。OmniClass對(duì)工程信息的延展性規(guī)劃要高于《國家標(biāo)準(zhǔn)》。

表單30（建筑產(chǎn)品）的分類方式

在《國家標(biāo)準(zhǔn)》中，“建筑產(chǎn)品”的分類方式多以“產(chǎn)品類型”（表1）和“系統(tǒng)類型”（表2）的方式進(jìn)行分類。

表1 以產(chǎn)品類型進(jìn)行分類

表2 以系統(tǒng)類型進(jìn)行分類

表單30（建筑產(chǎn)品）針對(duì)設(shè)計(jì)單位存在的問題

表單30（建筑產(chǎn)品）的延展性還有待擴(kuò)展，它以建筑產(chǎn)品的全面性作為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行分類，但對(duì)于設(shè)計(jì)單位則更需要以具體的、詳細(xì)的構(gòu)建作為設(shè)計(jì)元素，對(duì)建筑信息模型進(jìn)行選型操作，例如，表3中（電動(dòng)離心式消防泵）為第四類（細(xì)類），也是《國家標(biāo)準(zhǔn)》的最后一個(gè)層級(jí)，但是對(duì)于給排水的設(shè)計(jì)人員而言，其四、五、六、七、八層級(jí)的信息則更為重要（圖3）。

圖3 “電動(dòng)離心式消防泵”八級(jí)信息結(jié)構(gòu)

表3 國標(biāo)“電動(dòng)離心式消防泵”分類圖

如果按照的結(jié)構(gòu)對(duì)信息模型進(jìn)行編碼，編碼的數(shù)位為兩位的形式，其結(jié)果見（圖4），信息模型的代碼過長，編碼系統(tǒng)的信息量過于龐大，分類層級(jí)過深，不利于設(shè)計(jì)過程中的快速選型和檢索，且分類方式?jīng)]有與設(shè)計(jì)院的專業(yè)構(gòu)成形式相關(guān)聯(lián)，使得各專業(yè)在信息模型選型上出現(xiàn)混亂、效率低（圖5）。

圖4 八級(jí)信息結(jié)構(gòu)編碼示例

圖5 建筑模型專業(yè)劃分

按系統(tǒng)分類宜建立在自動(dòng)分類編碼功能實(shí)現(xiàn)的前提（圖6）。當(dāng)下，Revit軟件自身的構(gòu)架和二次開發(fā)的能力，還達(dá)不到依據(jù)系統(tǒng)分類在建模過程中自動(dòng)編碼、動(dòng)態(tài)錄碼、組合碼的技術(shù)能力。按系統(tǒng)分類必然以建筑構(gòu)件信息模型的重復(fù)疊加為代價(jià)，直接導(dǎo)致企業(yè)族庫體積成倍的膨脹，信息模型每修改一次需替換若干個(gè)層級(jí)內(nèi)的相同模型，后期維護(hù)的工作量也是不可想象（圖7）。

圖6 自動(dòng)分類編碼下的系統(tǒng)劃分

圖7 構(gòu)件信息模型重復(fù)疊加

企業(yè)分類編碼標(biāo)準(zhǔn)

以《國家標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制應(yīng)以《國家標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)，才能發(fā)揮企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用性，才能立足于激烈的市場競爭。同時(shí)，要站在企業(yè)專業(yè)構(gòu)架和設(shè)計(jì)習(xí)慣的角度，進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整和延展。

應(yīng)考慮的因素

《國家標(biāo)準(zhǔn)》存在于整個(gè)汽車工業(yè)建筑物的全生命周期過程中，對(duì)于設(shè)計(jì)單位而言，其作用主要集中在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段，具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素。

①總圖專業(yè)工程量提取與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算，例如，道路面積、綠化面積、停車位數(shù)量等。

②建筑專業(yè)工程量提取，例如，墻的面積、門窗數(shù)量、衛(wèi)浴設(shè)備數(shù)量等。

③結(jié)構(gòu)專業(yè)工程量提取，例如，基礎(chǔ)梁、獨(dú)立基礎(chǔ)、現(xiàn)澆砼鋼筋數(shù)量等。

④水、暖、動(dòng)專業(yè)工程量提取，例如，管道長度、管件數(shù)量、風(fēng)管展開面積等。

⑤電氣專業(yè)工程量提取，例如，電纜橋架長度、母線長度、線管長度、燈具數(shù)量等。

⑥設(shè)計(jì)過程中的信息檢索與過濾能力。

⑦造價(jià)專業(yè)如何運(yùn)用《國家標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)工程量進(jìn)行提取。

⑧施工人員如何運(yùn)用《國家標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)工程量進(jìn)行提取。

以專業(yè)構(gòu)架為依托

建筑信息模型的分類編碼與企業(yè)族庫的構(gòu)建息息相關(guān)，也可以說，兩者本身就是一體化的。企業(yè)族庫又與企業(yè)的專業(yè)構(gòu)架相關(guān)聯(lián)，只有專業(yè)構(gòu)架與分類相關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)人員才能清楚地知道去哪個(gè)分類選擇適合的信息模型（圖8）。

