上海市水利院水利工程BIM設(shè)計(jì)流程研究

卓鵬飛

模型作為BIM技術(shù)的載體，建立模型的過程則是BIM技術(shù)的基礎(chǔ)工作和前提。模型的正確與否直接影響著BIM綜合交付的高效協(xié)作水平。模型的創(chuàng)建效率直接決定BIM技術(shù)的發(fā)展效益。

技術(shù)人員多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)完成建模工作，但各行業(yè)建立模型的規(guī)則差異較大，水利工程建模的方法及流程更無規(guī)可循?，F(xiàn)有BIM標(biāo)準(zhǔn)多集中于BIM技術(shù)體系的整體架構(gòu)，除了模型自身的核心數(shù)據(jù)如IFC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)外，對三維模型確立的內(nèi)在流程和組織關(guān)系較少涉及。

BIM模型可以分為兩類：第一類作為設(shè)計(jì)方案的翻版模型，即翻模，大多依賴于設(shè)計(jì)方案自身的正確性與合理性，翻模無需進(jìn)行較復(fù)雜的校審和版本變更；第二類作為整體設(shè)計(jì)方案及優(yōu)化的完整BIM模型，即正向模型，被作為設(shè)計(jì)或全壽命期交付數(shù)據(jù)對象，包含了設(shè)計(jì)意圖與明細(xì)方案，版本控制的工作量呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長，需要建立完全區(qū)別于二維設(shè)計(jì)的三維校審體系和模型定型（版本定型）體系。

在水利工程項(xiàng)目實(shí)踐方面，有了標(biāo)準(zhǔn)化的BIM流程，模型便可在二維設(shè)計(jì)的空間、信息的多維延伸基礎(chǔ)上，發(fā)揮其核心數(shù)據(jù)共享功能，以流程作為模型自我發(fā)展和完善的催化劑，實(shí)現(xiàn)高效率的綜合交付。

BIM模型構(gòu)建流程研究

某泵閘工程BIM項(xiàng)目涉及地質(zhì)、基坑、水工、建筑、結(jié)構(gòu)、金結(jié)、電氣、水機(jī)、給排水、暖通、橋梁共計(jì)11個(gè)專業(yè)，各專業(yè)按協(xié)同流程建立相應(yīng)的專業(yè)模型。所有建模均基于協(xié)同平臺。

具體建模流程為以下幾點(diǎn)：

■建立軸網(wǎng)和基準(zhǔn)坐標(biāo)系

軸網(wǎng)指建筑軸網(wǎng)，建筑、結(jié)構(gòu)、暖通依據(jù)此軸網(wǎng)建立模型；基準(zhǔn)坐標(biāo)系以水工站身和閘室特征點(diǎn)（閘室下游與站身相鄰的閘室邊墩角點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)）為坐標(biāo)原點(diǎn)建立正交坐標(biāo)系，泵閘閘室和站身順?biāo)飨驗(yàn)閄軸，垂直水流向?yàn)閅軸，Z向按系統(tǒng)默認(rèn)，表示真實(shí)的高程坐標(biāo)，除建筑、結(jié)構(gòu)、暖通外的其他專業(yè)依據(jù)此坐標(biāo)系建立模型，此坐標(biāo)系實(shí)質(zhì)是絕對坐標(biāo)系，只是模型位于其原點(diǎn)附近。

■水工先行，其他專業(yè)并行建模

水工專業(yè)依據(jù)二維方案圖紙進(jìn)行三維布置和三維建模，建立站身和閘室主體機(jī)構(gòu)模型后，其他專業(yè)參考其位置并作為基準(zhǔn)建立相應(yīng)模型。

由于采用了三維協(xié)同設(shè)計(jì)，在協(xié)同平臺中，各專業(yè)的建模流程與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙流程并不相同，且各專業(yè)可以采用“并行建?！钡娜蝿?wù)處理方式（具體協(xié)同的流程詳見下文），因此其他專業(yè)作為為一種并行任務(wù)的建模方式。

