基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼研究

羅冠鑫 李兵 萬鵬

(中國建筑第四工程局有限公司，廣州510665)

引言

城市信息模型（City Information Modeling，簡稱CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字化重構(gòu)城市空間、建筑與設(shè)施、資源與環(huán)境等實體，監(jiān)測感知其發(fā)展變化、仿真表達(dá)歷史現(xiàn)狀未來多維多尺度信息，模擬城市規(guī)劃、建設(shè)與管理運營過程，構(gòu)建起數(shù)字空間的城市信息有機綜合體[1]。

1 CIM 平臺竣工驗收備案定義與需求

1.1 基于CIM 平臺的竣工驗收備案的定義

要支撐城市信息城市信息模型的運行，需要一個能夠滿足城市信息模型數(shù)據(jù)在其中進(jìn)行交互、交匯的平臺，這個平臺就稱之為CIM 平臺[2]。CIM 平臺不僅是一個平臺和系統(tǒng)，而是城市信息模型基礎(chǔ)平臺與基于城市信息模型基礎(chǔ)平臺構(gòu)建的各專項應(yīng)用系統(tǒng)的總和[3]。其中，竣工驗收備案系統(tǒng)就是專項應(yīng)用系統(tǒng)主要應(yīng)用之一。旨在通過計算機技術(shù)解決竣工驗收交付物分析處理與集成管理。基于CIM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)，就是在CIM 平臺上完成三維數(shù)字化竣工驗收及備案等相關(guān)工作[4]。建設(shè)工程竣工后，建設(shè)單位將建設(shè)工程竣工資料交付規(guī)劃、消防、環(huán)保、人防等多部門進(jìn)行聯(lián)合驗收，并將出具的竣工驗收認(rèn)可文件或準(zhǔn)許使用文件報建設(shè)行政主管部門審核[5]。最終，實現(xiàn)將工程竣工資料在竣工驗收系統(tǒng)等CIM 平臺中的備案。

1.2 基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼需求

CIM 平臺竣工驗收備案，對竣工驗收備案時的模型和資料提出了完整性、合規(guī)性、一致性檢查的多面性要求。完整性檢查，即檢查工程圖紙、掛接文件、變更材料和屬性信息的完整性。合規(guī)性檢查，則是對是否符合驗收規(guī)范進(jìn)行檢查以及對檢測結(jié)果進(jìn)行檢查。一致性檢查，則是圖紙和模型、竣工驗收模型與施工圖審查模型、變更資料與模型差別及竣工模型與竣工現(xiàn)場實際模型多過程的一致性檢查。

如圖1 所示，CIM 平臺對竣工驗收模型數(shù)據(jù)及資料數(shù)據(jù)的檢查和對比提出了大量地功能實現(xiàn)要求。研究表明，形成一套適宜的編碼方案將可以很好地解決這些問題。通過定義數(shù)據(jù)和資料不同情況和表現(xiàn)形式，尤其是分類和表達(dá)，將大大地提高竣工驗收備案數(shù)據(jù)與資料對比準(zhǔn)確性[6]。因此，基于CIM 平臺上的竣工驗收備案系統(tǒng)研究一套適宜的編碼體系將必不可少[7]。

圖1 基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織關(guān)系圖

目前，與BIM[8]及CIM 相關(guān)的編碼規(guī)范[9]主要有GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》。GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》按照建設(shè)成果、建設(shè)進(jìn)程、建設(shè)資源、建設(shè)屬性4 個內(nèi)容分出15 個分類表[10]。編碼時，編碼結(jié)構(gòu)先寫“表代碼”，然后加上每個分類表內(nèi)的對象。下分四級類目依次分為“大類”“中類”“小類”“細(xì)類”。用戶可以從不同的角度選擇分類編碼方式來對建筑信息模型進(jìn)行編碼說明，該方式具有較強的面分法特點。其中，建設(shè)成果的元素分類方式能夠反映建筑信息模型的不同元素類別，同時由于細(xì)分的深度達(dá)到元素級，有利于計算機執(zhí)行歸類。而CIM 的竣工備案分類編碼時相對于其他的編碼分類方式也有更強的相關(guān)性。

由于CIM 平臺對竣工驗收備案功能實現(xiàn)要求具有一定的特殊性，現(xiàn)有編碼體系均難以滿足CIM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)?；贑IM 平臺的竣工驗收備案系統(tǒng)的特殊性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）需加大編碼深度

GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》[11]的編碼能達(dá)到元素級，但同類元素下具體組成構(gòu)件無法表達(dá)，要讓基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)實現(xiàn)構(gòu)件的檢查，需要各個構(gòu)件有獨立編碼。因此，需要加大編碼的深度使每個構(gòu)件都有編碼。

