基于BIM的建筑协同管理信息系统研究

阮 林

(重庆交通大学经济与管理学院 重庆 400074)



基于BIM的建筑协同管理信息系统研究

阮 林

(重庆交通大学经济与管理学院 重庆 400074)

建筑行业的信息化趋势使建筑行业对建筑信息模型(BIM)技术的重视与日俱增，BIM技术能够在建设项目的全寿命周期中提供全面完整的信息模型，在协同管理中发挥重要作用。但要发挥BIM的价值，需要信息化软件支撑。本文在研究BIM和建筑协同管理系统相关理论的基础上，总结了现阶段BIM技术存在的一些问题，以IFC、IDM、IFD三大标准标为基础，提出了一个基于网络环境下的BIM协同管理信息系统的概念模型，对系统的结构和功能模块进行了详细的描述，并分析了系统的功能与优势。目的在于通过该网络平台系统，实现多方交流和协同作业，促进建筑行业信息化发展。

建筑信息模型(BIM)；建筑协同管理；信息共享；协同作业

引言

技术创新、管理创新是建筑行业的创新发展趋势，BIM(Building Information model)是现代建筑行业信息化发展下一个创新技术。然而，BIM作为共享资源的载体，需要一条实现管理信息、运送信息和分享信息的途径。具体的说，在建筑的全寿命周期的协调管理中，BIM技术虽然能解决信息资源共享的问题，但在分享信息的过程中，无法解决传递信息不畅而造成的信息缺失、信息断层、上下游协调作业等问题。因此，实现基于BIM的建筑协调管理最关键的要素是以协同和集成应用为主的BIM平台类软件。

目前，国内外都有一些在BIM平台方面的理论研究和实际应用。在国外，Rnaude Vanande等开发了基于BIM技术的AEC(Architecture,Enginrering and Construction)信息管理系统；Kevin Yu等面向设备管理与维护功能需求，自主开发了FMC(Facilities Management Classese)信息模型[1]。在国内，张建平，曹铭等在05年就提出了基于IFC标准和工程信息模型的建筑施工4D管理系统[2]，姜韶华，李倩进行了基于BIM的建设项目文档管理系统设计[3]；在15年，贾现召在年提出构建基于B/S构架的建设工程协同管理信息系统总体模型[4]；

虽然国内外有了一些相关的理论研究，但都比较单一，主要集中在某个阶段(特别是设计阶段)或者某个方面。基于此，本文提出了基于BIM的建筑协同管理系统的概念模型的。该系统面向建筑项目全寿命周期，致力于全面提升我国建筑项目的信息化管理水平。对于增强我国建筑企业管理水平与竞争力有重要意义。

一、建筑信息模型(BIM)

(一)BIM概述及应用

1975年，Dr.chuck Eastmen博士最早提出了”Building Description System”的概念[5]；02年，Auto desk 公司提出了建筑信息模型这一初步概念，BIM才真正开始进入人们的视野。对于BIM技术的内涵，主要有以下几个方面。(1)建筑信息模型是基于三维数字模型的建设项目数据信息载体，集成了建筑设施的所有参数化信息。既是一个建筑设施物理和功能特性的数字表达，也是对建筑项目的设施实体和功能特性的完整描述。(2)BIM的核心是信息，它是一个共享的知识资源，是创建、管理和使用信息的过程。BIM的建筑数字模型本身就是一个信息数据库，并利用它来在设计、施工、运维阶段进行分析、模拟化施工和管理，而各个阶段的相关人员都可以从中获取他们所需要的数据信息，这些信息都是及时、一致和可靠的。这些信息能够为建筑项目全寿命周期的管理和决策提供依据。(3)BIM是一种应用于设计、建造、运营的数字化管理方法和协同工作过程。这种方法支持建筑工程的集成管理环境，能够提高工程项目的工作效率，降低管理成本及风险。(4)BIM是一种信息化技术，需要信息化的软件体系的支撑。BIM本身的数字模型信息无法自行传播，需要基于网络软件平台给予它便捷的传播途径。本文就是依托建筑协同管理信息系统，来实现BIM在建筑全寿命周期的信息共享、管理和协同作业。

(二)BIM在建筑项目中的协同管理应用现状和存在的问题

从国内目前情况来看，虽然BIM理念贯穿项目全寿命周期，但实际的设计阶段、施工阶段、运维阶段缺乏有效的集成管理，信息不流畅，未实现建筑行业信息化的横向打通。尤其在国内项目运作中，项目不同阶段、不同参与方缺少统筹管理，BIM还主要应用于设计阶段的一些大型设计院。总结下来，BIM在各个阶段和不同参与方之间的协同还存在的问题主要有以下几点：

