引言

COBie即Construction Operations Building information exchange的缩写，顾名思义，这是一种信息交换(Information Exchange)的标准格式，用于发布建筑信息模型(BIM)的子集，其重点是传递建筑信息而非几何模型。COBie定义了一种规范，用于表达在设计和施工阶段如何采集信息，并在项目交付后将其提供给设施运营方。

COBie的目标是用数字化的方式替代竣工后交付大量纸质文件的过程，可以通过简单的电子表格(例如Microsoft Excel)或支持COBie标准的专业软件进行查看和应用。

COBie最初是在美国国家航空航天局(NASA)和白宫科学技术政策办公室的资助下于2005年开始编制的，参与者主要是美国陆军工程兵实验室的工程研究与发展中心和美国建筑科学研究院(National Institute of Building Science，NIBS)，第一个正式版发布于2007年，如图 1所示。2019年12月，COBie团队发布了国际COBie以及设施管理交付模型视图定义格式(Facility Management Handover Model View Definition (MVD) formats)。

图  1  COBie第一版

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目前COBie已从最初的构想成长为国际公认的标准，2011年12月COBie成为美国国家BIM标准2.0版(NBIMS-US^TM Version 2)的一部分，最新版本COBie 2.4被纳入NBIMS-US^TM Version 3。在英国，2011年发布的BIM工作组策略中将COBie作为数据要求之一。英国国家BIM标准(BS 1192-4:2014)将COBie作为参考标准。2019年1月，BS EN ISO 19650-2附录中将COBie格式结构作为开放数据格式中非几何信息交换的强制标准。

重要的BIM、FM软件供应商如Autodesk、Bentley、GRAPHISOFT、ARCHIBUS等均在自己的软件产品中支持COBie或提供了相关的工具插件。

据2017年英国BIM Technologies公司的统计，他们参与的38个项目中有32个需要进行数据交付，其中有15个用COBie标准来实施。

1.   COBie与ISO BIM标准体系的关系

在ISO标准体系架构中，BIM相关的标准包括以下三个部分：

1) IFC：工业基础类(Industry Foundation Classes)，ISO16739;

2) IDM：信息交付手册(Information Delivery Manual)，ISO 29481;

3) IFD：国际数据字典框架(International Framework for Dictionaries)，ISO 12006。

这三个标准都是由buildingSMART联盟(buildingSMART Alliance)编制，然后被ISO采纳作为国际标准。IFC作为BIM标准的基础，提供了信息交换的基本格式，即如何交换信息(HOW)。IFC标准是BIM模型的基础数据架构。IDM则是以IFC为基础，描述建筑全生命周期不同阶段和专业之间交换信息的需求和流程，即在什么时候交换那些信息(WHICH和WHEN)。IFD作为一个通用的数据字典，对数据中的对象提供标准的编码和解释(WHAT)，解决跨地域、语言文化的语义转换问题。如图 2所示^[1]。

图  2  IFC、IDM、IFD是BIM信息交换的支柱

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因此，IFC、IDM、IFD成为BIM信息交换的三大支柱标准。

从IFC、IDM和IFD出发，又衍生出MVD，即Model View Definition(模型视图定义)，我们可以把MVD看作IFC的一个子集。在每个具体的交换/传递信息的环节上，可以通过这个环节的IDM描述，从IFC抽取出一部分数据，成为最终需要交换的模型视图MVD。如图 3所示。

图  3  MVD与IFC、IDM、IFD的关系

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buildingSMART Alliance本身是美国建筑科学研究院在信息资源和技术领域的一个专业委员会，因此，美国的NBIMS-US标准完全遵循ISO标准体系，在NBIMS-US的标准类别中有一类为信息交换标准(“ie”标准)，每个信息交换标准都包括IDM和MVD两大组成部分，如图 4所示。

图  4  信息交换标准的构成

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简而言之，COBie标准是基于IFC的信息交换标准，即按照施工—运营阶段之间的信息交换需求(IDM)从IFC中抽取了一个子集(COBie MVD)。COBie2.26版本的MVD为基于IFC2x3的FM Handover MVD。COBie 2.4版本的MVD被直接命名为COBie2.4 MVD，基于IFC4^[2]。

2.   COBie标准与建筑工程数字化交付

传统的建筑工程数据交付方式是所谓的“档案室交付”，包含了大量的纸质文档、图纸、资料，难以整理、维护、查询利用。COBie的目标是在BIM的基础上用数字化交付过程替代陈旧繁琐的纸质文档交付，那么它必须回答以下问题：

