水電工程信息模型創建方法研究

2016-03-17 02:49:26張志偉，馮奕，尹習雙

四川水力發電 2016年1期

張志偉，　馮　奕，　尹習雙

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都　610072)

水電工程信息模型創建方法研究

張志偉，馮奕，尹習雙

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072)

摘要：水電工程全生命周期管理的基礎是工程信息模型。根據水電工程的實際需求，提出了一種滿足水電行業全生命周期管理需求的信息模型構建方法，并以實際邊坡工程為例進行了工程應用。經驗證，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準化工作具有一定的參考價值。

關鍵詞：水電工程；工程信息模型；創建方法

水電工程體量大、參與專業多、技術難度高、設計施工周期長，因此，只有進行信息化管理，才能滿足水電行業高效、環保、節約等轉型需求。工程信息化管理的基礎是工程數字化，工程數字化的基礎是工程信息模型。

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和創建方法。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合，為工程的進度、質量、投資管理等提供數據服務。

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信息數據作為模型的基礎進行建筑模型的建立，通過數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，它是指建筑物在設計和建造過程中創建和使用的可計算數字信息。建筑信息模型能夠應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施，支持工程項目的設計、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、準確、及時地進行協同工作；同時，團隊成員可以根據項目的規格和設計變更要求，持續不斷地修正和調整模型內容，以確保模型的精確性。BIM不是一個應用軟件，而是一個工程設計與工程文檔數字信息化的過程，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系構建，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方對立的情況[2]。目前，BIM的運用已經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、運維期資產管理等方向邁進[3-4]。

2水電工程信息模型的構建

2.1模型構建原則

水電工程信息模型是建筑信息模型在水電行業中的一個應用領域，是面向水電工程全過程的信息創建和應用，其三維模型的建立過程應該遵循一定的規則。

(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，模型中的不同構件具有不同的工程屬性信息。為了準確地描述不同構件的工程屬性，在建模初期，就必須按照對象式建模原則進行建模，對象的劃分應以適用于設計、施工、運維一體化的實際應用為原則，并可在各階段擴展與各任務對應的子模型。

(2)各階段信息應逐步集成。

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

(3)信息模型應當有統一的架構標準。

由于信息模型是由不同專業、不同階段參與者共同完成的，因此，標準的模型架構描述方式應該為各階段信息能夠被共享的前提保障。但目前國內還沒有針對水電工程信息模型的格式標準。鑒于此，筆者建議：采用國際通用的IFC標準規范進行框架定義。目前市場上主流的建模軟件、系統均支持IFC標準，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備及網絡傳輸條件的限制，只有輕量化的工程信息模型，才能滿足共享和協同需求。而結構對象的幾何表達方式不僅影響其模型外觀、工程設計，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，在工程信息模型創建之初，就需要考慮到生命周期的任務、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，還能降低硬件設備需求，提高用戶體驗使用。

2.2模型創建流程

筆者針對水電工程的需求、參考模型構建原則歸納出的模型創建流程如下：

(1)建立模型對象。該模型對象是一個抽象的概念，只表達結構、對象的邏輯概念，并沒有實質的信息(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。所有結構對象的設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計。應使用適用的建模軟件，按可重復創建、修改的原則進行三維模型設計。

(3)根據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建流程框圖

表1按照業務進行了屬性分類，包括設計、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專業和階段不同進行細分與添加。

3水電工程信息模型實例

基于模型構建原則及創建流程、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構的幾何精度和工程屬性信息，具有可行性。該邊坡開挖工程結構對象分解情況見圖2，主要包含開挖、淺層支護、排水設施、深層支護(錨索)以及防護設施。開挖體需要統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構，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，還可以統計其工程量；對于防護網、排水溝等工程結構，主要通過“線”來表達其空間分布信息。表2包含了各結構對象的表達方式和設計階段的部分屬性。最終成果如圖3所示。

本模型作為設計成果進行移交后，業主利用該模型作為數據源，可以對模型進行深入應用，如施工信息集成、施工單元劃分、工序劃分、進度管理、質量信息集成、工程量結算、運行期的監測數據集成和安全風險管理等。實踐證明：筆者在文中提出的工程信息模型架構和設計方法，可以集成水電工程各階段產生的基本信息，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　某邊坡工程結構對象表達方式和設計屬性表

4結語

本研究根據水電工程的實際需求，提出了水電工程信息模型的創建方法及流程。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建方法能夠較好地描述水電工程對象的幾何特征和相關工程信息，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準化工作具有一定的參考價值。