水利工程信息模型理論與應用研究

張亮

【摘 要】隨著科學技術的發(fā)展，我國各個行業(yè)向著信息化的方向發(fā)展。水利工程作為我國建設當中的重點工程，也在不斷的向著信息化方向邁進。但是在水利工程信息化進程中還存在著集成化程度低、智能化程度不高以及標準化程度低等問題，工程各階段使用各自的“模型”而導致“信息孤島”現(xiàn)象，究其原因，是由于缺乏對信息資源的結(jié)構化組織和有效的信息交換。為解決此問題，文章當中從BIM系統(tǒng)方向入手，建立覆蓋水利工程全過程的信息模型系統(tǒng)，以提高水利工程的信息化水平和生產(chǎn)效率。

【關鍵詞】水利工程；信息模型理論；BIM；應用

1.提升水利工程信息化水平的重要意義

在水利工程實施過程中運用信息技術以提高質(zhì)量和效率己成為共識，但目前的技術應用大部分為特定功能的局部實現(xiàn)，如項目全生命期的某個階段或某個專業(yè)。從貫穿于水利工程整個生命期的信息集成與溝通這個基本問題入手研究覆蓋工程建設全過程的信息應用系統(tǒng)，為徹底改變工程各個階段的“信息孤島”現(xiàn)狀，提高水利工程的信息化水平和生產(chǎn)效率具有重要意義：

1.1深入研究和吸收建筑信息模型（BIM）基本理論和技術成果，結(jié)合水利水電工程管理模式和信息資源特點，提出面向水利工程全生命周期信息管理的水利工程信息模型體系與架構，參照工程信息分類與編碼國際標準、信息描述國際標準，研究構建水利工程信息模型的相關理論和關鍵技術，為以水利工程信息模型為載體的項目不同階段的信息集成、共享和傳遞，為面向水利工程全生命周期的信息管理提供技術支撐和理論方法。

1.2針對BIM應用和水利工程信息化的實際，研巧水利工程建設領域信息化的BIM方法，通過解決水利工程信息標準化分類與編碼問題、統(tǒng)一表述等問題，在實現(xiàn)BIM應用領域擴展的同時建立水利工程信息資源利用的標準機制，為水利工程信息化高效率高質(zhì)量服務工程本身奠定基礎。

1.3提出的基于IFC標準擴展的水利工程信息模型統(tǒng)一描述系統(tǒng)和集成進度、質(zhì)量信息的設計施工一體化集成管理平臺，驗證了水利工程多用戶、多階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享和交換的可行性和有效性。這項研究綜合利用BIM技術，對提高項目的設計，建設和運營管理具有很高的實用價值，對提高科學管理的質(zhì)量和工作效率，發(fā)展水利信息化具有重要意義和廣闊前景。

2.水利工程信息管理澳式現(xiàn)狀

通過調(diào)查研究，水利工程建設領域的信息管理模式主要有人工和利用信息系統(tǒng)兩種：

2.1人工管理模式

人工管理模式依然是目前大多數(shù)水利工程項目采取的信息管理模式，其主要方式是人工或者通過計算機單一功能辦公軟件工具，基于自定義的信息編碼、流程等進行。該模式雖然采用計算機工具，但信息處理依然主要依靠人工，容易造成信息存儲混亂，信息的準確性和一致性也很難保證，信息查詢、使用效率低。

2.2利用信息系統(tǒng)管理模式

隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，尤其是大型水利項目復雜的信息管理需求，基于特定功能的信息管理系統(tǒng)開始得到應用。信息系統(tǒng)管理模式己在水利工程的勘察設計、施工監(jiān)理質(zhì)量控制施工安全管理、移民管理等方面進行了運用，歸納起來，主要是下三種方式：

2.2.1獨立的項目管理軟件方式

借助于當前流行的項目管理軟件，只對迫切需要的項目需求進行相應的文檔信息管理。如可進行計劃管理、跟蹤控制、實時進度信息輸出的微軟Microsoft Project，還有只進行簡單的進度管理的美國Primavera公司的Primavera Project Planner（簡稱P3）項目計劃管理軟件，該軟件己在H峽、小浪底、二灘等大中型水利水電工程進行了運用。

2.2.2系統(tǒng)軟件改造方式

根據(jù)項目的實際情況，通過購買集成的MIS系統(tǒng)軟件加改造，使已成熟的系統(tǒng)可以匹配于當前實際需求，實現(xiàn)快速得到并使用管理信息系統(tǒng)的目的。如基于化科軟PMS王程建設管理系統(tǒng)開發(fā)的黃河公伯峽工程、廣蓄惠州抽水蓄能電站工程建設管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件在改造時可集成己有的管理模塊，也可引入其他項目管理軟件。由于水利工程的個體差異很大，采用此方式往往導致現(xiàn)有軟件的改造工作量巨大，有時甚至超過重新研發(fā)。

2.2.3專項型MIS系統(tǒng)開發(fā)

