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基于BIM的管理价值工程信息库
摘要
价值工程是一种行之有效的管理技术，用于产生效益和提高建设项目的价值。然而，由于过去的数据和自由思考技术的复杂和不便，价值工程研讨会期间产生的想法非常耗时，并且依赖于这工程参与者的经验。尽管各种研究已经开发了与数据库管理相关的技术系统来克服这些限制，但是创意生成过程仍然被认为是需要改进的领域。本研究提出了一个基于BIM的虚拟企业思想库，使过去虚拟企业数据的进行系统检索和有效生成新想法成为可能。系统开发包括:1)基于虚拟企业思想库的数据模型；2)创建BIM对象；3)融合BIM和虚拟企业思想库。开发了一个原型，并通过系统试验、访谈和对23名行业专业人员的问卷调查来评估其有效性。中期结果表明，该系统在提高虚拟企业学习效率方面有很大潜力。
关键词:价值工程；价值工程研究；创造力；建筑信息建模；BIM；价值工程创意库
1. 引言
价值工程(VE)是建筑行业公认的管理技术之一，用于改善项目功能和消除不必要的成本。由于建筑业面临各种挑战，要在预算内按时实现项目的高价值，价值工程已在世界许多国家应用了半个世纪(Chen et al., 2010)。价值工程已经成为许多项目开发中不可或缺的一部分(Mao et al., 2009)。根据Zhang et al (2009)的调查报告，价值工程可以节省高达5-10%的建设项目成本。价值工程研究过程也被被称为价值工程工作计划，是一种系统的解决问题的技术，包括以下几个阶段:信息，创造力，评估，发展建议和提议。在这些阶段中，功能分析之后的创新阶段是产生创新思想的最关键阶段，这需要从过去的价值工程项目中获得现有的信息和经验知识(Park，1994)。
然而，在创新阶段存在许多问题。由于以前项目中缺乏结构化和管理良好的价值工程数据库，工程研究中的创意生成效率低下(Shen et al.,2004)。此外，通过传统的自由思维技术如头脑风暴Jung (2002)很难提高项目的价值、绩效和功能，并且要通过基于2D的工作流程(Mao等人，2009)在视觉上理解价值工程研究领域和整个项目的基本功能需要花费大量时间。为了解决这些问题，各种研究都考虑了数据库管理系统的开发((Lee et al., 2009; Moon et al., 2011; Zhang et al., 2009)，检索和重用过去的价值工程数据，提供群体决策支持系统((Fan et al., 2007; Luo et al., 2011; Shen etal., 2004)。然而，尽管有这些系统的发展，价值工程的从业人员在这个行业仍然主要依靠他们的经验来提高创意。
同时，随着建设项目的规模变得越来越大、越来越复杂，整个项目生命周期的管理变得越来越具有挑战性。BIM已经成为一种强大且稳健的方法，能够以数字格式处理与项目相关的基本设计和数据(Bryde et al., 2013)。尤其是，它可以整合现有的数据格式，提高设计质量，并帮助用户通过参数对象轻松理解项目，具有有很大的潜力(Eastman et al.,2011)。因此，许多研究试图整合BIM和现有的基于2D的数据库，并改进当前的工作程序。Goedert和Meadi(2008)将施工文件集成到BIM中，以收集实用的基于3D的数据，并扩展BIM软件的可用性。Motamedi等人(2014)开发了一种知识辅助的基于BIM的视觉分析方法，以提供可视化，使用户可以通过进行认知和感知推理来解决问题。然而，还没有研究考虑开发一个基于BIM的系统来系统地和直观地组织过去的价值工程的想法。从这个角度来看，将建筑信息模型与带着工程价值的BIM数据库管理相结合，可以直观地支持价值工程概念检索和生成过程，从而提高工程研究的有效性。
鉴于此，本研究旨在开发一个基于BIM的价值工程信息库系统，以实现工程信息的系统检索、重用、生成和存储。使用该系统，价值工程团队可以通过BIM方便地重用和检索类似的以往项目中的数据，并在短时间内基于BIM环境有效地生成高质量的价值工程想法。该系统还将允许工程团队虚拟地修改基于BIM的参数化对象，以便产生新的工程想法，并支持虚拟企业团队成员与各种工程学科合作。该研究假设，所提出的基于BIM的价值工程信息库对提高工程思想管理方面是有用的、高效的和有效的。本文讨论了价值工程工作计划的创新阶段，回顾了价值工程和BIM的理论和实践状况，指出了当前的问题和局限性，阐述了基于BIM的价值工程信息库的必要性。接下来，本研究提出了一个基于BIM的价值工程信息库系统，包括数据模型的开发、信息模型对象的创建以及BIM与价值工程信息库的整合。开发了一个系统原型，并通过系统试验以及对行业中价值工程和BIM从业者的访谈来评估其有用性和有效性。最后，讨论了本研究的结果和局限性，并提出了未来的研究方向。
