COBie標準在建筑工程數(shù)字化交付中的應(yīng)用

翟 韋 蔣 琦

(1.上海觀易信息技術(shù)有限公司，上海 200041； 2.浙江上嘉建設(shè)有限公司，嘉興 314000)

引言

COBie即Construction Operations Building information exchange的縮寫，顧名思義，這是一種信息交換(Information Exchange)的標準格式，用于發(fā)布建筑信息模型(BIM)的子集，其重點是傳遞建筑信息而非幾何模型。COBie定義了一種規(guī)范，用于表達在設(shè)計和施工階段如何采集信息，并在項目交付后將其提供給設(shè)施運營方。

COBie的目標是用數(shù)字化的方式替代竣工后交付大量紙質(zhì)文件的過程，可以通過簡單的電子表格(例如Microsoft Excel)或支持COBie標準的專業(yè)軟件進行查看和應(yīng)用。

COBie最初是在美國國家航空航天局(NASA)和白宮科學技術(shù)政策辦公室的資助下于2005年開始編制的，參與者主要是美國陸軍工程兵實驗室的工程研究與發(fā)展中心和美國建筑科學研究院(National Institute of Building Science，NIBS)，第一個正式版發(fā)布于2007年，如圖1所示。2019年12月，COBie團隊發(fā)布了國際COBie以及設(shè)施管理交付模型視圖定義格式(Facility Management Handover Model View Definition (MVD) formats)。

圖1 COBie第一版

目前COBie已從最初的構(gòu)想成長為國際公認的標準，2011年12月COBie成為美國國家BIM標準2.0版(NBIMS-USTMVersion 2)的一部分，最新版本COBie 2.4被納入NBIMS-USTMVersion 3。在英國，2011年發(fā)布的BIM工作組策略中將COBie作為數(shù)據(jù)要求之一。英國國家BIM標準(BS 1192-4:2014)將COBie作為參考標準。2019年1月，BS EN ISO 19650-2附錄中將COBie格式結(jié)構(gòu)作為開放數(shù)據(jù)格式中非幾何信息交換的強制標準。

重要的BIM、FM軟件供應(yīng)商如Autodesk、Bentley、GRAPHISOFT、ARCHIBUS等均在自己的軟件產(chǎn)品中支持COBie或提供了相關(guān)的工具插件。

據(jù)2017年英國BIM Technologies公司的統(tǒng)計，他們參與的38個項目中有32個需要進行數(shù)據(jù)交付，其中有15個用COBie標準來實施。

1 COBie與ISO BIM標準體系的關(guān)系

在ISO標準體系架構(gòu)中，BIM相關(guān)的標準包括以下三個部分：

1)IFC：工業(yè)基礎(chǔ)類(Industry Foundation Classes)，ISO16739；

2)IDM：信息交付手冊(Information Delivery Manual)，ISO 29481；

3)IFD：國際數(shù)據(jù)字典框架(International Framework for Dictionaries)，ISO 12006。

這三個標準都是由buildingSMART聯(lián)盟(buildingSMART Alliance)編制，然后被ISO采納作為國際標準。IFC作為BIM標準的基礎(chǔ)，提供了信息交換的基本格式，即如何交換信息(HOW)。IFC標準是BIM模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)。IDM則是以IFC為基礎(chǔ)，描述建筑全生命周期不同階段和專業(yè)之間交換信息的需求和流程，即在什么時候交換那些信息(WHICH和WHEN)。IFD作為一個通用的數(shù)據(jù)字典，對數(shù)據(jù)中的對象提供標準的編碼和解釋(WHAT)，解決跨地域、語言文化的語義轉(zhuǎn)換問題。如圖2所示[1]。

