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清华大学软件学院BIM课题组研究开发的CBIMS模型检查技术获得2023年 buildingSMART的技术解决方案奖，这是中国团队首次获得该技术奖项，也是对IFC与中国BIM国家标准结合来解决模型审查问题的充分肯定。本文将详细介绍该方案的技术路线与要点。

01

方案背景

近年内，我国不少城市开始推进基于BIM的规范审查，有关部门也发布了若干支持政策。这些有益的尝试和探索对设计质量的提高、BIM的深化应用起到了重要的推动作用。

但是，各类模型的审查在实践中也初步显现了一些局限，比如：

“模型格式过多”：不少城市与地区制定了适用于本地的模型格式，但也导致了不同的软件厂商需要分别为各个城市独立开发插件与自检工具。报建单位在全国开展业务时，也需要安装和学习不同城市的插件、检查工具；

“语义规范性低”：缺乏对建模术语标准化的定义以及与条文术语的映射关系。在审查中主要通过提取对象名称中的部分字词识别对象，存在一定的随意性，导致审查结果的可信性和准确性难以保障；

“模型可审性差”：缺乏系统性、准确的模型内容定义方法，只提出了相对笼统的细度等级或简单的属性存在性要求。可能存在模型难以有效审查，或同一个项目采用差异化的建模表达方式而审查结果大相径庭的情况；

“条文可维护性差”：审查内容较为固定，部分审查技术中，审查规则和审查引擎无法解耦，导致需要升级开发审查软件才能扩增条文、更新条文或调整审查逻辑。审查能力的可维护性、可扩展性较差；

“审查不透明”：用户无法查看审查依据和判断逻辑，很难确认和复核审查结果、改进设计。审查结果可读性差，仅呈现了每条规范整体是否通过，可能存在一条规范条文内容较长或涉及情形较多时，很难定位问题细节。

02

方案内容

• C：基于国标(China)

综合考虑以上问题与局限性，CBIMS方案提出技术路线：“基于中国国标体系，通过字典（BD）管理术语、建立符合MVD内容要求的IFC模型，审查SNL机审条文”。

其中基于中国国标（China），是指针对“格式多样化”、“语义规范性”、“模型可审性”、“条文可维护性”、“审查透明度”等方面的问题，将中国国家标准规定的模型格式、模型语义、模型内容、机读条文4项技术要求组合使用，提出可以统一面向数十BIM软件厂商、上百城市、上千本规范的审查技术方法，避免形成区域化的格式与技术壁垒。

• B：建筑字典（Building Dictionary）

建筑字典（Building Dictionary）解决“是什么？”的问题。待审的建筑规范有很多本、无数条，这些规范之间的术语往往也是不统一的。然而，用户不可能根据不同的规范建立一个个不同的模型去审查，而只能用一种规范的术语来建模。

因此，我们将建模术语用GB/T 51269《建筑信息模型分类和编码标准》固定，用一个建筑字典（可以是在线或离线的形式）管理各个规范的条文术语和建模术语间的关系。GB/T 51269《建筑信息模型分类和编码标准》是和美国OmniClass、英国UniClass等量齐观的、符合ISO 12006-2框架的建筑信息分类系统，具有成体系、层次化、可与IFC兼容的特点，可以作为统一建模术语的基础。后续模型的MVD内容要求，也应该是针对于各项建模术语中的对象提出。

然而，GB/T 51269在设计审查方面并不完善，因此在本方案中，我们采用GB/T 51269的10建筑表、12空间表、30产品表与GB/T 50301系统表，在不修改各张表结构与已有内容的基础上，在末端的叶节节点上细化补充审查必要的分类，并在字典中定义和管理分类编码、IFC实体和施工图审查术语、消防审查术语、工规审查术语等各项规范条文术语的映射关系。这样，在审查过程中会根据对象的IFC类型、分类标签，以及准确的术语间关系，触发相关的审查逻辑。避免出现术语模糊匹配导致的逻辑错误，审查匹配过程透明、可控。