■依據(jù)工藝關(guān)系建模

某泵閘工程基坑安全等級為一級，采用逆作法施工，同時(shí)考慮施工作業(yè)的先后順序，基坑圍護(hù)模型主要依據(jù)工藝關(guān)系建立模型。

為了建立模型的方便（主要是建模過程中的視覺方便），將基坑圍護(hù)整體拆分為既有結(jié)構(gòu)、內(nèi)河圍堰、外河圍堰、圍護(hù)樁、樁基礎(chǔ)及基坑立柱（格構(gòu)柱）、坑底加固、防滲帷幕、支撐與土方開挖等獨(dú)立子模型，然后依次按相對位置關(guān)系相互參考逐步建立各子模型。最后對子模型組成的基坑組裝模型構(gòu)件添加施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí)間，使基坑圍護(hù)模型與逆作法施工工藝相匹配。

■功能和位置分區(qū)分段建模

水工專業(yè)按從上游至下游分為上游附屬設(shè)施、上游連接段、站身閘室、下游連接段、下游附屬設(shè)施建模；按功能劃分區(qū)段分為排澇泵閘和引水泵閘建模，建模依次為拋石防沖槽、內(nèi)河翼墻及海漫、清污機(jī)橋段、進(jìn)水前池、進(jìn)水池、消力池、閘室、站身、出水池、消力池、東閘路橋段、外河翼墻及海漫、拋石防沖槽；按層次劃分區(qū)段分為地基基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)建模，其中地基基礎(chǔ)主要指樁基礎(chǔ)和地基處理，主體結(jié)構(gòu)自下而上依次為鋪墊、底板、閘墩（泵墩、翼墻等）、胸墻、進(jìn)出水流道、閘室站身結(jié)構(gòu)層、排架、上部附屬設(shè)施等。

建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)依據(jù)水工專業(yè)功能分區(qū)劃分為排澇泵閘廠房區(qū)和引水泵閘管理區(qū)模型，皆按樓層劃分模型，通過軟件樓層管理器工具快速定位構(gòu)件位置，建立各樓層模型。廠房區(qū)分為主廠房和副廠房模型，區(qū)分1、2、3號樓分別建模，管理區(qū)作為自然散落建筑模型依靠室外交通（場地）模型連接。

■專業(yè)建模先總體、后局部，先主體、后細(xì)節(jié)原則

各專業(yè)先建立總體模型（不影響位置的整體框架），再進(jìn)行局部細(xì)化。如水工專業(yè)先進(jìn)行底板、閘墩、胸墻、排架等主體結(jié)構(gòu)建模，再進(jìn)行局部開孔、圍欄、支墩、玻璃鋼蓋板等細(xì)節(jié)建模；建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)先進(jìn)行梁板柱、墻門窗樓板等主體結(jié)構(gòu)建模，再進(jìn)行臺階、樓梯、欄桿、裝飾條連接等細(xì)部構(gòu)造建模。

■從元件庫（數(shù)據(jù)庫）到模塊化拼裝

地質(zhì)專業(yè)需先配置（搭建）后臺數(shù)據(jù)庫平臺（較為獨(dú)立的專業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺），然后進(jìn)行地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)，包括地質(zhì)定義、勘探布置、地質(zhì)測繪、地質(zhì)勘探、物探數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)、查詢統(tǒng)計(jì)等，最后進(jìn)行地質(zhì)勘探建模， 包括地層切分、地質(zhì)鉆孔、開挖地質(zhì)模型等。

電氣專業(yè)需先配置（搭建）后臺數(shù)據(jù)庫平臺（較為獨(dú)立的專業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺）。其中電氣專業(yè)需建立模型庫（元件庫），再根據(jù)需求提取數(shù)據(jù)庫模型組建電氣模型，分為電氣一次與電氣二次建模，包括主變壓器柜、站用變壓器柜、高低壓開關(guān)柜、進(jìn)出線柜、控制箱、電纜橋架、LCU柜、照明、火災(zāi)報(bào)警、視頻監(jiān)控、測量儀表等幾部分。

建筑專業(yè)門窗，裝飾部件，水機(jī)專業(yè)主泵、電機(jī)、齒輪箱、輔助設(shè)備等幾部分，其中輔助設(shè)備包括技術(shù)供排水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、起吊設(shè)備等，給排水專業(yè)雨污水井、閥門、雨水口等均可與主體建模并行，預(yù)先建立模型元件庫，為整體模型重復(fù)調(diào)用提供便利，也可同時(shí)作為企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，作為其他同類項(xiàng)目的元件庫。

