基于BIM的建筑供应链信息流模型构建

（一）信息流模型的结构框架

很多学者提出管理信息系统的结构模型，如德国IDS公司的August Wilhelm Scheer教授提出了集成化信息系统体系结构的概念；我国薛华成教授从概念结构、功能结构、软件结构、硬件结构4个方面阐明管理信息系统的结构；高复先教授提出了集成化MIS的组成模型，他认为管理信息系统由人员、管理、数据库、计算机软件和计算机硬件系统5部分组成。^[5]从概念结构的角度建立基于BIM技术的建筑供应链信息流管理模型的结构框架如图6—12所示。

图6—12　基于BIM技术的建筑供应链信息流模型的逻辑结构

基于BIM技术的信息流管理体系的结构模型主要是由数据层、核心层、交互层、领域层和功能层五个层次构成，并遵守每层只能引用同层和下层资源，不能引用上层资源的规则。数据层是BIM中央数据库；核心层是基于IFC、IDM和IFD标准的基础建筑信息模型，由设计单位创建和修改，用于项目全生命周期，供应链上的其他参与方都可以调用；交互层是基于aecXML标准的网络交互平台，可以通过项目信息门户PIP或应用软件（Autodesk Buzzsaw）等实现；领域层是针对全生命周期的不同阶段所形成的子信息模型。设计单位创建设计信息模型，如建筑、结构设计系统；承包商创建施工信息模型；业主则创建运营信息模型，如物业管理系统；功能层是体系框架的最上层，不同的模块对应不同的BIM技术应用，即功能子信息模型。

（二）基于BIM技术的建筑供应链信息流集成维度

在基于BIM技术的建筑信息流模型中，项目参与方、项目信息和项目实施过程三个维度不是分割的，而是融合在了一起。在该模型中，BIM中央数据集中存储和管理全生命周期过程中产生的信息；网络交互平台为建设项目各参与方提供信息共享、信息交流和协同工作的环境；数据库划分为对应不同专业的模块，可以实现不同专业和过程的集成，具体如图6—13所示。

图6—13　基于BIM技术的建筑供应链信息流集成维度

（三）基于BIM技术的建筑供应链信息流模型的内容设计

1.数据层

从建设项目规划阶段数据库就正式建立，并随着项目的开展，信息和数据不断地丰富。不同阶段的建筑供应链各参与方可以从中提取所需资料，实现一次建模无限利用。由于建设项目全生命周期供应链上的信息来源复杂、流量大、传播频率高，信息存储的形式也各异，因此数据的存储、交换和应用是数据库实现的关键。

数据的交换需要实现不同的BIM应用软件之间和应用软件与BIM中央数据库之间的数据互操作。数据交换假设发送系统和接收系统之间的充分互操作性是指两个、多个系统或模块之间交换信息和使用所交换信息的能力。信息的数字化表现是在开放的行业标准下，以便为各种软件产品提供标准的信息资源并规范各种软件产品之间的兼容性，从而促进整个行业标准化的发展。提出BIM标准化的要求，这也是一项技术在一个行业中得到广泛应用，并推动行业向前发展的一个基本前提条件。

2013年1月12日，中国工程建设标准化协会建筑信息模型专业委员会（简称“中国BIM标委会”）成立大会在北京召开。BIM是工程建设领域的产业技术革命，委员会的主要任务是推动中国BIM标准、技术和软件的配套发展，做好BIM国家、行业和协会标准研究和编制工作。

数据在使用过程中，不同的使用者与数据库之间需要实现建立、查询、更新和删除等活动，因此要考虑数据库信息的及时性、稳定性和安全性。那么在应用数据时需要考虑两个因素：（1）明确各参与方对数据操作的权限，在进行信息有效共享的前提下实现数据的更新、纠正和删除等；（2）数据变动各方反馈机制，即数据的任何变动在反馈到中央数据库的同时，也能及时反馈给其他参与方，以保证使用数据的准确性和时效性。

2.核心层

核心层是基于IFC、IDM和IFD三大标准的建筑基础信息模型，由设计单位创建和修改，连接着资源层和交互层。核心层将建设项目各种结构化数据集成在BIM技术创建的基础信息模型中，同时提供了一个完整的建筑物几何和功能方面的可用于计算的表达方法，其主要内容和结构如图6—14所示。

图6—14　基于BIM技术的建筑信息创建平台(www.xing528.com)

3.应用层

应用层是针对不同功能模块的数据需求，通过交互层，从核心层BIM直接获取信息而产生相应的子信息系统。在这一过程中，充分发挥了BIM和PIP的一致性、关联修改和协同工作等特点，真正实现了BIM技术在全生命周期中的集成应用。由于投资决策阶段的BIM模型的基础信息尚未明确，供应采购过程涉及的BIM实体信息较少，下面主要探讨应用层中的设计信息模型、施工信息模型和运营管理信息模型。

