上海市水利工程BIM技術及應用標準研究

王華興，嚴 飛，王家騏

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引言

BIM技術的推廣已成為工程技術發展必然的趨勢。一套開放、可擴展的BIM標準是BIM推廣應用的前提，一是通過該標準實現不同階段、不同專業間的信息傳遞標準，二是通過其提供的基礎數據、業務模型，提高企業業務管理與數據管理軟件的技術水平，從而促進建筑業管理模式由粗放型向精細型轉換。

經調研發現，雖然美國、英國、新加坡等國都制定過相應的BIM標準，住建部也于2012年啟動了我國BIM標準的編制工作，但所涵蓋的領域都局限于民用建筑。鑒于水利工程所涵蓋的專業不同于民用建筑，并且BIM技術本身也在不斷發展過程中，因此有必要開展水利工程BIM標準體系的研究，以期進一步推廣BIM應用時，進行統一指導、規范應用。

本文結合上海市水利工程特點，參考建筑行業BIM標準編制指南，提出上海水利行業的BIM應用程度、交付成果、指標要求和檢驗方法，探索適用水利工程BIM應用各階段、各參建方之間的數據共享規則和信息傳遞模式，并提出水利行業的BIM正向設計流程,為今后水利工程的BIM應用提供參考依據，充分發揮BIM技術在提高效率、節約成本和縮短工期等方面的重要作用。

1 國內外BIM標準調研

1.1 國外BIM標準

（1）美國

自2007起，美國建筑科學研究院已發布了三版國家BIM標準（NBIMS-US），旨在通過引用現有標準和制定信息交換標準，為建筑工程施工工業整個生命周期的信息化提供統一操作憑據。

2007年發布的第一版沒有提出具體的BIM標準體系，而是著眼于介紹BIM的相關基礎概念、建立BIM體系的需求和提出BIM標準編寫的原理和方法論。2012年發布第二版，依據第一版的需求和方法論明確了BIM標準體系，大體包括引用標準、數據交換標準和BIM實施實用文件。

2015年7月22日，NBIMS-US V3面世，其體系框架如圖1所示，較第二版而言，內容更為詳盡，增加了BIM協同作業的格式標準（BCF）、LOD規范，且對OmniClass分類編碼標準進行了強化，除了第二版六個 Table以外，增加了 11、12、31、33、34、41、49 七個 Table[1]。

從NBIMS-US的版本進化過程中可以看出，NBIMS-US正逐步融合各類BIM標準，朝國際化開放BIM信息交換環境的既定目標挺進。

（2）英國

英國于2009和2012年分別發布了《建筑工程施工工業（英國）建筑信息模型規程》第一版和第二版[2]，與NBIMS的不同之處在于，英國的BIM標準著眼于設計環境下的信息交互應用，基本未涉及BIM軟件的技術和工業實施[3]。

（3）新加坡

2011年，新加坡建筑管理署（BCA）發布了新加坡BIM發展路線規劃，在規劃中，BCA指明在2015年前，將推動整個建筑業廣泛使用BIM技術。BCA于2012年5月和2013年8月分別發布了《新加坡BIM指南》1.0版和2.0版。《新加坡BIM指南》是一本參考性指南，包含BIM介紹和BIM模型及協作流程，概括了各項目成員在采用BIM技術的項目中不同階段承擔的角色和職責，是制定《BIM執行計劃》的參考指南[4]。

圖1 NBIMS第三版體系框架

1.2 國內全國性BIM標準

1.2.1 中國建筑信息模型標準框架

2010年清華大學對外公布《中國BIM標準框架體系研究報告》，2011年清華大學BIM課題組發布《中國建筑模型標準框架研究》（CBIMS）。CBIMS的體系結構與NBIMS類似，針對目標用戶群將標準分為兩類：一是面向BIM軟件開發提出的CBIMS技術標準，二是面向建筑工程施工從業者提出的CBIMS實施標準[5]。

1.2.2 中國國家BIM標準系列

2012至2013年，住建部將6本BIM標準列為國家標準制定項目，分為三個層次[6]：一層是作為最高標準的《建筑工程信息模型應用統一標準》，其次是基礎數據標準，包括《建筑信息模型分類和編碼標準》和《建筑工程信息模型存儲標準》，三層為執行標準，即《建筑工程設計信息模型交付標準》、《制造工業工程設計信息模型應用標準》、《建筑信息模型施工應用標準》。