2.1   COBie包含了哪些数据？这些数据对业主方/运维团队来说是否足够？

COBie交付的是BIM模型中的非几何信息，在COBie电子表格文件中可以看到20个工作表，每个工作标签以不同的颜色显示，如图 5所示。

图  5  COBie工作表

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其中第1个是操作说明(Instruction)，帮助用户理解所有表的用途和颜色的含义。从工作表或者字段的颜色可以看出该项数据的交付需求。在图 5中，6个黄色(必需)的表是必须交付的，8个黑色(未使用)的表是不需要交付的。用到COBie文件中的哪些数据表，取决于业主的需求以及导入/导出COBie数据的软件对COBie标准的支持程度。如图 6所示。

图  6  颜色的含义

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最后一个表是选择列表(Pick List)，包含了表中所有具有固定选择项的字段所引用的数据表，其中包括4个OmniClass分类表，用于对建筑物(设施)、空间、产品型号(类型)、产品(组件)进行分类：

1)表 11-按功能划分的建筑物;

2)表 13-按功能划分的空间;

3)表 21-工作成果;

4)表 23-产品。

这些列表数据可以用于验证COBie交付数据的合规性和一致性。

其余的18个表包含了COBie所能提供的交付信息，并在项目各阶段使用。如表 1所示。

表  1  COBie工作表在项目各阶段的应用

阶段	工作表	内容
前期设计阶段	Facility设施	项目、场地、设施(单体)的信息
	Floor楼层	单体的楼层划分和外部区域
	Space空间	房间、空间的信息
	Zone区域	具有共同属性的空间组合，例如消防分区、办公区、休闲区等
	Type类型	设备、产品和材料的类型信息
深化设计阶段	Component组件	设备、产品和材料的个体信息
	System系统	为设施提供特定服务的组件的集合
	Assembly装配	类型、组件的组成部分
	Connection连接	组件之间的逻辑连接
	Impact影响	在建筑生命周期各个阶段中的经济、环境和社会影响
施工阶段		注释: 在“文档”工作表添加送审文档和审批文档
		注释: 在“类型”工作表添加制造商和型号
		注释: 在“组件”工作标增加序列号和条码/二维码/RFID标签号
运维阶段	Spare备件	可更换的部件
	Resource资源	维护需要的材料、工具和培训
	Job任务	定期维护、安全或其他任务计划
		注释: 在“类型”工作表添加保修信息
所有阶段	Document文档	所有相关的文档引用
	Attribute属性	空间、类型或组件的属性
	Coordinate坐标	空间位置，格式可以是盒子、线或者点
	Issue问题	交付时遗留的其他问题
	联系人	各阶段相关人员的联系信息

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表之间的数据行有相互引用的关系，例如，“空间”表中的数据引用了“楼层”，表达空间处于哪个楼层; “组件”表数据引用了“类型”，表达产品属于哪个产品型号，各表的相互关系如图 7所示^[3]。

图  7  COBie工作表关系(箭头方向代表包含关系)

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其中每一个表都有明确的字段定义，例如“Component(组件)”表每一行的字段的定义如图 8所示^[4]。

图  8  Component表定义

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最终，上述的工作表包含的信息可以完整体现需要交付给业主/运维方的空间、设备资产相关数据信息。从空间维度举例如图 9所示。

图  9  COBie体现的空间数据关系

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从设备资产维度举例如图 10所示。

图  10  COBie体现的设备资产数据关系

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2.2   交付给运营方的信息来自于设计—施工—验收的全过程，涉及众多的项目参与方，如何保证信息得到完整的采集？

首先，COBie所要求的信息应该在项目的各个阶段，由各个项目参与方分别输入。

数据采集流程如图 11所示^[5]。

图  11  COBie的数据采集流程

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设计阶段应输入空间、区域、房间以及暖通、给排水、电气、消防等各系统的设备明细表等信息。施工阶段应由总包和各专业分包根据各自分工完善模板中的详细信息，包括产品技术参数、条码编号、安装日期、质保、备件、维护步骤、设备操作手册等，并且按照施工过程中的变更修改模板中的相关信息，形成符合竣工情况的交付成果。竣工交付后，业主方运维团队可以直接把交付成果导入与COBie兼容的运维管理系统，尽快使设施高效运转。

