基于COBie的BIM信息管理系统

隗静宇 黄慧颖

1(上海第二工业大学 上海 201209)2(上海计算机软件技术开发中心 上海 201112)3(上海产业技术研究院 上海 201206)4(上海嵌入式系统应用工程技术研究中心 上海 201112)

0 引 言

随着计算机硬件的发展，数据存储早已不是问题，如何高效地进行数据处理成为关键问题。数据处理的核心在于数据如何表示和数据之间如何进行交流。建筑行业对项目在全生命周期内数据如何管理提出了解决办法：建立基于BIM的信息管理系统，旨在将全生命周期内的数据集中在一个平台上进行管理。本文使用施工运营建筑信息交换标准COBie进行数据信息交换，简化数据处理手段，提高数据管理效率，使得建筑设施信息管理系统后台数据处理方式有所简化，数据处理效率有所提高。

1 相关研究

1.1 BIM

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，在U.S.Army Technical Report(East 2007)上首次提出[1]，在计算机上对建筑的物理信息和功能特性做出三维立体模型的可视化表达，建筑设施在全生命周期内的数据在此模型上进行共享和应用，使得各利益相关方协同工作，更好地实现项目的价值。

1.2 COBie标准

COBie在NBIMS-USTMV3(2015)中被首次提出[2]，利用COBie在建筑全生命周期内各个环节协同工作，实现数据共享，克服各环节数据无法识别、无法使用的弊端。本文相关的COBie内容，基于National BIM Standard-United States®Version3中的COBie-Version 2.4来研究。

1.3 国内外研究现状

BIM问世以来，在国际建筑业掀起了新一轮的改革。文献[4]以美国华盛顿大学的BIM_COBie为试点案例进行研究，探讨COBie交换过程并非简单地创建和交换数据，对于数据的使用效率问题应引起重视；当大多数企业仅侧重于利用COBie标准保证数据的准确性和完整性时，文献[5]提出利用Gestalt理论分析优化COBie数据可视化功能，增强用户体验以提高工作效率；文献[6]利用COBie实际案例应用模型与COBie规范性模型作对比，分析COBie标准在实际应用中出现的差异以及若强制执行该标准有可能对项目交付造成的影响。

自2015年COBie标准出现，国内对COBie在建筑设施管理中理论研究较多，应用研究较少，将COBie与设施运维联系，搭建理论框架，分析其实施的可能性，以达到COBie与设施数据管理相结合的目的。文献[7-8]分别以医院和体育场为例，使用COBie标准对建筑进行设计应用，提高了建筑设施信息化；文献[9]分析了IFC协议的弊端，提出BIM与COBie标准相结合的构想，构建相应理论框架并验证了该系统的可行性；文献[10]提出构建BIM-FM系统并利用COBie进行信息集成化管理；文献[11]在理论上提出基于BIM-COBie的项目全生命周期信息化管理。

目前COBie在设施数据管理上的研究仅停留在理论研究阶段，本文使用COBie-SpreadsheetML构建建筑信息管理系统，简化数据传递方式，提高数据使用效率，进行了对COBie标准在数据管理应用层面上的研究。

2 基于COBie搭建BIM信息管理系统

本系统为基于COBie-SpreadsheetML数据交换格式的BIM信息管理系统。通过此系统可将设备信息与系统数据进行虚实结合，实现设施数据管理信息化。本系统开发软件基于Revit2019进行三维模型开发，基于Eclipse进行代码编写，使用MySQL进行数据库搭建，Navicat for MySQL进行数据库管理工作。

2.1 前期准备

本文以某停车场的建筑模型为例进行研究，该建筑共3层，分别为地下一层、地上一层和地上二层，其中地下一层为空调设备机房。本系统采用该建筑模型的地下一层设备机房作为研究原型，创建本系统的三维模型图，使用Revit软件创建可视化三维建筑模型设计图(Pro.rvt文件)，如图1所示。

图1 Pro.rvt模型图

2.2 设计阶段

2.2.1COBie标准下数据定义、赋值和添加

COBie标准旨在设计和施工阶段产生的数据可以方便地应用到生产和运维阶段，实现信息共享共用。在BIM全生命周期的每一个阶段中数据刚刚产生时就将其录入系统，减少重要信息丢失概率。数据在全生命周期的各个阶段的定义、赋值和添加如图2所示。

图2 数据定义、赋值和添加

在需求分析阶段，各相关方进行数据的定义，明确BIM相关实体、类型、属性等信息；在设计阶段进行BIM数据赋值，如空间(Space)、区域(Zone)和楼层(Floor)等；在施工阶段进行项目数据赋值，如组件(Component)和设施(Facility)等；在运维阶段进行相关运维信息的管理和记录的添加，如资源(Resource)和文件(Document)等。

