基于BIM技术的建筑工程构件管理与共享平台研发

陈 统 龚旭峰 王鸣翔 王露倩

中天建设集团有限公司 浙江 杭州 310020

1 项目背景

城镇管网改造工程PPP项目位于浙江省温州市文成县大峃镇、黄坦镇等5个镇，建设内容包括给排水系统、电力系统、通信系统和燃气系统等，其中新建给水管约172 km、新建污水管约253 km、新建雨水管约100 km、新建电力管线约57 km、新建综合通信管线约35 km、新建燃气管道约20 km。

该项目参与方众多、项目周期长、专业种类多、信息类型复杂，若按传统的信息传递方式，容易导致数据格式不兼容、信息丢失、无效数据冗余等问题。因此，该项目从设计阶段到运维阶段全过程采用BIM技术，通过数字化仿真模拟工程所具有的真实信息，并通过建设基于Revit软件的构件库平台来保证构件模型数据的一致、安全、有效。

2 构件库平台的需求设计

2.1 主要功能设计

BIM构件库平台的主要功能包括归类存储、编码命名、浏览检索、上传审核、下载使用、加密保护、账号管理、激励机制设置、数据统计和数据备份等。

2.1.1 归类存储

对族文件进行有效分类是构件库存储、编码、快速检索、上传/下载等功能开发的基础[1]。本项目的构件按四级目录结构存储。第1级为专业，包括建筑、结构、给排水、强电、弱电和燃气等；第2级为专业子系统，如生活给水、消防给水、雨水和污水等；第3级为构件类型，如流量表、阀门和水泵等；第4级为样式/尺寸/材料等，如旋翼式水表和螺翼式水表等。

2.1.2 编码命名

在对构件进行有效分类后，按照统一标准对其进行命名及编码，可以确保构件的唯一性[2]，并提高构件平台的检索效率。

本研究参考了GB/T 51269—2017《建设信息模型分类和编码标准》，按四级目录结构设置9位编码，中间以“-”隔开，如图1所示。

图1 项目构件编码格式

2.1.3 浏览检索

构件库平台提供树状结构目录的导航浏览，也提供关键字检索功能，方便用户快速定位所需构件。平台可显示每个构件的三维预览图，也能动态显示/隐藏构件详细参数，方便用户下载前的筛选与查看。

2.1.4 上传审核

构件库平台为有权限的用户提供构件模型上传功能。管理员根据内部BIM建模标准，对上传后的构件进行审核，包括文件格式、参数名称、约束设置等，在确认合格后，发布至共享平台。如果构件模型不符合标准或当前平台已有类似构件，管理员会将意见及时反馈给建模人员，协助提升构件模型质量。

2.1.5 下载使用

构件库平台在Revit软件环境中，提供构件模型直接下载、布置使用等功能，同时还应提供快捷操作方式，并确保多个用户对同一文件同时访问的时效性及内容的完整性。

2.1.6 加密保护

构件模型是制作者的劳动成果，也是项目组织的核心资产之一[3]，在分享的同时要保证其内容安全，防止信息外泄。构件库平台应采取数字加密等安全技术，保护构件模型的知识产权。

2.1.7 账号管理

本研究设置多级用户权限，包括未授权用户、普通用户、管理员和超级管理员。平台只供已注册且被授权的用户使用。其中普通用户具有访问、下载等基础权限；管理员一般为项目参与方负责人，其权限包括授权普通用户、审核构件模型等；超级管理员负责分配管理员权限。

2.1.8 激励机制设置

为了促进构件库平台的良好发展，应采取一定的激励措施，奖励族模型制作者，鼓励知识创新[4]。本研究设置构件签名与积分奖励这2种机制。构件签名是在构件库主浏览页面中，每个构件缩略图都可以显示制作者的姓名；积分奖励是对于审核通过或被下载次数较多的构件模型的制作者，给予一定积分的奖励，并定期以其他形式结算奖励。

2.1.9 数据统计

构件库平台不仅要记录每个构件模型的制作者、上传时间、下载次数、下载者、下载时间和使用评价等，也要记录用户的行为，包括下载内容，上传/下载次数等。通过详细的数据统计，可以分析构件模型的使用趋势，也可以根据结果奖励相关人员[5]，对构件模型的受欢迎度进行排序等。

