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基于BIM的建设项目文档管理系统设计

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第26卷第1期 工程管理学报 、,o1.26 NO.1 2012年o2月 Journal ofEngineering Management Feb.2012 基于BIM的建设项目文档管理系统设计 姜韶华,李倩 (大连理工大学建设工程学部,辽宁大连1 16024,E-mail:leetree0125@163.com) 摘要:建筑信息模型(BIM)在建设工程领域的作用愈来愈凸显,基于BIM的信息集成管理将极大提高项目管理的效率。 充分分析了传统建设项目文档管理系统在信息检索、知识重用方面的不足,同时对BIM以及IFC标准进行了详尽的阐述。 在此基础上提出在BIM环境下集成建设项目文档管理系统,并分别分析了系统的实施必要性及技术可行性,提出了系统框 架。最后对文本信息集成方法进行了改进,提出适用于中文文本的BIM环境下建设项目文档管理的实现框架及其支撑技术。 研究为可以基于BIM的建设项目文档管理提供参考。 关键词:建筑信息模型(BIM);文档管理系统;工业基础类(IFC);文本信息集成方法(TIIM) 中图分类号:Tu17 文献标识码:A 文章编号:1674~8859(2012)0卜059—05 BIM-based Construction Document Management System Design JIANG Shao—hua,LI Qian (Faculty ofInfrastructure Engineering,Dalian Universiyt ofTechnology,Dalian 116024,China,E—mail:leetree0125@163.com) Abstract:Building information model(BIM)plays more and more important roles in construction engineering ifeld.BIM—based information integrated management has become the focus research in this field.Based on the analysis of shortcomings of the traditional consturction project document management system in information retrieval and knowledge reuse,this paper proposed an integrated construction project document management system in the environment of BIM nad discussed the necessity and feasibility. A framework for BIM—based construction project document management system is proposed to improve the text information integration method.This framework provided a reference to realize the design of BIM—based consturction project document management system for the Chinese text. Keywords:building information model;document management system;industry foundation class;text information integration method 建设项目本身具有项目周期长、复杂性高等特 同工作等需求的进一步提高,传统的档案式的建设 点,其中复杂性除了体现在建设任务繁多且技术要 项目文档管理系统已经远远不能满足由数据储存 求较高等方面外,还表现在众多的项目参与方(业 到知识管理转变的需求。而基于BIM的信息集成管 主、设计、总包、分包和监理等)之间的沟通与交 理将极大提高项目管理的效率。 互、协同工作方面。有相关资料显示,在建设项目 的整个生命周期内,超过八成的数据、信息是以文 1传统建设项目文档管理系统存在的问题 档的形式进行传递的,这些文档包括多种形式,如 传统的建设项目文档管理系统是根据项目各 表格、图形、纯文本文件以及它们相结合的形式等。 参与方各自的内部需求建立的,容易产生信息孤 随着建设项目愈来愈趋向于复杂和大型化,建 岛,非常不利于建设项目各参与方之间的协同工 设项目数据、信息从数量和复杂性上都发生了巨大 作。