（1）设计信息模型。设计阶段是BIM模型应用最广泛的环节。在该阶段有大量不同专业的人员包括建筑设计师、结构工程师、水暖电工程师等，通过BIM软件完成项目意图的表达，进行信息参数的创建和组织，形成具有关联的3D信息模型。此阶段会创建大量的基础信息，主要包括建筑概况的描述和说明，以及建筑的几何属性信息，如规模、尺寸、布局、结构、构件、设备等。设计信息模型是后续阶段模型建立的基础，后续信息模型可以直接从中提取基础信息，减少不必要的信息输入从而提高信息的重复利用率。设计信息模型的创建、形成过程如图6—15所示。

图6—15　设计信息模型的创建示意图

（2）施工信息模型。现在大多数施工企业都已经借助一定的计算机系统进行施工管理，如施工计划与进度、成本控制、文档管理、分包商和供应商管理等。但是在基于计算机进行这些管理的时候，如在用进度管理软件的时候，仍然需要重新将设计数据输入软件中并建立模型，这不但消耗大量时间还会由于人为的错误而增加成本。而现在通过使用BIM技术，在施工阶段根据管理目标及功能模块的需求，可以直接从BIM数据库中提取决策和设计阶段的部分信息，并从成本、进度、质量等方面进行信息扩展，这些扩展的信息都将存储到数据层中，从而逐渐形成完善的施工信息模型。

施工阶段的BIM模型是指使用BIM技术将建筑的物理描述变为现实的模拟。施工信息模型的信息包括基础信息和扩展信息。基础信息来源于设计信息模型，根据目标管理属性将扩展信息分为投资成本信息、进度信息、质量信息、合同信息以及资源信息等。

（3）运营管理信息模型。美国国家标准与技术研究院（National Institule of Standards and Technology，NIST）于2004年进行了一次关于“预估美国重要设施行业（如商业建筑、公共设施建筑和工业设施）的效率损失”的研究。该报告显示，业主和运营商在持续运营和维护方面耗费的成本几乎占总成本的，这反映了设施管理人员的日常工作效率低下。虽然现在已有各种楼宇智能化系统，但目前设计、施工、运营维护在产业上被割裂，设计、施工阶段的信息不能直接被运营阶段利用，导致了信息的流失和断层。而基于BIM的运营管理信息模型通过信息的持续应用能很好地解决此问题。运营管理信息模型中的信息主要分为两大类。第一类，基本信息。运用管理信息模型中的基本信息包括建筑实体和设备在全生命周期中各阶段的基本信息，其来源于设计信息模型和施工信息模型；第二类，扩展信息。扩展信息是指在运营维护阶段由管理人员或用户根据管理的需要而增加的信息，主要包括运行状况、资产管理数据和检查、维护情况等。

4.功能层

功能层是整个系统的最上层，可以说是BIM应用软件的集合，如图6—16所示。^[6]应用软件将分析、处理的信息传递给相关人员使用，同时相关人员将信息反馈给BIM数据库，以完成数据的更新和补充。信息通过功能层实现了各参与方和后续阶段的使用，也实现了信息的一次输入和持续使用。接下来针对设计信息模型、施工信息模型和运营管理信息模型，分别举例说明功能层的信息流程。

图6—16　BIM应用软件集合

（1）设计信息模型功能层模块的可持续分析。在设计初期阶段，利用与BIM模型具有关联性的可持续分析软件为建筑注入绿色和可持续发展的理念。传统的3D技术需在设计完成之后，利用独立的分析工具介入，此过程需要人工再次输入建筑的几何尺寸、特性等基本信息，若有设计变更，需要继续重新调整。而基于BIM技术的分析软件可以从BIM模型中自动提取基础数据，设计变更时分析结果也随之更改。这种自动性和关联性大大提高了工作的准确性和高效性。

可持续或绿色分析软件可以使用BIM模型的信息对项目进行日照、风环境、热工、景观可视度、噪音等方面的分析，主要软件有国外的Echotect、IES、Building Studi以及国内的PKPM等。基于BIM技术的可持续（绿色）分析的信息流程如图6—17所示。

图6—17　基于BIM技术的可持续（绿色）分析的信息流程

（2）运营管理信息模型功能模块——设施管理（FM）。运营阶段的设施维护管理过程需要利用大量的原有设计、施工数据和图纸。基于BIM技术的FM可以将前期模型中的建筑信息直接导入管理软件中，并随时记录各种设施的使用情况、维修情况、性能等信息，便于用户了解设施使用状态、制订合理的维护计划等，从而降低维护成本。FM是BIM技术在产业链下游价值归宿（最大化的体现）的重要阶段。设施管理的信息流程如图6—18所示。

图6—18　基于BIM技术的设施管理信息流程