摘 要： 針對傳統(tǒng)建筑行業(yè)在設計、施工以及運營維護階段存在的生產(chǎn)效率低下、施工周期長、維護成本高、重復工作等問題，運用BIM具有的數(shù)據(jù)共享、方便協(xié)調管理等優(yōu)點，設計和開發(fā)了基于BIM的幕墻管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了備料管理、進度管理、系統(tǒng)設置等功能模塊，提高了建筑信息的集成化和信息的共享，為相關的建筑利益方提供了一個信息共享與交換的平臺。
關鍵詞： BIM； 二次開發(fā)； 幕墻管理系統(tǒng)； 自動化
BIM(Building Information Model)概念的出現(xiàn)是建筑行業(yè)應用信息技術的必然產(chǎn)物，它符合現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的要求。這個概念是由美國喬治亞技術學院（Georgia Tech College）建筑與計算機專業(yè)的查克·伊斯曼（Chuck Eastman）博士[1]于20世紀70年代提出。關于BIM的定義有很多，它主要是通過信息仿真技術模擬建筑物中的真實信息，既包括三維幾何形狀信息，也包括一些非幾何信息，比如材質、重量、價格等。BIM可以應用于建筑生命周期的各個階段，從可行性分析階段、工程設計階段、建設實施階段到最后的運營和維護階段[2]。據(jù)統(tǒng)計，在全球建筑行業(yè)普遍存在生產(chǎn)效率低下問題，其中 30% 的施工過程需要返工，60% 的勞動力被浪費，10% 的損失來自材料的浪費[2]。人們每年在建筑行業(yè)中投入大量的資源，然而這些資源卻因為信息通信、數(shù)據(jù)共享等出現(xiàn)的問題導致其不能被充分利用，造成一定的資源浪費。BIM參數(shù)模型的參數(shù)信息內容不僅僅局限于建筑構件的物理屬性，而是包含了從建筑概念設計開始到運營維護的整個項目生命周期內的所有該建筑構件的實時、動態(tài)信息[3]。
1 系統(tǒng)的功能描述
本系統(tǒng)主要分析BIM在施工以及運營、維護階段的作用。在施工階段，BIM模型通過與數(shù)字化技術相結合，可以自動完成建筑物構件（玻璃、型材等）的預制加工，縮短建造工期，降低建造的誤差；通過對施工組織的模擬，可以控制整個施工安裝環(huán)節(jié)的時間節(jié)點，提高施工效率，方便施工管理和協(xié)調，滿足項目的集成管理和全生命周期管理要求[4]。
該系統(tǒng)的應用主要包括模型的可視化、模型的效果檢驗、施工效果的模擬和監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與記錄幾個方面。根據(jù)需求主要劃分為以下幾個模塊，如圖1所示。
1.1 用戶管理模塊
用戶管理模塊用于管理用戶的登錄，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接。
1.2 系統(tǒng)設置
系統(tǒng)配置包括材料類型的設置(例如玻璃、型材、背板等)和原材料類型設置(主要設定原材料的一些屬性信息，例如材料類型、編碼、單位、原始的高和寬、描述等)。Revit模型導入功能：剛導入navisworks文件后，模型自帶的系統(tǒng)、幕墻長寬等屬性信息并未及時更新到數(shù)據(jù)庫，此時可在選中單元后，自動將模型中的屬性導入到數(shù)據(jù)庫中。
1.3 模型顯示管理
實現(xiàn)模型的可視化、可交互，用戶在模型中選擇一個或多個單元，在下面顯示的數(shù)據(jù)中對應的數(shù)據(jù)信息也能被選中，反之亦然。主要包括項目信息、標段信息、分區(qū)信息、樓層信息、幕墻單元信息。
1.4 備料管理
BIM 技術的運用可以提高施工預算的準確性，對預制加工提供支持，有效地提高設備參數(shù)的準確性和施工協(xié)調管理水平[3]。BIM模型是參數(shù)化的模型，模型建立的同時，各種構建被賦予了不同的尺寸、型號等屬性信息，BIM是經(jīng)過可視化設計和反復修改的成果，所以模型中材料設備的參數(shù)有很高的準確性，可以將BIM模型中的數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的自動生成大大提高了決算和施工預算的準確性。施工單位可以根據(jù)需求將大量的構件(如玻璃、背板、型材等)進行工廠預制化或加工，提高了構件預制加工的準確性和速度，使原本粗放性、分散性的施工模式變?yōu)榧苫?、模塊化的現(xiàn)場施工模式[5]。
