基于IDM的建筑工程设计阶段流程图描述方法研究

明 星，周 成，姚毅荣，邓雪原

（1.上海交通大学土木工程系，上海 200240；2.上海核工程研究设计院，上海 200233）

Building SMART International是一所致力于推动建筑全生命周期OPEN-BIM的机构，正在引领IDM标准的发展。2007年，Building SMART International发布IDM指南第一版，由Wix和Karlshoej[1]撰写。指南中详细阐述了IDM的任务目标，组成部件及开发方法，为IDM的研究提供参考，并使得标准的制定规范化。之后指南进行了两次修订，最新版本是2010年发布的1.2版本，由现任国际IDM协调员，丹麦技术大学副教授、Gravicon公司执行总裁Karlshoej Jan编写。2010年，一个特定版本的buildingSMART IDM方法指南提交给ISO组织，并最终正式成为ISO标准，即ISO 29481-1:2010 建筑信息模型-信息交付手册-第一部分：方法与格式[2]。今后将有更多的材料会逐步添加到标准中，以使得关于交互方案的记录与描述更加清晰，可使针对各方之间的交流过程的阶段性定义更加明确。同时，IDM项目也将随着IDM方法的完善与发展逐步展开。

目前有关IDM的学术文章主要来自美国与北欧。发表时间集中在2009年之后，表明IDM正处于发展阶段。其中，美国佐治亚理工学院的Eastman[3-4]始终致力于预制混凝土领域的BIM数据交互的研究，同时在制定与执行过程中对IDM 发展方法给出了广泛的建议。丹麦技术大学的Karlshoej[5]以设计施工统包项目中的招标过程为案例，评估IDM表达某一过程的任务序列，信息需求，组织交互以及逻辑关系4个方面的能力，验证IDM的协同方法能否促进过程的标准化以及IDM中的商业规则能否支撑作为信息载体的BIM对象的发展，并对基于项目的IDM执行给出意见。德国雷根斯堡应用技术大学将IDM引入岩土基建工程领域，描述流程图及交换需求[6]。佛罗里达大学的Nawari[7-8]对结构工程（包括木结构设计）的IDM与MVD进行了大量的研究与分析。宾夕法尼亚州立大学的BIM执行计划(BIM Execution Planning)致力于多项IDM的制定，其中在暖通工程中已有一定的成果[9-10]。而国内对IDM的研究范围窄、内容少，目前的文献主要为对IDM标准概念性介绍[11-12]，IDM标准的研究方法[13]，以及在某一领域的IDM的基础研究[14]。2010年清华大学软件学院BIM课题组提出了中国建筑信息模型标准框架(China Building Information Model Standards, CBIMS)的制定，框架中技术规范包括3个方面的内容：IFC、IFD和IDM的标准研究[15]，但主要从软件解决方案的角度来展开。信息的交换需求涉及全生命周期各个阶段，IDM标准不可能完全由一家机构单独制定，需要多方共同参与，在每一个领域内做出努力。

IDM主要由五部分组成：流程图、交换需求、功能部件、商业规则和有效性测试。流程图与交换需求是IDM的核心。流程图定义了针对某一特定主题（如从建筑设计到结构设计）的活动流、所涉及的人员角色以及整个过程中需要信息交换的节点，同时对各流程及相应子流程有详尽文字描述。交换需求是对流程图中的特定活动所需交换的一组信息的完整描述，是从建筑师、工程师、建造师等BIM用户角度出发的文字性叙述。

由于建筑活动的多样性及复杂性，不同建筑在全生命周期的流程和交换需求往往是不同的。但是在建筑设计阶段，不同建筑的设计流程和交换需求是有共性的，这为建立建筑设计阶段的IDM标准提供了可能。国外有关IDM的理论与研究方法已很丰富，在结构设计、能量分析、设备运维以及基建工程等多个方面展开了卓有成效的研究，buildingSMART International编写了IDM手册并最终成为ISO标准，为IDM标准的制定提供规范性参考。而在国内几乎没有对IDM标准的针对性研究，在着力制定国家BIM标准的背景下，需要有更多的研究机构投入到IDM标准的研究当中。本文在国外IDM研究基础上，联合上海核工程研究设计院（上海交通大学“工程勘察设计阶段BIM应用技术研究”课题），首次提出基于IDM的建筑设计阶段建筑专业的详细流程图描述，推动IDM理论深入到设计企业，接受实践检验。

1 流程图的描述方法

1.1 业务流程建模标注BPMN

IDM中的流程图绘制采用的是业务流程建模标记方法(Business Process Modeling Notation,BPMN)。BPMN 是对象管理组织(Object Management Group, OMG)开发，于2006年正式被采纳为用于表达流程图的标准，最新版本是2011年发布的2.0版本。BPMN整合了早期模型标注方法的理念，IDEF0(Integration Definition for Function Modeling)中一些有用的概念和UML(Unified Modeling Language)中的活动图表部件都涵盖在其中[16]。