圖2 IFC、IDM、IFD是BIM信息交換的支柱

因此，IFC、IDM、IFD成為BIM信息交換的三大支柱標準。

從IFC、IDM和IFD出發(fā)，又衍生出MVD，即Model View Definition(模型視圖定義)，我們可以把MVD看作IFC的一個子集。在每個具體的交換/傳遞信息的環(huán)節(jié)上，可以通過這個環(huán)節(jié)的IDM描述，從IFC抽取出一部分數(shù)據(jù)，成為最終需要交換的模型視圖MVD。如圖3所示。

buildingSMART Alliance本身是美國建筑科學研究院在信息資源和技術(shù)領(lǐng)域的一個專業(yè)委員會，因此，美國的NBIMS-US標準完全遵循ISO標準體系，在NBIMS-US的標準類別中有一類為信息交換標準(“ie”標準)，每個信息交換標準都包括IDM和MVD兩大組成部分，如圖4所示。

圖3 MVD與IFC、IDM、IFD的關(guān)系

圖4 信息交換標準的構(gòu)成

簡而言之，COBie標準是基于IFC的信息交換標準，即按照施工—運營階段之間的信息交換需求(IDM)從IFC中抽取了一個子集(COBie MVD)。COBie2.26版本的MVD為基于IFC2x3的FM Handover MVD。COBie 2.4版本的MVD被直接命名為COBie2.4 MVD，基于IFC4[2]。

2 COBie標準與建筑工程數(shù)字化交付

傳統(tǒng)的建筑工程數(shù)據(jù)交付方式是所謂的“檔案室交付”，包含了大量的紙質(zhì)文檔、圖紙、資料，難以整理、維護、查詢利用。COBie的目標是在BIM的基礎(chǔ)上用數(shù)字化交付過程替代陳舊繁瑣的紙質(zhì)文檔交付，那么它必須回答以下問題：

2.1 COBie包含了哪些數(shù)據(jù)？這些數(shù)據(jù)對業(yè)主方/運維團隊來說是否足夠？

COBie交付的是BIM模型中的非幾何信息，在COBie電子表格文件中可以看到20個工作表，每個工作標簽以不同的顏色顯示，如圖5所示。

圖5 COBie工作表

表1 COBie工作表在項目各階段的應(yīng)用

其中第1個是操作說明(Instruction)，幫助用戶理解所有表的用途和顏色的含義。從工作表或者字段的顏色可以看出該項數(shù)據(jù)的交付需求。在圖5中，6個黃色(必需)的表是必須交付的，8個黑色(未使用)的表是不需要交付的。用到COBie文件中的哪些數(shù)據(jù)表，取決于業(yè)主的需求以及導入/導出COBie數(shù)據(jù)的軟件對COBie標準的支持程度。如圖6所示。

圖6 顏色的含義

最后一個表是選擇列表(Pick List)，包含了表中所有具有固定選擇項的字段所引用的數(shù)據(jù)表，其中包括4個OmniClass分類表，用于對建筑物(設(shè)施)、空間、產(chǎn)品型號(類型)、產(chǎn)品(組件)進行分類：

1)表11-按功能劃分的建筑物；

2)表13-按功能劃分的空間；

3)表21-工作成果；

4)表23-產(chǎn)品。

這些列表數(shù)據(jù)可以用于驗證COBie交付數(shù)據(jù)的合規(guī)性和一致性。

其余的18個表包含了COBie所能提供的交付信息，并在項目各階段使用。如表1所示。

表之間的數(shù)據(jù)行有相互引用的關(guān)系，例如，“空間”表中的數(shù)據(jù)引用了“樓層”，表達空間處于哪個樓層； “組件”表數(shù)據(jù)引用了“類型”，表達產(chǎn)品屬于哪個產(chǎn)品型號，各表的相互關(guān)系如圖7所示[3]。

圖7 COBie工作表關(guān)系(箭頭方向代表包含關(guān)系)

其中每一個表都有明確的字段定義，例如“Component(組件)”表每一行的字段的定義如圖8所示[4]。

圖8 Component表定義

最終，上述的工作表包含的信息可以完整體現(xiàn)需要交付給業(yè)主/運維方的空間、設(shè)備資產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。從空間維度舉例如圖9所示。