2.文献综述
2.1价值工程工作计划中的创新阶段
价值工程研究中创造性阶段的主要目标是汇编和产生创新和创造性的想法，这将有助于在建设项目中实现价值。Norton and McElligott (1995)解释了一些创意产生能够成功的一些基本因素。首先，团队成员需要考虑创造力的基本原则。例如延迟判断、有利的环境、大量的想法和在想法产生之前搭便车，这些因素可以在创造力阶段可以激发自发的想法产生、积极的态度和促进的想法产生。在这一阶段，第一个任务通常是工程研讨会，以介绍研究领域、客户需求和项目，这些都是在信息阶段引入的。在研讨会期间，团队应该从过去的价值工程中，收集大量与当前项目相关信息、图纸和材料等数据并进行分类。Shen and Liu (2003)强调进行相关信息的准备是价值工程研究成功的关键因素之一。过去的价值工程命题可以用于公寓项目，这些项目有重复和模块化的计划以快速产生创意。此外，来自图纸和规范的信息可用于支持复杂项目的创新和创意。然后，各种创造性思维技术，如头脑风暴法、德尔菲法、戈登法和协同效应法，可以用来刺激价值工程团队的想法生成。在这个创造性阶段最后，一些可接受的想法可以记录在价值工程想法图表列表中，以便在研讨会和未来的价值工程研究中进一步研究，因为一些想法在类似的项目中反复出现(Kim和Min，2009)。
2.2 .目前创造性阶段的问题
研究人员和实践者提出了几个关于创新阶段的问题，特别是与数据管理和可视化有关的问题，列举如下:
1.大多数数据(过去的价值工程想法、绘图等。)在创造性阶段通过非结构化和管理不当的数据库进行访问。在这种情况下，即使所需的数据可以很好地使用，也很难有效地检索和重用(Kim和Min，2009)。出于这个原因，价值工程团队通常仅仅基于他们的知识和经验来进行想法的生成。因此，即使在类似的项目中反复产生有价值的想法，在创造性阶段也无法有效地检索和重用大量数据。Zhang et al.(2009), Choi et al. (2011), Park et al. (2014)认为，造成这一问题的主要原因之一是缺乏能够系统地存储、管理和积累以往思想的结构化数据库管理系统。
2.在某些情况下，传统的创造性思维方法如头脑风暴法效率是较低的(Kim和Yang，2006)。在头脑风暴中，横向思维和更广泛的思维是产生更好的选择和向客户提供更好的产品所必需的。然而，通过传统的方法很难实现虚拟价值工程的目标，因为它依赖于团队成员的能力(Yang et al., 2014)，并且它的主要目标只是收集尽可能多的各种价值工程想法(Jung, 2002)。
3.在基于2D数据的工程信息生成过程中，需要花费大量的时间来直观地理解构建元素的基本功能和信息阶段所讨论的虚拟环境领域。(Mao et al., 2009)。考虑到这一点，由于时间有限，一些工程团队成员会在没有完全理解所需信息的情况下参加研讨会。因此，这些参与者会因为害羞、压力和在没有知识的情况下说话的判断力而避免在研讨会上提出他们的选择。(Fan et al., 2007). Zhang et al. (2009)还强调，基于2D数据的创新性和创造性价值观念的提出并不容易，尤其是在缺乏经验的价值工程团队成员的情况下。
尽管虚拟企业被认为是提高建筑业项目价值和产生效益的一种有用的技术和整体方法，但由于过去数据的非结构化、管理不善、传统的头脑风暴会议效率低下，以及基于2D的创意产生过程，其核心阶段——创意产生——的实施仍然非常低效和无效。
2.3 .对基于BIM的价值工程数据库的需求
BIM被定义为使用一个连贯的计算机模型系统协同设计建筑设施的过程，该系统可以基于参数对象管理实际数据(Bryde et al., 2013)。
为了解决2D和纸质工作流程的局限性，许多研究都考虑了BIM 在工业中的应用。Kim et al. (2013)开发了一个系统框架，使用BIM自动生成施工进度表。通过分析IFCXML文件格式，可以从参数化对象中直接提取所有建筑元素的数量、材料和关系信息。根据Liu and Issa (2012) ，Revit模型所需的参数可以基于“共享参数”在多个项目和Revit族之间共享。此外，所需参数可以通过“共享参数”导出到开放数据库，如ACCESS。Cha和Lee (2015) 提出了一种基于事例推理(CaseBasedReasoning，CBR)的综合知识建模(knowledge-BasedBIM，BIM)系统，该系统能够实现基于事例推理(CaseBasedReasoning，CBR)的信息检索。提出了一个空间数据库，自动组织和分类的建筑信息模型中的空间物体，以审查建筑设计。