BPMN过程模型（如图1所示）的主要组成部分包括：① 泳池(Swimming Pool)，代表所要描述的流程；② 泳道(Swimming Lane)，一个泳池可以划分为多个泳道，泳道用于将不同功能性目标的任务归类，一般可以以角色活动来划分泳道，另外，信息模型作为单独的角色类型拥有专属的泳道，而交换需求作为数据对象放置于信息模型泳道；③ 流对象，包含任务(Tasks)，BPMN中的基本单位，用于描述需要完成的工作类型，一个任务可能包含多个子任务，用“+”加以标记，另外任务有可能是需要重复进行的过程，添加循环符号，事件(Events)用于区别不同的起始事情或者结果，网关(Gateways)用于做决策；④连接对象，包含顺序流和消息流。

图1 BPMN过程模型的组成部分

流程图的绘制工作可以使用 Microsoft VISIO软件，其中内置了BPMN的各种组成部件。流程图中的每一个任务都有特定的序号，作为索引，与活动定义表相链接，再以表格形式对该活动进行文字性叙述。

1.2 流程定义的标准表格描述

每个流程定义图都需附加对其进行简单描述的文字信息。为了IDM标准制定的规范化，需要事先定制描述模板，模板中罗列一份标准定义所需包含的全部信息，使用者只需填入相应的内容即可。在整个流程定义之前是流程图概述表格如表1所示，用于介绍流程定义所属的专业以及项目阶段（这里对应于ISO的项目阶段定义），同时包括可选的作者信息以及版本号信息，以便进行修订与管理。而针对活动的具体描述，表2共分为3个部分：功能、分析与表现。功能部分表述对应的活动或任务所需要达到的目标，分析则是由所要实现的功能决定的需要包含的细化的活动内容，表现则是整个活动的结果，最终以怎样的形式加以提交或呈现。这样，在标准的方法和体系下，用户就能够着手制定IDM标准。

表1 流程图概述表格

表2 流程描述表格

2 基于IDM的建筑设计流程图及描述

图2表达了建筑设计流程，包含两个部分：建筑师在建筑设计各个阶段中的设计过程，与结构、给排水、暖通、电气等其他专业和BIM模型协调员的交换需求。每个交换需求用信息模型表示，并通过一定的命名规则进行编码，“专业代码_ER.序号”。同时，一个模型可能需要传递给多个专业，每个专业需要模型中不同的内容，并最终作为自身专业交流模型的一部分，因此也用一定命名规则进行编码，“创建方专业代码_ER.序号-接收方专业代码_ER.序号”（BIM模型协调无专业代码，直接采用“专业代码-BIM_Co”的命名规则，Co为Coordinate的缩写，代表分析类型）。

在方案设计阶段，建筑师根据业主需求形成场地和体量模型A_ER.0。在初步设计阶段，形成包含一定建筑构件的BIM初步设计模型A_ER.1。同时，接收结构模型(S_ER.1-A_ER.2)、给排水模型(P_ER.1-A_ER.2)、暖通模型(M_ER.1-A_ER.2)、电气模型(E_ER.1-A_ER.2)进行建筑详细设计，形成BIM详细设计模型A_ER.2。最终将A-BIM_Co信息模型交付给BIM模型协调员。

表3是对整个建筑设计流程图的概括性描述。

图2 建筑专业BPMN流程图

表3 建筑设计流程图概述

表4～表9是对建筑设计的各个过程的描述表格，详细描述了从建筑方案设计(ID:1.1)到建筑详细设计审核(ID:1.6)的各项要求（各过程的ID详见图2）。

表4 建筑方案设计(ID:1.1)

表6 建筑初步设计(ID:1.3)

表7 初步设计阶段审核(ID:1.4)

表8 建筑详细设计(ID:1.5)

表9 详细设计阶段审核(ID:1.6)

3 讨论与展望

流程图的描述方法，即业务流程建模标注BPMN和用于流程定义的标准表格，使用已经较为广泛，特别是前者，由于它具有可直接转换为业务流程执行语言(Business Process Execution Language, BPEL)、可基于XML方法进行流程控制等优点而被广泛采用。

本文核心内容是建筑工程设计阶段的流程图描述，首先给出了建筑设计的总体流程图，包括建筑、结构和MEP专业，接下来通过与建筑设计院合作，提出了建筑专业的设计流程图，对建筑方案设计、方案阶段审核、建筑初步设计、初步设计审核、建筑详细设计、建筑详细审核以及形成建筑BIM模型等7个流程控制节点进行了详尽的功能描述、分析和表现。但是要成为行业IDM标准还需要多方共同商讨决定，研究人员需要和设计院合作，以具体工程项目为案例来应用这套标准，以期不断调整和完善该标准，使其能够真正指导设计院工作，解决当前BIM技术下信息传递无序、无规则的现状。

