互操作性概述：BIM技术的关键因素

(1)互操作性的意义

建筑设计和建造是一项团队活动。越来越多的情况是,每项业务活动和每种类型的专业都依赖于各自的计算机应用程序来支持和辅助。除了支持几何结构和材料的布局,这些应用程序还可以根据各自定义的建筑表现方法实行结构和能耗分析。例如,施工过程的项目进度是与设计息息相关的项目的非几何表示,而用于各个子系统(钢筋、混凝土、管道、电气)的制造模型则是带有专业细节的另一种表示。互操作性是指在不同应用程序之间实现数据交换的能力,它能使工作流程无缝衔接,有时还能促进工作流的自动化。具有重叠数据需求的多个应用程序可以支持不同的设计及施工任务,BIM技术在发展过程中一个突出的问题就是信息在不同工具和不同领域进行共享时存在“信息孤岛”问题,而解决此问题的有效方法是采用统一标准的数据存储格式。互操作性开辟了建筑产品模型自动化的新路径。

(2)互操作性的应用现状

传统上,互操作性依赖局限于几何形体的类基于文件的交换格式,如DXF(Drawing Xchange Format)和IGES(Initial Graphic Exchange Specification)。对于互操作性来说,基于应用程序接口(Application Programming Interfaces,APls)的直接链接是最早并且仍然非常重要的途径。在国际标准化组织(sO-STEP)的努力下,从20世纪80年代末开始,数据模型被开发出来以支持不同行业之间产品与对象模型的交换。数据模型区分了用于组织数据的模式和携带数据的模式语言。有些数据转换器可以在不同的模式语言间转换,比如从IFC到XML。

国际上主要有两种主要的建筑产品数据模型,一种是用于建筑规划、设计,建造和管理的工业基础类(Industry Foundation Classes,IFC);另一种是用于钢结构工程和装配标准[CIM steel Integration Standard Version2(CIS/2)]。一个相关的STEP模型是用于流程工厂生命期建模的ISO-15926。这三种模型表示了不同的几何形体、关系、过程和材料、性能、建造及设计和生产过程中所需要的其他属性。

因为产品模型模式是丰富与冗余的,因此两种建筑产品数据模型应用之间可以导出、导入描述同一个对象的不同信息。美国正在完善制定BIM标准(The National BIM Standard,NBIMS)来使特定交换所需求的数据标准化,欧洲国家也正在制定类似的标准,我国已经初步制定了BIM相关标准。由于有效的数据交换正在开发中,人们普遍认为,改善工作流程是实现更好的设计和施工管理的下一个门槛。数据交换的自动化可以简化工作流程,消除一些不必要的步骤。虽然基于文档和基于XML的数据交换方式可以促进应用程序之间的数据交换,但一个不断增长的需求是通过一个建筑模型库来在多个应用程序向协调数据。BIM数据库的一个关键的特点是允许建设对象层次而非文件层次的项目管理,它的一个主要目的是帮助管理表示同一个项目的多个模型的同步化。也许在不久的将来,BIM数据库将成为一种管理BIM项目的共性技术。

(3)BIM模型的数据交换

传统的应用程序之间可采用如DXF、IGES或者SAT等转译器进行几何体交换,而如今采用建筑模型进行数据交换相对更加困难。现实情况是我们已经从过去形状和几何体的建模转换为对象的建模,前者是通用的和抽象的,后者则与真实的建筑产品对应或将用于施工指导。虽然几何体是绘图和CAD系统的关注焦点,但是如前几章中所描述的,通过BIM可以表示多种几何体以及关系、属性和不同行为的特性。当集成起来时,模型一定比CAD文件携带了更多的信息。这是一个重大的变革,所需要的信息技术支持和标准只能逐步落实到位。

在上节中,我们区分了三种类型的BIM应用程序,即工具、操作平台和环境。协同交互性能够跨越这三种层次在进行数据交换时支持性能并且处理不同的难题。BIM平台与其所支持的一套工具(最常见的是分析工具,如结构或热能分析工具,或者工料估算进度计划以及采购程序)之间的数据交换是最常见也是最重要的数据交换形式。在这种情况下,平台的本地数据模型(平台内部的数据结构)的特定部分会被解释,这种解释是通过在平台上定义需要的模型数据(称为模型视图),并且将这些数据转换为平台工具所要求的格式和补充那些非模型类的信息来实现的。由于接收工具缺少准确更新平台本地建筑模型的设计数据或者设计规则的能力,这种从平台到工具的解释通常是单向进行的。BIM工具的结果提示该平台用户更新原始模型。平台对工具的数据交互是协同交互性最基本的形式,主要通过应用程序之间直接互换方式和共享公共产品数据模型格式(如IFC)来实现。(www.xing528.com)

它们之间的数据交互存在较大不同:

①平台到工具的数据交互方式可能是复杂的。通过对杆与节点模型的抽象,进行结构分析并且确定相关负载过程不能自动完成信息的翻译互用,因为这个过程需要人员的专业知识和判断。

②工具到工具的信息互用显得更简单一些。由于输出工具可获得的数据有限,所以工具到工具的信息交互也是有限的,如QTO软件与成本估算应用之间的信息交互,在此过程中QTO从BIM中提取数据,这些数据具备多种用途,可以用于成本估算、采购和物料跟踪或者涉及工作包和调度。另一种工具到工具的接口是轻量级的图元格式文件的浏览器,可以视其为一个BIM工具,如Autodesk的设计审查(使用DWF格式)或Adobe的三维浏览器(采用PDF格式),这些工具在可视化及审查方式方面拥有各自的设计应用,还可以作为与另外几个工具信息交互的接口,如照明模拟或冲突检测。在这种情况下,设计平台和工具之间的界限是模糊的

③协同交互性的主要挑战是平台与平台之间的信息交互,包括设计平台(如Archicad、Revit)和数字化工程与制造模型平台(如TEKLA、SDS2 Structureworks和Strucad、CADPipet等产品)。平台不仅集成大范围的数据,同时也集成了管理对象完整性的一系列规则。

④BIM标准的作用

信息互用与建筑产品模型是建筑业内从业者必须关注的重要内容,AEC行业中的材料性能标准、图形标准、产品定义标准、图形集标准、分类标准和分层标准等标准已经在实践中发挥了非常重要的持续地位。一些标准的制定是帮助协同工作的人员相互理解和统一口径。由于建筑信息模型标准是数字化的,所以这样的标准的制定也应该是数字化的。计算机科学家可以并且已经通过提供可以支持交换协议的语言(EXPRESS、BPMN、XML,其他的语言正在开发过程中)来实施信息交互的技术框架,而建筑师、工程师、承包商和制造商作为专家是知道什么样的内容是用来信息交互的。在AEC行业没有哪一个组织有经济实力或者知识可以为整个行业制定有效的协同交互,因此用户自定义的交换标准的制定势在必行。在某些方面,建筑模式交换会涉及一个领域所需要的建筑信息。

协同交互性是将某一应用程序所设置的模型信息映像到其他应用程序。所需要的条件是保证信息逻辑一致性。在简单的案例中,这种翻译只是语法上不涉及意义的改变。然而,许多协同交互性涉及内隐的专业知识,就会以一种含义来解释设计信息,而以另一种含义来解释其他信息。一个比较熟悉的例子是将建筑师所用的建筑模型转换为用于能耗分析。在转换时所有的空间边界的含义都发生了变化。