基于BIM的鐵路物資信息分類及編碼研究

何蘭生，趙夕國，王步云

（中鐵四局集團管理研究院，安徽 合肥 230000）

隨著鐵路工程項目工廠化、機械化、專業化、信息化［1］的程度越來越高，工程項目生產管理中逐漸應用三維數字化的BIM技術，包括施工圖復核、編制施工方案、施工技術交底、工程進度演示、施工數量計算、物料加工分析、物資設備管理等工作，涵蓋技術、安全、進度、質量和成本等項目管理的多個方面。

當前以Revit系列軟件為主的BIM建模軟件中，物資信息主要提供的是適用于工業與民用建筑的材質，缺少鐵路物資材質。在項目BIM技術應用中，物資信息分類及編碼表達存在缺乏分類標準、信息缺失、物資名稱不準確等問題。物資查詢、數據統計、報表生成等人工整理工作繁重，不能準確、高效地提供物資管理信息，容易出現物資項目品名缺失、規格重復、檢索困難、統計漏項、報表延時等現象。為了在BIM技術應用中及時獲取鐵路物資的分類信息，為各級生產和管理人員提供生產管理數據，需要研究基于BIM的鐵路物資信息分類及編碼。

1 鐵路物資分類編碼

1.1 分類依據

鐵路行業的物資信息分類編碼依據為鐵路BIM聯盟發布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》［2］，并參照國家相關部門發布的現行材料標準、國家標準化委員會發布的分類信息標準、專業物資設備材料分類信息［3］、鐵路工程造價有關物資和設備的標準，以及工程實踐中的材料和設備清單。

1.2 分類內容

鐵路行業的物資信息按照所屬工程專業分類，分為原材料、燃料、機械設備及配件、線路設備及配件、機車車輛及配件、儀器儀表及計量器具、電氣設備及器材、通信信號器材、接觸網設備及零件、電子設備及元器件共10大類物資。

1.3 編碼方法

鐵路物資編碼分類采用線分類法［4］，線分類法是將分類對象按選定的若干屬性或特性逐次分成若干層次條目，并排列成一個有層次的逐級展開的體系。統一分支的同層級類目之間構成并列關系，不同層級類目之間構成隸屬關系。同層級類目互不重復，互不交叉。線分類法層次性好，能夠較好地反映類目之間的關系，便于計算機分類、查詢、統計。但分類層次和類目容量確定后，分類對象的排列順序固定。

鐵路物資分類采用全數字編碼方式，編碼長度控制在15位以內。分類設為6級，每級同類位碼按2位數字表示，同類位碼的數量不大于99個，各層級代碼值小于10時用前導零補齊。

2 鐵路物資分類庫

2.1 研究目的

鐵路物資分類庫是將鐵路施工中所用的物資按照一定的規則進行組織管理的系統，主要作用是統一規范物資分類和物資編碼，統一物資名稱、規格書寫規范，從而保證物資計劃、采購、倉儲、配送、生產等過程中編碼唯一、名稱統一，實現物資需求、供給、價格、供應商、物資采購、物資調劑等信息在全局范圍內互聯互通、資源共享。

2.2 實現模式

鐵路物資分類庫采用Browser/Server（簡稱B/S）三層體系結構模式（見圖1），利用目前流行的sprint clound+layui微服務開發框架，支持Mysql、mincrosoft SQLserver、Oracle多種數據庫。

在B/S模式中，用戶從客戶端頁面輸入框中發出指令，服務器從數據庫中調取需要的數據，并將結果返回到客戶端的顯示頁面。此模式下，系統所有功能集中部署到服務器上，客戶端不需要安裝任何附加程序，只需要通過瀏覽器訪問服務器，服務器完成所有工作，從而簡化系統的開發、維護工作量，提高系統應用的便捷性和可擴展性。

圖1 B/S三層體系結構模式

2.3 功能

鐵路物資分類庫設定了物資的分類種類，提供完善鐵路物資分類信息的基礎［5］；新增物資條目可根據物資材質、生產工藝、物理屬性等分類規則，實現物資條目的可擴展性。項目管理人員在應用BIM技術分類時，能夠準確查詢、獲取物資信息，校驗重復和缺失項目，快速更新物資庫。為物資管理人員提供分類明晰的材料條目編碼信息，使物資分類編碼表中的材料與現場一致。鐵路物資庫的建立，可提高鐵路物資管理能力。

2.3.1 鐵路物資分類庫的快速創建

為清晰呈現鐵路物資分類的各個層級關系，系統［6］研發了物資分類模塊，并以結構樹的形式呈現鐵路物資分類。為提高系統的鐵路物資分類庫的錄入和維護效率，系統研發了“添加”“編輯”和“刪除”等相關功能，鐵路物資分類庫創建時，可通過“添加”功能錄入分類編碼、分類名稱、所屬分類、物資名稱等信息，并指定子父級關系，實現物資分類結構樹的搭建；并通過導入表格的方式實現鐵路物資分類庫的創建（見圖2）。

