基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作方法研究

陳小利,劉 鑫,劉成偉,滕明焜,郭永昌

(1.中交四航局第六工程有限公司,廣東 珠海 519000;2.北京圖乘科技有限公司,北京 100084;3.廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院,廣東 廣州 510062)

我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)入了平穩(wěn)發(fā)展的時(shí)代,建筑業(yè)相關(guān)企業(yè)對(duì)降本增效需求更加突出。建筑信息化技術(shù)是促進(jìn)建筑業(yè)相關(guān)企業(yè)降本增效重要手段之一,建筑信息模型(building information model,BIM)技術(shù)是目前建筑業(yè)最為重要的信息技術(shù),是繼CAD(computer aided design)技術(shù)后的又一次技術(shù)革命。當(dāng)前,從國(guó)家到地產(chǎn)逐步強(qiáng)制推廣BIM技術(shù),例如雄安新區(qū)自2019年起所有項(xiàng)目招投標(biāo)均須使用BIM技術(shù)[1];深圳市從2023年起,投資額度1 000萬(wàn)以上的項(xiàng)目必須使用BIM技術(shù)[2]。可見(jiàn),BIM技術(shù)的普及是大勢(shì)所趨。BIM技術(shù)的核心特點(diǎn)是協(xié)同工作、提高效率。目前,我國(guó)建筑業(yè)逐步開(kāi)始基于BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)同工作,陸續(xù)出現(xiàn)了BIM協(xié)同工作平臺(tái)。

筆者聚焦國(guó)內(nèi)工民建領(lǐng)域的BIM協(xié)同工作。目前,已有學(xué)者進(jìn)行了BIM協(xié)同工作相關(guān)研究。馬智亮等[3]建立了IPD(integrated project delivery)協(xié)同工作模型,并通過(guò)分析IPD項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中與信息利用相關(guān)的角色、活動(dòng)、信息等要素,建立基于BIM的IPD項(xiàng)目信息利用框架,為確定多參與方協(xié)同流程奠定了基礎(chǔ)。胡嵩煒等[4]針對(duì)在上海某隧道與周邊環(huán)境的BIM模型搭建過(guò)程中因模型量巨大而產(chǎn)生的協(xié)同工作問(wèn)題,采用Revit中的工作共享模式,為大型項(xiàng)目BIM模型構(gòu)建中的協(xié)同工作,提供了一種有效且準(zhǔn)確的協(xié)同工作方式。陳遠(yuǎn)等[5]綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作、IFC(industry foundation classes)標(biāo)準(zhǔn)、建筑信息模型、移動(dòng)計(jì)算、異構(gòu)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等理論和技術(shù),研究支持建筑工程全生命周期信息管理和協(xié)同工作,開(kāi)發(fā)了基于移動(dòng)計(jì)算的BIM協(xié)同工作平臺(tái)。胡延紅等[6]在試點(diǎn)項(xiàng)目通過(guò)BIM和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、施工建造階段進(jìn)行協(xié)同管理試驗(yàn),探索BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度等方面所發(fā)揮的價(jià)值。周福萍[7]進(jìn)行了BIM協(xié)同設(shè)計(jì)模式下團(tuán)隊(duì)工作效率影響因素研究,為協(xié)同工作提供了指導(dǎo);張貝貝[8]進(jìn)行了面向BIM施工管理的動(dòng)態(tài)工作流協(xié)同架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)。鄭帥等[9]為降低施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生率,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種施工協(xié)同系統(tǒng),為降低財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡、提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全提供了重要參考。SHAFIQ等[10]為解決的模型協(xié)作能力有限、不支持BIM協(xié)作的復(fù)雜要求的問(wèn)題,提出了一種新興的模型協(xié)作系統(tǒng),便于多學(xué)科集成。HODA等[11]為確立協(xié)同中的組織關(guān)系,便于協(xié)同工作的開(kāi)展與推廣,建立了基于BIM協(xié)同工作的組織與協(xié)同理論。

