BIM server在水利水電工程中的應用

劉 晶，李愛君，于 雨

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

BIM是以工程項目的信息數據為基礎，通過數字化仿真手段將建筑模型三維展示，實現數字化的工程管理功能。在傳統水利水電行業中，項目各階段交付的圖紙信息仍以傳統的CAD二維圖紙為主，而水利水電工程建筑模型多以復雜的異形體為主，傳統的二維圖紙很難滿足工程施工要求，所以在水利水電工程行業引入BIM技術就顯得尤為必要。

BIM技術在水利水電行業應用主要以三維建模為主，傳統的二維設計正在逐漸向三維設計轉變，它有效縮短了設計周期，同時也為工程施工帶來了很多便利。然而目前BIM技術在水利水電行業應用仍然處于起步階段，在設計、施工、運維等工程全生命周期的各個階段BIM技術仍然有較大的發展潛力。本文以開源的BIM數據服務器平臺為主要技術支撐，論述了BIM技術在模型數據解析的機制，以可視化的方式將水利工程所涉及到的檔案圖紙同工程BIM模型相結合，構建基于BIM技術的水利水電工程管理平臺。

1 BIM server

1.1 BIM server簡介

BIMserver是由荷蘭的非營利機構TNO發起，由TNO及Oracle等眾多機構和公司聯合開發的完全開源免費的BIM服務器平臺。BIMserver完全符合IFC及相關標準，包括IFC荷蘭擴展標準，以及使用IFD構建的IFC數據。此外，輸出格式包括ifcXML、CityGML（包括官方 GeoBIM／IFC擴展）、Collada（Sketchup）、KMZ（Google Earth）以及 O3D／WebGL。這意味著BIMserver符合BIM應用涉及的大多數成熟的開放標準。

BIMserver采用的是“模型驅動架構”。在讀取IFC模式文件后對IFC對象的類和屬性進行解析，將該結構存儲在EMF（e-core）模型中。該EMF模型是BIMserver軟件的核心，用它來創建Java對象及SOAP接口。因為IFC的網絡結構，BIMserver采用了一種“鍵值存儲”數據庫，即Oracle BerkeleyDB，該數據庫處理數據交換非常迅速，滿足BIM數據的傳輸。EMF模型和Berkeley數據庫之間采用標準接口，因此也可以采用其他數據庫進行存儲。在EMF模型之上是多種網絡接口，包括SOAP接口，網絡用戶界面，以及一個類似REST的接口。

BIMserver的核心是IFC數據的解析，IFC數據由BIMserver解釋并作為對象存儲在底層數據庫中，在底層數據庫之上，BIMserver還提供了開放式的插件式拓展模式，用戶可以利用BIMview、BIM-sufer等插件，提供模型的展示和信息顯示功能。

1.2 IFC簡介

IFC標準是由國際協同工作聯盟IAI（International Alliance for Interoperability）為建筑行業發布的建筑產品數據表達標準，符合IFC標準格式的模型是目前公認的BIM模型。IFC標準作為建筑工程數據交換的標準，打破了各軟件數據不兼容的難題，其公開開放的特點解決了異質系統的交換和數據共享的問題。

BIMserver以IFC作為平臺的基礎格式，支持IFC2x3和IFC4兩種ifc數據標準。BIMserver以IFC數據作為底層數據庫的基礎，將IFC數據解析為對象存儲，使其在作為一個文件服務器的同時，還提供模型查詢、合并、過濾等功能，面向上層提供框架式插件的數據接口以及API等。

在水利水電行業，主流的BIM軟件平臺主要有Autodesk、Bentley、Catia平臺等，BIM模型格式存在較大差異，而這些常見的平臺都提供IFC數據格式的輸出接口。所以BIMserver平臺以IFC數據格式為基礎，可有效的解決不同平臺數據格式不兼容的問題。

1.3 BIM view

BIMview是BIMserver框架式插件庫中眾多插件之一，主要功能是提供BIM模型可視化展示以及模型上傳、導出功能，是BIMserver在實際應用中主要的UI插件。

BIMview是由BIMserver團隊開發的BIM模型瀏覽插件之一。利用HTML技術，結合javascript和Java語言編寫的，以jetty作為web容器的開源B／S架構的web應用。BIMview以目前較為流行的開源框架bootstrap作為前端界面框架，提倡簡約式的風格設計，BIMview同BIMserver的格式轉化、模型解析等功能結合，為其提供可視化界面。