其次，COBie标准中提供了责任矩阵(COBie Responsibility Matrix)的定义，如图 12所示，帮助项目团队来确定：

图  12  COBie Responsibility Matrix样例

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1) 需要哪些团队成员来生成COBie数据？

2) 在COBie文件中应该找到什么信息？

3) 该信息应如何格式化？

通过设置参与方的联系人及颜色代码，并在COBie数据字段表中填充颜色，每个团队成员都会对自己负责提供的数据一目了然，明确了各方的责任。

2.3   项目的复杂程度各异，各参与方使用的软件不同，信息化的水平参差不齐，COBie如何适应复杂的应用环境交付给运营方的信息来自于设计—施工—验收的全过程，涉及众多的项目参与方，如何保证信息得到完整的采集？

COBie支持三种数据格式：STEP Physical File格式(即IFC格式)、ifcXML格式、SpreadsheetML格式(可生成Excel)。前两者适合通过软件自动化处理，后者是简单的电子表格，可读性强，完整提供了建筑设施资产的结构化信息，可以脱离工程专业软件，通过Excel等常见的办公软件进行编辑，大大降低了数字化的门槛，使得COBie适用于不同的应用场景。

COBie电子表格通过18个工作表包含有关项目的设施，空间，楼层，系统，已安装的设备和相应文档等完整信息。工作表中的条目之间具有相互链接关系，使信息交换过程得以简化，并为所有项目参与方带来了更高的生产力。设计方，总包方和业主/运维方，都可以在很大程度上受益于COBie标准。

所有主流的设计软件都支持COBie标准，设计方可以轻松地将其图纸、模型与COBie数据进行匹配并直接导出，从而使设计人员更容易遵守COBie的要求^[6]。

COBie使总包方更有效地整理竣工交付数据，通过明确的需求定义和格式规范，大大减少了他们在空间、设备盘点，以及整理和组织数据上花费的工作量。

COBie在项目交付过程中提高了数据传递的质量。随着COBie以数字化格式组织移交数据，业主和运维方无需在设施的维护生命周期中面对大量的操作手册或无组织的数据，可以利用支持COBie的设施管理系统一次性导入项目相关的所有结构化/非结构化数据(文档、图纸等)，并通过BIM模型实现可视化的关联查询，有效提高工作效率。

图  13  COBie电子表格

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3.   COBie标准应用

3.1   COBie对BIM建模的要求

由于COBie本质上是IFC的子集，因此如果要以COBie作为数字化交付的标准，BIM模型应该遵从一定的建模规范，并具备必要的基础数据。具体如下^[7]：

1) 每个空间(Space)、设备资产对象(Component)需要有唯一的编码或命名;

2) 每一个设备型号要用唯一的类型(Type)编码或命名来区分;

3) 需要对空间、设备资产进行分类(使用OmniClass或其他分类编码体系);

4) 包含空间、设备资产的属性(Attribute)信息;

5) 表达出设备资产(Component)与空间(Space)的关系;

6) 表达出空间(Space)与区域(Zone)的关系;

7) 表达出设备资产(Component)与系统(System)的关系;

8) 如有必要，可包含备件(Spare)、任务(Job)、资源(Resource)等信息。

图 14是一个符合COBie要求的Revit模型局部截图。

图  14  应用COBi标准的BIM模型样例

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在设备构件的属性中，包含了设备编码(Component表的唯一编码)、设备属性信息(进入Attribute表)。在设备族的类型属性中，包含了设备规格编码(Type表的唯一编码)和设备分类编码(采用了国标GB/T51269-2017 BIM分类编码标准^[8]，被Type表引用)，如图 15所示。

图  15  Type表样例

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最终导出的COBie电子表中即包含上述信息。

可见，Component表中的条目通过设备规格编码引用了Type表中的条目，表示该设备属于哪个设备型号。通过空间编码引用了Space表中的条目，表示该设备位于哪个空间。

图  16  Component表样例

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3.2   COBie数据采集流程

COBie标准中所要求的数据应该在项目的各个阶段分别采集。

(1) 设计阶段：采集空间、区域、房间以及暖通、给排水、电气、消防等各系统的设备明细表等信息;

(2) 施工阶段：由总包和各专业分包根据各自的分工继续完善模板中的详细信息，如产品技术参数、条码编号、安装日期、质保、备件、维护步骤、设备操作手册等，并且按照施工过程中的变更修改模板中的相关信息，形成符合竣工情况的交付成果;