需要说明的是，本方案的字典没有采用GB/T 51269的14元素表，是因为其分类信息与IFC模型本身提供的实体类型信息较为接近，对审查补充的有效信息较为有限。

• I：中立格式(IFC)

中立格式（IFC）解决的是“交什么？”的问题。CBIMS方案采用中立的IFC格式作为报建与审查的载体。IFC标准是由国际标准ISO 16739定义的一系列BIM数据的表示格式，也被等效采用为我国的BIM国家标准《建筑信息模型存储标准》GB/T 51447。因为其中立、开放、丰富性而被国内外BIM软件广泛支持，避免了软件厂商和用户都需支持和学习繁多的模型格式与插件。

在技术上，IFC采用实体几何表示，具有扫掠、放样、BRep、CSG等解析几何表示的能力，相对以三角网格逼近表示几何的网格模型，具有形状精确、数据量小、几何与数据一致性高的优点，适用于对计算准确性高的模型审查过程。

然而，直接应用IFC标准也不是一蹴而就的。IFC自身具有复杂性、多样性。有些软件只能导出IFC标准的部分内容，且同一项信息在IFC中可有多种不同的表达方式。因此，在实施基于IFC的审查时需要对报建IFC的要求进行进一步规范与说明，如需要规定软件必须导出的对审查必不可少的技术信息（如“空间结构”、“构件关系”、“对象类标”、“地理坐标”等）、规定信息的唯一导出方式（如对象分类标识以IfcClassification的方式导出等）。另外，针对相关要求，应对拟支持IFC报建的建模软件进行测试，满足要求的软件方可进行报建。

• M：模型定义（MVD）

信息完备是模型可审查的前提。MVD(Model View Definition，模型视图定义）就是解决模型“建什么？”的问题。定义模型内容的方法有面向用户与面向机器两种，面向用户的方法包括信息交付规程（IDM）、信息需求级别（LOI）、BIM实施计划（BEP）等，当前国内的各类交付标准也可以归为此类。面向用户的模型内容定义方法较为容易创建与理解，但不利于严谨定义与机器验证。

面向机器的模型内容定义方法有信息交换规范（IDS）、模型视图定义（MVD）、产品数据模板（PDT）等，在这些方法中，MVD的表达能力较强，对于计算密集型的模型审查任务较为适用。目前在编的国家标准《信息技术 BIM软件 模型视图定义》的草案中，提出了一种自主、高效的MVD语言，使得MVD同时具备了强表达能力与高灵活性。MVD的优势包括：

(1)更加全面：与有的模型标准只能定义构件的属性存在性等规则相比，在不扩展程序的情况下，MVD可以定义几乎对IFC模型的任何类型的要求，包括模型结构、分类标识、属性、可视化、时空基准、几何、度量、关联关系等等。

(2)更加严格：MVD除了定义数据的存在性，还可以对数据的类型与取值范围、枚举范围进行定义，防止模型中的信息除约定“有无”之外，还可定义与判断其合理性与有效性。

(3)更加灵活：有的模型内容定义方法只能表达“X构件应具有Y属性”这样的类型-属性规则。实际上，不同的X构件，可能因为其位于地上／地下，是否承重等情况具有不同的要求。而MVD可以定义“位于AAA的，BBB属性为“CCC”的X构件，应具有Y属性这样更为灵活准确的要求。

图注：模型视图定义（MVD）：采用MVD方法对分阶段、分应用、分专业的IFC子模型内容进行严格定义与机器验证

在CBIMS方案中，用户可以引用“建筑字典”，制定对应对象的要求，保证标准质检的自洽性，在知识库中还提供了常见MVD的规则模板，如对象分类标识、对象命名、属性存在性、属性取值、颜色设置、时空基准、关联关系等要求。