并且即使是在某个项目参与方内部,建设项目 的变化,并且随着建设项目参与各方之间交互、协 文档的管理也是依据设计、成本、进度、质量、施 工、运营等不同职能部门的划分进行管理的。各职 收稿日期:2011-09—25. 能部门自行进行文档管理,并只对上级决策层汇总 基金项目:国家自然科学基金(51178084) 报告。项目管理中经常产生的对不同部门问相关数 ・060・ 工 程 管 理 学 报 第26卷 据、信息交互的需要,目前往往要经过多层存取才 式,这就对信息的交互性、稳定性与及时性提出了 能实现,使得数据、信息的交流效率低下。且一旦 某个部门数据、信息进行了更新,不能及时反映到 相关其它部门的数据、信息中,这样容易引起重复 性的数据输人、输出,造成严重的资源浪费。 随着建设工程领域信息生成与交流的方式从 手工到计算机辅助转变,再到伴随着3D甚至更高 更高的要求。作为建设信息的重要载体,传统的建 设项目文档管理系统也势必要进行相应改革。 2建筑信息模型【BIM) 建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM),最早在19世纪70年代的机械工程领域出现。 维度信息技术的发展而产生的各种信息储存交互 后来这一概念被引入到建筑领域,成为“Building 方式的应用,传统意义上的建设项目文档管理系统 存在的问题主要表现为以下几个方面[1-4]: (1)尽管计算机辅助已经得到了广泛应用, 但是传统的纸质文档管理仍然是现今建设项目文 档管理中信息储存、交流的主要形式。计算机制表、 复印、递送等人工操作,造成了沟通时间长、效率 低,信息反馈周期长及程序繁冗,造成极大的资源 浪费,影响计划、决策和分析,耽误工期,并且文 档生成的及时性和准确性也得不到保证,直接影响 建设项目的顺利实施。 (2)目前大部分研究仍然只是着眼于从不同 数据类型、结构的角度进行系统设计,寻找对结构 化、非结构化等数据结构,或者视档、图档等异构 类型数据的管理方案。这样最终只能实现问题的局 部解决,且会导致项目实施过程中不同文档管理系 统之间不兼容,不利于文档信息的交互与共享,造 成相同文档信息的重复输人与储存。 (3)已开发并相对成熟的部分商用系统,着 眼于企业内部,往往是各项目参与方使用,不 能真正实现文档管理系统的多方交互、协作。 (4)工程项目文档作为指导工程实施、工程 完工后查证以及工程项目案例知识学习的重要依 据,在整个建设工程项目生命期内乃至以后类似工 程项目的管理中都有着重要的作用。但是传统的建 设项目文档管理系统的信息检索效率低,往往只能 沉淀于企业或项目内部,知识重用不足。 (5)目前建设项目文档管理系统的检索方式 还主要是依靠系统自身的检索功能,只能是基于文 字匹配功能的关键字/词检索,对于不同项目参与方 创建文档的表达、写作方式的不同,以及拥有专业 知识的差异,可能存在一词多义、一义多词现象, 甚至检索词未必包含在相关文档中等情况,导致检 索效率低下,检索结果不尽如人意。 (6)建设工程领域国际合作项目的日益增加 使得参与各方可能分布于不同的国家和地区,从而 改变了传统的项目参与方之间的交流、沟通的方 Description Systems(建筑描述系统)”,再后来被称 为“Building Product Models(建筑产品模型)”。自 从2002年Autodesk公司首次提出“Building Information Modeling”,BIM这一术语被广泛传播 [5 ̄71,建筑信息模型才真正得到逐渐发展和成熟。 BIM的概念是伴随度信息建模技术的研究在 建设领域的应用和发展而产生的。 截至目前,尚未形成关于建筑信息模型(BIM) 的统一定义。本文通过对相关的国际机构或组织以 及相关专家学者给出的定义及描述 。…,将建筑信 息模型(BIM)的特征总结如下: (1)计算机信息度建模技术在建筑领域 的应用。 (2)参数化的模型构件库。 (3)强大的各类建筑信息数据库及关联关系, 实现各类建筑数据信息的平台化协同集成以及生 成、修改、维护过程中的自动关联更新。 (4)形象的三维可视化视图及强大的交互分 析功能。 (5)基于IFC标准进行数据交换及协作。工 业基础类值得注意的是由于(Industry Foundation Classes)IFC标准的使用,才使得不同BIM系统和 软件之间可以进行更便捷的数据交换,成为BIM得 以快速发展的一个很关键的因素。目前IFC标准已 经被国际标准化组织(ISO)登记为ISO/IS 16739, 成为正式的国际标准。 3 BIM环境下文档管理系统研究框架 通过对传统建设项目文档管理系统的上述分 析,结合目前BIM在建筑、设计、施工及设施管理 (Architecture Engineering Construction/Facility Management,AEc/FM)领域越来越深入的应用和 发展,本文将研究探讨建筑信息模型的集成化数据 建模思想,构建BIM环境下文档管理系统。 3.1 BIM环境下文档管理系统研究的必要性 基于前面对传统建设项目文档管理系统及其 第6期 姜韶华,等:基于BIM的建设项目文档管理系统设计 ・061・ 存在问题的分析,可见传统的建设项目文档管理系 统已经不能满足建设领域对信息实时交互、动态协 同的需求。