[摘录] 建筑工程协同设计系统：CodeFAR3.0

建筑工程协同设计系统：CodeFAR3.0

吴炜煜^1，2，梁雄²，王昌立²

1中国地质大学（北京）软件学院 100083

2清华大学土木工程系防灾减灾研究所，北京 100084

摘要:本文从分析设计单位目前存在的问题出发，指出设计单位引入协同设计系统的必要性。本文介绍的融入指挥调度和过程管理的建筑工程协同设计系统CodeFAR3.0，是一款用于建筑工程的协同设计软件，它能够较好的解决设计单位目前存在的问题。 该系统融入了先进的CSCW技术，并与中国建设领域信息化的需求相结。实践表明它对建筑设计单位提高设计效率和质量，提高竞争力有着巨大的作用，随着研究的深入，将体现重要的价值和广阔的前景。

关键字：建筑协同设计； CSCW； CSCD； 指挥调度与过程管理

Cooperative Design System for Architecture: CodeFAR3.0

Weiyu Wu, Xiong Liang, Changli Wang

(Institute Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Dept of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, P.R.China)

Abstract：

This paper analyzed the current common obstacles in institutes of design and point out the necessity of cooperative design system in institutes of design. The paper introduces a Command-Dispatching and Process Management embedded system called CodeFAR3.0, which is used for cooperative architectural design and enables the institutes of design to deal with their problem properly. The system combines CSCW advanced technology with the information requirements of architecture field in China. Practices prove that the system greatly advances the efficiency and quality of the design work and helps institutes of design promoting the ability of competition and with the deeper research and development in the future, it will have more important value and broad prospect.

Key Words:cooperative design; CSCW; CSCD; Command-Dispatching and Process Management

1 引言

1.1 设计单位引入协同设计系统的必要性：

经济全球化趋势将不可避免的对设计单位带来冲击，随着中国建筑市场的开放，以建筑设计质询为先导的外国建筑企业逐步进入中国市场，国内设计单位将面临国际化挑战，将面临愈加激烈的国际竞争，而企业的竞争的关键在于核心实力的竞争，对于设计单位来说，设计产品质量和设计效率和成本是其核心竞争力的体现。

随着信息技术的发展，其中蕴涵的巨大潜能已逐渐被人们所认可，信息技术给各种企业都带来了新的解决方案，帮助企业提升实力，催化企业进行管理体制的改革。信息化是一场革命，成功的革命者将在未来获得生存的空间，否则将在激烈的竞争中逐渐被淘汰。

CSCW（Computer Supported Cooperative Work，计算机支持的协同工作）这一概念最早是在1984年由美国MIT的Irene Greif和原DEC公司的Paul Cashman等在描述他们所组织的有关如何用计算机支持来自不同领域与学科的人们共同合作的课题时提出的。经过20来年的发展，在包括机械制造，船舶、汽车、飞机制造和航空航天领域得到广泛应用，对于提高制造业的效率起到了重要作用。CSCW的一个分支CSCD（Computer Supported Cooperative Design，计算机支持的协同设计）在设计领域得到很大的发展，在建筑工程领域日益显现出强大的效能，对于提高建筑设计效率和质量起到关键作用，可以预见计算机支持的协同设计将是未来建筑设计领域的变革方向，越早利用CSCD最新成果的设计单位将越能在未来竞争中掌握主动权。

1.2 设计单位目前普遍存在的问题：

1)
设计信息在各阶段流失严重

从设计项目的招投标开始一直到设计图档的交付，整个过程都存在着严重的信息流失，如业主或协作单位提交的数据都是直接提交给项目组的某个设计人员，而其它相关设计人员则需要间接获取数据，这种接力式的数据传递，很难保证数据的准确传达，也很容易造成漏报和缺失的情况。又如建筑方案转交给结构设计人员时，由于交流的不顺畅，文档管理的松散常常会导致数据的流失和信息的误解。再如将电子图转化为纸张图交付给施工单位的过程中也必然会导致大量设计信息的流失，因为很多电子图中隐含的信息如参照，属性等无法在纸张图纸上表达。总之，由于各阶段信息的流失，一方面严重影响设计效率，另一方面也严重影响设计质量甚至是施工质量，从而影响最终建筑产品的质量。

2)
设计项目的管理和控制力度不够

由于设计过程中数据的分散性，以及缺乏必要的共享和查询机制，从而导致：“管理部门需要数据进行决策，但因无相应的集成应用系统, 而使大量数据来不及统计, 也无法精确统计；设计人员的安排和项目进度亦无法查询。”^[1] 没有对项目的跟踪就谈不上项目的管理，没有数据的统计分析就谈不上跟踪，而没有对项目的管理就无法进行进度和产品质量的控制。