• S：机审条文（SNL）

部分审查软件采用了软件硬编码方式，针对固定的若干条条文开发审查软件。然而，审查范围是需要动态扩展的，各项规范也是持续在修编和调整的，对规范的理解、计算逻辑也需要不断完善。硬编码的审查相当于“不能换卡带的录音机”，其维护性和可定制性都十分受限。

在“审什么？”的问题上，本方案基于《面向工程领域的共享信息模型 第3部分：测试方法》GB/T 36456.3的SNL（Structural Natural Language，结构化自然语言）技术，将自然语言书写的规范条文，转化为机器可解析的数字化规则。该技术将平台与规则解耦合，相比硬编码方式，在规则的更新速度、可扩展性方面表现出很大优势。

图注：可扩展条文（SNL）：基于GB/T 36456.3的SNL语言统一条文机读表示方法，实现审查引擎不修改的前提下，随着机读条文的编制的增加，审查能力相应扩展。

在CBIMS方案中，SNL技术涵盖了25种句式模板、48种可计算关系、17种操作符和比较符，与来自建筑字典的的数以千计的对象/属性搭配，进行灵活的排列组合，可覆盖无穷无尽的规则，可以将大多数可量化条文中的自然语言条文编写到SNL中。

03

总结

CBIMS技术方案提出并实现了IFC与国家标准相结合的开放报建框架。方案在深圳得到了首次运用，基于4项国家标准分别制定了一系列地方标准，规定了IFC落地时的深圳要求、深圳建模术语及与条文术语映射的字典、用于施工图与消防审查的MVD，编制了来自11本设计规范的数百条条文的SNL规则。相关标准的编制和导出采用了CBIMS知识库；模型的自检采用了CBIMS 模查工具的定制版，可提供给广大用户下载使用；规范审查是将CBIMS SNL审查引擎嵌入到了相关信息系统建设单位承建的在线平台上，形成了一套完整的基于CBIMS方案的审查闭环。在未来，随着报建与审查工作的推进，模型质检的力度与审查的条文范围会逐步加大。

图注：CBIMS标准与方案工具：标准知识库与模查桌面端

 

         

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清华大学软件学院BIM课题组研究开发的CBIMS模型检查技术获得2023年 buildingSMART的技术解决方案奖，这是中国团队首次获得该技术奖项，也是对IFC与中国BIM国家标准结合来解决模型审查问题的充分肯定。本文将详细介绍该方案的技术路线与要点。

01

方案背景

近年内，我国不少城市开始推进基于BIM的规范审查，有关部门也发布了若干支持政策。这些有益的尝试和探索对设计质量的提高、BIM的深化应用起到了重要的推动作用。

但是，各类模型的审查在实践中也初步显现了一些局限，比如：

“模型格式过多”：不少城市与地区制定了适用于本地的模型格式，但也导致了不同的软件厂商需要分别为各个城市独立开发插件与自检工具。报建单位在全国开展业务时，也需要安装和学习不同城市的插件、检查工具；

“语义规范性低”：缺乏对建模术语标准化的定义以及与条文术语的映射关系。在审查中主要通过提取对象名称中的部分字词识别对象，存在一定的随意性，导致审查结果的可信性和准确性难以保障；

“模型可审性差”：缺乏系统性、准确的模型内容定义方法，只提出了相对笼统的细度等级或简单的属性存在性要求。可能存在模型难以有效审查，或同一个项目采用差异化的建模表达方式而审查结果大相径庭的情况；

“条文可维护性差”：审查内容较为固定，部分审查技术中，审查规则和审查引擎无法解耦，导致需要升级开发审查软件才能扩增条文、更新条文或调整审查逻辑。审查能力的可维护性、可扩展性较差；

“审查不透明”：用户无法查看审查依据和判断逻辑，很难确认和复核审查结果、改进设计。审查结果可读性差，仅呈现了每条规范整体是否通过，可能存在一条规范条文内容较长或涉及情形较多时，很难定位问题细节。

02

方案内容

• C：基于国标(China)