许多研究试图将现有的外部数据库与BIM环境中的参数化对象结合起来，以有效地检索和重用过去的数据。然而，文献回顾显示，没有研究工作考虑开发一个良好的系统来将BIM与价值工程研究结合起来。基于这一点，本研究提出了一个基于信息模型的价值工程信息库，以支持价值工程信息检索和信息生成过程。
2.4 .参数化对象
参数化对象是BIM的主要功能和术语，用于理解传统2D和3D建模工具之间的差异。传统的工具，如草图，CAD和3DMax只能提供图形可视化，并没有对象属性。但是，BIM参数对象包含几何定义、关联数据和属性。首先，当关联对象发生变化时，参数化对象会自动修改关联几何。在BIM环境中显示的参数化对象能够将结构材料、能量数据、声学数据等属性链接、导出或广播到其他应用和模型(Eastman et al., 2011)。此外，BIM允许用户提高设计质量，并通过3D可视化帮助用户更好地理解整个项目。
因此，在创造性阶段，BIM参数化对象可以链接外部结构化数据库，然后价值工程团队可以轻松访问所需的数据(2D图纸、属性、规范等)。)并在BIM环境中使用过去的工程的理念。
然而，由于缺乏连接两个系统的关系，BIM对象中的现有参数不能将BIM与现有数据库集成(Jeong et al.,2015)。因此，有必要对预定义的施工分类进行分类，例如Omniclass，它可以将BIM和价值工程数据库作为特定参数集成到建筑信息模型对象中。随后，本研究将应用一个插件，通过特定的搜索参数(Omniclass)将BIM 参数化对象(BIM)与价值工程思想(VEIdeaBank)联系起来。
3.基于BIM的价值工程数据库
本节的主要目的是介绍基于BIM的价值工程数据库。以下各节通过描述和说明价值工程数据库和BIM对象的数据模型，以及解释BIM与虚拟企业思想库的集成，展示了详细的系统开发。该系统是使用Revit Architecture开发的，因为它提供了一个开放的 API 平台，可以开发外接程序。
3.1 .系统结构
图1说明了基于BIM的价值工程数据库的结构。它包括以下三个步骤:1)基于价值工程数据库数据模型；2) 建立BIM 对象；3) 将 BIM 与价值工程信息库集成。
首先，基于数据模型的价值工程数据库旨在存储、管理和更新价值工程创意，而插件则被开发为一个操作环境，以支持工程团队在价值工程数据库系统中重用过去的创意并基于BIM模型生成新的创意。价值工程数据库库可以通过将现有的工程思想转移到具有综合分类的工程模板中来建立。《剑桥词典》将模板定义为用于产生其他类似事物的模式，以及帮助你在电脑屏幕上排列信息的系统。该模板包括一般信息、图形信息和详细信息，旨在有效地存储和管理价值工程的想法。其次，根据综合建筑分类系统创建BIM对象。BIM对象是一个术语，用于将元素与和特定参数进行分组。要做到这一点，有必要将Omniclass表分别分类并分配到BIM对象中，然后创建BIM对象。值得注意的是，带综合类表的建筑信息模型对象可以重新用于建筑信息模型。
图1。基于BIM的价值工程数据库的体系结构。
最后，将建筑信息模型(BIM)和价值工程数据库(VEIdeaBank)结合起来，工程理念与BIM项目中的建模对象相联系，以支持快速创建、搜索和重用工程理念。为了将价值工程数据库与BIM对象连接起来，开发了一个可以扩展BIM功能的插件(Lou and Goulding，2008)。该插件由四个主要功能组成，包括搜索价值工程想法、创建价值工程模板、更新价值工程想法和分析价值工程想法。通过插件链接到BIM对象的每个价值工程模板都可以用于可视化工程想法，并支持有效和高效的想法生成。已接受的工程想法可以通过插件更新到价值工程数据库。为了方便重用和检索，具有新的工程思想的新模板在价值工程数据库主服务器中会自动分类。此外，这些想法可以从价值工程数据库导出到电子表格文件，以便分析工程的结果和支持客户的决策。
3.2 .第一步:基于数据模型的价值工程数据库
价值工程数据模型的构建是为了管理工程思想并将其保存到工程模板中。它可以支持工程团队重用过去的思想，并基于价值工程数据库系统中的BIM对象属性生成新的思想。价值工程模板是一个为有效检索、重用和生成工程思想而开发价值工程数据库的构建模块。
因为价值工程模板分类存储在价值工程数据库中，过去项目的工程
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