2.3.2 鐵路物資的快速查詢和應用

為便于后期鐵路物資分類庫的更新和快速查找，系統研發了“篩選列”和“高級搜索”等功能方便相關物資的快速查找，并可進行全局檢索查詢。為便于鐵路物資庫的應用，系統支持其他平臺的數據對接，并能導出Excel文件便于其他系統鐵路物資的應用。

圖2 鐵路物資分類庫

3 BIM材質庫技術應用

3.1 BIM材質應用問題

BIM模型作為BIM技術應用的基礎，直接關系到BIM技術后期應用的質量和效果，而材質是BIM技術極為重要的非幾何屬性，而現有的Autodesk、Bentley、Tekla、Dassult等系列建模軟件和相關BIM、GIS平臺自帶的材質庫往往無法滿足施工階段BIM模型建立和BIM技術應用的需求，主要存在著BIM材質不夠用、材質庫分類不統一、數據交互材質易丟失等問題。為解決上述問題，基于鐵路物資分類與編碼開展了鐵路BIM材質庫的建設研究和實踐。

3.2 基于鐵路物資分類與編碼的材質庫建設方法

研究的鐵路物資分類與編碼是基于國家和行業相關標準，結合施工階段物資管理需求重新梳理而形成的，相較BIM軟件在材質分類上更符合施工階段BIM建模的需要。搭建的BIM材質庫嚴格遵循了“鐵路物資分類與編碼”中的物資分類層級和名稱，統一了鐵路工程BIM材質庫，在BIM建模和應用過程中材質的添加、數據的交互，解決了材質分類不統一、數據交互式宜丟失等問題，且材質庫可支持用戶手動擴展。BIM材質庫建設與應用框架見圖3。

3.3 應用實踐

在BIM軟件中，BIM材質有著色和真實2種顯示狀態，著色模式是根據RGB值為BIM模型增加色彩度，真實模式是根據實際的材質為模型材質屬性，2種各有用途，但真實模式更貼近于實際，在BIM應用中，往往用于效果方案比選、工程量統計、電子沙盤展示、場景漫游等應用。基于Autodesk Revit軟件，研究基于BIM的鐵路物資分類與編碼在實際工程中的應用。

圖3 BIM材質庫建設與應用框架

3.3.1 Autodesk Revit材質庫現狀

在BIM應用中，材質庫的材質對應實際的材質，使對象具有真實的外觀和行為，如混凝土、木材和玻璃。Autodesk Revit材質庫相對其余BIM軟件在材質庫更具可擴展性，且材質可添加詳細的外觀屬性、物理屬性，支持自定義，但不足的是自帶的材質庫行為習慣不符合鐵路工程施工BIM應用的要求，自定義材質庫又無法進行多層級的劃分，材質無法歸類儲存和引用，BIM模型數據交付時極易丟失，后期BIM應用需要大量的重新定義材質信息，導致BIM技術應用效率低下。Autodesk Revit自帶材質庫見圖4。

圖4 Autodesk Revit自帶材質庫

3.3.2 BIM材質庫的搭建

基于Revit二次開發，實現了基于鐵路物資分類與編碼的材質庫（見圖5）。在BIM材質庫建立時，嚴格按照鐵路物資分類搭建物資分類結構樹，并在結構樹的末端層級添加具體的材質，具體的材質添加可引用Revit既有的材質實現歸類放置。

圖5 基于Revit二次開發的材質庫

BIM材質屬性作為重要的信息，可在BIM材質庫中提前定義標識、圖形、外觀、物理、物資編碼［7］等信息（見圖6）。在項目實施時，在BIM建模過程和BIM應用過程可直接通過物資名稱或編碼的方式引用到材質庫的材質，減少了以往手動添加材質，提升了BIM應用效率。例如，如果要青銅材質變為紅色，可以使用“陽極電鍍鋁”（具有不同外觀屬性的資源）替換外觀資源。

圖6 BIM材質屬性

3.3.3 BIM材質庫在項目中的應用

在BIM建模［8］過程中，可以引用基于BIM的鐵路物資分類與編碼的材質庫，給BIM模型添加材質，并可通過按材質提取鐵路工程數量（見圖7），且還可以利用材質進行材質渲染和方案比選。

4 結束語

基于BIM的鐵路物資信息分類及編碼研究，提出了可滿足鐵路施工企業在應用BIM技術時的物資分類和編碼，用于分析、補充模型材質信息，建立適用于鐵路行業應用的物資庫，在鐵路行業的施工項目推廣應用，為BIM技術應用人員提供準確的物資分類編碼信息，使物資分類編碼表中的材料與現場一致。物資庫設定了新增物資條目擴展規則，實現物資條目的可擴展性，同時可與相關施工生產信息化管理系統融合應用。

圖7 BIM建模材質添加和工程量提取