基于BIM與VB技術(shù)的水閘模型信息應(yīng)用

姜 楠, 劉永強(qiáng)

(河海大學(xué) 水利水電學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，隨著全國(guó)信息化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)都在進(jìn)行對(duì)信息化的研究，傳統(tǒng)的圖紙和二維建模已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工程的信息化資源共享，對(duì)提升建設(shè)工程項(xiàng)目管理水平有著重要意義。其中建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)這項(xiàng)全新的技術(shù)目前在土木建筑領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛成熟的應(yīng)用，但在水利行業(yè)中，目前相關(guān)的BIM研究大多處于初步設(shè)計(jì)階段，施工階段中BIM的應(yīng)用鮮少提及，大多數(shù)的BIM應(yīng)用是將模型與信息分離開(kāi)的，造成了信息應(yīng)用的脫節(jié)。

關(guān)于BIM在水利工程中的應(yīng)用，龍潛等[1]對(duì)水利工程整體的BIM應(yīng)用現(xiàn)狀做了研究，馬飛等[2]對(duì)側(cè)重研究BIM與SQL數(shù)據(jù)庫(kù)融合后的安全管理情況做了研究，王明明等[3]對(duì)水利工程應(yīng)用BIM的障礙做了簡(jiǎn)要概述，孫少楠等[4]對(duì)BIM在水利工程中的應(yīng)用點(diǎn)做了簡(jiǎn)要概述，為水利工程建設(shè)提供參考，王明明[5]利用Navisworks將土石壩模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，建立土石壩施工BIM模型，對(duì)BIM在水利工程施工中的應(yīng)用做了探討。Ahmad等[6]認(rèn)為BIM可以規(guī)避多種風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)諸多風(fēng)險(xiǎn)。Hattab等[7]探討了BIM采用是否能同時(shí)考慮社會(huì)互動(dòng)機(jī)制和信息流動(dòng)態(tài)，從而改善設(shè)計(jì)工作流程的問(wèn)題。MA Zhiliang等[8]探討了BIM在施工質(zhì)量管理中的可靠性和有效性。LI Meng等[9]通過(guò)BIM對(duì)施工自動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別進(jìn)行了探討。Nizam等[10]對(duì)基于BIM的建筑評(píng)估工具進(jìn)行了研究探索。MA Zhiliang等[11]基于本體論和自由平臺(tái)對(duì)BIM的快速開(kāi)發(fā)做出了相關(guān)研究。Ham等[12]做了基于BIM的建筑誤差分析。LIAO Longhui等[13]對(duì)基于BIM的工程人員管理進(jìn)行了研究。Rock等[14]為業(yè)主方開(kāi)發(fā)了BIM管理模型等。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的閱讀與深入的思考，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今水利行業(yè)對(duì)BIM的研究十分有限，大多數(shù)停留在BIM在水利行業(yè)發(fā)展的整體性綜述和概論上，細(xì)致深入的應(yīng)用研究較少，關(guān)于施工進(jìn)度控制方面的應(yīng)用大多數(shù)停留在理論層面，而且大多數(shù)BIM相關(guān)操作具有單一性而缺乏動(dòng)態(tài)性，無(wú)法形成一個(gè)動(dòng)態(tài)管理的平臺(tái)機(jī)制。

針對(duì)以上水利行業(yè)BIM應(yīng)用的不足之處，本文以一個(gè)實(shí)際水閘工程為例，首先采用Revit族參數(shù)建模，對(duì)工程量、圖紙、3D漫游等模型信息進(jìn)行初步提取和匯集。其次，在Visual Studio平臺(tái)，采用VB編程對(duì)Revit軟件在三維族建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)提取的信息進(jìn)行處理。最后，以BIM技術(shù)與VB語(yǔ)言為依托，建立BIM-VB施工進(jìn)度與人材機(jī)資源配置的動(dòng)態(tài)管理窗口，通過(guò)提取工程概算表中的人材機(jī)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)生成施工進(jìn)度圖與人材機(jī)計(jì)劃表，將模型與信息結(jié)合，為設(shè)計(jì)方和施工方提供一個(gè)共享的信息平臺(tái)，以對(duì)水利工程模型的信息應(yīng)用進(jìn)行有效的探索，提高工程效率，減少設(shè)計(jì)單位和施工單位之間的溝通問(wèn)題等，信息管理流程大致如圖1所示。