聯(lián)合軟件開發(fā)組織和水利工程專業(yè)技術人員，將各自專業(yè)特長相結(jié)合的基礎上，針對特定工程的管理需求，開發(fā)專項性的MIS管理系統(tǒng)。如長江水利工程監(jiān)管信息系統(tǒng)、三峽管理信息系統(tǒng)等均采用此方式。該方式優(yōu)缺點明顯，優(yōu)點是針對性強，具備輕松滿足具體功能需要的能力；缺點是通用性不強，開發(fā)周期長，難度和風險較大。綜上所述，信息系統(tǒng)在水利工程信息管理中的使用并未完全取代人工為主的管理模式。此外，己有的水利王程信息管理系統(tǒng)僅針對某個特定工程、某個特定階段、某項特定功能，缺乏全生命周期的信息集成、共享和傳遞管理，在不同階段不同參與方之間的信息互用性和復用性方面還需提高。

3.水利工程信息模型分類和編碼標準

依據(jù)ISO 12006—2信息分類的體系框架，引用國標《建筑工程設計信息模型分類和編碼標準》（己完成征求意見稿，即將發(fā)布），同時引用國標《地理信息分類與編碼規(guī)則》（編號為GB/T25529—2010），制訂適用于水利工程全生命周期內(nèi)各階段信息模型的分類和編碼，對應國際上的IFD（國際語義框架），依據(jù)該標準，可把水利水電工程的信息進行有效分類、數(shù)字化編碼，從而保障工程信息在相關各方么間準確、迅速地傳遞。

3.1水利工程信息模型分類框架

水利工程信息模型分類體系框架也是基于過程的，就是經(jīng)歷水利工程的階段過程將建設資源建成項目成果：即從建設資源投入，到建設過程生產(chǎn)再到最后產(chǎn)出建設成果。基于此框架，將水利工程信息模型中的對象按照建設資源、建設過程、建設成果和其他四大類進行劃分。諸如人員、工具、信息、組織等屬于資源范疇；項目階段、職能等劃為過程對象；建筑實體、工項、構件等是建設成果；用其他將地理、屬性、材料等信息歸類。水利工程與地理信息和工程地質(zhì)信息密不可分，因此該分類框架體系需包含地理和地質(zhì)信息，并歸為其他類別里。參照國標《地理信息分類與編碼規(guī)則》，在相應的地理要素和地質(zhì)要素類目下進行針對水利工程的信息擴展。

3.2水利工程信患分類與編碼成果

水利工程信息模型分類采用線面結(jié)合的分類法，共20個分類表：

3.2.1表50-按功能分建筑物，按此表可根據(jù)特性或功能對水利水電工程建筑物進行分類。

3.2.2表51-按形態(tài)分建筑物，按此表可根據(jù)形態(tài)特征對水王建筑物進行分類。

3.2.3表52-按功能分建筑物空間，按此表可根據(jù)特性或功能對水工建筑物空間進行分類，由于水工建筑物大多為塊體結(jié)構，空間包括實體空間。

3.2.4表53-按形態(tài)分建筑物空間，按此表可根據(jù)封閉程度特征對水工建筑物空間進行分類。

3.2.5表14-元素，按此表可根據(jù)特征或功能對建筑元素進行分類，引用國標。

3.2.6表15-工作成果，按此表可根據(jù)工作類型特征對水利工程工作成果進行分類，引用國標。

3.2.7表54-水利工程構件，按此表可根據(jù)特征或功能對水利工程構件進行分類。

3.2.8表55-水利工程工項，按此表可根據(jù)工作類型特征對水利工程工項進行分類。

3.2.9表21-行為，按此表對行為進行分類，引用國標。

3.2.10表22-專業(yè)領域，按此表對專業(yè)領域進行分類。引用國標，并基于國標進行

類目擴展

3.2.11表60-水利工程項目階段，按此表對水利工程項目階段進行分類。

3.2.12表30-水利工程產(chǎn)品，按此表根據(jù)功能和材料特征對水利工程產(chǎn)品進行分類，該表引用國標，并在適當?shù)念惸肯聰U充水利工程產(chǎn)品。

3.2.13表71-水利工程人員角色，用于分類水利工程人員角色。

3.2.14表72-水利工程組織角色，用于分類水利工程組織角色。

3.2.15表32-工具，按此表根據(jù)特征或功能對工具進行分類，引用國標。

3.2.16表33-信息，按此表對信息進行分類，引用國標。

3.2.17表40-材料，按此表對材料進行分類，引用國標。

3.2.18表41-屬性，按此表對屬性進行分類，引用國標。

3.2.19表59-水利工程特性，按此表對水利工程特性進行分類，引用國標。

3.2.20表60-地理信息，按此表對水利工程地理及工程地質(zhì)信息進行分類。引用國標《地理信息分類與編碼規(guī)則》，并在類目“綜合水利設施”下對水利工程地理要素進行擴展，同時在類目“地層與巖體（帶）要素”及“地質(zhì)災害分布區(qū)劃地質(zhì)災害類型”下對水利工程地質(zhì)信息進行擴展。

結(jié)語

綜上所述，對信息分類及編碼的基本理論、分類標準、我國水利工程信息分類體系進行了研究分析，基于水利工程信息模型系統(tǒng)的體系與架構，構建適用于不同階段以及不同專業(yè)之間的水利工程信息分類標準和統(tǒng)一編碼，編制了關鍵的分類表，涵蓋水利工程建設資源、建設過程以及建設成果中的信息資源，為信息數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標準化使用，為水利工程信息模型系統(tǒng)的實現(xiàn)打下基礎。

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