基于BIM的公路工程標準化EBS分解方法

何 飛，戴 瑋

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引言

交通部《數字交通發展規劃綱要》,明確提出采用數據化、全景式展現方式,提升綜合交通運輸運行監測預警、在線監測等支撐能力。《綱要》提出,我國數字交通發展要以數據為關鍵要素,賦能交通運輸及關聯產業,推動模式、業態、產品、服務等聯動創新,提升出行和物流服務品質,讓數字紅利惠及人民。要堅持世界眼光、國際標準、中國特色,以試點為重要手段,通過典型引路,逐步形成數字交通發展的中國經驗和中國方案。

數字化轉型是我國經濟社會未來發展的必由之路。未來,所有的企業都將成為數字化的公司,這不只是要求企業開發出具備數字化特征的產品,更指的是通過數字化手段改變整個產品的設計、開發、制造和服務過程,并通過數字化的手段連接企業的內部和外部環境。

為了提高高速公路建設期信息化水平,促進BIM信息模型技術應用的各方協同工作,從標準化和實際工作需求角度出發[1-3],提出基于公路工程BIM模型標準化工程結構分解方法(EBS)。公路工程BIM模型通常按分段和分節點工程進行創建,標準化EBS分解結構可以統一項目中各分段工程BIM模型分解粒度,同時,企業級的標準化EBS分解粒度可以統一項目之間的模型分解方法,提高項目管理數字化,還能有效地歸集建設期數據資產,為高速公路資產數字化轉型打下基礎[4]。

1 EBS分解基本原則

1.1 EBS分解內容

EBS分解是一種依據行業規范對工程對象進行專業的系統分解,綜合各項目之間互相獨立又互相聯系的關系,按層級形成符合工程建設需求的工程項目結構樹。工程實體結構分解編碼的核心功能在于實現工程實體的分類、檢索、信息傳遞,應用于工程建設管理信息化[5]。

1.2 標準化EBS分解原則

EBS采用一維表的數據組織方式,將公路工程項目各結構分解至項目需求的最小單元[6]。標準化EBS結構應滿足分解全面、層級分類固定以及適用面廣的特點。

1)分解全面。根據現階段道路、橋涵、附屬結構等專業的特點,將各專業工程結構分解至最小分解單元[7]。

2)層級分類固定。各專業EBS結構分級每層對應固定的分解原則,避免各項目之間分解標準不固定,降低項目信息管理效率[8]。

3)適用面廣。標準化EBS分解結構應最大程度地滿足不同場景的數字化應用需求。

1.3 EBS結構分解方法

為了便于標準化分解,以主線道路和樞紐互通為劃分節點,將高速道路劃分為若干個工程區間。再以道路工程、橋梁工程、涵洞工程、交通工程等專業,對工程區間進行專業上的分解。其中,考慮到道路段施工方式區別,將道路工程細分成路基工程和路面工程。

路基工程/路面工程分段一般以橋梁為分段節點,根據道路段起點-伸縮縫、伸縮縫-道路段終點的方法分成不同的道路結構段[9]。

橋梁工程和涵洞工程作為單點結構,按節點進行結構分解。

交通工程的分解內容主要包含護欄和交通標志,依據前文路基工程/路面工程和橋梁工程的劃分方法進行標準化分解。

2 各專業標準化EBS結構

2.1 基礎層級劃分

基于EBS分解方法,分解體系前四級采用固定層級劃分形式:“①項目(標段)信息-②路段區間定位-③路段類別信息-④專業信息”。

①項目(標段)信息:包含項目按標段總分段內容,如:××高速1標段。

②路段區間定位:根據前文所述,以主線與樞紐互通節點為劃分段,如:K0+000—K10+000以及K10+000—K15+000 ××樞紐。

③路段類別信息:針對主線節點,路段類別為“主線段”;針對樞紐互通節點,路段類別分為“主線段”以及對應的各項“匝道段”。本文提供路段區間定位和路段類別示例如圖1所示。

④專業信息:項目主要專業分類,包含路基工程、路面工程、橋梁工程、涵洞工程、交通工程及沿線設施。如遇特殊情況,可根據需求進行相應的專業增減。

2.2 路基工程層級劃分

路基工程EBS分解層級自第五級開始,采用“⑤專業細類-⑥構件單元”的劃分形式。

其中,⑤專業細類根據④專業信息進行構件類型的具體分類。路基工程的專業細類從空間上可以劃分至路床、邊坡、排水以及防護四大細類。如遇特殊情況,可根據需求在第四層級進行相應的細類增減。⑥構件單元作為EBS結構樹的葉子節點,根據最細粒度構件單元的空間位置信息及元素信息進行準確描述,從而達到細部構件的分解目標[10]。路基工程具有帶狀工程特性,因此空間位置可采用起終點信息進行描述。