圖1 信息管理流程圖

2 基于BIM與VB的模型信息應(yīng)用系統(tǒng)

為解決水利工程施工中工程變更等問(wèn)題，在Revit建模時(shí)，本文采取族模型，在后期工程的尺寸改變時(shí)可直接在屬性窗口修改尺寸，生成的圖紙和工程量也會(huì)隨之改變，不必重新建模。鑒于Revit軟件系統(tǒng)本身的局限性，本文基于Visual Studio平臺(tái)通過(guò)VB編程對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可在程序設(shè)置中直接對(duì)提取的工程量進(jìn)行預(yù)處理，利于工程概算的編制。結(jié)合上述流程，基于VB編寫的程序代碼，創(chuàng)立施工進(jìn)度與人材機(jī)資源計(jì)劃配置的窗口。從上述已完成的工程概算表中提取工程單價(jià)中的人材機(jī)資源消耗量，按照概算中的分部分項(xiàng)工程表，在設(shè)計(jì)好的窗口中輸入工期等時(shí)間要素，生成該工程的施工進(jìn)度圖、橫道圖和人材機(jī)計(jì)劃表，使生成的內(nèi)容可以根據(jù)模型信息的改變而改變，達(dá)到“一處動(dòng)則處處動(dòng)”，有效實(shí)現(xiàn)模型信息的動(dòng)態(tài)應(yīng)用，模型信息應(yīng)用流程如圖2所示。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某水閘工程位于安徽省阜陽(yáng)市的淮北大堤上，建筑物等級(jí)為1級(jí)，該排水閘兼有擋洪和蓄水功能，水閘共7孔，單孔凈寬 5 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)18 m，閘室型式為胸墻式，采用雙層平面鋼閘門擋水，下層門采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，上層門采用螺桿式啟閉機(jī)啟閉，閘室兩岸上下游均設(shè)置擋土墻與兩岸連接。該閘閘室總凈寬35 m，底板頂高程18.16 m，底板厚1 m。閘室中間三孔一聯(lián)，其余兩孔一聯(lián)[15]。

3.2 參數(shù)化建模

在工程的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)和施工單位都需要大量的平面圖和剖面圖，有時(shí)還要隨著工程的變動(dòng)，對(duì)相應(yīng)的一系列圖紙進(jìn)行改進(jìn)。本文根據(jù)已有的地形圖紙和水閘主體工程圖紙，對(duì)該水閘的主體工程和地形進(jìn)行三維建模，既能形象直觀地展示工程的情況，更能根據(jù)實(shí)際工程尺寸的變更，對(duì)參數(shù)化模型進(jìn)行調(diào)整，而改正后的尺寸也可以自動(dòng)在圖紙中展示出來(lái)，減少了大量的工序。三維參數(shù)建模的流程圖如圖3所示，最終的主體工程模型與開(kāi)挖后地形模型的相互安置如圖4所示。

圖2 模型信息應(yīng)用系統(tǒng)流程圖

圖3 三維參數(shù)建模流程圖

3.3 信息提取與預(yù)處理

3.3.1 VB二次開(kāi)發(fā) Revit軟件具有導(dǎo)出工程量的功能，但是針對(duì)水閘工程這種工程量相對(duì)較為復(fù)雜的工程，導(dǎo)出的工程量不易處理。為了對(duì)所提取的工程量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，本文通過(guò)VB編寫二次開(kāi)發(fā)程序，生成Excel表格進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)以備后期的數(shù)據(jù)運(yùn)用。