1.3 國內地方性BIM標準

2014年，北京《民用建筑信息模型（BIM）設計基礎標準》發布，該標準是北京民用建筑設計中BIM應用的通用原則和基礎標準。主要內容包括基本規定、資源要求、BIM模型深度要求、交付要求等[7]。

2017年8月浙江省提出“積極推廣應用建筑信息模型（BIM）技術，政府投資項目應當率先應用BIM技術”。緊接著在9月份，省住建廳印發了《浙江省建筑信息模型（BIM）技術推廣應用費用計價參考依據》，明確了BIM技術應用在民用建筑、軌道交通、地下綜合管廊、市政道路等方面費用計價標準。

此外，上海也在積極推動BIM標準的制定。目前在編或已發布的上海市BIM應用標準包括建筑、軌道交通、市政、人防這幾個子行業，涵蓋了基礎標準、協同應用、實施規劃、設計施工、管理審查、以及竣工運維等全過程的內容。

1.4 國內外BIM標準分析

相較于美國，我國BIM 國家標準的制定目的雖然同樣是為促進建筑行業的轉型升級，但政府對于整個行業的把控力度和美國存在較大差別。

一方面，目前很多大項目都在應用與BIM相關的信息化技術，這就推動政府要快速把國家級標準編制出來。另一方面，由于標準出臺后有著很強的實施層面的因素。因此對于編制單位來說，除了要提供先進理念，還需要把一些優秀的實踐成果和實踐方式加入進去，才能夠形成一個比較完善的國家標準。與美國市場主導下的BIM標準發展不同，我國BIM國家標準的制定中政府起到了絕對的主導作用。

雖然BIM無疑將給行業的發展帶來眾多益處，但是BIM的應用過程實際上是整個社會生產關系的改變，涉及到各方面經濟利益，如果采用一刀切的強制方式，反而會給BIM的推廣帶來很多阻力，因此當前發展還是應以政府引導為主。

2 上海市水利工程特點

上海地區屬長江河口三角州沖積平原，地處以太湖為中心的蝶形洼地東緣，全境除西南部有天馬山、佘山等少數孤丘外，整個大陸部分和三個島嶼均地勢低平坦蕩，且上海作為平原感潮河網地區，濱江臨海，水量充沛，長期以來，由于平原河網地勢低下，洪澇災害首當其沖[8]，因此，上海市水利工程以水閘、泵站為主，兼考慮堤防、海堤，主要特點如下：

（1）水利工程地質、地形模擬需較高精度

水利工程中地質、地形的模擬非常重要，無論是水閘、泵站，還是海堤、堤防工程，地質關系到結構的整體穩定安全；地形關系到土方的準確。BIM技術的顯著特點就是可視化，利用BIM技術把地形資料和地質資料整合成BIM模型，使地形、地質和結構聯系起來，布置運輸通道、臨建等設施，在設計工作中可發揮積極作用。

（2）施工放樣精度要求高

無論是泵站的異形流道，還是水下基槽開挖，水利工程對施工放樣的精度要求甚高。BIM技術之前的放樣通常通過二維平面圖紙進行，精度存在一定的損失。BIM技術給設計精度帶來了革命性變化，真正做到了精度準、效率高。由于BIM數據庫的數據精度達到構件級，是通過實體建模技術建立，無論是復雜的流道，還是異形的構件，都可以高效得到。

（3）專業較多，對圖紙的協調性要求高

施工圖紙審核在施工技術管理中非常重要，BIM技術是施工圖紙審核最有效的方法，通過BIM建模過程，對水利工程總圖、工藝、結構檢查其是否相符、水工總圖與配套工程是否銜接、內部結構與機械系統設備有無矛盾、圖紙尺寸及高程有無錯誤等，充分理解設計意圖，及早發現設計缺陷。

（4）水閘、泵站啟閉合理性要求高

BIM技術提供的完整工程信息模型可加深對工程全貌和重難點分項工程的理解。三維可視化功能再加上時間維度，可進行虛擬模擬。通過虛擬模擬技術可在水閘泵站啟閉合理性方案確定上提前預測，發現問題，制定最優的啟閉方案。

3 現有BIM標準對上海市水利工程的適用性分析

現有BIM標準正在逐漸完善中，這些標準可作為本次編制的參考，但對上海水利工程而言，還存在以下不足：

（1）專業內容缺失

現有BIM標準內容廣泛，但在總體而言，不管是國際標準，亦或是國內各地區標準，主要專業一般為建筑、結構、暖通、電氣等，這些標準對水利行業有一定的參考意義，但是不能涵蓋水利獨有的專業領域，例如金結、水機等，這些領域的BIM標準有待補充。

