水電工程信息模型創(chuàng)建方法研究

張 志 偉，　馮　奕，　尹 習(xí) 雙

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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水電工程信息模型創(chuàng)建方法研究

張 志 偉，馮奕，尹 習(xí) 雙

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：水電工程全生命周期管理的基礎(chǔ)是工程信息模型。根據(jù)水電工程的實際需求，提出了一種滿足水電行業(yè)全生命周期管理需求的信息模型構(gòu)建方法，并以實際邊坡工程為例進行了工程應(yīng)用。經(jīng)驗證，使用該方法建立的信息模型能夠較好地描述水電工程對象的幾何與信息，可用于工程全生命周期的信息共享和擴展，對水電工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)化工作具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：水電工程；工程信息模型；創(chuàng)建方法

水電工程體量大、參與專業(yè)多、技術(shù)難度高、設(shè)計施工周期長，因此，只有進行信息化管理，才能滿足水電行業(yè)高效、環(huán)保、節(jié)約等轉(zhuǎn)型需求。工程信息化管理的基礎(chǔ)是工程數(shù)字化，工程數(shù)字化的基礎(chǔ)是工程信息模型。

筆者以實際工程為依托，歸納了一種適用于水電工程全生命周期管理的工程信息模型架構(gòu)和創(chuàng)建方法。實踐證明，該方法能夠有效地將工程全生命周期信息與三維模型相結(jié)合，為工程的進度、質(zhì)量、投資管理等提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

1工程信息模型(BIM)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。美國Autodesk公司于2002年首次提出BIM概念，它是指建筑物在設(shè)計和建造過程中創(chuàng)建和使用的可計算數(shù)字信息。建筑信息模型能夠應(yīng)用到工程項目的整個周期中，可以管理工程竣工后的項目設(shè)施，支持工程項目的設(shè)計、采購、制造和施工活動，用于工程項目竣工后的運營和維護[1]。BIM可以將項目在全生命周期中產(chǎn)生的所有信息集成到虛擬模型中，該模型是開放和共享的，允許所有的項目參與成員有效、準(zhǔn)確、及時地進行協(xié)同工作；同時，團隊成員可以根據(jù)項目的規(guī)格和設(shè)計變更要求，持續(xù)不斷地修正和調(diào)整模型內(nèi)容，以確保模型的精確性。BIM不是一個應(yīng)用軟件，而是一個工程設(shè)計與工程文檔數(shù)字信息化的過程，是一種新的實踐方式，通過新的政策、新的合同模式和參與方之間新的關(guān)系構(gòu)建，改善工作流程和項目交付過程，促進各方更為有效地合作，進而改善了以往利益相關(guān)方對立的情況[2]。目前，BIM的運用已經(jīng)不僅僅局限于使用其幾何特性進行簡單的可視化展示和碰撞分析，而是向著施工期過程管理、運維期資產(chǎn)管理等方向邁進[3-4]。

2水電工程信息模型的構(gòu)建

2.1模型構(gòu)建原則

水電工程信息模型是建筑信息模型在水電行業(yè)中的一個應(yīng)用領(lǐng)域，是面向水電工程全過程的信息創(chuàng)建和應(yīng)用，其三維模型的建立過程應(yīng)該遵循一定的規(guī)則。

(1)對象式建模原則。

信息模型需要集成全生命周期的工程信息，模型中的不同構(gòu)件具有不同的工程屬性信息。為了準(zhǔn)確地描述不同構(gòu)件的工程屬性，在建模初期，就必須按照對象式建模原則進行建模，對象的劃分應(yīng)以適用于設(shè)計、施工、運維一體化的實際應(yīng)用為原則，并可在各階段擴展與各任務(wù)對應(yīng)的子模型。

(2)各階段信息應(yīng)逐步集成。

各階段的信息模型其設(shè)計深度不同、應(yīng)用目的不同、所包含的屬性信息也不相同。因此，各模型參與方應(yīng)該針對同一幾何模型，根據(jù)各自不同階段的需求進行信息分類集成。

(3)信息模型應(yīng)當(dāng)有統(tǒng)一的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

由于信息模型是由不同專業(yè)、不同階段參與者共同完成的，因此，標(biāo)準(zhǔn)的模型架構(gòu)描述方式應(yīng)該為各階段信息能夠被共享的前提保障。但目前國內(nèi)還沒有針對水電工程信息模型的格式標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，筆者建議：采用國際通用的IFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行框架定義。目前市場上主流的建模軟件、系統(tǒng)均支持IFC標(biāo)準(zhǔn)，可以有效識別和再利用各階段模型信息[5-7]。

(4)約定式的模型表達方式。

目前信息化管理需求還受到硬件設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的限制，只有輕量化的工程信息模型，才能滿足共享和協(xié)同需求。而結(jié)構(gòu)對象的幾何表達方式不僅影響其模型外觀、工程設(shè)計，還對模型在施工、運行等管理中的后期運用功能造成影響。點、線、面、體四種不同表達方式所包含的信息不同，模型大小亦不同。因此，在工程信息模型創(chuàng)建之初，就需要考慮到生命周期的任務(wù)、約定模型的幾何表達方式，這樣實施不但可以提高建模的效率，還能降低硬件設(shè)備需求，提高用戶體驗使用。

2.2模型創(chuàng)建流程

筆者針對水電工程的需求、參考模型構(gòu)建原則歸納出的模型創(chuàng)建流程如下：

(1)建立模型對象。該模型對象是一個抽象的概念，只表達結(jié)構(gòu)、對象的邏輯概念，并沒有實質(zhì)的信息(包括幾何信息和非幾何信息)。在本研究中，筆者采用了IFC格式，建立了模型對象。

