基于BIM技術的道路信息模型標準框架研究

張 軍

(天津市公路工程設計研究院 天津300170)

0 引 言

建筑信息模型(BIM)技術近年來得到了迅速的發展和推廣，如今許多行業已經有所涉及。在建筑行業，BIM 技術推動了基礎設施建設領域的技術革新，其最終目的在于將完整準確的工程信息傳遞到項目的每個階段，能夠讓各參與方的工程人員隨時隨地查詢到項目信息，可以提前發現并更正項目運營之后出現的問題，為之后的工作決策提供有效的建議[1]。由于我國的BIM 標準研究較晚，制約了BIM 技術的發展，加劇了BIM 理論和實踐應用的脫節。美國國家BIM 標準NBIMS 于2007 年發布，其基于工業基礎類別(IFC)平臺開發，這也是世界上第一個BIM 標準；英國目前廣泛使用的編碼體系是 UniClass，2015 年，英國國家建筑規范組織(NBS)在 UniClass 2 的基礎上，正式發布了 UniClass 2015，同時把UniClass 2015 編碼體系融入到BIM Level 2 實施工具NBS Toolkit 中[2]。目前我國主要發布了針對建筑行業的《建筑信息模型分類和編碼標準》，鐵路相關單位編寫了《鐵路工程信息模型(REIM)應用統一標準》[3]，還沒有一套與道路工程相關的BIM 標準規范。

國內外研究多處于某一任務級階段，且沒有對工程項目中信息的標準進一步做出研究，造成信息數據在各方間的傳遞共享出現障礙，不能避免信息的丟失。

Nour.M等[4]基于IFC 標準，開發出動態建筑信息數據庫，以實現設計方與材料方的溝通；Bazjanac[5]應用BIM 模型，使工程信息在各參與方間轉換和共享；楊震卿等[6]通過對BIM 標準的研究，提出現階段企業級BIM 標準的應用方式；陳茜[7]結合IFC 標準，提出一種項目利益者之間的交付平臺和標準。

本文通過對清華大學BIM 課題組編制的《中國建筑信息模型標準框架研究》(CBIMS)的研究[8]，主要針對框架中的技術標準模塊進行拓展，提出了道路BIM 模型標準框架，依據《建筑信息模型分類和編碼標準》的編碼原則，對道路部分結構進行編碼，以實現BIM 模型的標準信息分類，有效運用BIM 模型的信息輸入、提取功能，對部件信息進行準確提取與處理。通過以上對BIM 模型的處理，充分發揮BIM技術在道路工程中的優勢，實現理論與實踐更好結合。

1 相關理論

1.1 BIM標準

BIM 技術發展的核心目標是將建筑工程中產生的海量信息進行存儲、分析，使工程信息能夠在各個部門、單位之間進行交換，從而達到信息共享。為實現此目標，必須有統一的數據標準作為基礎，對工程項目中所產生的信息進行管理。

對于BIM 標準，國際上將其分為IFC、IFD 和IDM 3 類。IFC 標準由資源層、核心層、共享層和領域層4 個層次構成[9]，提供了一個不依賴于任何具體信息管理系統、適合于計算機處理的建筑數據表示和交換標準；IDM(Information Delivery Manual)標準即信息交付手冊標準[10]，其最終目的是保持數據的準確性；IFD(International Framework for Dictionaries)為國際字典框架標準[11]，利用IFD 可保證國內外數據的共享，保證工程的順利進行。

1.2 BIM模型標準框架

隨著BIM 技術的不斷推廣，我國在建筑行業的BIM 技術快速發展，目前已經制定了相關的標準規范，但對于信息比較繁雜的道路工程還沒有制定一部完整的相關標準。本文通過對CBIMS 框架的研究，針對CBIMS 框架技術標準中的數據存儲標準、信息語義標準和信息傳遞標準3 個方面進行深度研究，提出基于此框架內容下的關于BIM 的道路模型標準框架，如圖1 所示。自上至下依次可以看出：框架圖第2 部分為國際公認的BIM 標準，第3、5 部分為CBIMS 框架的技術標準要求，第4 部分是作為參考的正在編制的建筑行業相關BIM 標準，第6 部分為本文具體研究內容。

圖1 基于CBIMS的BIM模型標準化框架Fig.1 BIM model standardization framework based on CBIMS

2 BIM數據標準研究

2.1 存儲標準

道路工程信息模型存儲標準應適用于道路工程全壽命周期內的BIM 模型數據信息的存儲，并能夠更好地促進整個工程全壽命周期內各階段、各部門及各專業對BIM 的應用。

道路工程數據存儲標準可采用IFC 標準，通過對IFC 標準擴展的方式實現道路工程BIM 數據信息存儲標準。分析IFC 標準資源層、核心層、共享層和領域層4 個層次結構，利用資源層和核心層對信息的定義方式，作為道路工程BIM 模型的數據格式。