(3) 竣工交付阶段：运维团队可以直接把交付成果导入与模板兼容的运维管理系统，尽快使设施高效运转;

(4) 运维阶段：设施日常运行和翻新整修所产生的数据更新可以直接记录到运维管理系统，必要时也可以从运维管理系统中将数据按照模板格式导出，交付给相关方修改更新后再导入系统。

COBie数据的采集顺序应按照各个工作表的逻辑层级进行。

(1) 前期设计阶段，只需要定义“Facility”表中的基本信息，包括项目名称、场地名称、项目描述等; 设计方案确定后，可以采集“Floor”、“Space”、“Zone”等表的信息;

(2) 楼层是必须的基本空间结构，空间是运营维护的功能位置(例如房间); 定义一个空间时必须明确其所处的楼层，因此应该先采集“Floor”表，再采集“Space”表。区域则是若干空间的逻辑组合，因此“Zone”表应该在“Space”表之后采集;

(3) 按照类似的逻辑，应该先采集设备相关的“Type”表和“System”表，在施工期间，每个具体的设备产品信息才可以采集到“Component”表; 其次，设备运维相关的流程步骤、备件以及材料、人工、培训等资源信息可以分别采集到“Job”、“Spare”和“Resource”表。

3.3   基于IFC的COBie应用流程

COBie是建立在ISO BIM标准体系基础上的，可以完全基于IFC来实现完整的数据交付流程。buildingSMART主导的OpenBIM联盟成员如GRAGHSOFT、Tekla、Trimble、NEMETSCHEK、Solibri等软件企业均在自己的各专业软件产品中支持IFC和COBie。因此，可以用一种比较简单的结构来实现整个数据采集、汇总、检查整理、交付的流程。如图 17所示。

图  17  IFC-COBie流程

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具体步骤包括^[9]：

(1) BIM模型设置：规划模型数据与COBie的映射关系，尽量只在模型中保留必要的数据;

(2) IFC生成：各专业按设置将模型导出为IFC，如果建模软件为Revit，建议使用开源版本的IFC for Revit插件，如果有多专业使用Revit，需确保各专业使用相同版本的IFC插件;

(3) 模型质量检查：使用IFC模型检查工具(例如Solibri Model Checker)将各专业的IFC模型合并，并用预定义的BIM检查规则检查模型的完整性、准确性、一致性，例如：

1) 所有设备都处于某一空间;

2) 所有空间都属于某一区域

3) 所有设备都属于某一系统

4) 检查空间编码、设备编码的唯一性。

必要的话，也可以同时对构件用统一的分类编码标准分类。

(4) 用COBie导出工具(例如Solibri COBie Toolkit)导出COBie数据;

(5) 某些情况下需要通过COBie回传数据到原始的专业模型。例如，当建筑师无法指定产品时，需要由施工总包或专业分包通过Excel或支持COBie的云服务录入产品型号和相关属性，并回传到专业模型中，以备下一次导出。

3.4   Revit环境下的COBie应用流程

国内大部分的房建项目以Autodesk Revit为各专业的主要建模工具，而Autodesk提供了名为Autodesk BIM Interoperability Tools的Revit插件，可以实现Revit环境下的COBie应用流程。其中包含以下几个工具，如图 18所示。

图  18  Autodesk BIM Interoperability Tools

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(1) 利用Equipment Data Tool、Spatial Data Tool整理Revit模型中的设备、空间数据;

(2) 用Classification Manager管理分类编码标准，对设备、空间、人员等进行分类，除了使用内建的OmniClass、UniClass等标准外，也可以自定义分类编码标准;

(3) 用Model Checker按照配置好的规则检查模型;

(4) 用COBie Extension配置Revit族类型、构件与COBie数据的映射关系，并导出COBie数据。

4.   结语

COBie使设施运维人员、使用者和业主可以更轻松地访问与设施空间、设备有关的数据和文档。借助正确组织和生成的COBie工作表，可以满足运维人员在竣工交付之日起的整个生命期中对建筑物运营、维护和管理的数据要求，而不再需要管理大量纸质文档或无组织的电子文件。

基于COBie的数字化交付，为建筑工程数字化运维提供了高效的数据协作方式和简化的信息交换手段，具有广阔的推广应用前景。