基于CIM 平台的竣工验收备案编码研究

罗冠鑫 李兵 万鹏

(中国建筑第四工程局有限公司，广州510665)

引言

城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM）是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、数字孪生和物联网（IoT）等技术为基础，数字化重构城市空间、建筑与设施、资源与环境等实体，监测感知其发展变化、仿真表达历史现状未来多维多尺度信息，模拟城市规划、建设与管理运营过程，构建起数字空间的城市信息有机综合体[1]。

1 CIM 平台竣工验收备案定义与需求

1.1 基于CIM 平台的竣工验收备案的定义

要支撑城市信息城市信息模型的运行，需要一个能够满足城市信息模型数据在其中进行交互、交汇的平台，这个平台就称之为CIM 平台[2]。CIM 平台不仅是一个平台和系统，而是城市信息模型基础平台与基于城市信息模型基础平台构建的各专项应用系统的总和[3]。其中，竣工验收备案系统就是专项应用系统主要应用之一。旨在通过计算机技术解决竣工验收交付物分析处理与集成管理。基于CIM 平台的竣工验收备案系统，就是在CIM 平台上完成三维数字化竣工验收及备案等相关工作[4]。建设工程竣工后，建设单位将建设工程竣工资料交付规划、消防、环保、人防等多部门进行联合验收，并将出具的竣工验收认可文件或准许使用文件报建设行政主管部门审核[5]。最终，实现将工程竣工资料在竣工验收系统等CIM 平台中的备案。

1.2 基于CIM 平台的竣工验收备案编码需求

CIM 平台竣工验收备案，对竣工验收备案时的模型和资料提出了完整性、合规性、一致性检查的多面性要求。完整性检查，即检查工程图纸、挂接文件、变更材料和属性信息的完整性。合规性检查，则是对是否符合验收规范进行检查以及对检测结果进行检查。一致性检查，则是图纸和模型、竣工验收模型与施工图审查模型、变更资料与模型差别及竣工模型与竣工现场实际模型多过程的一致性检查。

如图1 所示，CIM 平台对竣工验收模型数据及资料数据的检查和对比提出了大量地功能实现要求。研究表明，形成一套适宜的编码方案将可以很好地解决这些问题。通过定义数据和资料不同情况和表现形式，尤其是分类和表达，将大大地提高竣工验收备案数据与资料对比准确性[6]。因此，基于CIM 平台上的竣工验收备案系统研究一套适宜的编码体系将必不可少[7]。

图1 基于CIM 的竣工验收备案系统数据组织关系图

目前，与BIM[8]及CIM 相关的编码规范[9]主要有GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分类和编码标准》。GB/T 51269-2017 《建筑信息模型分类和编码标准》按照建设成果、建设进程、建设资源、建设属性4 个内容分出15 个分类表[10]。编码时，编码结构先写“表代码”，然后加上每个分类表内的对象。下分四级类目依次分为“大类”“中类”“小类”“细类”。用户可以从不同的角度选择分类编码方式来对建筑信息模型进行编码说明，该方式具有较强的面分法特点。其中，建设成果的元素分类方式能够反映建筑信息模型的不同元素类别，同时由于细分的深度达到元素级，有利于计算机执行归类。而CIM 的竣工备案分类编码时相对于其他的编码分类方式也有更强的相关性。

由于CIM 平台对竣工验收备案功能实现要求具有一定的特殊性，现有编码体系均难以满足CIM 平台的竣工验收备案系统。基于CIM 平台的竣工验收备案系统的特殊性主要体现在以下几个方面：

（1）需加大编码深度

GB/T 51269-2017《建筑信息模型分类和编码标准》[11]的编码能达到元素级，但同类元素下具体组成构件无法表达，要让基于CIM 的竣工验收备案系统实现构件的检查，需要各个构件有独立编码。因此，需要加大编码的深度使每个构件都有编码。

（2）需构件编码在模型全生命周期内传递

CIM 平台竣工验收备案系统要求施工图审查模型和竣工验收模型进行对比检查，两个模型构件做自动判断识别，找到变更构件（如图2 所示）。由于设计模型和施工模型创建单位不同且各单位间的建模方式、构件编码也均不尽相同，导致模型不能上下传递。因此，就需要通过一套唯一的构件编码系统实现项目多阶段乃至全生命周期传递。

图2 模型一致性检查示例图

（3）通过编码实现模型和资料有效关联

CIM 平台竣工验收备案系统的一致性检查要求是将对比模型中的差别与变更资料相关联，就是需要在施工图审查模型和竣工验收模型或项目现场和竣工验收模型出现差别时，有挂接的资料能够提供发生模型变更和现场变更的证据文件，证明其变更的原因。因此，利用编码能够有效地实现这个工作难题。

（4）编码需结合施工过程的特点

作为能在CIM 平台进行的竣工验收备案，除要保留设计阶段的信息以外，更重要地是对于施工阶段的信息进行添加和表达，同时匹配竣工验收备案的要求。而竣工验收备案时，资料和信息是以分部分项来进行验收的，因此，编码应考虑结合分部分项验收的特点，对表现施工的信息及保证资料信息的可靠性很有必要。

