基于BIM 技术的施工知识库管理与共享平台研发

王鸣翔，龚旭峰，王露倩，杨海彪

（中天建设集团有限公司）

1 引言

知识是人类在实践中认识客观世界的成果。在知识经济时代，它更是成为了一种战略性资源，是组织赖以生存和持续进步的源动力[1]。而知识库是将知识进行收集整理，并按照一定的方法进行分类保存的集合。它实现了知识的有序化，便于知识的检索与使用，进而加速了知识的流动速度，有利于知识的共享传承与迭代更新[2]。

现阶段，建筑业仍属于劳动密集型产业，建筑产品的过程管控和完成质量，很大部分仍取决于相关人员对施工知识的掌握程度。传统的知识传递手段依托于繁冗枯燥的文字资料，导致知识在流转的过程中，受阻于人员素质、专业技能等因素形成的沟通壁垒。而基于BIM技术的施工知识库创建，将企业长期积累的优秀施工经验、标准化做法等内容进行整合，通过三维仿真技术，形成具有企业自身技术特色的三维技术管理与共享平台，直观高效的对相关人员进行安全和质量交底。

表1 Unity3D 与Unreal Engine4 引擎对比分析

2 设计总体框架

2.1 图形引擎比选

项目团队结合自身技术特点以及平台整体定位，对业界主流的图形引擎进行比选，最终选择Unity3D 作为知识库平台的开发引擎。

Unity3D 引擎采用C#编程语言，开发便利，适合个人或小型开发团队；通过专用插件，还可以将BIM 模型完整导入，与平台的建设思路较为契合（见表1）。

2.2 技术架构介绍

平台主要根据工程特点和不同施工阶段要求，将企业在样板做法、实用技术和简单高效工法等内容融合，通过三维仿真技术进行安全和质量技术交底，简明扼要、通俗易懂、针对性强，并建立满足企业自身需求的技术交底系统资源库。

在Unity3D 引擎开发的基础上，结合施工工艺BIM 模型，以视频、图片以及文档的形式，对施工部署、质量控制、安全防护、施工工艺、技术交底以及规范标准等进行知识集成，并根据实际工程项目特点，在通用资源的基础上，筛选出个性的技术疑难解决资源，指导具体工程项目的实施（见图1）。

图1 平台技术架构

3 平台知识库建立

3.1 数据来源

知识库来源包括：

①行业现行规范及标准；

②企业样板做法、实用技术和简单高效工法；

③质量、安全交底内容；

④项目施工部署；

⑤项目技术疑难问题解决等。

知识库由专人进行维护，保证内容的先进性与正确性。

3.2 功能模块

知识库中的数据录入时，遵循技术架构及开发目标，共设有7 个功能模块（见图2），提供不同的施工知识获取服务。

3.2.1 施工部署

通过三维动画形式，将不同施工阶段的工程开展顺序、主要施工方案、各施工任务划分与组织安排、施工工作计划等建造过程完整展示。

3.2.2 技术疑难

结合当前项目，以工艺视频的形式，向用户提供不同施工阶段的技术疑难与解决方法。

3.2.3 质量控制

分为质量样板和防渗漏节点两个模块。质量样板结合项目特点，将企业质量样板做法通过三维动画形式，根据工序将各主要环节的施工要点和工艺参数完整的进行展示。防渗漏节点则是对屋面、门窗、外墙、地下室、后浇带等易产生渗漏部位的标准节点做法，以三维模型或图片的形式进行表现。

图2 知识库功能模块

图3 注册界面权限设置

3.2.4 安全防护

在基础、主体阶段的BIM 模型上，将安全防护设施的设置部位、防护形式和相关做法以三维可视化的形式进行展示。

3.2.5 施工工艺

根据项目重难点，将企业相关的实用技术、简单高效工法和技术解决方案，通过动画形式表现，按工艺流程对各环节的技术要点和施工注意事项进行说明。

3.2.6 技术交底

根据不同施工阶段，将涉及到主要施工方案以文本形式进行图文并茂、简明扼要的交底。

3.2.7 规范标准

通过与工程安全与质量相关的规范和标准，向用户展示各个工序在交底验收中的行为标准。

4 平台拓展应用

4.1 用户权限运用

平台针对项目管理人员的级别进行权限设置，需要用户在注册登录模块中进行确定（见图3）。考虑到工地上可能发生的人员变动，在使用权限上又增加了使用次数的限制。管理员为用户进行注册时，账号和密码及使用次数将实时存入网络数据库中。用户在登录时，系统将登录信息与网络数据库进行比较，如果数据符合，即将次数减1，然后解锁系统。