國(guó)內(nèi)既有研究進(jìn)行了BIM協(xié)同工作框架研究,但實(shí)際BIM協(xié)同工作過(guò)程中,多參與方的BIM數(shù)據(jù)交流溝通存在不夠便捷等問(wèn)題。例如,標(biāo)注的問(wèn)題均不能直接反饋到相應(yīng)建模平臺(tái),制約了協(xié)同工作的效率。近年來(lái),BCF(BIM collaboration forma)作為BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中最簡(jiǎn)單和有效的標(biāo)準(zhǔn)之一,在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家逐步推廣應(yīng)用,可以較好解決BIM協(xié)同工作過(guò)程中多參與方的BIM數(shù)據(jù)便捷溝通的問(wèn)題,但國(guó)內(nèi)暫無(wú)基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作研究與應(yīng)用。因此,筆者提出一種基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作方法,建立相應(yīng)BIM協(xié)同工作平臺(tái),實(shí)現(xiàn)基于模型構(gòu)件的交流信息在建模軟件與協(xié)同工作平臺(tái)之間雙向流動(dòng),有助于提高BIM協(xié)同工作效率。

1 協(xié)同工作需求分析

通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)和對(duì)企業(yè)相關(guān)項(xiàng)目實(shí)際走訪(fǎng),確定協(xié)同工作需求。在建筑建設(shè)過(guò)程中,參與方眾多,工作事項(xiàng)各有不同,但基于模型的信息交流是一致的。

1.1 確定參與方

建設(shè)工程項(xiàng)目的全壽命周期包含項(xiàng)目的決策設(shè)計(jì)階段、施工實(shí)施階段和運(yùn)維使用階段,根據(jù)法律法規(guī)及實(shí)際情況,參與方包括業(yè)主單位、咨詢(xún)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位。

1.2 活動(dòng)事項(xiàng)分析

各參與方各有分工,活動(dòng)事項(xiàng)相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián),業(yè)主單位根據(jù)投資計(jì)劃,進(jìn)行總體建筑設(shè)計(jì)方案的審查,提出意見(jiàn)。咨詢(xún)單位根據(jù)業(yè)主單位的要求,在決策階段提出具有標(biāo)志性的估算報(bào)告及合理化建議。設(shè)計(jì)單位根據(jù)業(yè)主單位確定的總體建筑設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、水電風(fēng)各專(zhuān)業(yè)之間互相溝通協(xié)調(diào),提出合理化建議,完成初步施工圖設(shè)計(jì)。監(jiān)理單位接收業(yè)主下發(fā)的施工圖紙,組織進(jìn)行會(huì)審,并提出合理化建議。施工單位根據(jù)業(yè)主下發(fā)的施工圖紙進(jìn)行圖紙會(huì)審和深化,協(xié)調(diào)融合各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域,細(xì)化管線(xiàn)排布,提出問(wèn)題,反饋給業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位。

1.3 協(xié)同工作流程框架的建立

協(xié)同工作流程包括對(duì)參與方與其相關(guān)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系的歸納總結(jié),根據(jù)上述分析,建立協(xié)同工作流程框架,如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目協(xié)同工作流程框架

2 基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作框架

通過(guò)上述分析,確定協(xié)同工作的參與方、活動(dòng)及關(guān)聯(lián)關(guān)系,結(jié)合IFC和BCF標(biāo)準(zhǔn),建立基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作框架。

2.1 IFC標(biāo)準(zhǔn)分析

IFC標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)建筑環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字描述,包括建筑物和民用基礎(chǔ)設(shè)施等,誕生于20世紀(jì)90年代后期,主要為了解決BIM軟件眾多、數(shù)據(jù)格式不一致等問(wèn)題[12]。IFC標(biāo)準(zhǔn)是BIM的通用標(biāo)準(zhǔn),目前已被市場(chǎng)上的絕大部分BIM軟件所支持。通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn)能較好解決不同BIM軟件之間數(shù)據(jù)溝通的問(wèn)題。即通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn),能夠滿(mǎn)足BIM協(xié)同工作中BIM數(shù)據(jù)內(nèi)容查看的需求。但難以直接通過(guò)IFC文件傳遞BIM數(shù)據(jù)以外的參與方交流溝通信息等數(shù)據(jù),例如基于BIM模型的文字批注、視點(diǎn)截圖等。

2.2 BCF格式分析

BCF是一種基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn),2009年由buildingSMART國(guó)際實(shí)施支持小組(ISG)的成員以及慕尼黑應(yīng)用科學(xué)大學(xué)應(yīng)用建筑信息研究所共同構(gòu)想[13]。此后,經(jīng)過(guò)不斷的開(kāi)發(fā)與迭代,逐步完成并完善了BCF。創(chuàng)建BCF的目的是通過(guò)一種開(kāi)源的標(biāo)準(zhǔn),基于模型的問(wèn)題定義,在不同的應(yīng)用平臺(tái)之間進(jìn)行協(xié)作交流,從而繞過(guò)各種各樣的格式和繁雜的工作流。