圖8 企業(yè)族庫按專業(yè)屬性劃分

以輕量化信息模型數(shù)量為準(zhǔn)則

以專業(yè)構(gòu)建進(jìn)行分類也會(huì)帶來一些問題，那就是建筑信息模型的數(shù)量劇增，同時(shí)信息模型存在大量的重復(fù)，使得信息模型的維護(hù)和管理工作量巨大。例如，給排水專業(yè)會(huì)使用到壓力表，那么同樣暖通專業(yè)和動(dòng)力專業(yè)也會(huì)使用到壓力表，這樣在不同的分類中就會(huì)出現(xiàn)三次相同的信息模型（圖9）。針對(duì)線性分類法唯一性的原則，我們只能為這些模型增加不同的前綴，例如，給排水壓力表、暖通壓力表、動(dòng)力壓力表。但是，該做法依然會(huì)給建筑信息模型的升級(jí)和維護(hù)帶來巨大的負(fù)擔(dān)。

圖9 “壓力表”族在各專業(yè)重復(fù)引用

行業(yè)中也有使用管道系統(tǒng)來進(jìn)行分類的（表4），在給排水專業(yè)中管道系統(tǒng)的分類就多達(dá)30多種，以當(dāng)前行業(yè)中的開發(fā)技術(shù)而言，實(shí)現(xiàn)建筑信息模型自動(dòng)編碼遙遙無期。同樣是以壓力表為例，如果按照管道系統(tǒng)的方式進(jìn)行分類，那么壓力表的信息模型就要重復(fù)出現(xiàn)30多次，族庫的體積進(jìn)而增加30倍。由此可見，編碼分類應(yīng)充分考慮建筑信息模型構(gòu)建庫的體積、檢索效率、傳遞效率、維護(hù)效率。

一物多碼技術(shù)路線

國家編碼分為4個(gè)層級(jí)，可以理解為它有5個(gè)標(biāo)簽來表達(dá)自己的信息。其中，建筑專業(yè)、門、提升門、提升門—電動(dòng)、提升門—電動(dòng)—鋼制等信息都可以成為提升門信息模型的身份標(biāo)簽。通過對(duì)不同身份標(biāo)簽的篩選，就可以快速統(tǒng)計(jì)特定類型的提升門所包含的工程量信息。如果需要按照材質(zhì)作為標(biāo)簽，對(duì)項(xiàng)目中鋼制的所有構(gòu)建進(jìn)行篩選并統(tǒng)計(jì)工程量，那么就需要對(duì)材質(zhì)進(jìn)行編碼。因此，建筑信息模型不應(yīng)固定使用一套分類編碼，應(yīng)按照實(shí)際工程情況錄入多種編碼系統(tǒng)，這樣才能靈活應(yīng)對(duì)信息量如此龐大的建筑工程項(xiàng)目。

工程量提取

使用編碼系統(tǒng)進(jìn)行工程量提取，首先要依據(jù)《建筑構(gòu)件信息模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，把（代碼）添加到Revit族模型中。錄入代碼會(huì)帶來相應(yīng)的工作量，工作量的大小還與《企業(yè)族庫》信息模型構(gòu)建的完整度息息相關(guān)，因此，項(xiàng)目前期應(yīng)對(duì)使用頻率最高的信息模型構(gòu)建進(jìn)行創(chuàng)建并錄入代碼。

設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以“中類”對(duì)工程量進(jìn)行提?。▓D10），如平開門數(shù)量、旋轉(zhuǎn)門數(shù)量。采購人員在統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以“材料”的類型對(duì)工程量進(jìn)行提取，如不銹鋼水管有多少米、PVC水管有多少米。這就需要開發(fā)《建筑構(gòu)建信息模型材質(zhì)分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（圖11）。

圖10 通過“中類”提取工程量

圖11 材質(zhì)分類編碼標(biāo)準(zhǔn)示例

施工人員在統(tǒng)計(jì)時(shí)，看重信息模型的“系統(tǒng)”分類，如給水系統(tǒng)管道長度有多少米，排水系統(tǒng)彎頭有多少個(gè)；Revit軟件中本身就添加了系統(tǒng)的過濾功能，因此不需要對(duì)信息模型的系統(tǒng)進(jìn)行編碼。在明細(xì)表當(dāng)中，只需要添加“系統(tǒng)名稱”參數(shù)，即可對(duì)指定系統(tǒng)中的任何建筑構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

總結(jié)

首先，通過分析OmniClass標(biāo)準(zhǔn)和《國家標(biāo)準(zhǔn)》得知，建筑信息模型編碼技術(shù)能夠提高BIM技術(shù)的使用效率和傳遞效率，但在實(shí)際的應(yīng)用中還存在不少問題。例如，如何結(jié)合專業(yè)架構(gòu)將編碼進(jìn)行優(yōu)化分類這是一個(gè)值得深入分析的問題，并且編碼的層級(jí)到底如何分，分多少類別合適，這些類別是否能夠準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，能否針對(duì)設(shè)計(jì)、造價(jià)、施工各專業(yè)進(jìn)行有效的利用，需要結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)一步探討和實(shí)踐。

其次，編碼的錄入過程工作量巨大，且與《企業(yè)族庫》的完整度息息相關(guān)，每增加一個(gè)新的族類別，編碼體系就必須隨之修改，而且不是所有軟件都支持同一個(gè)編碼系統(tǒng)。這也是國家推出《國家標(biāo)準(zhǔn)》的原因之一。

最后，建筑信息編碼作為建筑業(yè)信息化轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)，無論路程有多么艱難，作為建筑工程行業(yè)的設(shè)計(jì)工作者我們需要堅(jiān)定信心，跟隨國家的步伐，看準(zhǔn)行業(yè)的變化，將BIM技術(shù)在專業(yè)內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，使之適應(yīng)本單位的工作習(xí)慣，將BIM技術(shù)在企業(yè)中落地才是重中之重。