4.2 视频智能加载

平台将向用户展示数十个施工工艺动画视频，其中还包括每个工艺的工序分解。工序分解功能主要是将现有的视频文件分割拆解，进行单独的播放，但这样会导致系统对磁盘空间的过度占用。研发团队最终采用智能加载的模式：通过文件检索函数读取目标目录下的视频文件，再通过特定的符号拆分文件名，将所需的部分分别加载到指定的UI 界面中，然后建立一个临时序列，将同一施工工艺的动画视频文件暂时保存在该序列中，需要播放时，执行整个序列的顺序播放来实现整体播放的功能。在使用工序分解模块时，系统会根据选中的工序目录在该临时序列中查找并调用相应的视频进行播放，视频使用率提高一倍。在不改变功能的情况下减少了磁盘占用空间。经核算，空间可以节约60%。

4.3 镜头视角聚焦

镜头视角聚焦应用针对安全防护模块。当用户选取相应的组件时，镜头会直接定位到该组件的位置，并以图文的形式对该组件进行描述，帮助用户更便捷的查看所需组件，了解相关的做法信息（见图4）。

4.4 文件动态加载

平台系统需要加载的文档包括文本文档以及图片文件。考虑用户后期自行添加或修改资料的需要，采用WWW 函数对特定目录进行检索，然后将读取的文件名实时添加到用户界面的下滑菜单中，降低开发人员后期对模块进行维护和升级的难度，也便于非开发人员自行添加和修改相关资料。

4.5 地图传送功能

该功能向用户提供场地俯瞰视角，用闪烁的绿色图标标识位置，使用文字注明区域名称，方便管理人员快速传送至该区域进行细节查看（见图5）。

图4 安全防护模块中的视角聚焦

图5 地图传送功能界面

5 平台实施应用

平台应用依托于湖北武汉龙阳碧桂园项目，研发团队根据管理人员的使用权限不同，进行了相应的账户注册。跟踪项目管理人员对于平台的使用情况，根据反馈进行后续改进的计划制定。

5.1 用户使用反馈

通过了解用户的使用情况，我们发现基于BIM 的可视化环境极大的调动了使用者的积极性。同时知识库对信息的集成与分类，降低了使用者耗费在翻找资料上的时间。

平台给予用户后续操作的便利，管理员在使用该系统时可以根据现场的施工需求随时更新施工资料，而这个过程并不需要系统开发人员的介入，确保了新增资料的保密性与便利性。

但在实操过程中，用户也指出知识库中存在的问题。例如施工资料与现场施工工艺有差异，系统资料过于理论化以及资料更新不及时等。除此之外，由于视频等资料并没有进行网络化处理，造成客户端较大，拷贝不便。

5.2 效益分析

5.2.1 品牌提升

该平台获得由中华人民共和国国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书。在实际项目的应用过程中，相关部门及参建各方对于这种可视化的项目管理方式给予了很高的评价，响应了建设部提出的“BIM 技术与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用”的文件精神，对于新技术的推广应用起到了标杆示范效应。

5.2.2 效率提升

该平台是一套集成了三维模型、项目部署、施工视频、交底资料以及规范标准于一身的可拓展的管理系统。用户可以通过功能选单方便快捷的查找所需的工程资料，从而代替了纸质的办公模式，提高了工作的效率。在本平台的使用过程中，管理员还可以将项目的创新技术与特色应用进行添加，从而提高了新技术的使用率。

5.2.3 经济效益

通过对平台的使用，管理人员提前明确项目重点管控对象，避免出现无序管理；通过直观生动的技术交底视频，使得工程实操人员更好的了解施工要点，熟悉相关节点做法，减少不必要的返工，提高了经济效益。

6 结语

知识是对数据信息的分析与整合，是企业长期以来优化提炼的成果。基于BIM 技术的施工知识库管理与共享平台的研发，为企业施工知识的存储、交流与更新提供了载体，便于知识的检索与调用，实现知识的共享与传承，加速知识的流转与迭代。有利于对企业既往成功经验的复用，为企业参与行业竞争提供了有力的保障。