（2）需構(gòu)件編碼在模型全生命周期內(nèi)傳遞

CIM 平臺竣工驗收備案系統(tǒng)要求施工圖審查模型和竣工驗收模型進(jìn)行對比檢查，兩個模型構(gòu)件做自動判斷識別，找到變更構(gòu)件（如圖2 所示）。由于設(shè)計模型和施工模型創(chuàng)建單位不同且各單位間的建模方式、構(gòu)件編碼也均不盡相同，導(dǎo)致模型不能上下傳遞。因此，就需要通過一套唯一的構(gòu)件編碼系統(tǒng)實現(xiàn)項目多階段乃至全生命周期傳遞。

圖2 模型一致性檢查示例圖

（3）通過編碼實現(xiàn)模型和資料有效關(guān)聯(lián)

CIM 平臺竣工驗收備案系統(tǒng)的一致性檢查要求是將對比模型中的差別與變更資料相關(guān)聯(lián)，就是需要在施工圖審查模型和竣工驗收模型或項目現(xiàn)場和竣工驗收模型出現(xiàn)差別時，有掛接的資料能夠提供發(fā)生模型變更和現(xiàn)場變更的證據(jù)文件，證明其變更的原因。因此，利用編碼能夠有效地實現(xiàn)這個工作難題。

（4）編碼需結(jié)合施工過程的特點

作為能在CIM 平臺進(jìn)行的竣工驗收備案，除要保留設(shè)計階段的信息以外，更重要地是對于施工階段的信息進(jìn)行添加和表達(dá)，同時匹配竣工驗收備案的要求。而竣工驗收備案時，資料和信息是以分部分項來進(jìn)行驗收的，因此，編碼應(yīng)考慮結(jié)合分部分項驗收的特點，對表現(xiàn)施工的信息及保證資料信息的可靠性很有必要。

鑒于以上四個方面的特殊性，各個之間并不孤立，這些均需我們在探索新的編碼方案時進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

2 基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼方案

2.1 編碼方案的基礎(chǔ)

2.1.1 總體思路

針對基于CIM 的竣工驗收備案系統(tǒng)的需求，所采用的編碼方案應(yīng)按照如下思路進(jìn)行：

（1）保證施工圖模型已賦予唯一性編碼

竣工驗收備案模型的主要模型信息來源是施工圖模型，對施工階段而言，施工圖模型的深度比規(guī)劃模型可使用性高?；谶@個編碼方案，施工圖模型中每一構(gòu)件均賦予一個唯一性編碼，使每一構(gòu)件的幾何信息、屬性信息等均與這一編碼對應(yīng)，從而，讓計算機實現(xiàn)快速檢索。

（2）竣工圖模型沿用唯一性編碼

唯一性編碼一旦賦予給了某個構(gòu)件，該編碼將沿用至項目全生命期內(nèi)設(shè)計階段、施工階段、竣工驗收階段及運維階段，實現(xiàn)對模型構(gòu)件的全生命期識別、修改、深化、信息添加，使每一構(gòu)件在模型各階段應(yīng)用時，對模型的各種信息進(jìn)行更新完善。因此，在施工階段，對構(gòu)件信息的深化過程中，構(gòu)件的唯一性編碼不應(yīng)改變。對同一位置的同一構(gòu)件，應(yīng)保持竣工圖模型與施工圖模型唯一性編碼的一致性，以便計算機能通過編碼識別相同構(gòu)件。

（3）通過唯一性編碼進(jìn)行對比審查

竣工圖模型交付后，通過對竣工圖模型和施工圖模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件逐一進(jìn)行屬性信息和幾何信息的對比審查，其中以幾何信息和重點屬性信息對比為重點。長寬高、位置等幾何信息的變化，通過布爾運算，標(biāo)識出變化的構(gòu)件，方便審查人員核對；類似混凝土的標(biāo)號等重點屬性信息，通過賦值對比，標(biāo)識出變化的屬性信息。有幾何信息和屬性信息偏差的地方應(yīng)當(dāng)有必要的變更單、聯(lián)系函等資料作為對比差異的合法性支撐。

2.1.2 編碼原則

要滿足編碼的有效性，需要在編碼的思路中體現(xiàn)如下原則：

（1）施工圖模型及竣工圖模型中的每一個構(gòu)件需要有唯一性編碼。只有保證模型每個構(gòu)件都存在唯一性的編碼，才能在平臺中準(zhǔn)確區(qū)分和定位每一個模型，這是進(jìn)行對比審查的基礎(chǔ)；

（2）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)在單一模型中唯一。以單一模型為考慮對象，模型內(nèi)構(gòu)件的唯一性編碼應(yīng)當(dāng)唯一，這樣才能準(zhǔn)確區(qū)分每一個模型中的構(gòu)件；