1.5 進度管理
進度管理主要包括生產(chǎn)管理、運輸管理、安裝管理。進行備料、生產(chǎn)、運輸、安裝各時間節(jié)點的安排設置生成對比報表：根據(jù)目前已備料、生產(chǎn)、運輸、安裝的情況與整體目標安排生成進度對比報表；按照時間、幕墻單元類型等限制條件查詢符合條件的單元，根據(jù)模型與數(shù)據(jù)的交互，直觀、準確地進行進度管理。 借助BIM對施工組織的模擬，項目管理方能夠非常直觀地了解整個施工安裝環(huán)節(jié)的時間節(jié)點和安裝工序[6]。
2 系統(tǒng)開發(fā)平臺
采用C/S架構模式,局域網(wǎng)中某個節(jié)點當作服務器，主要負責運行DBMS;其他節(jié)點則充當客戶端，主要負責模型的顯示，并對服務器提出一定的請求。采用C/S架構的優(yōu)勢在于可以減輕服務器端的壓力，服務器端只需要響應客戶端的請求，并將數(shù)據(jù)處理結果返回到客戶端，把模型的顯示與交互的任務交給客戶端進行處理，充分發(fā)揮客戶端的事務處理能力。
系統(tǒng)采用Visual Stdio2010作為應用程序的開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫服務器選擇 Microsoft SQL Server 2005，在客戶端需要安裝Navisworks 2012作為模型顯示組件。
本系統(tǒng)是基于Navisworks軟件的二次開發(fā)，該軟件由英國Navisworks公司研發(fā)并出品，并于2007年被美國Autodesk 公司收購。Navisworks 是一款 3D/4D協(xié)助設計檢視軟件，它的功能主要包括模型整合、模型渲染、碰撞檢測=4D模擬，應用于建筑、工廠等行業(yè)的整個項目生命周期。本系統(tǒng)主要調用的是Navisworks .Net API和COM API。
(1) .Net API
其應用的范圍主要包括: (1)應用于Navisworks產(chǎn)品的插件;(2)Automation驅動Navisworks; (3)基于控件的獨立應用，把Navisworks的視窗嵌入到應用系統(tǒng)中，用于模型的顯示。它可以訪問應用信息以及模型/文檔信息，在不需加載整個應用程序的基礎上對Navisworks執(zhí)行簡單的操作，例如打開、保存、調用插件。
與Microsoft .NET Framework 3.5兼容的任何編程語言都能夠完全訪問Navisworks .NET API，例如 Visual Basic .NET和Visual C#[7]。
(2) COM API
Navisworks COM接口為用戶提供了自定義和擴展其功能的可能性。組件對象模型是一種方法，它允許軟件的某一個具體部分與其他組件通過API交換數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
3.1 數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)
本系統(tǒng)采用預定義數(shù)據(jù)庫語義鏈接[8]，即在開發(fā)之前預先定義好數(shù)據(jù)庫的組織結構以及數(shù)據(jù)表的信息。當前的模型文件中沒有滿足需求的屬性，因此需要為每一個對象單元定義一個唯一的標識GUID。目前的編碼規(guī)則是自頂而下(P001-B001-Z002-F011-P000001)，按照一定的從屬關系，該GUID代表的意思是項目P、標段B、分區(qū)B、樓層F和幕墻單元P。該GUID是按照項目的需求自己定義，需要把它賦值給每一個對象，如果手動添加每個對象的GUID，工作量較大且容易出錯，因此制作一個Navisworks二次開發(fā)的插件，實現(xiàn)對GUID的自動賦值，并且提供一定的驗證方法，以保證數(shù)據(jù)的正確性。
3.2 系統(tǒng)主界面
系統(tǒng)的主界面如圖2所示，主界面主要包括以下幾個部分：
(1)快捷方式區(qū)。通過點擊快捷圖標迅速實現(xiàn)不同顯示模式的切換、視點轉換、模型移動縮放等功能。
(2)組織樹區(qū)。通過自定義的上、下級組織關系方便管理不同項目的不同子項。
(3)模型區(qū)。查看三維模型及其交互所在的區(qū)域。