另一方面导致的问题是，由于缺乏有效的任务划分机制，不能充分调动项目组的人力资源，很多有经验的设计人员被繁琐的绘图工作羁绊，不能专心于自己擅长的设计工作，而一些初级阶段的设计人员被交付了复杂的任务，超出了他们的能力范围，使得设计工作停滞不前，甚至造成错误设计，危害巨大。

3)
设计人员协作效率低

目前大部分的设计仍然是个人单机设计，有的也仅仅是利用图档共享系统进行所谓的“协同设计”，有很多商品化的产品也号称支持协同设计，而实际上是对协同的误解，协同一词被泛化，对人们产生错误的引导，以为买个“协同设计系统”就解决问题，等花费大量资金购入系统后发现，设计效率并没有得到提高，有些甚至使设计流程更加混乱，降低效率，从而使得很多设计单位对协同系统失去了信心。

真正的协同系统是主动或在少量的人为干预下调动资源（人、计算机、软件系统、设计图纸和相关的文档图表等），通过多媒体协同工具和环境，使得人与人、人与机围绕设计目标协调有序的活动，加快设计速度，提高设计质量，促进参与人思维创新和设计产品创新。协同系统必须要符合3R原则（Provide the Right person with the Right information at the Right time），3R原则强调在协作过程中，各参与协同工作的人员之间的信息交流必须有序，在正确的时间把正确的信息和资源交给合适的人，这个过程是在协同系统的调动下实现的，而不是靠管理人员人工的进行信息和资源的分发。

4)
档案管理和质量管理不顺畅

“设计过程中产生大量重复性或相似性的电子图档，极易造成应用和管理上的混乱。”^[2] 档案是设计单位的巨大财富，属于商业机密，而有些设计单位缺乏相应的介入控制机制，档案很容易的被拷贝，有些单位甚至借助第三方的服务器存储档案文件，虽然第三方具有严格的法律和技术手段保证档案的安全，但是一旦发生特殊情况，如关系国家利益的时候，谁能保证这些资料的安全？

“工程勘察设计行业不少设计单位已经通过ISO 9001 质量体系认证, 但实际的操作中却存在着质量体系管理和设计产品质量管理“两张皮”的现象。设计项目多时, 就会出现手工填写或后补质量记录的情况, 从而造成质量记录矛盾或质量记录不全。”^[1]产生这些现象的一个技术原因是缺乏协同系统中工作流管理系统的支持，设计单位无法在日常事务中进行有效控制。

5)
组织管理模式不能发挥整体优势

特别是一些大型设计单位，组织机构庞大，下属子公司巨多，本来具有整体性优势，但是由于组织管理模式不当，造成内部竞争和内耗，部门之间不愿共享资源，造成了资源的浪费，整体优势丧失。这里面设计到复杂的组织管理问题，不是光靠技术能够解决的，但是随着CSCW技术的进步，CSCW技术将催化管理的变革。

1.3 CodeFAR应运而生

CodeFAR是专门针对建筑领域的协同设计软件，以提高建筑工程设计工作效率和设计质量为宗旨，以帮助设计单位提高竞争力为目标，解决设计单位目前遇到的难题。经过多年的研发，从最初的雏形到现在CodeFAR3.0版本，功能得到不断完善，它的主要功能目标为：

(1)
一体化资源管理。这里所说的资源，包括工程图档、工程相关人员。所谓的一体化资源管理，是指对资源进行横向的管理。对资源进行横向的管理，就是指在同一时间对所有的在线的资源进行统一的管理。

(2)
多种媒体交流方式。协同工作工程中的信息交流对于设计院工作来说是很重要的。便利、多种形态的信息交流能够使协同工作更好的进行。本系统为用户提供了多种媒体的点对点交流方式，包括文字消息、电子邮件、电子白板、音频、视频。

(3)
协商绘图。基于AutoCAD的协商绘图功能为设计人员提供了精确的协同图形编辑环境，用户可以实时地看到其他协同设计人员在图纸上的操作，方便了设计人员的交流。

(4)
任务管理。在项目新建之后，由项目负责人开始，从上至下逐级对项目进行任务分解。分解成单个的任务颗粒后便于为设计人员分配。任务的完成与文档的提交审批相关联，从而可以对设计过程进行管理。

(5)
进度管理。根据分解的基本任务颗粒完成情况，并辅以难度系数作为加权值，从而可以计算出项目的进展率及个人进展率。以图形的形式将进展率显示出来，直观地了解项目的进展情况。

(6)
权限管理。根据建设领域的特点，系统对各个类型的工种进行了详细、严格的基于角色的权限设计。在用户操作工程中，用户的行为将严格受到用户权限的限制。从而在一定的程度上保证了系统的安全。