2.1.10 数据备份

构件库平台应定期对数据进行备份，保证数据安全，本研究对云服务器端的数据库数据每天备份一次，构件模型文件每周备份一次。

2.2 系统架构设计

构件库平台采用C/S架构，即构件模型文件、用户信息等数据存放在云端服务器，用户通过本地Revit客户端进行访问。

3 构件库平台的开发与实现

3.1 技术实现

构件库平台是基于Autodesk Revit软件的构件模型管理与分享软件，采用C#语言、NET Framework 4.6、Revit 2016 SDK进行二次开发，以插件形式集成到Revit工具栏中，支持Revit 2016及以上版本。

平台采用MySQL数据库存储用户及构件信息，并部署在阿里云服务器，构件模型以rfa文件格式存放在云端服务器指定目录下。

构件库平台开发采用5层架构，分别为表现层、服务层、业务层、数据访问层及公共基础设施层，如图2所示。

图2 构件库平台开发的5层架构

3.1.1 表现层

表现层（user interface layer，UIL）包括UI用户界面和UI逻辑。构件库平台的用户界面采用WPF（windows presentation foundation）技术及Revit API提供的外部应用程序接口IExternalApplication。UI逻辑采用WPF MVVM（model-view-view model）模式，可以将UI用户界面和UI逻辑完全分离。

3.1.2 服务层

服务层（service layer，SL）的功能是组织各个业务对象，消除表现层与业务层之间的耦合。构件库平台服务层采用WCF（windows communication foundation）技术，可以方便地通过配置达到远程调用服务的目的。

3.1.3 业务层

业务层（business layer，BL）包含系统所需要的业务过程的实现，并与下层的数据访问层交互。业务层包括领域模型、业务规则、业务逻辑、DTO映射层及核心中间件（包括第三方组件，工作流引擎等）。

3.1.4 数据访问层

数据访问层（data access layer，DAL）的功能包括对MySQL数据库的读写，以及对构件模型文件的访问，也包括事务处理和并发控制等。操作数据库的方法采用.NET Framework提供的MySql.Data类库，操作文件的方法采用System.IO类库。

3.1.5 公共基础设施层

公共基础设施层（common infrastructure layer，CIL）包括业务实体、通用模块、异常模块、配置模块、日志模块以及第三方组件等，其余4层均可依赖于公共基础设施层。

3.2 主要功能实现

3.2.1 Revit工具栏

构件库平台以Revit软件插件的形式集成到Revit软件工具栏中，主要包括账号管理、族库系统和帮助信息。

1）账号管理系统的功能包括账号登录、退出、注册、密码重置、账号信息显示/修改。

2）族库系统的功能包括族上传、分类显示、搜索、加载/布置、个人族库。

3）帮助信息的功能包括显示版本信息、更新说明及管理员联系方式。

3.2.2 浏览检索页面

构件库平台主浏览界面包括导航栏、搜索栏、主浏览区域及页面跳转栏。每个构件均显示三维轴测图并提供下载按钮。

3.2.3 构件模型文件加密

采用Revit API提供的可扩展存储（extensible storage）及外部事件实现对构件模型文件的加密保护，BIM构件加密/解密机制如图3所示，加密后的效果如下：

图3 BIM构件加密/解密机制

1）若Revit软件加载构件库平台插件，则可以正常浏览构件模型及内部参数，但无法将构件模型文件保存或另存。

2）若Revit软件卸载构件库平台插件，则无法显示构件模型及内部参数。

4 结语

构件模型是工程项目BIM应用的基础要素，构件库平台的建设能保证项目全生命周期中构件数据的标准统一。本文所开发的构件库平台交互方便、信息完备、安全性高，能够确保构件模型具有较高的可复用性，显著提高BIM应用效率[6-7]。

构件库平台已于2019年正式上线，在温州市文成县管网改造工程中广泛应用，受到了各级业务人员的肯定，为该项目其他BIM技术的应用奠定了基础。