综合考虑以上问题与局限性，CBIMS方案提出技术路线：“基于中国国标体系，通过字典（BD）管理术语、建立符合MVD内容要求的IFC模型，审查SNL机审条文”。

其中基于中国国标（China），是指针对“格式多样化”、“语义规范性”、“模型可审性”、“条文可维护性”、“审查透明度”等方面的问题，将中国国家标准规定的模型格式、模型语义、模型内容、机读条文4项技术要求组合使用，提出可以统一面向数十BIM软件厂商、上百城市、上千本规范的审查技术方法，避免形成区域化的格式与技术壁垒。

• B：建筑字典（Building Dictionary）

建筑字典（Building Dictionary）解决“是什么？”的问题。待审的建筑规范有很多本、无数条，这些规范之间的术语往往也是不统一的。然而，用户不可能根据不同的规范建立一个个不同的模型去审查，而只能用一种规范的术语来建模。

因此，我们将建模术语用GB/T 51269《建筑信息模型分类和编码标准》固定，用一个建筑字典（可以是在线或离线的形式）管理各个规范的条文术语和建模术语间的关系。GB/T 51269《建筑信息模型分类和编码标准》是和美国OmniClass、英国UniClass等量齐观的、符合ISO 12006-2框架的建筑信息分类系统，具有成体系、层次化、可与IFC兼容的特点，可以作为统一建模术语的基础。后续模型的MVD内容要求，也应该是针对于各项建模术语中的对象提出。

然而，GB/T 51269在设计审查方面并不完善，因此在本方案中，我们采用GB/T 51269的10建筑表、12空间表、30产品表与GB/T 50301系统表，在不修改各张表结构与已有内容的基础上，在末端的叶节节点上细化补充审查必要的分类，并在字典中定义和管理分类编码、IFC实体和施工图审查术语、消防审查术语、工规审查术语等各项规范条文术语的映射关系。这样，在审查过程中会根据对象的IFC类型、分类标签，以及准确的术语间关系，触发相关的审查逻辑。避免出现术语模糊匹配导致的逻辑错误，审查匹配过程透明、可控。

需要说明的是，本方案的字典没有采用GB/T 51269的14元素表，是因为其分类信息与IFC模型本身提供的实体类型信息较为接近，对审查补充的有效信息较为有限。

• I：中立格式(IFC)

中立格式（IFC）解决的是“交什么？”的问题。CBIMS方案采用中立的IFC格式作为报建与审查的载体。IFC标准是由国际标准ISO 16739定义的一系列BIM数据的表示格式，也被等效采用为我国的BIM国家标准《建筑信息模型存储标准》GB/T 51447。因为其中立、开放、丰富性而被国内外BIM软件广泛支持，避免了软件厂商和用户都需支持和学习繁多的模型格式与插件。

在技术上，IFC采用实体几何表示，具有扫掠、放样、BRep、CSG等解析几何表示的能力，相对以三角网格逼近表示几何的网格模型，具有形状精确、数据量小、几何与数据一致性高的优点，适用于对计算准确性高的模型审查过程。

然而，直接应用IFC标准也不是一蹴而就的。IFC自身具有复杂性、多样性。有些软件只能导出IFC标准的部分内容，且同一项信息在IFC中可有多种不同的表达方式。因此，在实施基于IFC的审查时需要对报建IFC的要求进行进一步规范与说明，如需要规定软件必须导出的对审查必不可少的技术信息（如“空间结构”、“构件关系”、“对象类标”、“地理坐标”等）、规定信息的唯一导出方式（如对象分类标识以IfcClassification的方式导出等）。另外，针对相关要求，应对拟支持IFC报建的建模软件进行测试，满足要求的软件方可进行报建。

• M：模型定义（MVD）

信息完备是模型可审查的前提。MVD(Model View Definition，模型视图定义）就是解决模型“建什么？”的问题。定义模型内容的方法有面向用户与面向机器两种，面向用户的方法包括信息交付规程（IDM）、信息需求级别（LOI）、BIM实施计划（BEP）等，当前国内的各类交付标准也可以归为此类。面向用户的模型内容定义方法较为容易创建与理解，但不利于严谨定义与机器验证。

