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1、面向建筑全生命期的集成BIM建模技术研究张建平，余芳强，李丁清华大学土木工程系（北京 100084）【摘要】建筑信息模型技术的快速发展和应用，为解决建筑生命期各阶段的信息“断层”问题提供了有效的途径和方法。但目前BIM应用主要通过文件进行数据交换和管理，无法形成完整的建筑信息模型，难以实现BIM的全部价值。本文针对完整BIM的创建，提出了面向建筑全生命期的集成BIM构建框架，通过研究集成BIM基本结构、建模流程、应用架构以及建模关键技术，开发了BIM数据集成与服务平台(BIM Data Integration and Server Platform, BIMDISP )的原型系统，并通过实际工
2、程的应用，验证了BIMDISP的可行性和适用性，为面向全生命期的BIM创建、管理与应用探索了新的方法和技术。【关键字】建筑全生命期；建筑信息模型（BIM）；集成BIM；信息集成；BIM服务器A Modeling Technology of integrated BIM for Building LifecycleZHANG Jianping, YU Fangqiang, LI Ding Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, China【Abstract】BIM technologies an
3、d tools are developed very fast these years, which provide an effective and efficient method to solve the “segment” problem in building industry. However, since data exchange is still mostly based on files, an integrated BIM containing all the information of multi-disciplinary cant be constructed, s
4、o that much value of a BIM is hard to achieve. For constructing an integrated BIM, this paper proposes a framework of the modeling technology for integrated BIM, which enables integrating information generated in difference phases dynamically. The framework includes architecture, modeling flows, dep
5、loyment framework and key technologies needed to be solved. After that, a prototype system of BIM data integration and server platform (BIMDISP, a BIM Server) is developed. Then a real word project is applied in the BIMDISP to test performance of the modeling technology. As a conclusion, the modelin
6、g technology proposed is feasible to support integration, management and sharing of all the building information, so as to generate an integrated BIM.【Key words】Building lifecycle；Building information modeling (BIM)；Integrated BIM；Information integration；Data sharing；BIM server1. 引言作为国民经济的支柱产业，建筑行业正
7、面临着效率低下，管理落后等问题。研究表明，40多年来，非农产业的平均效率增长100%以上，建筑行业反而下降了20%左右1。其主要原因在于建筑行业的“割裂”特性，使得建筑行业各阶段之间、各参与方之间交流不畅，信息扭曲和缺失，容易造成返工和浪费等问题，缺乏针对全生命期的建筑性能分析2。面向建筑全生命期的BIM技术应运而生，为实现建筑各阶段和各参与方之间信息集成和共享提供技术支持，可解决“信息断层”和“信息孤岛”等 问题，实现全生命期的建筑性能分析，提高建筑产业效率和建筑产品质量3。近十年来，BIM技术得到了较快发展。国际上，IAI发布了BIM数据标准IFC，为BIM数据交换提供了开发的标准和格式4
8、；buildingSMART发布了IDM标准用于描述和规范BIM交换过程5；美国发布了国家BIM标准NBIMS用于指导BIM的实际应用6。国内，“十五”和“十一五”期间，多个国家科技支撑项目对BIM的理论、方法、工具和标准进行了研究。针对建设各阶段BIM的相关研究和应用也越来越多7, 8。其中，设计阶段BIM的相关技术和软件最为成熟，譬如美国Autodesk的Revit系列，美国Bentley公司的MicroStation系列，Graphsoft系列ArchiCAD。施工阶段BIM技术应用主要体现在4D施工管理和可视化模拟，譬如清华大学研发的4D-GCPSU系列9和Autodesk的Navis