圖9 COBie體現(xiàn)的空間數(shù)據(jù)關(guān)系

從設(shè)備資產(chǎn)維度舉例如圖10所示。

2.2 交付給運營方的信息來自于設(shè)計—施工—驗收的全過程，涉及眾多的項目參與方，如何保證信息得到完整的采集？

首先，COBie所要求的信息應(yīng)該在項目的各個階段，由各個項目參與方分別輸入。

數(shù)據(jù)采集流程如圖11所示[5]。

圖11 COBie的數(shù)據(jù)采集流程

設(shè)計階段應(yīng)輸入空間、區(qū)域、房間以及暖通、給排水、電氣、消防等各系統(tǒng)的設(shè)備明細表等信息。施工階段應(yīng)由總包和各專業(yè)分包根據(jù)各自分工完善模板中的詳細信息，包括產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)、條碼編號、安裝日期、質(zhì)保、備件、維護步驟、設(shè)備操作手冊等，并且按照施工過程中的變更修改模板中的相關(guān)信息，形成符合竣工情況的交付成果?？⒐そ桓逗螅瑯I(yè)主方運維團隊可以直接把交付成果導入與COBie兼容的運維管理系統(tǒng)，盡快使設(shè)施高效運轉(zhuǎn)。

其次，COBie標準中提供了責任矩陣(COBie Responsibility Matrix)的定義，如圖12所示，幫助項目團隊來確定：

1)需要哪些團隊成員來生成COBie數(shù)據(jù)？

2)在COBie文件中應(yīng)該找到什么信息？

3)該信息應(yīng)如何格式化？

通過設(shè)置參與方的聯(lián)系人及顏色代碼，并在COBie數(shù)據(jù)字段表中填充顏色，每個團隊成員都會對自己負責提供的數(shù)據(jù)一目了然，明確了各方的責任。

圖12 COBie Responsibility Matrix樣例

2.3 項目的復雜程度各異，各參與方使用的軟件不同，信息化的水平參差不齊，COBie如何適應(yīng)復雜的應(yīng)用環(huán)境交付給運營方的信息來自于設(shè)計—施工—驗收的全過程，涉及眾多的項目參與方，如何保證信息得到完整的采集？

COBie支持三種數(shù)據(jù)格式：STEP Physical File格式(即IFC格式)、ifcXML格式、SpreadsheetML格式(可生成Excel)。前兩者適合通過軟件自動化處理，后者是簡單的電子表格，可讀性強，完整提供了建筑設(shè)施資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)化信息，可以脫離工程專業(yè)軟件，通過Excel等常見的辦公軟件進行編輯，大大降低了數(shù)字化的門檻，使得COBie適用于不同的應(yīng)用場景。

COBie電子表格通過18個工作表包含有關(guān)項目的設(shè)施，空間，樓層，系統(tǒng)，已安裝的設(shè)備和相應(yīng)文檔等完整信息。工作表中的條目之間具有相互鏈接關(guān)系，使信息交換過程得以簡化，并為所有項目參與方帶來了更高的生產(chǎn)力。設(shè)計方，總包方和業(yè)主/運維方，都可以在很大程度上受益于COBie標準。

所有主流的設(shè)計軟件都支持COBie標準，設(shè)計方可以輕松地將其圖紙、模型與COBie數(shù)據(jù)進行匹配并直接導出，從而使設(shè)計人員更容易遵守COBie的要求[6]。

COBie使總包方更有效地整理竣工交付數(shù)據(jù)，通過明確的需求定義和格式規(guī)范，大大減少了他們在空間、設(shè)備盤點，以及整理和組織數(shù)據(jù)上花費的工作量。

COBie在項目交付過程中提高了數(shù)據(jù)傳遞的質(zhì)量。隨著COBie以數(shù)字化格式組織移交數(shù)據(jù)，業(yè)主和運維方無需在設(shè)施的維護生命周期中面對大量的操作手冊或無組織的數(shù)據(jù)，可以利用支持COBie的設(shè)施管理系統(tǒng)一次性導入項目相關(guān)的所有結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(文檔、圖紙等)，并通過BIM模型實現(xiàn)可視化的關(guān)聯(lián)查詢，有效提高工作效率。