2 系统框架

本系统采用C/S 结构，有一个服务器端和多个客户端。服务器端和客户端又都分别由功能层和数据库层两层组成。^[4]系统总体结构如图1所示。

从功能上可分为七个大的功能模块，包括：系统维护、协同权限管理、日常信息交流、设计文档管理、任务管理、虚拟设计室、公共设计信息平台，如图2所示。

图2 系统功能模块

在系统对硬件的要求方面，客户端要求不高，一般的计算机即可使用；服务器端由于要负担大量的数据存储和数据中转服务，而且音视频通信时对硬件资源的消耗很大，所以对服务器的硬件配置要求较高。

在软件要求方面，本系统适用于Windows 2000、Windows XP及以上操作系统，服务器端推荐使用Windows 2000 server。要完全使用本系统功能，客户端要安装有Microsoft office、AutoCAD，并配有耳机、麦克风和摄像头。

该软件系统的总体工作流程如图3所示。

3 系统的主要功能介绍

3.1 协同设计权限管理

为了保障系统和工程资料的安全，必须对用户身份和权限进行验证。协同权限管理模块包括登录协同工作、退出协同工作、修改个人参数3个子功能模块。

(1) 登录协同工作

用于验证用户身份。上半部分为登录新协同工作组，用于用户首次登录；下半部分为登录已有协同工作组，用于用户登录曾经登录过的协同工作组。管理员在服务器端向工程中添加成员，但管理员并不设定密码，首次登录时要求用户新建其账号的密码。

(2)
退出协同工作

点击“退出工程协同组”按钮，会弹出对话框提示用户已成功退出。

(3)
修改个人参数

由于协同组成员是由管理员在服务器端添加的，可能会有参数不准确，或用户想加入其它参数，都可以在此处修改添加。管理员也可以在这里修改其他成员参数。

3.2 日常信息交流

日常的信息交流是协同工作所必不可少的一部分，本模块中包含了语音交流、消息中心、邮件平台、历史记录、论坛这5个子功能模块。

(1) 语音交流

语音交流提供两用户之间的语音对话，要实现这一功能，需要配有麦克风和耳机。

(2)
消息中心

消息中心提供多用户之间的文字聊天功能，支持群发。消息列表框会显示出用户的发送消息和收到消息。如果目标用户不在线，当其上线后也可以收到文字消息。

(3)
邮件平台

用于用户间发送邮件，支持群发，界面及使用方法与消息中心类似。

(4)
历史记录

记录了用户自身在工程中的操作行为和时间，作为备忘。具有“负责人”级别的用户可以查询服务器端项目操作的历史记录，从而了解所有人与服务器端的连接信息。

(5)
论坛

一工程创建后，系统会自动为该工程建立一个论坛，工程组成员可以查看、发言、可上传文件。有“管理员”权限的用户可以删除发言，普通用户也可以删除自己的发言。

3.3 任务管理

任务管理模块是3.0版本新加的模块，主要包括任务分解分配、本人任务和绩效管理，从而使得系统面向工程，实现了指挥调度与过程管理。

(1) 任务分解分配

项目新建后，从“项目负责人”、“专业负责人”、“专业设计人”等由上到下逐级对项目进行任务分解，最后分解到单个文件，每个文件具体由某位设计人负责。

用户在项目新建后登录，任务分解树以项目名称为根目录，各专业名称为子目录，在各专业目录下展开分枝。通过右键菜单进行“添加项”、“添加任务”、“删除项”、“删除任务”、“编辑”等操作。

界面右边是任务列表，代表任务树的叶结点，即单个的文件。对列表的操作也是由右键菜单完成。列表中显示了文件的名字、截止时间、责任人、提交时间、通过时间、评价、分配时间、任务描述等信息。

(2) 本人任务

“本人任务”显示登录用户自己被分配的任务。可以查看任务属性信息，但此处的属性为只读，不可以对其进行修改。同时，对个人任务进行分类统计，包括个人任务总数、已审批通过的任务数、待审批任务数、未提交任务数等。

(3) 绩效管理

“绩效管理”部分对用户所参与的所有工程项目进行统计，整理出用户所参加的工程及在其中完成的任务、得到的评价等信息。

首先，点击“生成绩效”按钮，服务器端开始对所有的工程数据库进行统计，得出所有用户的绩效数据。选择复合框中的设计人员的名字，即可显示其绩效信息。“项目负责人”可查看所有人的绩效情况，“专业负责人”只可查看本专业内人员的绩效，各设计人员只能查看自己的绩效。点击“导出”可导出当前可视的绩效数据到Excel文件中，点击“导出全部”可导出所有用户的绩效数据到Excel中。导出功能同样有权限限制。

3.4 设计文档管理

设计文档管理模块是项目成员最主要的异步交流平台。系统为项目成员在服务器端提供一文档共享区，成员可以在其中共享文档。它包括图档交流、图档版本管理、设计成果发布3个子模块。