2.2.2COBie中SpreadsheetML格式的信息导出

COBie本质为一个数据分类标准，有严格的数据组织方式，并且为用户提供不同交付格式的选项，COBie的信息交换格式包括IFC-STEP、ifcXML和SpreadsheetML三种，其通过这三种格式进行数据传递和交换。前两种格式必须在相关解析器中查看并且需掌握相关专业知识；与前两者相比较，第三种方式SpreadsheetML已成为数据表示和交换COBie数据最常用的方式，并且COBie-SpreadsheetML对数据收集和传递添加了规范和模板。由于SpreadsheetML结构简单使得相关使用者无须学习任何BIM工具，无须了解IFC数据模型即可操作BIM信息管理系统，并且数据库的导入和导出通常也支持电子表格方式。根据NBIMS-USTMV3将数据分为两类，一类为作者信息，另一类为系统信息。作者信息为每个项目所必须：Author(createdBy，createdOn，ExtSystem，ExtObject，ExtIdentifier)。系统信息的特征表共有18个：Contact，Zone，Space，Floor，Facililty，Component，Type，System，Job，Resource，Spare，Attribute，Impact，Connection，Assembly，Coordinate，Issue，Document。各个特征表之间存在一定联系，且每个特征表背后又存在繁多的特征属性，例如：Contact(Contact.Email，Contact.Category，Contact.Company，Contact.Phone，Contact.Department，Contact.OrganizationCode，Contact.GivenName，Contact.FamilyName，Contact.Street，Contact.PostalBox，Contact.Town，Contact.StateRegion，Contact.PostalCode，Contact.Country)。

为统一各相关方的数据表示及数据组织方式，COBie标准规定所导出的特征表的特征属性固定。使用Revit所导出的 .xlsx文件中，各表的列名固定且规定背景颜色统一，具体颜色说明如表1所示。

表1 .xlsx文件说明

续表1

2.2.3数据的传递和提取

该建筑信息管理系统数据分为两大类，一类为BIM模型相关数据，另一类为项目相关数据。使用COBie-SpreadsheetML格式可将两类数据导出为 .xlsx文件形式，并导入到BIM建筑信息管理系统的数据库进行统一管理。

2.3 开发阶段

2.3.1搭建系统框架

图3为本文建筑信息管理系统的框架设计。将目标建筑进行三维建模生成 .rvt文件；基于 .rvt文件解析出相应数据；搭建建筑设施信息管理平台，在服务器端进行数据的处理，在浏览器端进行数据的展示，整个平台可以实现与用户交互的功能。

图3 建筑信息管理系统框架

2.3.2数据获取

COBie标准可直接导出SpreadsheetML格式的数据。使用Revit软件点击界面中的CreateSpreadsheet图标，即可获得COBie-spreadsheet.xlsx数据文件。图4为数据导出界面，其中：(a)为数据导出总界面；(b)是(a)中带框图符的放大形式。图5为导出 .xlsx数据文件时的显示界面。

(a) Revit总界面

图5 .xlsx数据文件导出显示界面

2.3.3数据库搭建

本项目使用MySQL搭建数据库，使用Navicat for MySQL软件进行数据库的管理，其流程如图6所示。

图6 数据库流程

将导出的相应 .xlsx信息导入至数据库中，相应步骤如图7所示。受论文篇幅所限，仅列出部分信息表中的部分数据，如表2、表3所示。

图7 .xlsx文件导入

表2 Space表

表3 Compoent表

2.3.4前端设计

获取3D模型图，提取相应BIM数据，并创建相应的 .jsp文件，设计界面，搭建BIM-COBie建筑信息管理系统。

(1) BIM模型导入，将源文件(Pro.rvt)发起文件转换，解析并提取源文件。获取访问令牌，得到AccessToken；使用已获取的URL和访问令牌，获取3D模型；可视化3D模型，显示相应组件信息。

(2) 进行前端交互式界面设计，设置快捷导航栏，可以实现快速切换至某相应设备。搭建完成后的页面如图8所示。

图8 前端页面设计

2.3.5系统功能实现

COBie标准在系统的全生命周期内获取第一手数据资料，在设计阶段和施工阶段由设计师和工程师在数据产生时就录入到建筑信息管理系统中，降低了数据丢失概率，提高了数据利用率，能有效地对各阶段的信息进行整合。

基于COBie标准的BIM信息管理系统通过统一的业务管理平台进行数据处理，提供数据显示服务，实现了虚拟系统和设施设备数据之间的互联互通、信息共享。设备、设备虚拟映射与信息管理系统数据工单一一对应，实现了设施数据管理信息化。将信息管理系统与数据库进行关联，可在数据库内增删改查记录并与系统联动显示，相应设备使用人员和设备运维人员可通过该BIM-COBie数据管理系统管理相应的设备数据。图9表明了设备数据和系统数据对应关系，其中：(a)为某一设备在系统中的虚拟映射；(b)为(a)中带框设备的数据在系统工单中的显示。

(a) 设备虚拟映射 (b) 系统显示该设备相关数据图9 设备数据和系统数据对应关系

2.4 系统应用

清楚了如何构建基于COBie标准的BIM信息管理系统，我们还可在此基础上进行二次开发，定向实现某些特定功能的系统。例如：开发建筑设施运行与维护管理系统，对质量数据进行采集和管理，对设备进行质量评估；开发建筑能源管理系统，对照明系统、冷热源系统等进行资源的合理配置；开发建筑环境健康安全管理系统，对安防设施、火灾报警等进行控制和监督。以上应用对建筑数据的信息化管理和资源的合理配置有直接有效的帮助。

3 结 语

本文利用COBie标准的SpreadsheetML格式进行数据的传递，在技术方面简化了数据传递方式，降低代码率，使得非编码人员也可进行数据管理操作，提高了数据使用效率；在应用方面利用COBie标准建立BIM建筑信息管理系统，使得全生命周期内的数据皆可在此系统上进一步拓展应用，提高了工作效率，为建筑设施管理信息化提供一定参考。