(4)數(shù)據(jù)顯示區(qū)。查看與模型對應的數(shù)據(jù)信息，并進行數(shù)據(jù)編輯、導出等操作。
3.3 備料管理功能模塊的實現(xiàn)
該模塊主要實現(xiàn)添加備料、刪除備料、修改備料，以及根據(jù)時間區(qū)間等條件進行查詢和統(tǒng)計，方便用戶生成提料單。將模型中的信息(例如幕墻單元的高、寬)導入到數(shù)據(jù)庫中，按照一定的規(guī)則通過自動化的計算儲存到備料表中，可以生成預定的采購和提料計劃；根據(jù)用戶的需求可以隨時查詢備料，生成提料單，自動生成工程量統(tǒng)計，對已備料、待備料的幕墻單元情況作記錄匯總，加強企業(yè)對項目的可控度，節(jié)約成本。添加備料流程如圖3所示。
添加備料之前首先需要增加材料的類型,包括玻璃、背板、型材等，然后針對不同的材料類型添加原材料。不同類型的原材料，其屬性信息有所不同，例如玻璃有編碼、原始長度和寬度、單位等屬性。為了盡可能方便用戶的操作，減少工作量，采取手工與自動相結合的方式取代繁瑣的手工添加備料過程。針對相同款式編號的幕墻單元，如果在備料表中存在相同的款式編號，則在導入幕墻單元對象時自動添加該單元所需要的備料數(shù)據(jù)。如果備料數(shù)據(jù)不存在，則用戶需要在添加備料表里手動添加該款式幕墻單元需要的備料數(shù)據(jù)，如圖4所示。
3.4 進度管理功能模塊的實現(xiàn)
該模塊的功能主要包括生產(chǎn)管理、運輸管理和安裝管理。根據(jù)計劃與實際的時間對比，了解幕墻單元的生產(chǎn)、運輸和安裝情況，并作記錄匯、總，方便統(tǒng)計；根據(jù)用戶的需求，查找已運輸和未運輸、已安裝和未安裝的幕墻單元，并且在模型中以不同的顏色顯示進行區(qū)分，實現(xiàn)模型的可視化操作，方便用戶對幕墻單元進行管理和監(jiān)控。根據(jù)不同的計劃安裝時間查詢的結果如圖5所示。 根據(jù)查詢結果，用戶可以從模型中方便地看出已安裝和未安裝、已運輸和未運輸?shù)哪粔卧?。根?jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，可以合理制定維護計劃，從而提高運營與維護階段管理的效率，降低維護成本。
BIM技術是建筑信息化的產(chǎn)物，它涉及到建筑行業(yè)中的設計、施工、運營和設施管理等方面，通過計算機對建筑模型進行模擬，生成一個與模型匹配的完整的工程信息數(shù)據(jù)庫。本文根據(jù)具體的需求，采用C/S架構模式，利用自頂向下的方式設計不同的模塊，不斷細化需求，設計和實現(xiàn)了幕墻管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對于企業(yè)控制項目成本、提高實施效應起到了明顯的作用，實現(xiàn)了一定的自動化操作。今后對于控制流程的優(yōu)化等方面還將進一步改進。
參考文獻
[1] GOLDBERG H E. The building information model: is BIM the future for AEC design[J].CADalyst,2004,21(11):56-58.
[2] 劉晴，王建平.基于BIM技術的建設工程生命周期管理研究[J].土木建筑工程信息技術，2010,2(3):40-45.
[3] 王珺.BIM理念及BIM軟件在建設項目中的應用研究[D]. 成都:西南交通大學,2011.
[4] 豐亮，陸惠民.基于BIM的工程項目管理信息系統(tǒng)設計構想[J].智能建筑與城市信息，2009，23(4):363-366.
[5] 于曉明. BIM在施工企業(yè)中的運用[J]. 中國建設信息, 2010(12):22-24.
[6] 過俊. BIM在國內建筑全生命周期的典型應用[J].建筑技藝, 2011(1):95-99.
[7] Autodesk, Inc. Autodesk Navisworks 2011. NET API developer′s guide[Z]. 2010:4-5.
[8] Yang Chenjun, Wei Gang. Research about building facility management system based on BIM[C]. 2011 3rd IEEE International Conference on Information Management and Engineering, 2012(5):221-224.