鉴于以上四个方面的特殊性，各个之间并不孤立，这些均需我们在探索新的编码方案时进行统筹考虑。

2 基于CIM 平台的竣工验收备案编码方案

2.1 编码方案的基础

2.1.1 总体思路

针对基于CIM 的竣工验收备案系统的需求，所采用的编码方案应按照如下思路进行：

（1）保证施工图模型已赋予唯一性编码

竣工验收备案模型的主要模型信息来源是施工图模型，对施工阶段而言，施工图模型的深度比规划模型可使用性高。基于这个编码方案，施工图模型中每一构件均赋予一个唯一性编码，使每一构件的几何信息、属性信息等均与这一编码对应，从而，让计算机实现快速检索。

（2）竣工图模型沿用唯一性编码

唯一性编码一旦赋予给了某个构件，该编码将沿用至项目全生命期内设计阶段、施工阶段、竣工验收阶段及运维阶段，实现对模型构件的全生命期识别、修改、深化、信息添加，使每一构件在模型各阶段应用时，对模型的各种信息进行更新完善。因此，在施工阶段，对构件信息的深化过程中，构件的唯一性编码不应改变。对同一位置的同一构件，应保持竣工图模型与施工图模型唯一性编码的一致性，以便计算机能通过编码识别相同构件。

（3）通过唯一性编码进行对比审查

竣工图模型交付后，通过对竣工图模型和施工图模型中唯一性编码相同的构件逐一进行属性信息和几何信息的对比审查，其中以几何信息和重点属性信息对比为重点。长宽高、位置等几何信息的变化，通过布尔运算，标识出变化的构件，方便审查人员核对；类似混凝土的标号等重点属性信息，通过赋值对比，标识出变化的属性信息。有几何信息和属性信息偏差的地方应当有必要的变更单、联系函等资料作为对比差异的合法性支撑。

2.1.2 编码原则

要满足编码的有效性，需要在编码的思路中体现如下原则：

（1）施工图模型及竣工图模型中的每一个构件需要有唯一性编码。只有保证模型每个构件都存在唯一性的编码，才能在平台中准确区分和定位每一个模型，这是进行对比审查的基础；

（2）唯一性编码应当在单一模型中唯一。以单一模型为考虑对象，模型内构件的唯一性编码应当唯一，这样才能准确区分每一个模型中的构件；

（3）唯一性编码应当赋予到模型中可拆分的最小构件。对于模型中的构件唯一性编码，应当赋予至最小不可拆分层次，保证对比审查的精细程度；

（4）唯一性编码原则应在设计阶段、施工阶段、运维阶段等各阶段统一。各阶段唯一性编码统一，才能进行各阶段信息的表达。如无法保持统一，也应当建立对应的指向关系；

（5）唯一性编码应当遵循统一规则。由于采用线分法，可以建立比较简单的编码层次关系，编码宜采用线分法进行分类。按照统一的规则进行唯一性编码的结构组织，方便读取编码和检查编码；

（6）唯一性编码应当考虑存在一定的弹性。施工图模型到竣工图模型，可能会存在构件的拆分和替换，宜在唯一性编码中体现这种变化，唯一性编码中应有能让构件继续进行新增编码的操作弹性；

（7）唯一性编码录入考虑机器为主，人工为辅。由于施工图模型、竣工图模型中添加唯一性编码的工作量较大，且容易出错。因此唯一性编码的录入考虑以机器录入为主，人工录入为辅，且考虑信息的复用；

（8）唯一性编码用来检查构件变化，施工过程的特征信息用来匹配该构件的挂接资料。可考虑按照竣工验收的分部分项辅助资料挂接。

2.1.3 审查对比实现

施工图模型与竣工图模型同一性对比审查包含唯一性编码对比审查、几何信息对比审查、属性信息对比审查等三方面内容。

唯一性编码对比审查。通过软件识别构件的唯一性编码，标识出施工图模型和竣工图模型中唯一性编码不一致的构件，包括前后编码不一致、编码缺失等问题，方便审查人员核对前后模型差异部分。

（1）几何信息对比审查。对于模型中唯一性编码相同的构件，通过软件对构件进行布尔运算，如前后构件存在偏差，则对构件予以标识，方便审查人员进一步核对构件的区分。

（2）属性信息对比审查。对于模型中唯一性编码相同的构件，通过软件对各相同属性的值或属性增减进行比对，如前后构件存在偏差，则对构件予以标识，方便审查人员对构件属性信息进行核对。

如施工图模型与竣工图模型通过上述审查后，差异部分有合法资料作为支撑，则认为前后模型保持一致。如不能通过上述审查，则生成对比审查报告，供审查人员参考。

2.2 编码方案具体内容

根据总体思路、基本原则，研究组列出以下几种编码的方案作为对比研究基础，具体方案内容为：

2.2.1 GUID 码方案

GUID，全称Globally Unique Identifier，即全局唯一标识符。是一种由算法生成的二进制长度为128 位的数字标识符。在理想情况下，任何计算机和计算机集群都不会生成两个相同的GUID。GUID 的总数达到了2^128（3.4×10^38）个，所以随机生成两个相同GUID 的可能性非常小，但并不为0。所以，用于生成GUID 的算法通常都加入了非随机的参数（如时间），以保证这种重复的情况不会发生。

