摘  要： 針對傳統(tǒng)建筑行業(yè)在設(shè)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(fù)工作等問題，運用BIM具有的數(shù)據(jù)共享、方便協(xié)調(diào)管理等優(yōu)點，設(shè)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(shè)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(guān)的建筑利益方提供了一個信息共享與交換的平臺。
關(guān)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(yīng)用信息技術(shù)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(shù)學(xué)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(jì)70年代提出。關(guān)于BIM的定義有很多，它主要是通過信息仿真技術(shù)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(zhì)、重量、價格等。BIM可以應(yīng)用于建筑生命周期的各個階段，從可行性分析階段、工程設(shè)計階段、建設(shè)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(dǎo)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(nèi)容不僅僅局限于建筑構(gòu)件的物理屬性，而是包含了從建筑概念設(shè)計開始到運營維護的整個項目生命周期內(nèi)的所有該建筑構(gòu)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(shù)相結(jié)合，可以自動完成建筑物構(gòu)件（玻璃、型材等）的預(yù)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(diào)，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(yīng)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(shè)置
    系統(tǒng)配置包括材料類型的設(shè)置(例如玻璃、型材、背板等)和原材料類型設(shè)置(主要設(shè)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(dǎo)入功能：剛導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(biāo)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(shù)的運用可以提高施工預(yù)算的準(zhǔn)確性，對預(yù)制加工提供支持，有效地提高設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確性和施工協(xié)調(diào)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(gòu)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(shè)計和反復(fù)修改的成果，所以模型中材料設(shè)備的參數(shù)有很高的準(zhǔn)確性，可以將BIM模型中的數(shù)據(jù)導(dǎo)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(yù)算的準(zhǔn)確性。施工單位可以根據(jù)需求將大量的構(gòu)件(如玻璃、背板、型材等)進行工廠預(yù)制化或加工，提高了構(gòu)件預(yù)制加工的準(zhǔn)確性和速度，使原本粗放性、分散性的施工模式變?yōu)榧苫⒛K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(shè)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(biāo)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(zhǔn)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(gòu)模式,局域網(wǎng)中某個節(jié)點當(dāng)作服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)運行DBMS;其他節(jié)點則充當(dāng)客戶端，主要負(fù)責(zé)模型的顯示，并對服務(wù)器提出一定的請求。采用C/S架構(gòu)的優(yōu)勢在于可以減輕服務(wù)器端的壓力，服務(wù)器端只需要響應(yīng)客戶端的請求，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果返回到客戶端，把模型的顯示與交互的任務(wù)交給客戶端進行處理，充分發(fā)揮客戶端的事務(wù)處理能力。
    系統(tǒng)采用Visual Stdio2010作為應(yīng)用程序的開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(shè)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(yīng)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(diào)用的是Navisworks .Net API和COM API。
    (1) .Net API
   其應(yīng)用的范圍主要包括: (1)應(yīng)用于Navisworks產(chǎn)品的插件;(2)Automation驅(qū)動Navisworks; (3)基于控件的獨立應(yīng)用，把Navisworks的視窗嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，用于模型的顯示。它可以訪問應(yīng)用信息以及模型/文檔信息，在不需加載整個應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上對Navisworks執(zhí)行簡單的操作，例如打開、保存、調(diào)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(shè)計與實現(xiàn)
3.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)
    本系統(tǒng)采用預(yù)定義數(shù)據(jù)庫語義鏈接[8]，即在開發(fā)之前預(yù)先定義好數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)表的信息。當(dāng)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(biāo)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(guān)系，該GUID代表的意思是項目P、標(biāo)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(biāo)迅速實現(xiàn)不同顯示模式的切換、視點轉(zhuǎn)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(guān)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(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并進行數(shù)據(jù)編輯、導(dǎo)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(dǎo)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(yù)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(jié)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(dǎo)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(jié)果如圖5所示。    根據(jù)查詢結(jié)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８鶕?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(shù)是建筑信息化的產(chǎn)物，它涉及到建筑行業(yè)中的設(shè)計、施工、運營和設(shè)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(gòu)模式，利用自頂向下的方式設(shè)計不同的模塊，不斷細(xì)化需求，設(shè)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(yīng)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
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