基于BIM的數(shù)字化交付系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

【摘要】在建筑工程領(lǐng)域，實(shí)體建筑與數(shù)字建筑雙交付已經(jīng)逐步成為共識。為解決工程交付數(shù)據(jù)離散、結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低、質(zhì)量低、可利用性差等問題，文中對BIM的數(shù)字化交付系統(tǒng)展開研究，對系統(tǒng)的功能框架、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型、關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。文章通過工程實(shí)例對系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用和驗(yàn)證，系統(tǒng)解決了工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)離散、結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低、質(zhì)量低、可利用性差等問題，提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量和可利用性并提高了數(shù)據(jù)采集和共享效率。

【關(guān)鍵詞】BIM；數(shù)字化交付；全生命周期信息模型

【中圖分類號】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）09-0016-03

0 引言

在工程建設(shè)領(lǐng)域，隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的逐步深入，越來越多的企業(yè)開始意識到需從工程建設(shè)伊始，同步開始“數(shù)字資產(chǎn)”建設(shè)形成建筑設(shè)施的全生命周期信息模型，為建設(shè)、維護(hù)運(yùn)營業(yè)務(wù)賦能，發(fā)揮數(shù)據(jù)價值[1]。在傳統(tǒng)的工程建設(shè)管理模式下，存在大量紙質(zhì)文檔和部分電子化的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系缺乏有效的管理措施，數(shù)據(jù)存在離散、結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低、質(zhì)量低、可利用性差等特點(diǎn)，不利于工程后續(xù)的運(yùn)維運(yùn)營，未能將工程項(xiàng)目固定投資的效益完全發(fā)揮。亟需開展基于BIM的數(shù)字化交付系統(tǒng)專項(xiàng)建設(shè)，并通過重點(diǎn)示范項(xiàng)目服務(wù)，探索工程全生命周期BIM數(shù)字化管理的新模式[2]。

1 數(shù)字化交付系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

數(shù)字化交付系統(tǒng)的研究是基于數(shù)據(jù)模型，建立交付、接收及審核的多方協(xié)同、共享工作平臺[3]。系統(tǒng)的建設(shè)需促進(jìn)工程交付紙質(zhì)資料向數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，由“一刀切、打包資料”式交付向漸進(jìn)式交付轉(zhuǎn)變。從工程建設(shè)伊始，在設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段、竣工階段逐步建立結(jié)構(gòu)化、可視化、完整、一致的“數(shù)字資產(chǎn)”，交付給運(yùn)維、運(yùn)營單位，避免數(shù)據(jù)二次加工，為建設(shè)、維護(hù)運(yùn)營業(yè)務(wù)賦能，提高工程項(xiàng)目全過程數(shù)字化水平[4]。

1.1 系統(tǒng)功能總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供工程建設(shè)管理全周期數(shù)據(jù)采集功能，依據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對模型、文檔、圖紙以及其他業(yè)務(wù)管理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，同時建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，解決數(shù)據(jù)離散無關(guān)聯(lián)、非結(jié)構(gòu)化、雜亂無章、不完整、質(zhì)量低等問題。通過數(shù)據(jù)模型，使采集的數(shù)據(jù)之間形成知識圖譜，方便數(shù)據(jù)快速查詢?yōu)g覽。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)可形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，方便數(shù)據(jù)共享流通。系統(tǒng)功能總體分為基礎(chǔ)支撐、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用三層，如圖1所示。

1.1.1 基礎(chǔ)支撐層

基礎(chǔ)支撐層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由基礎(chǔ)組件、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)管理、任務(wù)管理等模塊構(gòu)成。其中基礎(chǔ)組件提供報表、表單、數(shù)據(jù)建模、知識圖譜、BIM瀏覽、消息通知等各類基礎(chǔ)能力組件，以支撐整個系統(tǒng)的構(gòu)建；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目信息、工程信息、人員信息、設(shè)備類別等基礎(chǔ)信息的管理；數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)管理模塊實(shí)現(xiàn)對分類和編碼規(guī)則、檢查規(guī)則、文檔分類與編碼等規(guī)則的配置，以支撐后續(xù)成果應(yīng)用；任務(wù)管理模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化交付任務(wù)的分配和全面監(jiān)控，支撐數(shù)字化交付工作的執(zhí)行。