2.2 交付標準

交付標準是BIM 標準中的主要內容部分，深入研究交付標準，能夠更好地實現信息在不同階段、不同部門間的準確傳遞，提高信息共享效率，有利于提高工程項目各參與方對模型交付理解的一致性。信息的交換由信息交付手冊(IDM)定義，IDM 為信息交換框架(Information Exchange Framework)的組成部分，如圖2 所示[12]。IDM 標準提出交換流程圖、交付說明等內容，缺乏對具體對象交付要求的描述，且對于建筑專業，該標準沒有適合道路工程交付的要求。下面將向讀者介紹信息模型交付深度等級、道路模型單元劃分內容。

圖2 信息交換框架層次Fig.2 Hierarchy of information exchange framework

2.2.1 信息深度等級的劃分

工程中的信息會隨著工程階段的發展而逐漸深入展開，包含更多的內容。在國家《建筑信息模型設計交付標準》中，對信息深度等級做出了說明，即為模型單元承擔信息詳細程度的衡量指標，用Nx來表示[13]。BIM 模型所攜帶的信息應遵循適當原則，不能過于簡單，也不能過于復雜以致影響應用效率。對BIM 模型表示信息深度的確定，能夠確保交付信息的準確性和完整性，保證交付質量。

BIM 技術貫穿公路工程的各個階段，在公路的全生命周期加以應用。因此，以BIM 技術為基礎的信息深度的分級也參與公路工程的設計、施工，直到后期的運營養護階段。參照建筑行業的《建筑工程設計文件編制深度規定》，本文將道路模型信息深度分為5 個等級，分別代表項目中的5 個階段，用1N 、N2、N3、N4、N5來表示5 個等級，各等級具體應用內容及階段如表1 所示。

2.2.2 道路模型單元劃分

在道路模型交付過程中，根據道路結構的劃分，規定模型單元的組成。道路項目模型單元劃分為構造物、結構組成和功能組成等內容，如圖3 所示。構造物包括道路工程中的路、橋、隧道等內容，按照結構組成分類，可分為路基、路面等，橋梁有上部結構和下部結構等，功能組成有照明系統、標志系統、排水系統等。構件是模型單元組成各部分的子集[14]。

表1 道路工程模型信息深度等級劃分Tab.1 Information depth classification of road engineering model

圖3 道路模型單元劃分Fig.3 Road model unit division

根據上述道路模型信息深度等級劃分方法，可以確定道路各具體模型部件的信息深度等級。下面以瀝青混凝土路面為例，對道路瀝青混凝土層的構造尺寸和屬性進行信息深度等級劃分，如表2 所示。

表2 BIM模型信息深度等級示例表Tab.2 Example table of BIM model information depth level

3 道路工程BIM應用標準

道路工程BIM 應用標準對道路專業的技術應用起到規范指導作用，本文對道路工程BIM 應用標準的規劃設計、施工建造、運營養護3 個方面進行介紹，如圖4 所示。

規劃設計階段應用標準包含道路BIM 模型設計應用標準、道路BIM 模型設計制圖標準、道路BIM模型交付標準。設計應用標準主要對道路工程設計階段全壽命周期內模型的創建進行管理應用；設計制圖標準主要規范設計模型以及圖紙的繪制；交付標準主要對交付模型信息深度、過程進行規范。

圖4 應用標準結構圖Fig.4 Structure diagram of application standard

施工建造階段應用標準包含BIM 模型施工應用標準、道路BIM 模型施工監理標準、道路BIM 模型交付標準。施工應用標準主要從深化設計、施工統計、施工模擬、施工進度管理、安全管理等方面對道路模型的創建與使用管理進行規范；施工監理標準主要從施工監理過程、交付成果監督等方面進行規范[15]。

運營養護應用標準主要對道路運行期間的維修數據管理、資產管理等方面進行規范。

4 結 語

通過對我國BIM 技術標準現狀的研究，對比國外研究進程，針對BIM 標準研究與實際工程存在的脫節問題，以BIM 模型為研究對象，對道路工程的BIM 數據標準和應用標準進行研究，并對數據標準展開研究，提出道路模型存儲標準、道路模型分類編碼標準、道路模型交付標準。通過制定合理的編碼規范，使模型信息標準化，有利于確保模型各部件實體與編碼相對應，使BIM 信息在工程的各個階段、各單位部門及各類信息管理平臺間準確、保真地傳遞與共享。