GUID 的 格 式 为“xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxxxxxx”，其中每个 x 是 0-9 或 a-f 范围内的一个4 位十六进制数。例如：6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，即为有效的 GUID 值。

在绝大多数建模软件中，构件上都有随机生成的GUID 码。该编码方式是完全随机的，以软件生产，不需要人为干预，也不以人为规则而改变。生成的编码不包含具体含义，是天然的唯一码形式。

2.2.2 模型ID 和元素ID 组合码

通过计算机赋予模型“模型ID”和构件“元素ID”组合的唯一性编码来定义构件的唯一性。编码格式为“模型ID_元素ID”。该编码前段“模型ID”以“地区码+ 日期码+ 模型码”作为组合，后半段“元素ID”为元素的构件码。例如：4401060012019121000001_19999，表示“广州市天河区五山街道2019 年12 月建立的第1 个模型中流水号为19999 的构件。”

该方案的模型赋码环节安排在设计阶段全部资料都已经到位，准备交付交付平台前，交付时由软件生成唯一性编码。竣工图模型直接沿用施工图模型中的唯一性编码。

2.2.3 模型ID、元素ID 和分部分项组合码

该方案的编码方式是在“模型ID”和“元素ID”编码的基础上，通过增加“分部分项ID”对唯一性编码进行属性说明，提高唯一性编码的可辨识性。编码的格式为“模型ID_元素ID_分部分项ID”。编码的前段“模型ID”为“地区码+日期码+模型码”，中段“元素ID”为元素的构件码，后段“分部分项ID”为施工阶段的分部分项标识码。例如：4401060012019121000001_19999_JG0201，表示“广州市天河区五山街道2019 年12 月建立的第1 个模型中流水号为19999 的构件，其属于砌体结构分部分项。”

该方案“模型ID”和“元素ID”模型赋码环节安排在设计阶段全部资料都已经到位，准备交付交付平台前，交付时由软件生成唯一性编码。竣工图模型直接沿用施工图模型中的唯一性编码。“分部分项ID”赋码环节则安排在施工阶段的竣工交付前。模型ID 和元素ID 赋码工作由软件生成，分部分项ID 由人工或软件填写。

2.2.4 分部分项和GUID 组合码

该方案采用“系统标识码/分部分项ID+流水编码组合码”的组合码形式，也能生成唯一性编码。编码格式为“分部分项ID_GUID 流水编码”。编码的前段为“分部分项ID”的分部分项标识码，编码后段为生成的“GUID”流水码。例如：JG0201_6F9619FF-8B86-D011-B42D-00C04FC964FF，表示“砌体分部分项中的某一构件”[12]。

该方案赋码环节安排在设计阶段填写完毕分部分项ID，交付时生成GUID 流水编码。竣工图模型直接沿用施工图模型中的唯一性编码。分部分项标识码由软件辅助人工填写，GUID 流水编码由软件生成。

2.3 编码方案比选及确定

2.3.1 方案优劣势分析

根据每个方案的特点，研究组将四个方案在使用时的优劣势做了分析，如表1 所示。

表1 四种方案的优劣势分析

2.3.2 推荐方案

按照上述分析，结合操作的便利性和软件实现的可能性，研究组认为采用模型ID、元素ID 和分部分项ID 组合码（方案三）以及分部分项ID 和GUID 组合码（方案四）来进行基于CIM 平台的竣工验收备案编码，能较好地满足CIM 平台在竣工验收备案中关于模型比对、资料挂接、体现施工特点等方面的多种需求。同时通过编写插件或软件来进行大部分的自动赋码，实现赋码过程“机器多干活少思考，让人员少干活多思考”的理念，帮助编码模式落地而展现出更好的适应性，推荐在编码应用中采取方案三和方案四来作为实施方案。另外需要注意的是，由于目前没有成熟的模型ID、元素ID 和分部分项ID，后续实践时需要对这三种编码的具体形式展开进一步的研究和定义，尤其是分部分项ID 的编码方式，因其对指导施工活动进行和竣工模型完成有直接作用和重要影响，十分具有创建价值，更需要做认真的研究和反复的论证。

3 结论

通过对编码及编码方案的研究和实践，发现采用唯一码编码方案是实现基于CIM 平台竣工验收备案有效途径，如果在唯一码方案中融入以分部分项为基础的组合编码方式来升级唯一码的内容，更能在竣工验收备案时体现施工过程的特点，挂接施工过程形成的各种资料，匹配竣工验收流程。同时也能更好地满足CIM 平台需求，帮助CIM 平台上的相关竣工验收备案参与方更好地开展信息化工作，提高政府主管部门和企业的信息化管理水平和CIM 协同体验，对未来CIM平台的进一步发展起到良好的推动和促进作用。