1.1.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層是數(shù)字化交付系統(tǒng)的核心，包括BIM管理、圖文檔管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對接、數(shù)據(jù)治理等模塊。其中BIM管理模塊實(shí)現(xiàn)BIM從構(gòu)件賦碼、構(gòu)件屬性添加、模型上傳、多源異構(gòu)轉(zhuǎn)換與重組、模型數(shù)據(jù)對比、模型信息解析提取以及數(shù)據(jù)庫存儲、模型信息自動化合標(biāo)性質(zhì)量檢查等管理；圖文檔管理模塊實(shí)現(xiàn)對圖紙和文檔的管理，包含文件上傳、圖紙上傳與轉(zhuǎn)換、文件及圖紙命名規(guī)范檢查、版本管理等功能；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模塊對接主要通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口從業(yè)務(wù)系統(tǒng)抓取合同、質(zhì)量、安全、變更、支付、材料設(shè)備等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)治理模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的關(guān)系掛接及檢查、交付審核驗(yàn)收等。

1.1.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層是對交付成果的應(yīng)用，包括全景駕駛艙、檢索與統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)服務(wù)等模塊。全景駕駛艙模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全景展示，包括數(shù)據(jù)展示、知識圖譜、模型視圖、文檔視圖以及列表視圖等；檢索與統(tǒng)計(jì)模塊旨在為用戶提供方便快捷的檢索、統(tǒng)計(jì)交付功能，包括數(shù)據(jù)檢索、多維度綜合查詢、成果文件統(tǒng)計(jì)、模型統(tǒng)計(jì)、設(shè)備統(tǒng)計(jì)、數(shù)字資產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)等；數(shù)據(jù)服務(wù)模塊旨在以數(shù)據(jù)接口服務(wù)的方式面向運(yùn)維和運(yùn)營系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)目錄服務(wù)、數(shù)據(jù)子模型提取服務(wù)等。

1.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型設(shè)計(jì)

數(shù)字化交付系統(tǒng)通過BIM承載工程分解結(jié)構(gòu)，并建立三維模型、文檔、數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)工程分解結(jié)構(gòu)、BIM、文檔（包含圖紙、視頻、其他文檔）、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等之間的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型的設(shè)計(jì)如圖2所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)功能設(shè)計(jì)，滿足數(shù)字化交付工作需要，保證交付數(shù)據(jù)有效關(guān)聯(lián)、質(zhì)量可控，文中開展了一系列專項(xiàng)技術(shù)研究。

2.1 基于IFC的中立文件格式研究

數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)尤其是BIM，往往需要多個軟件協(xié)同完成，不同建模軟件及管理系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)交換和共享的需求，需要將工程數(shù)據(jù)從一個軟件完整地導(dǎo)入到另外一個軟件[5]。因此，需要一個標(biāo)準(zhǔn)、公開的數(shù)據(jù)表達(dá)和存儲方法，每個軟件都能導(dǎo)入、導(dǎo)出這種格式的工程數(shù)據(jù)。IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，是一種用于定義建筑信息可擴(kuò)展的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，用于在建筑、工程和施工軟件應(yīng)用程序之間進(jìn)行交互。具有中立性、準(zhǔn)確性、國際化、技術(shù)生態(tài)完整等特點(diǎn)，適合大規(guī)模、多部門、多軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享[6]。

2.2 基于MVD的模型合標(biāo)性自動審查技術(shù)研究

在數(shù)字化交付過程中，BIM數(shù)據(jù)質(zhì)量是首要的問題，BIM中的構(gòu)件、屬性、幾何、關(guān)系等信息可能存在丟失、不滿足標(biāo)準(zhǔn)等情況。系統(tǒng)通過模型視圖定義（MVD）的方式，建立和文本版標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，對BIM數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)滿足的規(guī)則條件進(jìn)行約束[7]。MVD的約束內(nèi)容主要包括模型單元幾何表達(dá)方式、模型單元組成結(jié)構(gòu)、構(gòu)件材質(zhì)表達(dá)方式、模型單元命名規(guī)則、模型單元屬性規(guī)則等相關(guān)內(nèi)容。系統(tǒng)通過對BIM數(shù)據(jù)與數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)的對比解析，實(shí)現(xiàn)模型自動化質(zhì)量檢查，即合標(biāo)性自動檢查，提高模型數(shù)據(jù)的“可信性”。