本文提供路基工程標準EBS分解結構示例如圖2所示,本示例包含K0—K6,K6+030.000—K10段道路,以及K6+015.000一座梁橋。

2.3 路面工程層級劃分

路面工程EBS分解層級與路基工程一致,采用“⑤專業細類-⑥構件單元”的劃分形式。

路面工程在⑤專業細類上區分為路面面層、路面基層、土路肩、中分帶以及路緣帶五大類,并針對特殊要求可進行增減[11]。⑥構件單元劃分方法與路基工程一致,根據最細粒度構件單元的空間位置信息及元素信息進行描述。例如,路面面層進行最細粒度構件單元分解,可劃分為“左幅下/中/上面層”“右幅下/中/上面層”。

本文提供路面工程部分標準EBS分解結構示例如圖3所示。

2.4 橋梁工程層級劃分

橋梁工程作為單點工程,區別于路基工程/路面工程這種典型的帶狀屬性。為了更好地進行構件單元分解和區分,橋梁EBS第⑤級確定為橋梁的單點工程信息,主要包含了該路段區間中所有橋梁單點工程。第⑥級包含橋梁空間屬性,在空間上將橋梁工程劃分為上部結構、基礎及下部結構、橋面系和附屬結構三類。根據專業使用習慣,上部結構、橋面系及附屬結構這兩類的下一級分解包含橋梁聯、跨屬性的定位信息;基礎及下部結構專業分解下一級包含橋梁墩臺的定位信息。

因此,根據劃分方法,確定從第五級開始,橋梁工程標準EBS結構分解如下所示:

上部結構:“⑤單點工程信息-⑥橋梁空間定位信息-⑦橋梁聯信息-⑧橋梁跨信息-⑨專業細類-⑩構件單元”。

橋面系及附屬結構:“⑤單點工程信息-⑥橋梁空間定位信息-⑦橋梁聯信息-⑧專業細類-⑨構件單元”。

基礎及下部結構:“⑤橋單點工程信息-⑥橋梁空間定位信息-⑦橋梁墩號信息-⑧專業細類-⑨構件單元”。

上部結構專業細類應根據不同橋梁類型進行區分,如梁橋對應的⑤專業細類可包含主梁、橋面板、縱橫梁、濕接縫、橫隔板、支座等,而斜拉橋對應的⑤專業細類還需添加索相關等內容。

本文提供橋梁工程標準EBS分解結構示例如圖4所示。

2.5 涵洞工程層級劃分

涵洞工程與橋梁工程類似,EBS第五級確定為涵洞的單點工程信息,并采用“⑤單點工程信息-⑥專業細類-⑦構件單元”的劃分方式。

涵洞⑥專業細類從空間上劃分至洞口、洞身兩類。⑦構件單元劃分至最細粒度單元。本文提涵洞工程標準EBS分解結構示例如圖5所示。

2.6 交安工程

交通工程及沿線設施采用“⑤專業細類-⑥構件單元”的劃分方式。

本文以交通標志和護欄欄桿作為交通工程標準EBS分解結構⑤專業細類的示范案例,提供示例如圖6所示。

3 公路標準化EBS分解體系應用

G4211寧蕪高速項目起點位于皖蘇省界處,路線終點位于蕪湖市鳩江區。高速公路數字化交付平臺以寧蕪高速為試點應用,平臺提供了一個可對接項目業主、設計方、施工方以及運營方等各參與方的工程實施協同平臺,并具備對應項目、區位、設施或構件的瀏覽、查詢、檢索和定位等功能。

平臺中內嵌三維場景展示平臺,采用標準化EBS分解體系,統一項目BIM信息模型的構建粒度。并通過EBS構件樹、模型以及項目信息的數據連接,在平臺中可以利用樹結構查找對應的結構構件,快速準確地定位至查詢構件,并顯示該構件所攜帶的工程信息,如樁號、結構類型、長寬高以及材料信息。同一性的EBS分解體系可以保證該項目數據格式協同共享,也利于平臺后期整合其他項目中的數據,確保統一格式。

本文提供寧蕪高速試點工程中,橋梁工程基礎及下部結構中40號墩中4號墩身的構件信息如圖7所示。

4 結語

高速公路項目全過程管理包含的信息量和數據量極大,其中信息模型中數據管理與應用只是其中一小部分。目前標準化EBS結構樹創建過程中,主要以項目中出現的道路、橋梁等形式為案例對象,在后期進一步的數據處理以及標準建設工作中,應加強項目數據的規劃研究,擴大數據案例范圍,真正提高公路建設期信息化水平。