圖13 COBie電子表格

3 COBie標準應(yīng)用

3.1 COBie對BIM建模的要求

由于COBie本質(zhì)上是IFC的子集，因此如果要以COBie作為數(shù)字化交付的標準，BIM模型應(yīng)該遵從一定的建模規(guī)范，并具備必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體如下[7]：

1)每個空間(Space)、設(shè)備資產(chǎn)對象(Component)需要有唯一的編碼或命名；

2)每一個設(shè)備型號要用唯一的類型(Type)編碼或命名來區(qū)分；

3)需要對空間、設(shè)備資產(chǎn)進行分類(使用OmniClass或其他分類編碼體系)；

4)包含空間、設(shè)備資產(chǎn)的屬性(Attribute)信息；

5)表達出設(shè)備資產(chǎn)(Component)與空間(Space)的關(guān)系；

6)表達出空間(Space)與區(qū)域(Zone)的關(guān)系；

7)表達出設(shè)備資產(chǎn)(Component)與系統(tǒng)(System)的關(guān)系；

8)如有必要，可包含備件(Spare)、任務(wù)(Job)、資源(Resource)等信息。

圖14是一個符合COBie要求的Revit模型局部截圖。

圖14 應(yīng)用COBi標準的BIM模型樣例

在設(shè)備構(gòu)件的屬性中，包含了設(shè)備編碼(Component表的唯一編碼)、設(shè)備屬性信息(進入Attribute表)。在設(shè)備族的類型屬性中，包含了設(shè)備規(guī)格編碼(Type表的唯一編碼)和設(shè)備分類編碼(采用了國標GB/T51269-2017 BIM分類編碼標準[8]，被Type表引用)，如圖15所示。

最終導出的COBie電子表中即包含上述信息。

圖15 Type表樣例

可見，Component表中的條目通過設(shè)備規(guī)格編碼引用了Type表中的條目，表示該設(shè)備屬于哪個設(shè)備型號。通過空間編碼引用了Space表中的條目，表示該設(shè)備位于哪個空間。

圖16 Component表樣例

3.2 COBie數(shù)據(jù)采集流程

COBie標準中所要求的數(shù)據(jù)應(yīng)該在項目的各個階段分別采集。

(1)設(shè)計階段：采集空間、區(qū)域、房間以及暖通、給排水、電氣、消防等各系統(tǒng)的設(shè)備明細表等信息；

(2)施工階段：由總包和各專業(yè)分包根據(jù)各自的分工繼續(xù)完善模板中的詳細信息，如產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)、條碼編號、安裝日期、質(zhì)保、備件、維護步驟、設(shè)備操作手冊等，并且按照施工過程中的變更修改模板中的相關(guān)信息，形成符合竣工情況的交付成果；

(3)竣工交付階段：運維團隊可以直接把交付成果導入與模板兼容的運維管理系統(tǒng)，盡快使設(shè)施高效運轉(zhuǎn)；

(4)運維階段：設(shè)施日常運行和翻新整修所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更新可以直接記錄到運維管理系統(tǒng)，必要時也可以從運維管理系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)按照模板格式導出，交付給相關(guān)方修改更新后再導入系統(tǒng)。

COBie數(shù)據(jù)的采集順序應(yīng)按照各個工作表的邏輯層級進行。

(1)前期設(shè)計階段，只需要定義“Facility”表中的基本信息，包括項目名稱、場地名稱、項目描述等； 設(shè)計方案確定后，可以采集“Floor”、“Space”、“Zone”等表的信息；

(2)樓層是必須的基本空間結(jié)構(gòu)，空間是運營維護的功能位置(例如房間)； 定義一個空間時必須明確其所處的樓層，因此應(yīng)該先采集“Floor”表，再采集“Space”表。區(qū)域則是若干空間的邏輯組合，因此“Zone”表應(yīng)該在“Space”表之后采集；