3 系統(tǒng)應(yīng)用與驗(yàn)證

本文以深圳市建筑工務(wù)署（以下簡稱“工務(wù)署”）為研究對象，工務(wù)署是深圳市正局級行政管理類事業(yè)單位，主要負(fù)責(zé)市政府投資工程項(xiàng)目的建設(shè)和管理。本文擬在數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)制定、數(shù)字化交付流程梳理、數(shù)字化交付系統(tǒng)建設(shè)等方面開展相關(guān)試點(diǎn)應(yīng)用驗(yàn)證工作。

3.1 數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)編制

為進(jìn)一步規(guī)范政府投資公共建筑工程數(shù)字化交付工作，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化的交付目標(biāo)，深圳市建筑工務(wù)署制定了數(shù)字化交付配套標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和指導(dǎo)項(xiàng)目參建各方的數(shù)據(jù)交付工作，優(yōu)化成果管理[8]。配套標(biāo)準(zhǔn)包括《數(shù)字化交付工作導(dǎo)則》《建筑工程建筑信息模型數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)》《政府投資公共建筑工程建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》等。

3.2 數(shù)字化交付流程制定

為保證數(shù)字化交付和管理工作的順利開展，應(yīng)明確各相關(guān)方的相關(guān)職責(zé)，研究制定數(shù)字化交付流程，具體包括數(shù)字化交付策劃、交付實(shí)施、成果驗(yàn)收與運(yùn)維移交等環(huán)節(jié)[9]。

3.2.1 交付策劃

交付策劃是指由全咨/監(jiān)理單位結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況制定的數(shù)字化交付實(shí)施方案，明確項(xiàng)目成果交付清單、成果交付要求、職責(zé)分工、交付時間計(jì)劃等，交付實(shí)施方案作為項(xiàng)目數(shù)字化交付工作的行為準(zhǔn)則，相關(guān)內(nèi)容納入各參建單位服務(wù)合同。

3.2.2 交付實(shí)施

交付實(shí)施階段參建單位按照交付實(shí)施方案規(guī)定的進(jìn)度計(jì)劃、工作流程和工作內(nèi)容開展交付工作，將工程建設(shè)階段產(chǎn)生的建筑信息模型、文檔、數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)建、匯總、整合、檢查并建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。全咨/監(jiān)理單位負(fù)責(zé)對成果的完整性、準(zhǔn)確性、一致性進(jìn)行審核。

3.2.3 成果驗(yàn)收與運(yùn)維移交

交付實(shí)施完成后，建設(shè)單位組織全咨/監(jiān)理單位對成果進(jìn)行驗(yàn)收。通過驗(yàn)收后，通過數(shù)字化交付系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口或以電子存儲介質(zhì)形式移交給使用單位，作為智慧運(yùn)維的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.3 相關(guān)應(yīng)用成果

數(shù)字化交付系統(tǒng)在深圳市建筑工務(wù)署多個項(xiàng)目試點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，取得良好的應(yīng)用成果。以試點(diǎn)項(xiàng)目深圳美術(shù)館新館深圳某圖書館為例，共采集模型文件51份，包含構(gòu)件30余萬個、構(gòu)件屬性數(shù)據(jù)超2 200萬條、圖紙1 566張、BIM技術(shù)應(yīng)用文件82份、BIM管理應(yīng)用文件121份、項(xiàng)目管理文件15份。系統(tǒng)立足建筑全生命周期數(shù)字化管控，依托信息化手段將數(shù)字化交付工作貫穿前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等階段共10個節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)化了各階段BIM三維模型、文檔和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，深化數(shù)據(jù)傳遞和共享規(guī)則，實(shí)現(xiàn)實(shí)體建筑與“數(shù)字建筑”雙交付[10]。

4 結(jié)語

從工程行業(yè)整體來看，數(shù)字化交付正在逐步形成共識。本文所提出的數(shù)字化交付系統(tǒng)經(jīng)過項(xiàng)目驗(yàn)證，通過提供多源數(shù)據(jù)的采集、匯總、整合、檢查、建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及多種方式的數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，解決了工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)離散、結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低、質(zhì)量低、可利用性差等問題，提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量和可利用性并提高了數(shù)據(jù)采集和共享效率。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字化交付系統(tǒng)功能體系和關(guān)鍵技術(shù)得到初步驗(yàn)證，未來將進(jìn)一步完善系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)安全性、增強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘和分析功能，并通過更大范圍的系統(tǒng)應(yīng)用使其具備更強(qiáng)的適配性和可靠性。

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[作者簡介]譚毅（1988—），女，廣東韶關(guān)人，本科，工程師，研究方向：BIM及數(shù)字化。