(2)確定幾何表達。所有結(jié)構(gòu)對象的設(shè)計過程都是先有形體表達，再對其材料、功能、施工方案等附加屬性進行設(shè)計。應(yīng)使用適用的建模軟件，按可重復(fù)創(chuàng)建、修改的原則進行三維模型設(shè)計。

(3)根據(jù)模型需求和所處階段確定所需集成的信息屬性，完成工程信息模型并提交下一階段使用。

整個工程信息模型創(chuàng)建流程見圖1。

2.3集成屬性示意

就工程信息模型而言，模型是載體，工程信息是核心。筆者通過工程實踐，結(jié)合水電工程全生命周期管理需求，梳理出以下常用屬性(表1)，并按照不同階段和需求進行打包分類。

圖1　水電工程信息模型創(chuàng)建流程框圖

表1按照業(yè)務(wù)進行了屬性分類，包括設(shè)計、造價、施工仿真、施工管理、采購、施工管理及運維管理七大部分。該屬性列表是開放、共享的，不同階段還可以根據(jù)專業(yè)和階段不同進行細(xì)分與添加。

3水電工程信息模型實例

基于模型構(gòu)建原則及創(chuàng)建流程、各階段信息需求，筆者依托某工程邊坡進行了信息模型研究。實踐證明：該模式能夠有效表達工程結(jié)構(gòu)的幾何精度和工程屬性信息，具有可行性。 該邊坡開挖工程結(jié)構(gòu)對象分解情況見圖2，主要包含開挖、淺層支護、排水設(shè)施、深層支護(錨索)以及防護設(shè)施。開挖體需要統(tǒng)計其體積量且后期需要按照高程進行單元工程分解，采用“體”進行模型表達較為合適；混凝土貼坡、鋼筋網(wǎng)等在工程中呈面域分布方式，采用“面”的形式表達；對于某些特定計量方式的工程結(jié)構(gòu)，如錨索、錨桿等則考慮采用“點”的形式表達，既可以表明其空間位置特性，還可以統(tǒng)計其工程量；對于防護網(wǎng)、排水溝等工程結(jié)構(gòu)，主要通過“線”來表達其空間分布信息。表2包含了各結(jié)構(gòu)對象的表達方式和設(shè)計階段的部分屬性。最終成果如圖3所示。

本模型作為設(shè)計成果進行移交后，業(yè)主利用該模型作為數(shù)據(jù)源，可以對模型進行深入應(yīng)用，如施工信息集成、施工單元劃分、工序劃分、進度管理、質(zhì)量信息集成、工程量結(jié)算、運行期的監(jiān)測數(shù)據(jù)集成和安全風(fēng)險管理等。實踐證明：筆者在文中提出的工程信息模型架構(gòu)和設(shè)計方法，可以集成水電工程各階段產(chǎn)生的基本信息，為全生命周期管理提供信息共享和運用的平臺。

表1　工程信息模型屬性列表

圖2　工程邊坡信息模型分解圖

表2　某邊坡工程結(jié)構(gòu)對象表達方式和設(shè)計屬性表

4結(jié)語

本研究根據(jù)水電工程的實際需求，提出了水電工程信息模型的創(chuàng)建方法及流程。同時，以實際工程為例，初步驗證了該套方法和工作模式。實例驗證表明：本研究提出的水電工程信息模型創(chuàng)建方法能夠較好地描述水電工程對象的幾何特征和相關(guān)工程信息，可用于工程全生命周期的信息共享和擴展，對水電工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)化工作具有一定的參考價值。

圖3　工程邊坡信息模型圖

參考文獻：

[1]張連營, 李彥偉, 高源. BIM 技術(shù)的應(yīng)用障礙及對策分析[J]. 土木工程與管理學(xué)報,2013,30(9): 65-69.

[2]Barlish, K., & Sullivan, K. How to measure the benefits of BIM-A case study approach [J]. Automation in Construction, 2012, 24(6): 149-159.

[3]李久林,張建平,馬智亮.國家體育場(鳥巢)總承包施工信息化管理[J].建筑技術(shù),2013,44(10):874-876.

[4]馬智亮,馬健坤.IPD與BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù),2011,3(4):36-41.

[5]GB/T 25507-2010/ISO/PAS 16739:2005，工業(yè)基礎(chǔ)類平臺規(guī)范[S].

[6]王勇，張建平，胡振中. 建筑施工IFC數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)的研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2011,3(4): 9-15.

[7]清華大學(xué)BIM課題組.中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[8]張建平,范品,王陽利. 基于4D-BIM的施工資源動態(tài)管理與成本實時監(jiān)控[J]. 施工技術(shù), 2011,40(4): 37-40.

張志偉(1981-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，主任，高級工程師，碩士，從事水電工程信息化及全生命周期管理技術(shù)研究；

馮奕(1988-)，男，四川越西人，工程師，碩士，從事水電工程全生命周期管理技術(shù)研究；

尹習(xí)雙(1981-)，男，湖北洪湖人，室主任，高級工程師，碩士，從事水電工程信息化及施工仿真研究.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

作者簡介:

基金項目：國家十二五科技支撐計劃雅礱江流域數(shù)字化平臺建設(shè)及示范應(yīng)用，編號：2013BAB05B05-4

收稿日期:2015-12-24

文章編號:1001-2184(2016)01-0074-04

文獻標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7