3.2.3 BIM协同平台的应用系统架构
近年来，BIM技术在我国众多大型公共基础设施工程中进行了实践性应用探索，并且取得了显著的成绩。然而随着BIM技术在基础设施工程中的应用逐步深化，项目的体量和复杂程度也随之增加，BIM协同管理平台不能再是单一的“各参建单位的协同工作”、施工现场的“智慧管理”、“监控系统集成”、“工程量及工程方案复核”、“方案汇报可视化”等概念的场景应用，而是需要真正从项目的初期即设计期开始，进行项目的信息化系统架构的整体规划。传统工程项目管理中质量管理、计量支付管理、档案管理分别用质量管理系统、计量支付系统、档案管理系统完成。但在实际业务中，计量支付流程需要质检资料，这些资料已经在质量管理系统中生成，但由于两个系统互不相干，因此只能由现场工作人员手动从质量管理系统中导出，然后打印签字，再扫描上传到计量支付系统。计量支付流程完成后，所有质检资料和计量支付资料都还需要现场工作人员手动存入档案管理系统。在这整个过程中各系统之间的“绝缘”导致整个业务流程低效、费时、费力。BIM技术应用架构如图3-2-2所示。
图3-2-2 BIM技术应用架构
3.2.3.1 功能需求
BIM协同管理平台需要满足如下三大功能需求：①设计交付；②建设期项目协同管理；③施工对运维交付等阶段的信息传递。基于对系统使用的业务需求，从软件系统架构设计的角度对系统进行整体规划，同时该系统还必须要具备健壮性、扩展性、稳定性、高效性等特点。系统设计的具体要求如下：
（1）系统架构设计应具备层次化和模块化，从而保证系统部署过程的灵活性、可扩展性和稳定性。系统在实施部署时若具有更灵活的部署方案，可以根据实际需求的优先等级及时调整；同时在既定规划的系统功能范围内，可以根据需求进行相应的调整或扩充。在上述两项实施部署或扩充工程中，能够保证不影响既有平台使用的稳定性。
（2）信息管理应具备信息存储的集成化和信息采集的移动化，从而切实提高信息采集的便捷性以及信息存储管理的可交互性和高复用性，真正达成由设计到施工、由施工到运维的信息传承，真正实现向全生命周期的信息跟踪和协同管理（进度管理、安全管理、质量管理）。
（3）数据平台要具备开放性和兼容性，需要采用成熟的主流技术和保证代码可持续维护，确保系统具备在未来10年及以上时间范围内保持与市场主流技术同步迭代的功能；系统需要建立明确的接口标准，保证系统对第三方系统接入的兼容性，避免后续引入其他系统时产生数据孤岛。
3.2.3.2 业务框架
BIM协同管理重点目标：实现建设阶段项目协同管理功能，如进度管理、安全管理、质量管理、计量支付管理、项目办公自动化（OA）等从数据到业务的协同。从业务视图看，BIM协同管理平台规划的管理功能最终形成的业务框架如图3-2-3所示。
图3-2-3 BIM协同管理平台业务框架
平台整体功能规划架构分为横向和竖向两个流向。
（1）竖向分为底层、中间层、顶层三个层次：底层为平台层，既要通过BIM技术实现不同业务数据的有机集成和唯一数据源管理，又要保证系统持续的可升级、可维护、开放性等要求；中间层分为设计交付模块、建设期管理模块、归档及运维交付模块和运维管理模块，通过中间层的设置实现系统底层平台与顶层业务模块的分离和弱耦合性；每个中间层又对应多个顶层业务功能模块，例如建设期管理模块中间层对应项目OA、文档协同、安全管理、计量支付、进度管理、变更管理、质量管理、智能制造和合同管理等。
（2）横向按工程的进度分为左、中、右三个分区。左侧为设计交付区，这里主要是指BIM模型和图纸的编码与交付，只做中间层的数据集成，不做顶层的业务集成；中间为本研究的重点研究范围，即施工期基于BIM的协同管理，协同主要指数据协同、业务协同和多用户角色协同；右侧区域为归档及运维交付和运维管理模块，为了更好地实现建养一体化，运维交付与运维管理在中间层和顶层都要做集成。BIM施工协同管理，两侧通过“设计交付”和“归档及运维交付”实现业务层面的动态协同，整体实现系统功能模块分层树形结构划分。
在整体系统架构基础上，为满足系统核心的业务数据交互复用管理，项目采用多终端相互配合的系统结构，具体项目终端分布如图3-2-4所示。
图3-2-4 BIM协同平台终端组成
由图3-2-4可知，BIM数据中心实现了在电脑终端、移动终端和跨平台Web终端三端之间对全部数据的协同管理。其中：电脑终端主要是针对BIM平台协同管理信息的集中展示，Web端主要是批量操作和系统管理，移动终端主要实现现场数据录入与现场过程管控。
3.2.3.3 系统架构分析
考虑到BIM协同管理平台系统架构的整体复杂程度高，下面从系统架构验证的角度，通过业务分层结构、信息数据视图和标准接口三个角度分别对现有的BIM协同管理平台系统架构与其需求进行匹配验证分析。
1.业务分层结构