■先模型后屬性或模型與屬性并行建模

在各專業(yè)和各任務(wù)建模（各子模型）時(shí)，可以按一個(gè)構(gòu)件+一個(gè)屬性集方式建立信息模型，也可以按整體模型+拆分構(gòu)件+批量賦屬性的方式建模（此處屬性集包括圖層、顏色、切圖屬性、材質(zhì)、工程量等屬性集合，在Bentley平臺中成為family part，詳見協(xié)同平臺章節(jié)敘述），例如：水工專業(yè)一般可建立整個(gè)（或大部分）三維模型后，再進(jìn)行統(tǒng)一添加屬性集；而建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、橋梁等專業(yè)則可在建立構(gòu)建前預(yù)先選擇屬性集（或?qū)傩约瘨旖又羺?shù)化構(gòu)件），形成標(biāo)準(zhǔn)化信息化構(gòu)件，再進(jìn)行統(tǒng)一建模。

■專業(yè)模型組裝

在各專業(yè)和各技術(shù)人員建立了各自的子模型后，可采用Bentley平臺提供的“參考（Reference）”工具將各子模型（或子文件）組合在一起形成專業(yè)組裝模型。

■建立帶真實(shí)地理坐標(biāo)的專業(yè)總裝模型

各專業(yè)模型需移動相關(guān)模型至真實(shí)地理坐標(biāo)，形成帶真實(shí)地理坐標(biāo)的總裝模型，便于后期開展基于地理坐標(biāo)的模型應(yīng)用。

■以真實(shí)地理坐標(biāo)總裝模型為基礎(chǔ)建立設(shè)計(jì)場坪模型

在形成帶真實(shí)地理坐標(biāo)的總裝模型后，同時(shí)“參考”該專業(yè)總裝模型，利用其位置依據(jù)，基于現(xiàn)狀的場地地形建立設(shè)計(jì)場坪模型。

■建立項(xiàng)目總裝模型

將帶真實(shí)地理坐標(biāo)的專業(yè)總裝模型與設(shè)計(jì)場坪模型通過“參考”組裝為項(xiàng)目總裝模型。

BIM模型定型

及可視化流程研究

■三維校審流程

從建模過程到形成項(xiàng)目總裝模型的過程應(yīng)遵循一定的三維校審流程，主要指對專業(yè)組裝模型、專業(yè)總裝模型、項(xiàng)目總裝模型進(jìn)行完整性檢查、合理性檢查、碰撞檢查、集中會審。三維校審流程圖如圖所示：

三維設(shè)計(jì)成果的校核與審查有別于傳統(tǒng)打印圖紙的校審模式，三維設(shè)計(jì)的校審工作，可以借助Navigator、AECOsim Building Designer軟件實(shí)施，通過導(dǎo)入三維模型進(jìn)行瀏覽、添加批注、保存視圖、碰撞檢查等方式完成校審工作，高效且節(jié)能。

完整性檢查指通過瀏覽項(xiàng)目總裝模型或?qū)I(yè)總裝模型的子模型（子文件）組成以及通過對模型本身瀏覽、觀察、剖切、視角切換、漫游等行為檢查模型某些位置和某些構(gòu)件（設(shè)備、部件）等的缺失來判斷模型是否完整的過程。具體流程為：

首先，打開“參考”文件工具，檢查模型組成目錄樹結(jié)構(gòu)，以功能完備性和結(jié)構(gòu)完整性兩條原則檢查文件缺失情況。

然后，瀏覽和觀察模型，檢查子模型、構(gòu)件（系統(tǒng)、設(shè)備、部件、功能元素）是否缺失。

最后，通過剖切、漫游等工具檢查模型內(nèi)部空間（廠房、房屋內(nèi)部等）和模型細(xì)部構(gòu)造（連接、開孔等），檢查內(nèi)部構(gòu)件位置和完備性。

合理性檢查指通過與設(shè)計(jì)技術(shù)（工程技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、方案優(yōu)劣）的對接以及通過三維數(shù)字化模型檢驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的合理性過程。

具體流程為：

首先，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠駶M足設(shè)計(jì)技術(shù)（技術(shù)要求、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）的規(guī)定。