同时,随着新兴信息技术的发展[10 , 比如传感(Sensor)技术、三维激光扫描(3D Laser 的模型系统;曾旭东,赵昂ll ]提出将BIM技术与 建筑能耗分析相结合,进行节能建筑设计;刘照球, 李云贵等¨5_在分析了BIM的信息集成过程、特征 以及建筑结构模型基本对象后,构建了BIM集成结 Scanning)技术、以及数据收集技术——红外、蓝 牙、RFID等在施工现场的数据采集以及在建设项 目的应急和灾害管理中的应用,项目中产生的数 据、信息无论是结构还是类型都呈现出越来越复杂 的态势,并且由于新技术的应用人们对生产效率有 了更高的要求,因此作为数据、信息载体的文档管 理系统需要进行相应的改变。 BIM的发展和应用已经成为建设工程领域的 必然方向,而且BIM的参数化、模型化以及协同工 作等特点也给文档管理带来了新的视角。目前,建 设领域国际上较为主流的各大软件商开发和应用 的商用软件主要集中于项目的度可视化、参数 化构建建模上,还没有实现将项目文档与基于模型 的系统进行集成【l引。随着BIM平台上各种海量信 息的高度集成化发展要求,建立一个高效的适用于 BIM环境的建设项目文档管理系统也显得尤为必 要。 3.2 BIM环境下文档管理系统研究的可行性 在AEC/FM领域,越来越多的基于模型的系统 逐渐被开发用来进行项目信息集成 引。这些系统依 靠创建项目模型,从而提供一个在整个项目生命期 内不同软件系统之问进行信息共享的框架平台,比 如计算机辅助设计CAD、进度计划系统、成本估算 系统、工料测量系统以及文档管理系统等。 建筑信息模型理论及技术的发展和应用为项 目信息集成提供了一个可发展的平台,具体表现在 以下几个方面: (1)目前被广泛采用并已经被纳入ISO体系, 支持互操作和信息集成的IFC标准框架中所包含的 类(Classes)可以被用来进行文档关联。同时IFC 标准作为统一的规范来约束不同软件、系统所定义 的不同数据类型的交换过程,为BIM的信息集成提 供了有利的解决途径。 (2)BIM平台本身提供开放性的接口,支持 已有的各类不同功能软件、系统的数据层交互,而 不必要进行重新开发,节省资源。 (3)国内外已经有很多相关BIM集成其他数 据、信息、系统的成熟研究,这些研究为BIM环境 下构建文档管理系统的研究奠定了坚实的基础。比 如,杨静兰f4j提出将项目其他文档整合到建筑图中 构设计阶段的信息模型集成框架体系;Carlos H_ Caldas等【Jj_J则研究了项目文档在基于模型的信息 系统中的集成方法;Burcin Becerik—Gerber等[1o]研 究了BIM与采用施工现场数据获取技术的实时项 目信息管理系统的集成等。 可见,实现基于BIM的建设项目文档管理系 统是可行的。 3.3 BIM环境下文档管理系统框架设计 建设项目文档管理系统与BIM环境的集成,并 不是要重新构建新的文档管理系统使之与BIM系 统具有统一的数据存储格式,而是在保留原系统自 身数据存储格式的基础上,增加数据交换层,按照 统一的数据交换标准(IFC标准),实现不同类型数 据交换层面上的互操作性即可。基于BIM的建设项 目文档集成管理的关键在于建立项目模型对象与 文档信息之间的关联关系,以Autodesk Revit为例, 就是要建立图元与文档信息之问的联系。 基于以上分析提出BIM环境下文档管理系统 设计框架,如图】所示,在BIM平台与已有的应用 系统之问增加接口,这样在不改变各自数据存储格 式前提下,达到不同系统之间的数据关联效果。 r ~ 一 一 一 I用户界面卜}+ 概预算系统I 数据应用层 : I增一 更新等操作 、删、查、 进度计划系统l : 数据交换层L一 用户指令运行 一■■ 文档管理系统  I 后转入缓存层 I数据存 二 二:j数据转换处理器r’ 其它应用系统山 一 ————, 千 ———一一 I IFc标准 l 图1 BIM环境与文档管理系统集成框架 4基于BIM的文档管理系统实现设计 Carlos等l】6J提出了一个文本信息集成方法 (Text Information Integration Methodology,TIIM), 整个框架包括项目模型准备、项目文档准备、分类、 检索和分类、归类和关联几个部分。而我国建设领 域文本主要采用中文表达,为实现我国建设领域中 文文本信息在BIM环境下的集成管理,需要在TIIM -062・ 工 程 管 理 学 报 第26卷 研究的基础上结合中文特点进行改进。改进后的框 项目文档 准备阶段 架如图2所示。 创建项目文I I预处理I l创建项目文件的 件储存库『_] 文档『-一-1空间向量模型 项目模型 准备阶段 创建项目模型L 给模型对象 (BIM) l 增加引用类 + 分类阶段 f 定义分类系统l 类创建U将所有的文档筛分到 (IFc) r__ l一个文档分类器I l项目文档存储库中 — r 检索和排 序阶段 选择 对象 --'1题向量H相同类别的所有文档r 档向量之间的相似性r_1序文档  l● I创建问I I识别与所选对象处于I 评估问题向量与项目文I I检索和排 关联阶段 复查检索和排序l l关联项目模型对 文档结果f_1象和相关文档 图2 BIM环境与中文文本信息集成方法框架 (1)项目文档准备阶段。