(1) 图档交流

用户可以查询其他用户的工程文件夹，并执行上传、下载、打包上传的操作。

(2)
图档版本管理

用户与服务器共享文件区进行文件交互，服务器端提供版本管理的服务，给同名文件备份并注释，必要的时候可以回溯到任意原始版本。

(3)
设计成果发布

具有“负责人”级别的用户，将服务器端的固定版本的图档进行标识、封装和备份，并且通知工程内其他用户图档成果的阶段权威性。

3.5 虚拟设计室

虚拟设计室为用户提供了真正的实时协同平台，它由视频会议、协商绘图、白板会商、应用程序共享4个功能子模块组成。

(1) 视频会议

支持异地用户之间的视频通信，并可辅以文字交流。要使用这项功能，要求用户端配备有摄像头、耳机、麦克风。

(2)
协商绘图

协商绘图是指多人在AutoCAD环境下同时在同一张CAD图上操作。当工程图纸较为复杂、需要由多人分工合作完成时，可以每人负责绘制其中的一部分，在自己绘制的同时可以实时地看到别人在该图上的操作。目前该功能可以支持从AutoCAD R14到AutoCAD 2006各个版本，而且用户可以使用不同版本的AutoCAD。

(3) 白板会商

白板会商功能为多用户提供实时的在线协商平台，在一块共享电子白板上，用户可以勾画简单的图形作为示意图进行讨论。每个用户都可以实时地看到别人画的图形，辅助以音视频和文字交流，从而可以完满地完成讨论。

(4) 建筑规划

基于形象思维的建筑规划辅助软件，是具有较独立功能的一个子系统,目前还是基于单个用户的规划设计，未来将融入多人协作规划的功能。系统界面如图4所示。

图4 建筑规划系统

3.6 公共信息平台

(1) 项目信息查询/管理

查询或管理项目文档信息。用网页的形式显示工程中各专业的文档信息，用户可以对文档进行的操作有：更改名称、下传文件、上载文件、删除项目、添加文件、添加目录。

(2)
网站链接

打开默认的WEB浏览器，方便用户上网查找资料。

(3)
CAD工具箱

打开AutoCAD程序，如果用户安装了多个版本的AutoCAD，则会弹出对话框让用户选择要打开的版本。

3.7 系统维护

系统维护模块提供对系统信息进行配置和查看、保障工程文档安全等功能，包括5个子功能模块：系统检查、系统信息、系统备份、系统恢复、帮助。

(1) 系统检查

检查系统下所有工程对应的文件路径的是否存在，如不存在则提示用户进行处理以保证其他数据的安全。

(2) 系统信息

显示系统的版权信息。

(3) 系统备份/系统恢复

系统备份将系统中所有工程文件夹下的工程文件打包备份，增加工程数据的安全性。系统恢复把备份文件恢复到工程文件夹内。

(4) 帮助

打开系统的帮助文件，帮助用户使用系统。

3.8 工程和成员管理

工程项目和成员管理功能主要在服务器端实现。

(1) 工程管理

在服务器端可以对工程进行新建、删除、启动、停止操作。

管理员首先要在服务器端新建工程，新建后的工程状态为OFF。启动工程，其状态为ON，成员可以在工程中进行协同工作。管理员可以停止工程，使工程状态为OFF，成员不能再对工程进行操作。工程完成后，管理员可以删除工程。

(2) 成员管理

新建工程后，管理员可以向工程中添加成员，并为成员赋予分配职务，填写简单的个人资料。对于已经存在的成员，管理员也可以修改其信息或删除。

结论及展望

CodeFAR已经在几家设计院试用，并且反映良好。加入指挥调度和过程管理的3.0版本，能够更好的地促进设计项目的有序进行、设计人员之间的交流、方便文档共享、减少设计过程中的冲突，大幅度地提高工作效率。随着CodeFAR3.0投入使用，我们将持续地根据用户反馈信息，继续完善系统功能，提高系统的商业化应用水平。本系统将在以下几个方面努力：加强资源的整合，加入工作流管理功能，加强设计过程调度的自动化程度，开发功能更加强大的协同图形编辑系统，提高设计过程的协同程度。

参考文献：

[1] 郭松. 浅谈‘数字化设计院集成应用系统’的必要性和可行性. 山西化工 vol.23, pp44-45 2003.

[2] 傅敏, 黄涛. 关于建筑设计企业信息化建设的思考. 新建筑 pp51-52 2003.

[3] 顾君忠．计算机支持的协同工作导论[M]．北京: 清华大学出版社．2002．P3.

[4] 吴炜煜，于巍．协作式建筑设计系统模型和实现技术研究[C]．第三届全国多媒体辅助工程学术会议论文集，1999.11，深圳．P57~65.