其次，在滿足設(shè)計(jì)控制性要求的前提下，綜合檢查模型與模型（空間布置、功能邏輯、技術(shù)銜接）之間對接的合理性。

最后，通過對模型和設(shè)計(jì)技術(shù)的綜合考察，探索設(shè)計(jì)技術(shù)（包括模型）是否有優(yōu)化的空間。

碰撞檢查指通過BIM軟件平臺自動完成對構(gòu)件與構(gòu)件（不同類別的元素）之間空間凈空、安裝間距、作業(yè)空間是否滿足要求的過程。具體流程為：統(tǒng)計(jì)規(guī)劃需要進(jìn)行碰撞檢查的專業(yè)、模型、構(gòu)件、設(shè)備等要素；按規(guī)劃順序進(jìn)行兩要素間的碰撞檢查；對碰撞檢查結(jié)果進(jìn)行二次篩選；保存并輸出統(tǒng)計(jì)經(jīng)篩選后的碰撞檢查結(jié)果，并輸出為表格保存；分析碰撞檢查結(jié)果出現(xiàn)的原因、類型、調(diào)整方式、調(diào)整結(jié)果，形成碰撞檢查報(bào)告，作為BIM技術(shù)報(bào)告的中期報(bào)告（中間報(bào)告）或稱為其一部分。

集中會審指召集BIM技術(shù)模型負(fù)責(zé)人員和設(shè)計(jì)技術(shù)控制相關(guān)負(fù)責(zé)人員集中對項(xiàng)目總裝模型進(jìn)行聯(lián)合校審的過程，一般包括專業(yè)三維會審和項(xiàng)目三維會審。

首先，專業(yè)三維會審主要目的是對本專業(yè)三維總體設(shè)計(jì)進(jìn)行校審，主要內(nèi)容如下：水工專業(yè)各部分結(jié)構(gòu)型式、總體布置是否與項(xiàng)目總體策劃匹配。專業(yè)內(nèi)部是否存在不匹配之處。本專業(yè)結(jié)構(gòu)是否與電氣、水機(jī)、金屬結(jié)構(gòu)等其它專業(yè)存在干擾、沖突。其它需要會審的內(nèi)容。

其次，項(xiàng)目三維會審是在各專業(yè)完成本專業(yè)三維總體設(shè)計(jì)和三維會審后，項(xiàng)目組組織召開項(xiàng)目三維會審會議，集中對項(xiàng)目總裝模型進(jìn)行會審的過程，主要內(nèi)容如下：項(xiàng)目總體布置是否合理、美觀。各專業(yè)間的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線是否存在干擾、沖突?？锥础⑼ǖ?、集水井等隱蔽工程是否滿足功能及使用要求。討論、協(xié)調(diào)專業(yè)間的布置沖突；確認(rèn)各專業(yè)的三維設(shè)計(jì)進(jìn)度是否滿足要求。其它需要會審的內(nèi)容。

■模型定型流程

內(nèi)容定型主要是指在進(jìn)行模型校審后，各專業(yè)的模型、專業(yè)組裝模型、專業(yè)總裝模型、項(xiàng)目總裝模型系統(tǒng)、設(shè)備、部件（構(gòu)件）滿足完整性、合理性和碰撞檢查以及相應(yīng)的技術(shù)要求，可以作為正確的數(shù)據(jù)模型固定下來，開展后期模型應(yīng)用。

該環(huán)節(jié)的具體流程為：整理模型存儲目錄，按規(guī)范命名模型文件名；刪減多余的線、面、體（如輔助線、面等要素）和冗余屬性及信息；刪除底層文件冗余的“參考”鏈接文件，梳理組裝文件的文件鏈接層級，避免過多嵌套“參考”。

環(huán)境定型主要針對協(xié)同平臺，是對本項(xiàng)目的共享數(shù)據(jù)庫（屬性庫和元件庫）的定型，由于采用ProjectWise協(xié)同平臺，環(huán)境定型多是由協(xié)同平臺管理員管理和維護(hù)，并不影響其他專業(yè)BIM技術(shù)人員的模型定型工作。具體地，環(huán)境定型主要包括項(xiàng)目級共享數(shù)據(jù)庫的定型，如在某泵閘工程項(xiàng)目中建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)反復(fù)應(yīng)用的樓層管理器。地質(zhì)、電氣專業(yè)數(shù)據(jù)庫配置平臺以及基本數(shù)據(jù)庫也隨著其模型內(nèi)容的定型而固定下來。

