Research on the Interaction Protocol between Domestic BIM Platform-Based Power Generation Engineering Data Standards and International Data Standards
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摘要: 发电行业BIM软件之间缺乏统一的格式进行数据交换，信息互用效率低，进而导致项目工期延长和成本增加。本文通过对比分析国外已有各种标准：IFC、STEP、OBJ等，以及国产BIM软件BIMBase建模软件发布的PModel数据交换文件格式，进行解析读取导入建模的流程及优化数据交付方法的研究，为解决发电行业BIM软件数据交互问题提供一种切实可行的方法。Abstract: The lack of a unified format for data exchange among BIM software and the low efficiency in information exchange lead to the extension of the project duration and the increased cost in the power generation industry. By comparing the existing foreign standards such as IFC, STEP, OBJ, and the PModel data exchange file format implemented by domestic BIM software BIMBase, this paper studies the process of parsing, reading, importing, and modeling, as well as optimizing data delivery method, thereby provides a practical method to solve the problem of BIM software data exchange in the power generation industry.
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Keywords:
- BIM Software /
- Data Standards /
- Domestic Software /
- BIMBase /
- PModel /
- Data exchange
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1. 引言
随着工程建设水平的不断提升，BIM技术在工程建设行业的普及程度也愈加广泛。大量工程实践显示：BIM技术为工程建设行业赋予了全新的科技生命力[1]。
2016年，在国家住房和城乡建设部主导编制的《中国建筑行业信息化发展报告》中，面向工程建设行业针对BIM技术的“应用覆盖程度”和“应用价值受认可程度”进行了广泛调研，调研结果显示：BIM技术在施工工艺展示中的应用是目前工程建设行业“应用覆盖程度最广”、“应用价值受认可程度最高”的应用内容[2]。
在工程实践中，传统的施工工艺展示多以“静态展示”为主，这一展示方式存在着一定的技术不足。如：展示的维度不足，“静态展示”难以全面反映施工工艺中的技术、质量管控要点，对于施工工艺中蕴含的丰富而复杂的逻辑顺序、穿插时机等核心要素更是无法全面反映。在这一背景下，以3Ds Max为代表的“视频展示”逐渐成为施工工艺展示的主流方式。
随着工程实践的深入：“视频展示”在工程建造中发挥了日益显著的辅助建造作用；但同时，这一展示方式在应用过程中也存在着如下的技术瓶颈，如：“视频展示”的创建技术门槛较高、“视频展示”成果的集成管理难度大、复用程度低，尤其是“视频展示”成果往往同BIM数据相分离，造成这一展示方式在工程实践中的应用受限[3]。
因此，如何将“静态展示”和“动态展示”深度融合，充分发挥二者的技术优势；如何基于现代信息技术，在降低“视频展示”的创建技术门槛的同时，实现施工工艺的集成管理和广泛复用，已经成为工程建设行业的新需求。
2. 多源数据参数共享技术研究
参数共享是BIM技术的显著技术特征，也是BIM技术在工程建设全过程得以充分发挥其辅助建造作用的基础[4]。
基于工程实践我们发现：多源数据之间的参数共享能力不足，是造成基于BIM技术的施工工艺管理平台发展缓慢的主要技术制约。
针对这一技术难题，我们对基于Suite工作流的施工工艺参数共享技术进行了研究，从前端数据准备的角度，探索出一条适合于基于BIM技术的施工工艺创建的多源数据参数共享途径，为基于BIM技术的施工工艺管理平台研究及应用夯实基础。
(1) 基本原理
研究中我们以BIM数据为源数据，以3Ds Max数据为目标数据，以Suite工作流为参数共享媒介，通过参数导出和传递，实现二者之间的参数共享。
(2) 实现流程
在实现流程上，基于Suite工作流的多源数据参数共享实现流程如图 1所示。
(3) 实现方法
在具体实现上，基于Suite工作流的多源数据参数共享技术包括如下步骤：
1) Suite工作流的创建
Suite工作流是Autodesk提供的一种直接内嵌在Autodesk产品中的参数共享媒介。在使用过程中，Suite工作流将随着Autodesk产品自动安装，Suite工作流可以在版本相同的Autodesk产品之间实现参数共享。
2) 参数导出
第2步是参数导出。Revit环境下的参数导出包括：源数据和目标数据之间链接关系的导出；链接关系导出的意义在于：当源数据中的参数发生变化时，Suite工作流会将这一变化传递到目标数据。
此外，Revit环境下的参数导出还包括材质属性、灯光属性、相机属性的导出。
3) 参数传递
第3步是参数传递。3Ds Max环境下的参数传递用于实现参数从源数据到目标数据的传递。
至此，完成了基于Suite工作流的多源数据参数共享全过程。
(4) 性能分析
目前，除基于Suite工作流的方法之外，常用的多源数据参数共享技术还包括基于中间媒介(DWG、FBX)的方法和基于直接链接第方法。
这里，将从参数共享效果、工作效率2个角度对基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这三种多源数据参数共享技术的性能进行分析。
