基于企业架构的BIM族库管理系统研究与实践

2020-04-07

土木建筑工程信息技术 2020年1期

(中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

引言

Revit族作为一个可编辑图元组，不仅包含了相关图形，而且也囊括了通用属性(即参数)。从根本上来看，Revit族是同类、同批建筑工程构件的集合，是构建BIM模型过程中必不可少的一部分，对于整个BIM流程而言至关重要[1]。Revit族库，指的是在遵循参数、特性等属性的条件下，将众多的Revit族分类归档为数据库。另外，对于企业而言，Revit族库是其核心资产的来源之一，也是一种知识积累。

随着中建八局项目的开展和深入，完成了对相关族资源的积累。工作中，可直接调用族库数据，依据实际需要调整参数，以使工作效率得到提升。但同时存在两方面问题：

一方面，因为BIM技术的发展存在着不平衡性，使得业务领域开始趋于多元化，各个子企业对所积累成果的存储手段均为“离散存储”，不仅使企业内部以及项目间无法实现对成果的共享，同时不利于集中管控以及成果流转。

另一方面，中建八局以文件形式作为Revit族存储管理的主要方式，将Revit族存储在各子公司自建服务器中。该方式存在诸多隐患问题，如无审查机制、低检索效率、低安全性，不能使Revit族达到较高的可复用性以及正确性。

为应对以上问题，需要通过广泛的复用来更加合理地对族库资源进行管理，提高BIM的工作效率，降低BIM的实施成本[2]。

1 企业BIM族库的设计

1.1 族库的开发需求分析

在对中建八局企业总部、二级公司、三级公司、以及200余个项目，进行深入调研的基础上，总结出中建八局族库管理系统的主要业务需求。具体如表1所示。

对于族库管理系统而言，既要拥有角色管理、权限管理与人员管理的功能[3]，还需研发族库管理与查询、批量升级与报表统计、族上传/下载与版本管理等功能[4-6]。

(1)PC端。Revit客户端提供了和Revit的无缝集成，在Revit的基础上，通过提供上传、下载、云同步、属性添加等功能，让使用者可以方便地与族库系统进行沟通；通过对参数的管理，以及模型的展示，可以更方便地操作目标族文件。

表1 业务需求分析

创建二级公司管理二级公司创建三级公司管理三级公司用户管理专业管理族批量上传族批量下载族下载族审核属性添加增加族参数修改族参数删除族参数云同步更新日志管理加密方式设置统计管理企业总部√√√√√√√√√√√√√√二级公司√√√√√√√√√√√√√√√√√三级公司√√√√√√√√√√√√√√BIM工程师√√√√√√

(2)Web端。对于族库系统的管理，通过脱离Revit的简化方式来进行。该端提供了包括用户管理、日志管理、统计中心、分公司管理、专业管理等功能。

1.2 族库的总体架构设计

图1 族库管理系统总体架构设计

由图1可看出，该系统主要包含以下结构，即：

(1)基础架构层。该结构层借助于数据服务器的使用，通过操作系统以及办公网络等相关环境软件的作用下来实现搭建过程。负载均衡以及虚拟化技术，提升了服务端稳定性[7-8]。

(2)系统功能层。该层将用户管理、接口管理、权限管理等通用功能抽象，引入工作流等成熟框架，对相关功能进行了重用，实现了与已有系统的正常对接。

(3)应用功能层。该层主要分为两大部分，其一是族库管理，其二是相关过程管理。

(4)外部接入层。因该系统的开发环境是Revit 2019，所以，BIM工程师可通过Revit对系统进行使用。

2 族库系统的开发与实现

2.1 技术实现

族库系统是基于Autodesk Revit平台的族文件管理软件，借助Revit SDK进行二次开发，能够与Revit无缝集成，且支持Revit多个版本，平台包括Web端管理和Revit插件端工具。

Web端采用MVC框架，将业务逻辑、数据、界面显示分离，通过MySQL数据库来对后台数据进行存储，通过EF方式实现数据库的访问；插件端通过WebAPI请求获取数据；插件端使用SDK中的外部应用程序和外部命令接口来启动族库管理平台及运行各功能，通过后台权限管理控制用户的上传下载权限，通过监听Revit事件完成族文件的加解密操作，加密包括系统级、文件级及水印三种方式，以实现不同等级加密。

为了实现族文件的结构化管理，平台可以为各分公司创建独立的文件库，并支持在库下进行各专业及更详细的目录划分。

2.2 主要功能特色

2.2.1 基于企业级架构的多级权限管理

在Revit中对BIM模型的构建过程离不开对族的使用，企业需要以生产实际以及专业需求为依据对系统进行基于企业级架构的设计。

1)分公司管理。中建八局企业管理构架模式采用“垂直管理、区域协调”的组织架构，纵向上总体分为局总部和二级公司、三级公司、经理部/项目部。系统管理的体系实现了中建八局基于企业级架构的多级管理，各个管理层级实现不同的功能，分公司既可以享有中建八局公用族库，也可以在系统内同步搭建私有族库。