BIMview作為BIMserver的主要前端插件，其簡單的邏輯結構和完全開放的接口方便用戶對其進行二次開發。

2 BIM server在水利水電工程中的應用

本文以作者開發的BIM管理平臺為基礎，以大興水利樞紐為例，展示了BIMserver在水利水電工程中的應用場景。

2.1 工程簡介

大興水利樞紐工程位于貴州省銅仁市松桃縣境內，水庫坐落于大梁河中游，為III等中型工程，由首部樞紐和輸水工程組成。工程首部樞紐由攔河壩、左岸輸水取水建筑物、右岸發電引水建筑物、下游底流消能設施和岸邊地面電站廠房等建筑物組成，攔河壩為常態混凝土重力壩，壩頂總長98m，由溢流壩段和擋水壩段組成，其中溢流壩段長40.0m，位于河床中部，分兩個壩段，設3個泄流表孔，每孔凈寬為10.0m。左岸擋水壩段長28m、右岸擋水壩段長30m。壩頂高程517.0m，最大壩高52.0m，壩頂寬9m。

工程輸水線路包括主輸水線路、3條農村人畜飲水支線、4條灌溉支線，水平投影總長33472.23m。其中：主輸水線路水平投影總長23954.520m，設置三座泵站；農村人畜飲水支線水平投影總長479.28m；灌溉支線水平投影總長9038.43m。

2.2 BIM管理平臺

平臺以BIMserver為基礎，在BIMview界面UI的基礎上搭建BIM管理平臺，平臺在BIMview原有模型展示基礎上完善了模型信息模塊內容，除了原有模型幾何信息和物理信息外，還額外添加了構件圖紙展示以及二維碼掃描識圖功能。同時系統利用圖紙和構件掛接功能，將工程項目相關的檔案資料集成到BIM模型上，實現了檔案管理功能。

2.2.1 格式轉化

大興水利樞紐模型項目選用AECOsim Building Designer CONNECT軟件作為三維協同設計工具，如圖1所示。在設計建模過程中按照相關編碼體系同步錄入構件屬性信息，按照設計階段建立適當精度的BIM模型后，將dgn文件轉換為ifc格式。

圖1 大興水利樞紐模型

實際操作中，考慮到BIMserver在導入較大體量的IFC文件后，會出現模型不顯示的BUG，因此本文將大興水利樞紐模型拆解后分批次導入，分為：大壩模型、開挖面模型、電站模型三個模塊，在BIM管理平臺中建立三個子項目，依次將文件導入BIM管理平臺。

2.2.2 界面設計

BIM管理平臺的界面秉承BIMview的設計風格，采用bootstrap作為前端框架，如圖2所示，平臺頂部為菜單欄，中部由左右兩個模塊組成，左側為屬性信息展示欄，右側為模型展示欄。

圖2 大興水利樞紐模型

2.2.3 信息掛接

以BIMserver解析IFC文件后所得的對象為依據，建立BIM模型構件唯一索引：globeID。將設計過程中構件的二維圖紙與構件唯一索引globeID建立關聯索引，點擊模型構件后，通過關聯索引找到與globeID對應的圖紙，并生成二維碼，實現模型的信息掛接，如圖3所示。

圖3 構件信息掛接

2.2.4 檔案管理

工程項目資料的收集、整編、歸檔一直是困擾工程建設單位的一個難題，隨著工程全生命周期管理的逐漸成熟，對工程設計建設資料的數字化移交提出了更高的要求。本平臺基于BIMserver所提供的BIM信息索引技術以及上文提到的信息掛接技術，建立工程立體檔案管理功能，將設計圖紙與BIM模型關聯，BIM模型成為項目工程數據和業務數據的三維載體，利用BIM的可視化能力，所有報表數據圖紙隨時即得，即3D、4D可視化，更符合需求也更能提升協同效率。此外，還實現了二維碼識別圖紙的功能，方便現場人員利用終端設備查找檔案。

3 結語

本文以BIMserver平臺為工具，論述了BIM技術在水利水電行業中的應用。文中從BIMserver底層的數據結構、前端展示兩方面介紹了BIMserver的主要技術路線。同時利用其開放性和可拓展性，在原有的BIMserver基礎上建立集檔案管理、信息查看、模型展示等功能的綜合BIM管理系統。最后以大興水利工程樞紐為例，驗證了BIMserver在水利水電工程中的應用價值。

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