（3）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)賦予到模型中可拆分的最小構(gòu)件。對于模型中的構(gòu)件唯一性編碼，應(yīng)當(dāng)賦予至最小不可拆分層次，保證對比審查的精細(xì)程度；

（4）唯一性編碼原則應(yīng)在設(shè)計階段、施工階段、運維階段等各階段統(tǒng)一。各階段唯一性編碼統(tǒng)一，才能進(jìn)行各階段信息的表達(dá)。如無法保持統(tǒng)一，也應(yīng)當(dāng)建立對應(yīng)的指向關(guān)系；

（5）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)遵循統(tǒng)一規(guī)則。由于采用線分法，可以建立比較簡單的編碼層次關(guān)系，編碼宜采用線分法進(jìn)行分類。按照統(tǒng)一的規(guī)則進(jìn)行唯一性編碼的結(jié)構(gòu)組織，方便讀取編碼和檢查編碼；

（6）唯一性編碼應(yīng)當(dāng)考慮存在一定的彈性。施工圖模型到竣工圖模型，可能會存在構(gòu)件的拆分和替換，宜在唯一性編碼中體現(xiàn)這種變化，唯一性編碼中應(yīng)有能讓構(gòu)件繼續(xù)進(jìn)行新增編碼的操作彈性；

（7）唯一性編碼錄入考慮機器為主，人工為輔。由于施工圖模型、竣工圖模型中添加唯一性編碼的工作量較大，且容易出錯。因此唯一性編碼的錄入考慮以機器錄入為主，人工錄入為輔，且考慮信息的復(fù)用；

（8）唯一性編碼用來檢查構(gòu)件變化，施工過程的特征信息用來匹配該構(gòu)件的掛接資料?？煽紤]按照竣工驗收的分部分項輔助資料掛接。

2.1.3 審查對比實現(xiàn)

施工圖模型與竣工圖模型同一性對比審查包含唯一性編碼對比審查、幾何信息對比審查、屬性信息對比審查等三方面內(nèi)容。

唯一性編碼對比審查。通過軟件識別構(gòu)件的唯一性編碼，標(biāo)識出施工圖模型和竣工圖模型中唯一性編碼不一致的構(gòu)件，包括前后編碼不一致、編碼缺失等問題，方便審查人員核對前后模型差異部分。

（1）幾何信息對比審查。對于模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件，通過軟件對構(gòu)件進(jìn)行布爾運算，如前后構(gòu)件存在偏差，則對構(gòu)件予以標(biāo)識，方便審查人員進(jìn)一步核對構(gòu)件的區(qū)分。

（2）屬性信息對比審查。對于模型中唯一性編碼相同的構(gòu)件，通過軟件對各相同屬性的值或?qū)傩栽鰷p進(jìn)行比對，如前后構(gòu)件存在偏差，則對構(gòu)件予以標(biāo)識，方便審查人員對構(gòu)件屬性信息進(jìn)行核對。

如施工圖模型與竣工圖模型通過上述審查后，差異部分有合法資料作為支撐，則認(rèn)為前后模型保持一致。如不能通過上述審查，則生成對比審查報告，供審查人員參考。

2.2 編碼方案具體內(nèi)容

根據(jù)總體思路、基本原則，研究組列出以下幾種編碼的方案作為對比研究基礎(chǔ)，具體方案內(nèi)容為：

2.2.1 GUID 碼方案

GUID，全稱Globally Unique Identifier，即全局唯一標(biāo)識符。是一種由算法生成的二進(jìn)制長度為128 位的數(shù)字標(biāo)識符。在理想情況下，任何計算機和計算機集群都不會生成兩個相同的GUID。GUID 的總數(shù)達(dá)到了2^128（3.4×10^38）個，所以隨機生成兩個相同GUID 的可能性非常小，但并不為0。所以，用于生成GUID 的算法通常都加入了非隨機的參數(shù)（如時間），以保證這種重復(fù)的情況不會發(fā)生。

GUID 的 格 式 為“xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxxxxxx”，其中每個 x 是 0-9 或 a-f 范圍內(nèi)的一個4 位十六進(jìn)制數(shù)。例如：6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，即為有效的 GUID 值。

在絕大多數(shù)建模軟件中，構(gòu)件上都有隨機生成的GUID 碼。該編碼方式是完全隨機的，以軟件生產(chǎn)，不需要人為干預(yù)，也不以人為規(guī)則而改變。生成的編碼不包含具體含義，是天然的唯一碼形式。

2.2.2 模型ID 和元素ID 組合碼

通過計算機賦予模型“模型ID”和構(gòu)件“元素ID”組合的唯一性編碼來定義構(gòu)件的唯一性。編碼格式為“模型ID_元素ID”。該編碼前段“模型ID”以“地區(qū)碼+ 日期碼+ 模型碼”作為組合，后半段“元素ID”為元素的構(gòu)件碼。例如：4401060012019121000001_19999，表示“廣州市天河區(qū)五山街道2019 年12 月建立的第1 個模型中流水號為19999 的構(gòu)件?！?/p>