基于建筑专业的流程图描述，作者还对结构专业和MEP专业进行了详尽的设计流程图描述，方法是类似的，由于篇幅所限，将在后续文章中发表阐述。另外，IDM的两大核心之一的交换需求，在流程图中已经予以体现，但并没有给出详细的描述，作者已经对其进行了研究，并通过和设计院合作进行了表达。

IDM标准是否能真正应用到BIM软件，还取决于模型视图(Model View Definition, MVD)。MVD是建筑产品模型格式（通常为IFC）的子集，它提供一套完整的信息概念描述，用于AEC（建筑/工程/建造）工作流中的特殊信息交换。也就是说，针对特定BIM软件之间的特定目的的信息交换，利用IFC标准表达IDM标准，再辅以程序支持，最终实现有效且有用的BIM软件数据传递。关于MVD的研究以美国牵头正在各国陆续开展，多个模型视图定义已共享到互联网[17]，这也将是作者重点关注与研究的方向之一。

4 结论

本文对基于BIM的建筑协同设计工作模式进行定义，用BPMN方法绘制建筑专业从方案设计到形成BIM模型的整个流程图，描述了每个流程模块的详细活动内容以及存在信息交互的流程节点。主要的研究内容和结论如下：

（1）业务流程建模标记BPMN是绘制流程图的有效方法。通过事件、活动、连接对象与网关的组合，配合以描述活动的功能、分析以及表现的定义表格，即可将建筑设计的流程表达清楚。

（2）流程的定义不是针对一款或一类BIM平台软件的操作指南，而是对整体业务模式的把握，同时也是专业间信息交换需求定义的前提。本文对建筑工程整个设计流程做了概述，并对建筑专业设计流程做了具体的定义，为后续研究基于BIM技术的数据共享与交换奠定了基础。

[1]Wix J, Karlshoej J.Information delivery manual guide to components and development methods [EB/OL].(2010-05-12).http://iug.buildingsmart.org/idms/metho ds-and-guides.

[2]ISO 29481-1:2010, Building Information Modeling—Information Delivery Manual— par1: Methodology and format [S].

[3]Jeong Y, Eastman C, Sacks R, Kaner I.Benchmark tests for BIM data exchanges of precast concrete [J].Automation in Construction, 2009, (18): 469-484.

[4]Panushev I, Eastman C, Sacks R, Venugopal M, Aram V.Development of the national BIM standard (NBIMS)for precast/prestressed concrete [C]//Proceedings of the CIB W78 2010: 27th International Conference -Cairo, Egypt, 2010: 18.

[5]Karlshoej J.Information delivery manuals to integrate building product information intodesign [C]//Proceedings of the CIB W78 -W102 2011:International Conference- Sophia Antipolis, France,2011.

[6]Obergriesser M, Borrman A.Infrastructural BIM standards-development of an information delivery manual for geotechnical design and analysis process [J].Ework and Ebusiness in Architecture, Engineering,Construction, 2012: 581-587.

[7]Nawaril N.Standardization of structural BIM [C]//Proceeding of the 2011ASCE Int.Workshop on Computing in Civil Engineering, 2011: 405-412.

[8]Nawari1 N.BIM standardization and wood structures [C]//Proceeding of the 2012 ASCE Int.Workshop on Computing in Civil Engineering, 2012: 294-300.

[9]Liu Y, Leicht R, Messner J.Identify information exchanges by mapping and analyzing the integrated heating, ventilating, and air conditioning (HVAC)design process [C]//Proceeding of the 2012 ASCE Int.Workshop on Computing in Civil Engineering, 2012:618-625.

[10]LEE Sanghoon, Liu Yifan, Chunduri S, Solnosky R,Messner J, Leicht R, Anumba C.Development of a process model to support integrated design for energy efficient buildings [C]//Proceeding of the 2011ASCE Int.Workshop on Computing in Civil Engineering,2012: 261-268.

[11]李楚舒, 崔 路.基于IFC的建筑协同设计标准研究初探[J].土木建筑工程信息技术, 2011, 3(2):1-4.

[12]何关培.实现BIM价值的三大支柱-IFC/IDM/IFD [J].土木建筑工程信息技术, 2011, 3(1): 108-116.

[13]周 成, 邓雪原.IDM标准的研究现状与方法[J].土木建筑工程信息技术, 2012, 4(4): 22-27.

[14]靳 金, 安景合, 黄锰钢.BIM信息交换流程标准制定方法研究[J].土木建筑工程信息技术, 2012,4(4): 15-21.

[15]清华大学软件学院BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架[J].土木建筑工程信息技术, 2010, 2(2):1-5.

[16]Wix J.Quick guide: business process modeling notation[EB/OL].(2007-01-08).http://iug.buildingsmart.org/idms/methods-and-guides.

[17]See R.IFC solution factory: model view definition site [EB/OL].(2013-05-23).http://www.blis-project.org/IAI-MVD/.