(1)BIM应用涉及勘察、设计、规划、施工、运维等多个阶段以及建筑、施工、监理、政府等众多参与方，但建筑企业信息化组织体系很不完善，信息孤岛和信息断层仍然存在；

(2)国内对于BIM相关软件的应用缺乏普遍性，国产软件体系不健全；

(4)国内没有形成BIM统一标准，各阶段缺乏协同管理系统，需要重复建模，不能快速解决协同作业的问题；

(5)我国的BIM主要在设计院应用较多，在其他阶段的应用还不普遍，也没有站在不同参与方的角度；

(6)工程任务和BIM应用没有有机结合。基于以上问题，可以看出建筑行业各阶段和各参与方之间BIM技术最迫切需要解决的问题是缺乏有效可靠的信息传播途径，而基于网络的建筑协同管理信息系统，能够有效的解决这一问题，并且能够通过与BIM数字模型结合，创建一个能有效管理BIM数据信息的网络系统平台，来实现快速便捷的建筑信息分享和建筑协同，这也是本文研究的主要目的。

(三)BIM的软件平台系统及行业标准

要发挥BIM的作用，需要相关软件的支持，其中与BIM相关的软件主要有以下几类：第一是基础建模软件如Revit和Archicad，第二是BIM工具类软件，主要用来进行与BIM相关的工作比如工程量算量、碰撞检查、进度管理等等，第三是以协调和集成应用BIM平台类软件，这类软件主要是用来实现对BIM数据在建筑全寿命周期的管理和共享。本文研究的基于BIM的建筑协同管理系统就属于第三种。在系统中，针对BIM模型的数据信息，需要统一的信息交换行业标准，该系统为了达到信息交换的完整性、及时性、有效性和可靠性，提出以IFC、IDM、IFD三大标准为基础来实现数据模型的格式交换。IFC(工业基础分类)、IDM(信息交付手册)和IFD(国际字典框架)，三者分别起到的是定义信息交换格式、定义交换何种信息以及保证信息一致性的作用。这三大支柱其实就是BIM协同管理系统创建、管理和分享信息所需要的三个信息处理手段。因此他们对基于BIM的建筑协同管理系统的研究很有必要性。

二、建筑协同管理系统

(一)建筑协同管理系统概念

流程化管理、协同化管理、无线化管理和集成化管理集成化管理已经成为建筑行业信息化管理的趋势，提升建筑企业信息化管理水平，也是企业在建筑市场竞争中取胜的法宝。建筑协同管理系统是一个基于网络的电子化项目管理系统，通过网络来高速快捷地存储、管理和分享数据信息，通过在客户端或网络界面设置用户身和权限份验证来实现用户的登录和使用，具有极高的开放性、广泛的接入性、安全性、及时性、易维护等特点。其系统核心是一个中央数据库，数据库的功能主要是对建筑全寿命周期中的结构化数据和非结构化数据进行存储、管理和更新。不同的参与方将通过客户端进入系统的用户界面，来下载他们需要的信息或者提交信息的变动和更新，新的信息通过服务器接收，又将重新识别、处理并保存到数据库中，形成一个及时可靠的网络信息源。

(二)建筑协同管理系统的优势

建筑项目基于网络信息化管理已经逐渐成为管理的必要手段，对比传统的信息传输方式比如拷贝、文件发送等等，具有以下几个优势：

(1)设备容易添置，资金投入少。建筑协同管理系统是通过网络来连接企业单位或者个体用户，因此用户只需要在手机或者电脑上安装客户端使用或者通过网络界面登录进入即可，不需要U盘或者其他外置硬件设备。可以减少设备购买和升级、维护上的资金投入。

(2)高效、及时、可靠的管理和分享信息，促进协同作业，提高工作效率。很好的避免了由于建筑项目信息量庞大和工作人员不能及时修改和同步更新数据造成的信息遗漏、信息重复、信息错误等问题，有利于提升建筑企业信息化管理水平。

(3)安全性高，维护方便。首先，系统针对不同的项目，可以由项目的项目经理对属于本工程项目的人员进行用户授权，在用户登录时进行身份验证，保证该工程的内部信息安全性。其次，在系统内，会有专门的维护页面，系统升级或者维护都是由系统服务器的软件模块处理，不需要硬件维护和更新，如果用户在使用过程中遇到系统不稳定或者其他问题，用户可以在维护界面搜索问题，进行直接维护或者提交问题。