9、work等。然而，目前的BIM应用并不能实现全生命期的信息交换，BIM的潜在价值未能得到充分发挥，其主要原因是BIM应用主要以文件形式进行数据交换和管理，难以形成完整的集成的建筑信息模型，无法支持面向建筑全生命期的各种工程分析和管理，并且存在信息丢失等问题10-12。目前用于BIM信息交换的文件包括软件供应商的内部格式文件和IFC格式文件。基于文件的BIM信息交换和管理具有以下不足：1）无法形成完整的BIM模型；2）变更传播困难；3）无法实现对象级别（Object level）的数据控制；4）不支持协同工作和同步修改；5）无法进行子模型提取和集成；6）信息交换速度和效率是瓶颈问题；7）用户访问
10、权限管理困难。基于BIM服务器(BIM Model Server/BIM Repository)进行数据集成与交换可以解决上述问题。它采用安装在服务器端的中央数据库进行BIM数据存储与管理，用户可从BIM服务器提取所需的信息，进行相关应用的同时扩展模型信息，然后将扩展的模型信息重新提交到服务器，从而实现BIM数据的存储、管理、交换和应用，如Error! Reference source not found.所示。BIM服务器以集成BIM为基础13，实现对象级别的数据管理、权限配置，能支持多用户协作和同步修改。但需要建立BIM服务器和相应的数据库，解决基于BIM服务器的数据存储、管理、集成和访问
11、等技术难题。图 1 基于BIM服务器的数据交换方式2. BIM 服务器研究现状12当前，国外发布的基于BIM服务器的数据集成和管理平台主要有VTT Building and Transport and SECOM Co.开发的IFC Model Server，Jotne EPM Technology 开发的 EDM Model Server, TNO Netherlands 和 TU of Eindoven开发的BIM Server （开源）和Eurostep 开发的 Eurostep Model Server10。(1) IFC Model ServerIFC Model Server是VT
12、T Building and Transport and SECOM Co. 开发的一个基于Sql Server数据库的BIM服务器10, 14-16。基于 B/S架构，它让各种用户能够通过浏览器与服务器进行交互，实现IFC数据的存储、提取和管理。VTT定义了子模型查询语言PMQL17，用于子模型提取和集成。但它没有提供严格的子模型验证、模型一致性保证和协同工作、并发访问控制、版本管理等功能。并且IFC Model Server只能处理IFC格式建筑信息，无法融合大量的非结构化建筑信息。IFC Model Server在2002年底完成，但到目前为止，主要应用在学术研究中。(2) EDM Mo
13、del ServerEDM Model Server是Jotne EPM Technology基于Express数据管理技术（Express Data Manager technology，EDM）开发的IFC模型服务器。EDM Model Server 是C/S架构，可实现IFC 模型的导入和导出，提取、修改和导入部分IFC模型，IFC文件的版本控制等功能10, 18。但EDM Model Server具有以下不足：1) 集成时会替换原有模型，不能实现与原有数据的融合，无法保存原有数据；2) 没有严格的子模型定义方法，子模型提取和集成技术不完善；3) 不支持对象级别的版本管理4) 不支持将I
14、FC模型导出为各种方便用户查看和应用的报表和文件；5) 不支持非结构化工程信息的存储和管理；6) 通过网络上传和下载大模型有效率问题。(3) BIM Server （开源）BIM Server是TNO Netherlands 和 TU of Eindoven 开发的BIM服务器，即可通过浏览器进行访问，也可通过客户端IFC Viewer 进行访问10, 19。BIM Server包括IFC模型导入、导出，修改记录和追踪，模型过滤和查询等功能，正在开发碰撞检测，3D渲染，gbXml导入接口等功能。BIM Server仍处于初级阶段，子模型提取与集成、模型并发访问控制、模型一致性约束等功能尚未完成
15、。(4) Eurostep Share-A-Space Model ServerEuroStep Model Server是从航空领域引入的产品服务器，采用Oracle数据库，用IFC标准表达数据。它可支持对象级别变更管理，版本控制，基于VRML进行3D可视化10, 11。但EuroStep Model Server 不具备子模型的提取与集成功能，难以支持集成BIM建模。(5) BIM协同设计服务器为支持协同设计，各BIM设计软件开发商都先后开发了与其设计软件配套的协同设计服务器，譬如Autodesk的协同设计项目管理平台（Autodesk Collaborative Project Mana
16、gement）,Bentley 的ProjectWise集成服务平台（Bentley ProjectWise Integration Server），Graphisoft的BIM Server（Graphisoft ArchiCAD BIM Server），其中ArchiCAD BIM Server在对象级别数据管理、并发访问和协同工作支持等方面最为完善10, 20。但这些协同设计平台以自身格式的数据库为基础，只能处理自身格式的文件和数据，因此支持面向设计阶段的数据集成，无法支持面向全生命期的各种工程信息的集成与管理。综上所述，当前国内外发布的BIM 服务器仍在发展过程中，具有以下不足，难以满足用户的需求21：1) 没有结合建筑全生命期管理的组织和过程，实现面向全生命期的BIM数据提取、集成与管理。2) 没有考虑非结构