該方案的模型賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段全部資料都已經(jīng)到位，準(zhǔn)備交付交付平臺前，交付時由軟件生成唯一性編碼?？⒐D模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼。

2.2.3 模型ID、元素ID 和分部分項組合碼

該方案的編碼方式是在“模型ID”和“元素ID”編碼的基礎(chǔ)上，通過增加“分部分項ID”對唯一性編碼進(jìn)行屬性說明，提高唯一性編碼的可辨識性。編碼的格式為“模型ID_元素ID_分部分項ID”。編碼的前段“模型ID”為“地區(qū)碼+日期碼+模型碼”，中段“元素ID”為元素的構(gòu)件碼，后段“分部分項ID”為施工階段的分部分項標(biāo)識碼。例如：4401060012019121000001_19999_JG0201，表示“廣州市天河區(qū)五山街道2019 年12 月建立的第1 個模型中流水號為19999 的構(gòu)件，其屬于砌體結(jié)構(gòu)分部分項。”

該方案“模型ID”和“元素ID”模型賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段全部資料都已經(jīng)到位，準(zhǔn)備交付交付平臺前，交付時由軟件生成唯一性編碼。竣工圖模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼?！胺植糠猪桰D”賦碼環(huán)節(jié)則安排在施工階段的竣工交付前。模型ID 和元素ID 賦碼工作由軟件生成，分部分項ID 由人工或軟件填寫。

2.2.4 分部分項和GUID 組合碼

該方案采用“系統(tǒng)標(biāo)識碼/分部分項ID+流水編碼組合碼”的組合碼形式，也能生成唯一性編碼。編碼格式為“分部分項ID_GUID 流水編碼”。編碼的前段為“分部分項ID”的分部分項標(biāo)識碼，編碼后段為生成的“GUID”流水碼。例如：JG0201_6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，表示“砌體分部分項中的某一構(gòu)件”[12]。

該方案賦碼環(huán)節(jié)安排在設(shè)計階段填寫完畢分部分項ID，交付時生成GUID 流水編碼。竣工圖模型直接沿用施工圖模型中的唯一性編碼。分部分項標(biāo)識碼由軟件輔助人工填寫，GUID 流水編碼由軟件生成。

2.3 編碼方案比選及確定

2.3.1 方案優(yōu)劣勢分析

根據(jù)每個方案的特點，研究組將四個方案在使用時的優(yōu)劣勢做了分析，如表1 所示。

表1 四種方案的優(yōu)劣勢分析

2.3.2 推薦方案

按照上述分析，結(jié)合操作的便利性和軟件實現(xiàn)的可能性，研究組認(rèn)為采用模型ID、元素ID 和分部分項ID 組合碼（方案三）以及分部分項ID 和GUID 組合碼（方案四）來進(jìn)行基于CIM 平臺的竣工驗收備案編碼，能較好地滿足CIM 平臺在竣工驗收備案中關(guān)于模型比對、資料掛接、體現(xiàn)施工特點等方面的多種需求。同時通過編寫插件或軟件來進(jìn)行大部分的自動賦碼，實現(xiàn)賦碼過程“機器多干活少思考，讓人員少干活多思考”的理念，幫助編碼模式落地而展現(xiàn)出更好的適應(yīng)性，推薦在編碼應(yīng)用中采取方案三和方案四來作為實施方案。另外需要注意的是，由于目前沒有成熟的模型ID、元素ID 和分部分項ID，后續(xù)實踐時需要對這三種編碼的具體形式展開進(jìn)一步的研究和定義，尤其是分部分項ID 的編碼方式，因其對指導(dǎo)施工活動進(jìn)行和竣工模型完成有直接作用和重要影響，十分具有創(chuàng)建價值，更需要做認(rèn)真的研究和反復(fù)的論證。

3 結(jié)論

通過對編碼及編碼方案的研究和實踐，發(fā)現(xiàn)采用唯一碼編碼方案是實現(xiàn)基于CIM 平臺竣工驗收備案有效途徑，如果在唯一碼方案中融入以分部分項為基礎(chǔ)的組合編碼方式來升級唯一碼的內(nèi)容，更能在竣工驗收備案時體現(xiàn)施工過程的特點，掛接施工過程形成的各種資料，匹配竣工驗收流程。同時也能更好地滿足CIM 平臺需求，幫助CIM 平臺上的相關(guān)竣工驗收備案參與方更好地開展信息化工作，提高政府主管部門和企業(yè)的信息化管理水平和CIM 協(xié)同體驗，對未來CIM平臺的進(jìn)一步發(fā)展起到良好的推動和促進(jìn)作用。