(4)操作简单便捷，无需人员培训。建筑系统管理系统主要功能清晰明确，用户界面需要的操作都满足在电脑或者手机等移动平台上使用，占用空间小，同时更新速度快用，户获取信息不需要收到时间地点的限制。

三、基于BIM的建筑协同管理信息系统概念模型

(一)模型框架描述

根据系统的运作原理，可以把基于BIM的建筑协同管理协同分为中心数据库层、模型层和应用层三个层面。系统将BIM数据库与建筑管理协同信息系统相结合，来实现信息传递的纵向和横向打通。通过“数据层采集信息—信息模型层建立模型—功能应用层分享和获取信息”来达到项目全寿命周期的信息化管理和协同作业。

图1 基于BIM的建筑协同管理系统框架

(二)BIM中心数据库

中心数据库包含建设项目全寿命周期中的所有基本数据和扩展数据，为整个系统提供数据支撑，是整个系统的核心部分。该层的运作包换信息采集、信息处理、信息交换、信息存储四个步骤。信息采集包含工程所涉及到的图纸信息、材料信息、设备设施信息、工程量信息、质量信息、投资结算数据信息、安全信息等等，主要采用电子记录的方式通过各采集方上传到平台，可以保证信息传递的及时性、有效性和可靠性。信息处理主要功能是组织信息的编码分类，方便后续的提取利用。信息交换是数据库功能的核心部分，该系统通过IFC、IDM、IFD三大标准标准来处理和转换数据信息。何关培[6]提出，IFC、IDM、IFD是BIM应用的三大支柱。作用如下：

(1)IFC(Industry Foundation Class)：基于对象定义信息交换的格式。主要用于结构化数据的格式转换，通过格式转换服务器，解决不同软件之间数据转换格式不统一的问题。通过IFC形成公开标准的格式，方便各参与方共享信息。

(2)IDM(Information Delivery Manual)：定义信息交换的内容。建筑项目包含的信息量巨大，每个信息的交换也不都需要用到IFC的所有内容，IDM的作用就是定义庞大信息量中哪一类信息需要交换、信息交换过程中所需要的具体流程以及需要IFC中的哪些具体功能，并指定信息输出和接收的对象。

(3)IFD(International Framework for Dictionaries)：确定信息交换的准确性。在实际项目中，不同的参与方或者项目成员，对同一个信息的理解都不是完全一致的。可能搜索一个信息数据，会得到很多相近的模糊信息，会对信息交换的准确性造成影响。IFD通过给每一个概念定义唯一的标志码，来保证信息交换的一致性和可靠性。

中心数据库经过编码分类的信息，格式化信息通过IFC、IDM和IFD三大标准进行转换，最终形成IFC文件，非格式换信息则保存为XML文件、视图文件和其他数据以便信息的提取。

图2 数据库信息基于三大标准转换原理

(三)建筑信息模型层应用

信息模型层连接数据层和功能应用层，主要是从数据库中提取数据来建立或者修改建筑信息模型，同时，又将形成的新的模型信息重新处理、保存到数据库中，为上一层应用程序提供数据接口，上层应用能够非常方便地获取不同专业、不同阶段和不同类型的BIM的模型信息。这些BIM的模型信息主要包括决策阶段的决策信息；设计阶段的三维信息、空间信息；施工阶段的进度信息、成本信息、物料信息、安全信息以及运维阶段的物业信息等等，为实现各个阶段的信息化管理提供技术支撑。比如在施工阶段，可以根据管理需求和管理目标，提取在设计阶段的BIM的设计模型数据信息，来对施工阶段的模型信息进行完善，对施工进行实时仿真管理来达到进度控制、质量控制、投资控制和安全控制。并将管理过程中产生的新的有用的信息反馈到数据库中。

(四)功能应用层

系统的功能层是一个基于BIM的建筑协同管理平台。前面提到，由于BIM技术本身是缺少可靠的信息传播途径导致建筑行业信息化不能实现横向打通。因此系统的最终目的是实现信息的共享和建筑的协同管理和协同作业。系统平台是一个以BIM中心数据库为依托的信息网络，经过授权用户可以通过网络登录客户端浏览、搜索、上传和下载各种相关信息。所有的沟通都是经过BIM中心数据库实现，无需重复传播，提供了一个清晰、直接、可靠的信息交互方式。系统平台由众多功能组成，如图3[7]，主要分为以下四个模块：