在BCF應(yīng)用中,通過(guò)傳輸XML格式的數(shù)據(jù),直接引用一個(gè)關(guān)于問(wèn)題的視圖,通過(guò)PNG和IFC坐標(biāo)捕獲,定位相關(guān)問(wèn)題的BIM的元素,再通過(guò)其IFC Guid把標(biāo)注問(wèn)題從一個(gè)應(yīng)用軟件引用到另一個(gè)軟件。

基于BCF的工作流可以應(yīng)用到項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中,如表1所示。BCF應(yīng)包括問(wèn)題描述、作者、接收人、狀態(tài)、類(lèi)型、截止日期、GUID(全局唯一ID)等信息,同時(shí)包含視覺(jué)效果,包括視點(diǎn)(IFC坐標(biāo))、快照、屏幕截圖和標(biāo)記。BCF將引用三維模型中的元素、相關(guān)文檔和問(wèn)題。此外,還會(huì)存儲(chǔ)部分溝通信息,例如,與問(wèn)題相關(guān)的回應(yīng)和評(píng)論。BCF的特點(diǎn)在于IFC應(yīng)用工具和BIM建模軟件之間的連通。BCF將準(zhǔn)確識(shí)別問(wèn)題涉及的對(duì)象,甚至?xí)詣?dòng)記錄屏幕視圖。因此,相關(guān)人員在其建模軟件中打開(kāi)BCF問(wèn)題時(shí),視圖會(huì)被直接定向到軟件模型中完全相同的視圖,而無(wú)需在模型中四處尋找問(wèn)題涉及的元素或構(gòu)件。BCF的工作模式主要包括“確定主題、創(chuàng)建問(wèn)題、問(wèn)題發(fā)出、問(wèn)題解決”等步驟,如圖2所示。

表1 BCF在項(xiàng)目全生命周期的典型應(yīng)用

圖2 BCF工作模式

目前,應(yīng)用BCF主要有兩種方式:①通過(guò)基于文件的交換。基于文件的交換工作流程相對(duì)簡(jiǎn)單和普適,BCF文件在用戶(hù)之間傳輸、編輯并返回。與規(guī)定的IFC文件工作流不同,BCF文件能夠“來(lái)回”傳遞,只要各個(gè)參與方都維護(hù)共享的BCF文件的完整性。此外,其多個(gè)副本不流通。②通過(guò)Web服務(wù)?；赪eb服務(wù)的API模式是基于文件的工作流的替代方案。該方案主要涉及到BCF服務(wù)器的實(shí)現(xiàn),同時(shí),也可以選擇將該服務(wù)器作為BIM服務(wù)器存儲(chǔ)所有的BCF數(shù)據(jù),并使項(xiàng)目參與者在一個(gè)集中位置同步創(chuàng)建、編輯或者管理BCF相關(guān)內(nèi)容。

BCF允許不同的BIM應(yīng)用程序,通過(guò)使用先前在項(xiàng)目參與方之間共享的IFC數(shù)據(jù)相互交流基于模型的問(wèn)題。綜上,創(chuàng)建BCF是為了促進(jìn)開(kāi)放式溝通和改進(jìn)基于IFC的流程,繞過(guò)專(zhuān)有格式和工作流,易于識(shí)別和交換BIM軟件之間基于模型的問(wèn)題,促進(jìn)協(xié)同工作。

2.3 基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作信息框架的建立

IFC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)逐步成為主流BIM標(biāo)準(zhǔn),BCF以IFC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)?；贗FC標(biāo)準(zhǔn),建立基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作框架。協(xié)同工作本質(zhì)上是信息溝通與交流。而信息的類(lèi)型及存在形式多樣。按信息的用途劃分,包括基礎(chǔ)信息、參與方信息、設(shè)計(jì)信息、交流信息等。綜合以上因素建立協(xié)同工作信息框架,為研發(fā)BIM協(xié)同工作平臺(tái)做鋪墊。基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作信息簡(jiǎn)化框架如圖3所示。

圖3 基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作信息簡(jiǎn)化框架

3 BIM協(xié)同工作平臺(tái)的建立及驗(yàn)證

3.1 BIM協(xié)同工作平臺(tái)的建立

3.1.1 平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境

平臺(tái)以前后端分離的模式進(jìn)行開(kāi)發(fā),采用MVVC架構(gòu),保證系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性[14]。整體開(kāi)發(fā)環(huán)境如表2所示。