1) 参数共享效果分析
工程实践中，我们基于100余个BIM数据和3Ds Max参数共享样例，对上述3种参数共享技术的效果进行分析，分析结果如下：
表 1 参数共享效果分析序号 数据共享方式 构件类型 构件数量 构件尺寸 工艺继承 1 Suite工作流 √ √ √ √ 2 DWG √ √ √ × 3 FBX √ √ √ × 4 直接链接 √ √ √ × 从表 1中可以看出：基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这三种多源数据参数共享技术均可以将BIM数据中的构件类型、构件数量、构件尺寸传递到3Ds Max数据中；但在工艺视频继承方面，只有Suite工作流能够实现工艺视频继承，也就是说，和其它3种参数共享技术相比，Suite工作流在提升BIM模型的复用程度方面具有显著的技术优势。
2) 工作效率分析
目前，从源数据到目标数据之间的参数共享包括BIM数据整理、转换设置、3Ds Max数据整理、材质添加四个环节。这里，将从上述四个环节所花费的时间，对基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这3种多源数据参数共享技术的性能进行分析。
从图 5~6中可以看出，无论是整体工作效率还是四个环节的工作效率，和其它三种参数共享技术相比，Suite工作流在降低参数共享所耗费的时间、提升技术人员的工作效率方面显著的技术优势。
3. 基于BIM技术的施工工艺管理平台研究及应用
自2013年开始，我们面向各子企业，陆续举办了多期基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺展示培训班，对施工工艺展示在在建工程中的创新应用、普适性应用进行了探索。随着工作的持续深入，我们发现：一方面，各子企业均不同程度的创建、积累了一批基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺成果；另一方面，由于BIM技术发展的不平衡性、由于业务领域的多元化，各子企业所创建、积累的基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺成果存在着如下的特征：第一，成果的创建水平具有较大的差异，标准化程度不一；第二，各子企业存在着相当程度的重复创建的现象；第三，成果的存储方式为“离散存储”，不利于成果在现场之间、在企业内部的共享、流转和集中管控。针对上述问题，我们将对基于BIM技术的施工工艺管理平台进行研发，实现施工工艺的集成管理和广泛复用[5-6]。
(1) 基本原理
研究中，我们以Java为程序设计语言，从企业集中管控的角度，对基于BIM技术的施工工艺管理平台进行研发，实现全局成果的集成管理和广泛复用。
(2) 实现流程
实现流程如图 7所示。
(3) 实现方法
1) 施工工艺数据创建
在具体实现上，施工工艺数据创建包括如下步骤：
① 邀请现场的技术人员，依据施工工艺的先进性、复用性梳理出多专业的施工工艺目录。
② 依据施工工艺目录，进行文字交底样板的编制。在编制的过程中，注重“依据标准、施工准备、工艺流程、施工方法、质量要求及保障措施、注意事项、成品保护、安全文明施工”方面的规定，研发团队依据上述规定进行文字交底样板的编制，形成文字库。
③ 对于常用的施工材料、施工机械进行总结，形成施工材料图片库、施工机械图片库。
④ 集中各子企业的BIM技术骨干进行BIM模型样板、BIM族文件样板的创建。在创建的过程中，注重软件对样板的支撑作用，在此基础上，研发团队依据上述规定进行BIM模型、BIM族文件的创建。
⑤ 以BIM数据为源数据，进行基于BIM技术的动态施工工艺的创建，形成动态工艺库。
至此，完成各类施工工艺数据的创建。在此基础上，将对施工工艺管理平台进行研发，实现对各类施工工艺数据的集成管理。
(2) 施工工艺管理平台功能介绍
依据面向对象的软件研发方法，我们以Java为程序语言，以BIM和3Ds Max为基础数据，进行施工工艺管理平台的研发[7-8]。
启动界面如图 15~16所示。施工工艺管理平台，满足网页端、PC端、移动端三种使用方式。
施工工艺管理平台以“文字+图片+BIM数据+动态视频”相结合为技术特征，从上述四大类数据资源相融合的角度，进行施工工艺数据的集中管控。
数据统计和分析功能如图 17~22所示。基于这一功能，能够随时对用户的分布区域、各类施工工艺数据的下载数量等指标进行动态统计。基于数据统计和分析的结果，有针对性地确定后续的研发重点。
基于授权码和员工编号，通过局总部和子企业2级认证审核机制，确保本子任务研发成果的数据安全。如图 23~24所示。
4. 工程实践
目前，阶段性的研发成果面向各子企业进行广泛的培训、试用和推广，并依据现场应用情况对研发成果进行修正。
本文以青岛新机场、重庆来福士、柬埔寨体育场项目为列，先后在40余个项目进行工程实践。如图 25~27所示。
工程实践显示：无论是投标阶段还是建造阶段，无论是面向企业员工的业务技能提升，还是面向劳务班组的精准交底，本成果均发挥了显著的辅助功效和推广应用前景，受到了工程各参与方的普遍好评。
5. 结论
本文从工程实践的需求出发，基于Suite工作流实现了BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺参数共享和数据复用。在此基础上，自主研发了基于BIM技术的施工工艺管理平台。工程实践显示：基于BIM技术的施工工艺管理平台能够实现施工工艺的集成管理和广泛复用，具有极好的应用前景。
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表 1 基本几何体数据协议-BOX
属性名称 Key Value Type 类型 Type BOX string 名称 Name 基础 string 位置 Position W 93500mm N 47600mm U 3640.001mm string 方向 Orientation Y is N and Z is U string X向长度 XLength 100 double Y向长度 YLength 150 double Z向长度 ZLength 200 double 
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