面向机器的模型内容定义方法有信息交换规范（IDS）、模型视图定义（MVD）、产品数据模板（PDT）等，在这些方法中，MVD的表达能力较强，对于计算密集型的模型审查任务较为适用。目前在编的国家标准《信息技术 BIM软件 模型视图定义》的草案中，提出了一种自主、高效的MVD语言，使得MVD同时具备了强表达能力与高灵活性。MVD的优势包括：

(1)更加全面：与有的模型标准只能定义构件的属性存在性等规则相比，在不扩展程序的情况下，MVD可以定义几乎对IFC模型的任何类型的要求，包括模型结构、分类标识、属性、可视化、时空基准、几何、度量、关联关系等等。

(2)更加严格：MVD除了定义数据的存在性，还可以对数据的类型与取值范围、枚举范围进行定义，防止模型中的信息除约定“有无”之外，还可定义与判断其合理性与有效性。

(3)更加灵活：有的模型内容定义方法只能表达“X构件应具有Y属性”这样的类型-属性规则。实际上，不同的X构件，可能因为其位于地上／地下，是否承重等情况具有不同的要求。而MVD可以定义“位于AAA的，BBB属性为“CCC”的X构件，应具有Y属性这样更为灵活准确的要求。

图注：模型视图定义（MVD）：采用MVD方法对分阶段、分应用、分专业的IFC子模型内容进行严格定义与机器验证

在CBIMS方案中，用户可以引用“建筑字典”，制定对应对象的要求，保证标准质检的自洽性，在知识库中还提供了常见MVD的规则模板，如对象分类标识、对象命名、属性存在性、属性取值、颜色设置、时空基准、关联关系等要求。

• S：机审条文（SNL）

部分审查软件采用了软件硬编码方式，针对固定的若干条条文开发审查软件。然而，审查范围是需要动态扩展的，各项规范也是持续在修编和调整的，对规范的理解、计算逻辑也需要不断完善。硬编码的审查相当于“不能换卡带的录音机”，其维护性和可定制性都十分受限。

在“审什么？”的问题上，本方案基于《面向工程领域的共享信息模型 第3部分：测试方法》GB/T 36456.3的SNL（Structural Natural Language，结构化自然语言）技术，将自然语言书写的规范条文，转化为机器可解析的数字化规则。该技术将平台与规则解耦合，相比硬编码方式，在规则的更新速度、可扩展性方面表现出很大优势。

图注：可扩展条文（SNL）：基于GB/T 36456.3的SNL语言统一条文机读表示方法，实现审查引擎不修改的前提下，随着机读条文的编制的增加，审查能力相应扩展。

在CBIMS方案中，SNL技术涵盖了25种句式模板、48种可计算关系、17种操作符和比较符，与来自建筑字典的的数以千计的对象/属性搭配，进行灵活的排列组合，可覆盖无穷无尽的规则，可以将大多数可量化条文中的自然语言条文编写到SNL中。

03

总结

CBIMS技术方案提出并实现了IFC与国家标准相结合的开放报建框架。方案在深圳得到了首次运用，基于4项国家标准分别制定了一系列地方标准，规定了IFC落地时的深圳要求、深圳建模术语及与条文术语映射的字典、用于施工图与消防审查的MVD，编制了来自11本设计规范的数百条条文的SNL规则。相关标准的编制和导出采用了CBIMS知识库；模型的自检采用了CBIMS 模查工具的定制版，可提供给广大用户下载使用；规范审查是将CBIMS SNL审查引擎嵌入到了相关信息系统建设单位承建的在线平台上，形成了一套完整的基于CBIMS方案的审查闭环。在未来，随着报建与审查工作的推进，模型质检的力度与审查的条文范围会逐步加大。

图注：CBIMS标准与方案工具：标准知识库与模查桌面端

 

         

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