表2 BIM協(xié)同平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境

3.1.2 平臺(tái)開(kāi)發(fā)

平臺(tái)由主頁(yè)及前后臺(tái)、單點(diǎn)登錄及權(quán)限管理、組件通信、數(shù)據(jù)庫(kù)、API(應(yīng)用編程接口)、對(duì)象存儲(chǔ)、消息隊(duì)列、工作線(xiàn)程、郵件通信等組件構(gòu)成,各組件之間保持一定的獨(dú)立性,耦合程度低,便于系統(tǒng)整體的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,其相互之間的信息流動(dòng)如圖4所示。

圖4 平臺(tái)組成流程圖

其中,BIM模型的解析、展示和交互操作是整個(gè)系統(tǒng)最核心的部分,通過(guò)修改和完善第三方開(kāi)源庫(kù)的代碼,提高模型在移動(dòng)端的展示效果,降低資源消耗,平臺(tái)大部分時(shí)間能夠在主流的中高端設(shè)備上穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)移動(dòng)端用戶(hù)的操作習(xí)慣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提升了移動(dòng)端用戶(hù)的使用體驗(yàn)。提供通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和本地文件上傳兩種文件掛接方式,用戶(hù)可選擇根據(jù)實(shí)際情況自行選擇。

3.1.3 BIM協(xié)同工作平臺(tái)

基于上述工作,研發(fā)軟件,建立基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作平臺(tái)界面。在建模軟件信息溝通方面,以Revit為樣板,使用BCF協(xié)同平臺(tái)信息插件,以實(shí)現(xiàn)與建模軟件的信息交流。

3.2 實(shí)際工程案例驗(yàn)證

平臺(tái)在南充國(guó)際會(huì)展中心PPP項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用,該項(xiàng)目總用地119 022 m2,規(guī)劃總建筑面積約104 500 m2,屬于大型公共建筑,參與方眾多,包括總承包方中交四航局和分包方共8個(gè),工程管理人員約68人。該項(xiàng)目中協(xié)同工作平臺(tái)具體使用人數(shù)為32人,主要包含設(shè)計(jì)方、總承包和業(yè)主方。BIM協(xié)同工作平臺(tái)的使用截圖如圖5所示,相關(guān)人員在兩周內(nèi)共提出298個(gè)問(wèn)題,并直接指派到相應(yīng)責(zé)任人,根據(jù)和傳統(tǒng)人工交流的方式相比,提高了施工方與設(shè)計(jì)方的信息交流效率,使得設(shè)計(jì)方與施工方預(yù)定交流工期縮短了7天,減少了現(xiàn)場(chǎng)交流200余次。協(xié)同平臺(tái)導(dǎo)出的BCF信息在建模軟件Revit中的應(yīng)用如圖6所示。例如,圖5中序號(hào)為8的“旗桿”問(wèn)題,在建模軟件右側(cè)的BCF管理插件中直接點(diǎn)擊“旗桿”問(wèn)題視圖后,建模軟件便可自動(dòng)定位到與問(wèn)題視圖一致的模型視圖,供相關(guān)人員按問(wèn)題意見(jiàn)修改模型。研究表明,該方法使得業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方等項(xiàng)目參與方信息交流更為高效。

圖5 BCF驗(yàn)證案例界面截圖

圖6 BCF信息在建模軟件Revit中的應(yīng)用截圖

4 結(jié)論

(1)研究了BCF標(biāo)準(zhǔn)和多參與方協(xié)同工作模式,在國(guó)內(nèi)開(kāi)創(chuàng)性的提出了一種基于BCF的項(xiàng)目協(xié)同工作方法;研發(fā)了相應(yīng)的BIM協(xié)同工作平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了基于模型構(gòu)件的信息交流在建模軟件和協(xié)同平臺(tái)間的雙向流動(dòng),并通過(guò)實(shí)際工程案例應(yīng)用證明其可行性;研究的推廣與應(yīng)用,使得基于BIM模型的交流更加精準(zhǔn),有助于提高BIM協(xié)同工作的效率,促進(jìn)BIM技術(shù)的推廣與普及。

(2)研究目前僅以Revit軟件為研究對(duì)象,有一定的局限性。后續(xù)將以Catia和Bentley等主流建模軟件為研究對(duì)象,以驗(yàn)證高改方法在不同平臺(tái)中的通用性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)建模平臺(tái)的信息交流,促進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用。