(3)按照類似的邏輯，應(yīng)該先采集設(shè)備相關(guān)的“Type”表和“System”表，在施工期間，每個具體的設(shè)備產(chǎn)品信息才可以采集到“Component”表； 其次，設(shè)備運維相關(guān)的流程步驟、備件以及材料、人工、培訓等資源信息可以分別采集到“Job”、“Spare”和“Resource”表。

3.3 基于IFC的COBie應(yīng)用流程

COBie是建立在ISO BIM標準體系基礎(chǔ)上的，可以完全基于IFC來實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)交付流程。buildingSMART主導的OpenBIM聯(lián)盟成員如GRAGHSOFT、Tekla、Trimble、NEMETSCHEK、Solibri等軟件企業(yè)均在自己的各專業(yè)軟件產(chǎn)品中支持IFC和COBie。因此，可以用一種比較簡單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)采集、匯總、檢查整理、交付的流程。如圖17所示。

圖17 IFC-COBie流程

具體步驟包括[9]：

(1)BIM模型設(shè)置：規(guī)劃模型數(shù)據(jù)與COBie的映射關(guān)系，盡量只在模型中保留必要的數(shù)據(jù)；

(2)IFC生成：各專業(yè)按設(shè)置將模型導出為IFC，如果建模軟件為Revit，建議使用開源版本的IFC for Revit插件，如果有多專業(yè)使用Revit，需確保各專業(yè)使用相同版本的IFC插件；

(3)模型質(zhì)量檢查：使用IFC模型檢查工具(例如Solibri Model Checker)將各專業(yè)的IFC模型合并，并用預(yù)定義的BIM檢查規(guī)則檢查模型的完整性、準確性、一致性，例如：

1)所有設(shè)備都處于某一空間；

2)所有空間都屬于某一區(qū)域

3)所有設(shè)備都屬于某一系統(tǒng)

4)檢查空間編碼、設(shè)備編碼的唯一性。

必要的話，也可以同時對構(gòu)件用統(tǒng)一的分類編碼標準分類。

(4)用COBie導出工具(例如Solibri COBie Toolkit)導出COBie數(shù)據(jù)；

(5)某些情況下需要通過COBie回傳數(shù)據(jù)到原始的專業(yè)模型。例如，當建筑師無法指定產(chǎn)品時，需要由施工總包或?qū)I(yè)分包通過Excel或支持COBie的云服務(wù)錄入產(chǎn)品型號和相關(guān)屬性，并回傳到專業(yè)模型中，以備下一次導出。

3.4 Revit環(huán)境下的COBie應(yīng)用流程

國內(nèi)大部分的房建項目以Autodesk Revit為各專業(yè)的主要建模工具，而Autodesk提供了名為Autodesk BIM Interoperability Tools的Revit插件，可以實現(xiàn)Revit環(huán)境下的COBie應(yīng)用流程。其中包含以下幾個工具，如圖18所示。

圖18 Autodesk BIM Interoperability Tools

(1)利用Equipment Data Tool、Spatial Data Tool整理Revit模型中的設(shè)備、空間數(shù)據(jù)；

(2)用Classification Manager管理分類編碼標準，對設(shè)備、空間、人員等進行分類，除了使用內(nèi)建的OmniClass、UniClass等標準外，也可以自定義分類編碼標準；

(3)用Model Checker按照配置好的規(guī)則檢查模型；

(4)用COBie Extension配置Revit族類型、構(gòu)件與COBie數(shù)據(jù)的映射關(guān)系，并導出COBie數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

COBie使設(shè)施運維人員、使用者和業(yè)主可以更輕松地訪問與設(shè)施空間、設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔。借助正確組織和生成的COBie工作表，可以滿足運維人員在竣工交付之日起的整個生命期中對建筑物運營、維護和管理的數(shù)據(jù)要求，而不再需要管理大量紙質(zhì)文檔或無組織的電子文件。

基于COBie的數(shù)字化交付，為建筑工程數(shù)字化運維提供了高效的數(shù)據(jù)協(xié)作方式和簡化的信息交換手段，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。