作为整个框架流程 的字符串,中间无空格。这样中文文本中的特征项 的第一个阶段,也是最根本、最重要的准备阶段。 其中,项目文档库基本上不用另行创建,可直接使 用文档管理系统本身的文档库。 预处理文档步骤是该阶段的核心。为了实现自 之间在形式上没有直接分隔,所以在文本预处理阶 段比英文文本复杂得多,合理的中文文本切分是关 键。 (2)项目模型准备阶段。基于BIM平台的项 目模型中,每个项目客体均需要划分到某类中,比 如某IFC实体的实例——IfcD0or要关联到“开口” 类中。 动化的分类、检索和关联文本文档到项目客体,必 须首先发掘文本文档的语言特征。具体包括以下三 个部分:一是数据准备,识别文本文档,将基于文 本的信息从其各自原始格式转换成纯文本文件,包 括电子表格、电子邮件和PDF文档等。去除原始文 (3)分类阶段。第一步定义分类系统,由于 可直接采用IFC标准进行分类,所以这一步不需要 另行定义。根据为模型所有外部类源创建的文档分 类器,项目文档能够自动进行分类,进而筛分到项 目类别储存库中。项目文档分类为链接到项目模型 对象上的文档创建了语义层,增加了文档的可辨识 度。这是本框架跟现有项目文档管理方法的主要区 别。 档中不相关的标签和标点,高频出现的停用词,无 实际意义的虚词,调整同义词等。二是数据预处理, 构建频率矩阵 ={口 },其中a 定义为字/词f在文 档,中出现的频率。这其中要考虑两个要素:即在 一篇文档中出现的频率越高,这个字/词就与该文档 的主题越相关;在所有文档中出现的频率越高,这 个字/词在区分文档中的作用就越低。通过赋予权 重,项目文档就被处理转化成以度的空间向量 表示。这样问题向量就可以通过数据挖掘中常用的 计算两向量间相关性的方法来进行文档匹配。三是 数据分析工具,用来开发将文本文档集成到基于模 通过将每一个项目模型对象和每一篇文档均 按照统一标准(IFC)进行分类,比如“IfcDoor” 链接到“开口”这一类上,同时出现关于“开口” 的文档也同样关联到这一类中,这样就为同样海量 的模型对象和文档之间的链接提供了一个标准和 中间桥梁。 型的信息系统的框架。主要目标是提高相关项目文 档的识别和分析。 (4)检索和排序阶段。将用户自定义的问题 输入转换成问题向量,自动识别与所选对象相同类 的文档,将项目文档向量化后计算问题向量和项目 创建项目文档的空间向量模型,采用中文文本 切分方法,对文档提取由表征文档内容的字/词组 成的特征项,进行文档向量化,将向量化后的矩阵 文档向量之问的相似度,可采用三角函数法等距离 计算方法。采用构建问题向量和项目文档向量化的 作为文档的属.陛值储存到相应数据库中。值得注意 的是,中文文本与英文文本不同,句子是一个连续 技术,比起传统的Web搜索引擎更有利于开发某一 第6期 姜韶华,等:基于BIM的建设项目文档管理系统设计 ・063・ 专业领域内的信息检索和分类方法。 其中问题向量可以使用从所选项目模型对象 的描述中提取术语,比如选择“门”,其所属的类 “开口”就被用做问题向量来对所涉及的文档向量 检索排序。 (5)关联阶段。复查步骤需要人工操作,主 要是对上一阶段中自动进行的检索和排序结构进 行调整。需要强调的是,文档并不是增加到项目模 型中,而仅仅是引用关联关系,增加索引,这样方 便文档的更新,节省储存空间。 5结论 传统的建设项目文档管理系统已经不能满足 当前建筑信息化的发展以及建筑信息模型在信息 检索及知识重用上的数据共享的要求。因此,建立 BIM环境下文档管理系统具有必要性和可行性。对 BIM环境下文档管理系统框架进行设计,在TIIM 框架基础上提出了在我国建设项目管理所需要解 决的面向中文文本的文档管理系统框架。详细阐述 基于BIM的面向中文文本的文档管理系统的实现 方法,为下一步进行系统构建研究奠定基础。 参考文献: [1董1]杰.网络协同下的建设项目文档管理[J].项目管理 技术,2004(3):53—55. 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[16]Lucio Soibelman,Jianfeng Wu,Carlos Caldas,etc. Management and analysis of unsturctured construction data types[J].Advanced Engineel。ing Informatics,2008 (22):15-27. 作者简介: 姜韶华(1971一),男,讲师,博士,研究方向:T程项 目的信息管理,远程监测,风险管理,可持续性发展; 李倩(1985),女,硕士研究生,研究方向:建筑信 息模型。 

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