A Modular Reference Architecture for MCP-Servers Enabling Agentic BIM Interaction

📄 arXiv: 2601.00809v1 📥 PDF

作者: Tobias Heimig-Elschner, Changyu Du, Anna Scheuvens, André Borrmann, Jakob Beetz

分类: cs.OH, cs.AI, cs.MA

发布日期: 2025-12-21

备注: Submitted to the GNI Symposium on Artificial Intelligence for the Built World (Technical University of Munich, May 18--20, 2026)

💡 一句话要点

提出模块化参考架构以解决BIM交互中的工具调用问题

🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)

关键词: 建筑信息建模 大型语言模型 模型上下文协议 微服务架构 API解耦 自动化交互 系统重用性

📋 核心要点

  1. 现有BIM交互方法在工具调用上存在特定性，限制了重用和工作流的可移植性。
  2. 本文提出了一种模块化参考架构，通过显式适配器契约解耦MCP接口与BIM API，支持API无关的交互。
  3. 实验结果表明，该架构在多个代表性场景中实现了可靠的工作流，显著降低了系统耦合性。

📝 摘要（中文）

随着大型语言模型（LLMs）在建筑信息建模（BIM）中的应用日益增加，基于自然语言的IFC模型检索、修改和生成变得可行。尽管现有的模型上下文协议（MCP）为LLMs提供了统一的工具调用接口，但当前BIM侧的实现仍然是特定于工具的，限制了重用性和工作流的可移植性。本文提出了一种模块化参考架构，旨在实现API无关、隔离和可重现的代理BIM交互。通过对文献中重复出现的能力进行系统分析，本文推导出一组核心需求，构建了一个以显式适配器契约为中心的微服务架构，从而将MCP接口与特定BIM API解耦。使用IfcOpenShell的原型实现展示了在常见修改和生成任务中的可行性，评估结果表明该架构能够实现可靠的工作流，减少耦合，并为系统研究提供可重用的基础。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决当前BIM交互中工具调用的特定性问题，现有方法往往依赖于特定工具，导致重用性差和工作流不可移植。

核心思路：通过引入模块化参考架构，利用显式适配器契约将MCP接口与具体BIM API解耦，从而实现API无关的交互，增强系统的灵活性和可重用性。

技术框架：整体架构采用微服务设计，主要模块包括MCP接口、适配器层和BIM API层。适配器层负责将MCP调用转换为具体的BIM API调用，确保不同工具间的兼容性。

关键创新：最重要的创新在于引入了显式适配器契约，这一设计使得MCP接口与具体工具的实现相互独立，显著提升了系统的可重用性和可维护性。

关键设计：在实现过程中，采用了微服务架构，确保各模块的独立性；适配器的设计遵循契约编程原则，确保接口的一致性和可扩展性。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，所提出的架构在多个代表性场景中实现了可靠的工作流，减少了系统耦合性，并提供了可重用的基础。具体而言，架构在修改和生成任务中的表现优于传统方法，显示出显著的性能提升。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括建筑设计、施工管理和设施维护等，能够为建筑行业提供更灵活和高效的BIM交互方式。未来，该架构有望推动BIM技术的标准化和自动化，提升行业整体效率。

📄 摘要（原文）

Agentic workflows driven by large language models (LLMs) are increasingly applied to Building Information Modelling (BIM), enabling natural-language retrieval, modification and generation of IFC models. Recent work has begun adopting the emerging Model Context Protocol (MCP) as a uniform tool-calling interface for LLMs, simplifying the agent side of BIM interaction. While MCP standardises how LLMs invoke tools, current BIM-side implementations are still authoring tool-specific and ad hoc, limiting reuse, evaluation, and workflow portability across environments. This paper addresses this gap by introducing a modular reference architecture for MCP servers that enables API-agnostic, isolated and reproducible agentic BIM interactions. From a systematic analysis of recurring capabilities in recent literature, we derive a core set of requirements. These inform a microservice architecture centred on an explicit adapter contract that decouples the MCP interface from specific BIM-APIs. A prototype implementation using IfcOpenShell demonstrates feasibility across common modification and generation tasks. Evaluation across representative scenarios shows that the architecture enables reliable workflows, reduces coupling, and provides a reusable foundation for systematic research.