（2）地域范圍限制

國內外BIM標準均是基于各自國家或各自地區的項目特點，盲目照搬外有標準作為上海市水利工程BIM的技術或應用標準，將會起到事倍功半的效果，所以標準的本土化及其重要。上海的水利項目主要為民生工程，不同于常規的建筑項目，一般情況下以水務局或其下屬機構為業主單位，工作流程及工程驗收等相關事宜遵循政府部門頒布的規章制度，因此上海市水利BIM的實施管理及竣工交付等規范均應適應上述情況。

且上海地區屬長江河口三角州沖積平原，地質情況較內陸地區而言，具有一定的特色，淤泥層較厚，為保證工程結構安全，在基礎處理上，水利工程樁基礎應用較廣泛，因此地域造成了基礎處理也成為了BIM應用的側重點之一。

（3）發展水平參差不齊

與發達國家相比，國內BIM研究稍顯落后。據清華大學BIM課題組調研，新加坡與美國分別于1995和1996年啟動BIM研究，中國香港于2000年開始進入BIM領域，而中國大陸最早研究BIM為2003年，政府發布《2003～2008全國建筑業信息化發展規劃綱要》[5]。各國發展水平的不同，在行業內表現為工程設計、施工、管理等人員對BIM技術的接受程度各有不同，這種不同又影響從業人員對BIM標準的執行力度。因此，上海市水利BIM標準一定是要符合上海市水利行業在BIM領域的發展水平，在此基礎上，從業人員才能更大程度地踐行標準。

（4）軟件支持的力度不足

BIM軟件是BIM標準在應用過程中最直接的工具，目前主要以國外公司開發的軟件為主，軟件主要基于準IFC、OmniClass、COBie等歐美標準，導致水利項目除了工程通用領域外，獨有內容無法在軟件中體現，限制了BIM在水利行業的發展。通過建立水利BIM標準，可使BIM軟件開發有制可依、有規可守、有序可循，提高上海市水利行業BIM標準應用深度和廣度。

綜上分析，國內外BIM標準對上海市水利BIM標準有一定的借鑒意義，但在專業內容、地域范圍、發展水平、軟件支持等方面依舊有一定的缺陷，因此，創建基于上海市水利工程特點的BIM標準具有十分重要的意義。

4 基于上海市水利工程特點的BIM標準

根據上述分析，本文基于上海市水利工程特點，創建上海市水利工程BIM標準，包括技術標準、應用指南、實施管理辦法及竣工交付標準。

4.1 上海水利行業信息模型技術標準

“上海水利行業信息模型技術標準”適用于本市新建、改建、擴建和大修的水利工程，在規劃、設計、施工、運維階段BIM技術應用基礎標準，該標準是其他所有標準的應用基礎，其內容框架如圖2所示。

4.2 上海水利行業信息模型應用指南

“上海水利行業信息模型應用指南”適用于本市新建、改建、擴建和大修的水利工程，規范在規劃、設計、施工階段BIM技術應用點目標、技術要求、工作流程和交付要求，其內容框架如圖3所示。

圖2 上海水利行業信息模型技術標準框架

圖3 上海水利行業信息模型應用指南框架

4.3 上海水利行業信息模型實施管理辦法

“上海水利行業信息模型實施管理辦法”適用于本市新建、改建、擴建和大修的水利工程，在規劃、設計、施工階段BIM技術實施過程管理，其內容框架如圖4所示。

圖4 上海水利行業信息模型實施管理辦法

4.4 上海水利行業信息模型竣工交付標準

“上海水利行業信息模型竣工交付標準”適用于本市新建、改建、擴建和大修的水利工程竣工模型交付管理，符合本市水利工程設施設備運行維護管理平臺交付要求，其內容框架如圖5所示。

圖5 上海水利行業信息模型竣工交付標準

5 結語

上海市水利工程BIM標準是基于上海市水利工程獨有特點提出的，對于國內相似水利工程的BIM應用具有較強的參考價值。目前，該套標準正應用于上海市張馬泵站BIM示范工程，對于規范化水利工程BIM應用與管理起到了重要作用，未來可考慮推廣到整個上海市水利行業，并逐步成為國內水利行業的BIM標準的重要組成部分。

此外，BIM標準的創建對于開發具有上海市水利工程特點的BIM軟件具有一定的指導意義。沒有軟件，水利工程BIM標準就無法落地，因此本土化、行業化的BIM軟件應與BIM標準體系從戰略層面同步思考和推進。