(1)系统管理：负责对系统本身和系统用户进行管理，包括用户管理、安全管理、项目管理和系统的控制方面的管理等等。主要目的是确保系统的正常运作，对系统的完善和维护都在可以该模块完成。

(2)文件管理：在建筑项目进行过程中，会产生大量文档，由于项目进行过程是一个动态的过程，因此信息更新很快，需要专门的模块进行管理。同时文档的管理和分享也是信息交换的重要部分。用户可以通过该功能模块实现文件搜索与浏览、上传和下载、文件修改等等。

(3)工作阈和任务管理：该部分是对建筑项目过程的一个管理，主要是进度管理、质量管理和成本控制，以及过程中的工作变更和实时事件管理等等。最大限度地实现协同管理和协同作业。

(4)通讯和附加工具：该模块的功能是提供方便快捷的信息交流模式，包括E-mail即时通讯、讨论组、音频/视频会议和在线招投标等等。

图3 基于网络的建筑协同管理平台

四、系统的面临的几个问题

基于BIM的建筑协同管理系统理论上能够很大程度的解决由于信息流通不畅产生的信息孤岛、缺乏协同管理的问题。前面也提到了建筑协同管理系统拥有的几个优势，但系统的实现还要解决几个重要的问题：

(一)用户对新技术的接收程度

每一项新的技术产生，都需要一段时间的适应和推广，但是BIM技术应用在中国的发展速度日新月异，迫切需要信息化服务平台来实现现代化管理。但由于很多项目成员对新知识缺乏了解，不愿意打破传统交流方式和抗拒新技术，会对系统的推广应用产生负面的影响。因此系统的应用效果还需要在实际中做应用测试。

(二)缺乏统一的系统模式

国内目前没有可以标准通用的一个BIM信息服务平台。由于国内建筑行业信息化发展的要求，短时间内可能会出现各种模式的BIM信息集成类管理平台，那么用户应该如何选择？如果每一个企业都有自己内部的一个系统，那么对于信息的传递又回到了狭窄的范围，不利于信息的传输和共享，可能无法进行大面积推广。当然最后要统一系统模式，这是一个不可避免的过程，需要做的是尽快统一标准。

(三)系统功能与用户需求的契合度问题

一个网络系统平台在理论形成阶段由于缺乏用户的参与，在真正投入使用后，很多情况下不一定能达到最初的预期。因此，用户对系统功能的需求度是完善系统功能的重要指标，需要后续针对用户对系统功能需求进行分析，了解哪些功能是用户需要的，以及需求程度，据此来对系统做进一步的完善。

五、结论与展望

理实践证明，BIM技术在工程的信息化管理中有着显著的作用，国内越来越多的企业开始重视BIM技术的推广和应用。未来几年，单独对BIM技术的研究和应用将不再是主流，更多的是对BIM与其他新兴技术例如大数据、云计算的集成应用研究和BIM服务软件的开发研究。将BIM技术与建筑协同管理信息系统相结合，能更好的发挥出BIM技术的优势与价值突破了建筑项目管理的传统方式，将对建筑行业信息化管理发展产生长远的应用。目前我国对于BIM信息化服务平台的研究还处于初级阶段，需要总结BIM技术的应用经验来开发更成熟的服务平台。相信不久之后，基于BIM的协同管理系统必将是建筑行业工程项目管理的重要手段。

[1]黄露.建筑协同管理信息系统的功能及应用研究[D].重庆:重庆交通大学,2015.

[2]刘泽群,刘铭劼.浅析BIM技术国内外研究现状[J].工业建筑,2015,(2):1659-1662

[3]张建平,曹铭.基于IFC标准和建筑信息模型的建筑施工4D管理系统[J].工程力学,2005,(22):220-227

[4]姜韶华,李倩.基于BIM的建设项目文档管理系统设计[J].工程管理学报,2012,26(1):59-63

[5]贾现召,康振强,王永飞.建设工程项目协同管理信息系统研发[J].建筑经济,2015,36(9):47-51

[6]H Edward Goldberg.AEC From the Ground Up:The Building In-formation Model[J].cadalyst,2004,21(11):56-58

[7]何关培.实现BIM价值的三大支柱—IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技术,2011,3(1):108-116

[8]刘枬,彭爽,邹江.建筑协同管理信息系统的构架设计[J].信息化建设,2014,(10):118-118

阮林(1993.04-)，女，汉族，重庆人，本科，重庆交通大学，研究方向：基于BIM的建筑协同管理。