版本定型是隨著項(xiàng)目實(shí)施推進(jìn)產(chǎn)生的較大（或較多）模型改動后產(chǎn)生的多次模型內(nèi)容定型的版本，如項(xiàng)目在一個(gè)建設(shè)階段產(chǎn)生的企業(yè)內(nèi)部的初次定型版本、重大節(jié)點(diǎn)定型版本、階段最終定型版本三個(gè)基本的模型定型版本。

定型版本的數(shù)量是制約BIM技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，因此應(yīng)做好BIM技術(shù)整體策劃，加強(qiáng)協(xié)調(diào)和管理來限制定型版本的數(shù)量，使其與模型應(yīng)用目標(biāo)以及設(shè)計(jì)基本需求相匹配。版本定型的方式為：在協(xié)同平臺中建立完整的版本定型目錄結(jié)構(gòu)，以A版、B版……等為定型版本根目錄（版本號），項(xiàng)目進(jìn)行中一般建立A版、B版兩種目錄，在有更多定型版本時(shí)再新建新的版本號，內(nèi)部目錄結(jié)構(gòu)按標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)目錄進(jìn)行；版本定型后建立版本說明文件，說明工程屬性、項(xiàng)目屬性、版本適用性、版本建立時(shí)間等相關(guān)要素。

應(yīng)用定型即以應(yīng)用目標(biāo)為導(dǎo)向的模型定型。在項(xiàng)目進(jìn)展過程中，有時(shí)并非所有的節(jié)點(diǎn)、任務(wù)、需求都需要完整的項(xiàng)目總裝模型，而單獨(dú)考察其中幾項(xiàng)內(nèi)容，例如在前期的基坑影響評價(jià)、三維模型到二維圖紙抽取等應(yīng)用過程。伴隨著水利工程建設(shè)的逐步推進(jìn)，對模型的關(guān)注點(diǎn)多是不同的，可以建立以這種以重要節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用目標(biāo)為依據(jù)的定型模型，即應(yīng)用定型，可單獨(dú)建立版本，也可與版本定型相結(jié)合進(jìn)行。應(yīng)用定型按以下步驟進(jìn)行：整理應(yīng)用目標(biāo)，通過新模型模板（種子文件）建立應(yīng)用子模型；標(biāo)準(zhǔn)化命名子模型，描述子模型應(yīng)用目標(biāo)、主要內(nèi)容、面向?qū)ο蟆⑻峤粫r(shí)間等信息；協(xié)同平臺上建立相應(yīng)的應(yīng)用定型目錄，存儲應(yīng)用子模型用于指定的應(yīng)用目標(biāo)。

權(quán)限定型作為以上四種模型定型管理權(quán)限的界定。在某種版本確定為定型版本（或者新建某種定型版本）后，由協(xié)同平臺管理員對其定型版本的文檔權(quán)限和人員角色權(quán)限作出調(diào)整，即定型后的版本只對主要負(fù)責(zé)人員開放文檔控制權(quán)限，包括讀、寫權(quán)限，但無刪除權(quán)限。

某泵閘按BIM標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程得到施工圖階段設(shè)計(jì)模型如圖1所示，某河道工程按BIM標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程得到施工圖階段設(shè)計(jì)模型如圖2所示。

結(jié)論

目前水利工程BIM建模的方法及流程無規(guī)可循；模型可視化往往被獨(dú)立于BIM技術(shù)之外獨(dú)立完成，不能發(fā)揮BIM模型的核心數(shù)據(jù)共享功能。筆者針對以上問題，研究水利工程多種工程實(shí)踐成果，總結(jié)如下：

首先，BIM模型構(gòu)建的流程可分為11個(gè)過程，在協(xié)同平臺上按各過程的先后順序與主次關(guān)系進(jìn)行建模，可有效降低建模過程的隨意性帶來的效率延滯。

其次，BIM模型的校審流程大體上包括完整性、合理性、碰撞檢查及集中會審；定型流程包括內(nèi)容定型、環(huán)境定型、版本定型、應(yīng)用定型和權(quán)限定型。