BIM协同管理平台应采用技术成熟但又不失先进性的方案：后台服务器采用云端弹性部署（Cloud First Strategy&Data Analytics Strategy），通过分层架构实现平台与基于功能（Feature Based）的业务系统的逻辑分离，降低耦合性，提高系统部署的灵活性和可扩展性；前端面向多用户角色，遵循移动优先原则（Mobile First Strategy），实现主要业务在移动端的便捷化处理，提高系统的易用性；通过用户角色的逻辑权限划分和唯一身份识别认证机制（IAM Strategy），既保证了系统的数据安全性，又保证了授权的灵活性。
BIM协同管理平台分层架构如图3-2-5所示。根据管理需求制定从施工图设计期至运维交付完成期的全生命周期业务范围，规划了BIM平台的部署工作。考虑到公有云在数据处理方面以及人工智能方面的先进性和安全性，将BIM平台数据中心存储于公有云平台，各子业务系统即可通过数据交互实现不同角色在不同阶段对业务的管理工作。
图3-2-5 BIM协同平台分层架构
2.信息数据视图
信息数据的获取与组织是实现BIM协同管理的基础，管理协同的前提是数据协同，数据协同的前提是唯一数据源Dal。深中通道BIM协同管理平台的信息流组织方式如图3-2-6所示。通过二维码、NFC等手段实现信息的自动录入，从而提高效率，减小输入误差。通过手机、Pad等移动端的充分利用，实现数据在现场直接录入系统，省去内业整理的大量工作。
图3-2-6 信息流组织方式
通过面向服务的框架（SOA），形成跨业务、跨系统的唯一数据源，奠定了协同管理的根基。BIM协同管理平台首先是面向全生命周期的，能够同时支撑设计、施工和运维三个阶段；其次一定是面向“协同管理”的，能够将项目进行过程中的数据、图纸、文件等信息统一管理。因此，数据管理应至少具备如表3-2-1所示的功能。
表3-2-1 数据管理的基本功能要求
续表
实现上述功能需要借助一个完备的IT（互联网技术）架构。首先从大的层面讲，数据中心一定是基于云架构的，以使数据平台不依赖于某个具体的硬件，保持软硬件具有足够的弹性，按需投入，节省成本；其次是信息的管理，主要包括BIM模型、数据、文件，每种信息的存储、索引方式均不相同，因此需要进行专门的规划管理。基于以上功能的架构规划图如图3-2-7所示。
图3-2-7 BIM协同平台的数据流架构
由图3-2-7可知，设计阶段模型及其他设计内容通过“设计交付变更”流程实现与“校核与编码服务器”的动态交互，通过严格统一的编码，“校核与编码服务器”可以自动对设计交付的模型、图纸等进行完整性和合规性审查。设计交付完成后，在“BIM平台”可以实现模型的组装，边交付边组装，因此通过“BIM平台”就可以形象地查看设计进度。第三方系统如质量管理系统、计量支付系统等产生的数据也是深中通道BIM协同平台重要的数据来源，因此有必要专门搭建“Web服务器”对外提供统一的Web Services接口，以方便与第三方系统对接“文件服务器”专门用来存储和管理图档及其历史版本。数据的存储是为了使用，因此“数据及索引服务器”处于此架构图的中心是合适的，以方便用户快速检索到自己想要的信息。
3.标准接口
BIM本身有模型信息，另外还包含有设计、进度、工程量等信息，但是相对于BIM协同管理平台来说，这些信息还远远不够，例如质量管理、工地实验室等信息还需要第三方系统的信息支持。此外，施工以及运维阶段的数据也需要集成进去，这样才能称之为BIM协同。因此，需要将各种业务系统集成到本平台。目前已经存在的第三方系统使用着不同的语言，运行于不同的操作系统之上，使用着不同的数据库。数据协同通过数据库集成的方式难度大、风险高、安全性低。考虑到上述因素，BIM协同平台提供了标准的集成接口，以供各个系统的使用，该接口提供了统一的标准、统一的数据交换协议、统一的业务规则，具体架构如图3-2-8所示。
图3-2-8 BIM协同平台接口架构
如图3-2-8所示，系统采用明确的、统一的接口标准，通过表述性状态传递（REST）提高了系统的安全性和可伸缩性，在保障系统具备未来10年及以上时间范围内保持与市场主流技术实现同步迭代的条件下，保证了系统对第三方系统接入的兼容性，避免了数据孤岛现象，真正实现BIM对数据的集成化管理。
数据库采用云端分布式部署的SQLite，其具有如下优点：
（1）真正兼容多厂商、多类型工程数据源。
（2）能够整合、加载大体量模型（模型体积在1GB以上）。
（3）能够突破文件处理构件级的信息及其变更。
（4）基于云分布式计算与存储。
（5）具备丰富易用的跨平台数据服务接口。
BIM协同平台提供标准RESTful风格的WebService接口，该接口包含发送的第三方系统信息、内容、数字签名，采用HTTPS协议，通过签名和HTTPS协议保证了数据的安全性和一致性。接口示例如图3-2-9所示。
图3-2-9 BIM协同平台与第三方系统的接口示意