图2 分公司管理

图3 专业管理

2)用户的角色与权限定义。可通过用户管理模块来实现对管理人员分组，对用户权限修改。此模块实现高级管理人员对项目中所有用户的管理。分为新用户、BIM工程师、三级公司管理员、二级公司管理员，局总部管理员等几个管理级别。

3)报表统计。管理人员以系统已有族为依据，按需生成报表。通过族的具体应用反馈，对族库持续扩充、改进。

图4 上传与下载排行

图5 日志管理

2.2.2 入库信息的分类与检索

为确保应用的有效性，应制定与BIM族库相符的管理制度。对成果资源的组织架构、数据重用、以及成果检索进行有效的控制[9]。

族的自主编码。在各模型或各专业当中，通过编码的规范化命名可让族的数据传递得到保障，如此才能让计算机更加便捷地检索、存储和识别。当成果归入族库时，需通过审核与加工，籍此确保族库中相应建筑成果(如存储方式、属性信息、数据类型、分类方式、命名规则和BIM模型等)的有效管理。

信息内容的规范与统一是必要条件，同时，检查并规范入库信息完整性也是重要前提，唯有如此，才能根据BIM成果管理要求对模型、文档等资料进行审核。

图6 族库管理系统族入库/下载/检索

2.2.3 属性信息的高度可扩展

Revit建模将族视为基础单元，其可复制性、可参数化驱动是较为显著的特点，所设计出的族的优劣将直接影响到建模效率。Revit中对各类族进行了界定，所以制作的族同时具有几何属性和非几何属性，同时包含了几何尺寸、形状以及材质等参数化信息，如何对这些属性进行合理组织和有效获取，是该系统的一项重要工作[10]。族库管理系统中，属性信息的扩展涉及自定义属性与修改族参数两方面内容。

1)自定义属性。“参数”中创建或选择已有参数，选择“文本”、“整数”、“数字”与“日期”四种“参数类型”中的一种，输入具体参数值，完成自定义属性的添加；

2)修改族参数。对话框中连续添加自定义参数，当对自定义属性的值需要修改时，直接对其值进行修改，对创建者可删除不需要的自定义属性。

图7 族的属性信息扩展功能

2.2.4 同步更新至最新版本

快速地将项目中使用的族自动更新到最新版本，项目间的数据便可实现传递以及流转。

检查当前项目中族文件的版本是否与“族服务器”中对应的族文件版本信息相同，同时可以快速地将项目中族文件自动更新到最新版本。若检索发现，当前项目/本地工作目录族文件不是最新版本，进行同步更新操作后族文件自动更新到最新版本，若“族服务器”中已经删除该族，更新后本地该族文件上传至“族服务器”中。或者当前项目族文件与“族服务器”中对应的族文件版本保持一致。

2.2.5 族文件的数据安全管理

族库管理系统提供了功能强大的文件加解密功能，通过多层次的文件加密功能，能够保证客户的文件得到充分的保护[11]。加密机制主要分为文件级别和内容级别。

1)文件级加密

如果对文件进行了文件级的加密，那么该文件必须在安装了族库客户端的PC上打开，对于其他的电脑，会出现错误提示；对相应的文件添加水印来彰显企业对文件的所有权。

2)内容级加密

内容级的加密主要是对族文件的内容进行相应的加密，其具体分为三个级别：

级别1：参考面、标注等不可见；如屏蔽一些图例信息。

图9 内容级别加密

图10 族文件使用频次的统计和分析

级别2：参考面、标注等不可见+参数驱动尺寸不工作；在该级别的加密中，还禁止参数驱动尺寸的功能。

级别3：参考面、标注等不可见+参数驱动尺寸不工作+公式隐掉；可以完全把族文件中的公式隐藏，更高级别地控制了族库的信息，如图9所示。

2.2.6 族文件使用情况的统计分析

云端保存了相关数据成果，能够按时间、按专业对高频使用和较少使用的族文件进行统计和分析，确定下一阶段将围绕哪个分布分项、子项进行族文件的更新与维护。

2.3 工程实践效果

1)BIM模型的信息共享，提升了协同工作效率。BIM技术在建筑项目应用的过程中，会涉及到项目各参与单元间的协同工作和成果数据共享等要求。各专业族数量情况， 2017年族总数11 540个， 2018年、2019年的增长率分别为31.5%、22.6%，目前族总数为21 305个，其中以机电专业、建筑专业、园林景观专业族数量居多，三者占族数量的78.9%。族库为建筑工程项目的多参与方、跨地域、跨组织的协同工作提供了强大的数据支撑。