圖4 水閘工程與地形三維模型

此項(xiàng)程序是在Visual Studio 2012軟件上實(shí)現(xiàn)的，在VB編程界面中添加Revit API和Revit APIUI等引用，然后對(duì)二次開(kāi)發(fā)工程量統(tǒng)計(jì)的代碼進(jìn)行編寫，資源管理界面如圖5所示。通過(guò)程序的編寫，將代碼與相關(guān)的工程概算表格地址相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)入Revit后可以導(dǎo)出相關(guān)工程量的相應(yīng)屬性如“標(biāo)記”“注釋”“體積”“凈剪切填充”等，以此達(dá)到對(duì)工程量信息的預(yù)處理。在完成程序的編寫后，將程序相關(guān)的addins文件插入Revit的地址文件中，即可完成Revit的二次開(kāi)發(fā)。

3.3.2 工程概算的編制 工程概算是工程成本控制的重要指標(biāo)，高效準(zhǔn)確地編制工程概算對(duì)于工程的進(jìn)展有著重要的意義，如果使用已有的概預(yù)算方法，當(dāng)材料的價(jià)格發(fā)生改變時(shí)，概預(yù)算就需要進(jìn)行重新計(jì)算。

本文基于二次開(kāi)發(fā)后預(yù)處理的工程量，結(jié)合國(guó)家規(guī)定的相關(guān)概算編制規(guī)范，編制工程概算Excel表格，實(shí)現(xiàn)概算各部分的聯(lián)動(dòng)性。任意改變材料的價(jià)格，總概算也會(huì)隨之改變，減少了工程變更帶來(lái)的繁瑣工序，提升了概算編寫的效率，并為后續(xù)信息處理提供了數(shù)據(jù)支撐，在模型信息應(yīng)用系統(tǒng)中起到“承上啟下”的銜接作用。

3.4 信息的處理與共享

3.4.1 界面設(shè)計(jì) 對(duì)于界面的參數(shù)設(shè)計(jì)，主要分為兩類：第一類是時(shí)間參數(shù)，反映了該工程計(jì)劃的進(jìn)度，包括開(kāi)工日期、竣工日期，以及可以根據(jù)前兩項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)導(dǎo)出的總工期數(shù)；第二類是控制參數(shù)，如圖6界面第二行所示的控制按鈕，編寫相應(yīng)的控件代碼將時(shí)間和相關(guān)的概算數(shù)據(jù)銜接，導(dǎo)出需要的進(jìn)度表、橫道圖和資源計(jì)劃表。這些參數(shù)的設(shè)置都是環(huán)環(huán)相扣的，在完成工期的設(shè)置后，能根據(jù)銜接的概算數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成相應(yīng)的配置內(nèi)容。同理，在工程進(jìn)度發(fā)生變更后，施工進(jìn)度表、橫道圖和資源計(jì)劃表也會(huì)隨之進(jìn)行改動(dòng)。

3.4.2 VB程序編寫 在Visual Studio中選擇相應(yīng)的VB編程界面添加相關(guān)引用。先插入兩個(gè)Date Time Picker的控件來(lái)顯示日期，在上方插入兩個(gè)label進(jìn)行標(biāo)記時(shí)間點(diǎn)，然后插入一個(gè)Button控件并編輯控件的程序?yàn)橥旯と掌谂c開(kāi)工日期的差值，將計(jì)算的天數(shù)放于后方的“總工期”控件中。在左上角通過(guò)“Tool Strip Menu Item”控件設(shè)置下拉菜單分別為“新建工程”，“打開(kāi)工程”，“已有工程”，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)概算文件的引用，在上述已建立的控件下方插入3個(gè)Button控件，分別命名為“生成進(jìn)度表”、“生成橫道圖”、“生成資源計(jì)劃表”，并在每個(gè)控件上編寫程序，操作界面如圖6所示。

3.4.3 施工資源計(jì)劃的生成 在水利工程施工的過(guò)程中，施工進(jìn)度控制十分繁瑣，工程項(xiàng)目的變更有時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致后續(xù)一系列的數(shù)據(jù)調(diào)整。在根據(jù)上述流程把模型、圖紙和概算進(jìn)行了動(dòng)態(tài)結(jié)合后，編制VB程序?qū)⑹┕みM(jìn)度圖和人材機(jī)計(jì)劃表進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以達(dá)到模型信息的進(jìn)一步應(yīng)用。

圖6 施工資源計(jì)劃界面

程序數(shù)據(jù)來(lái)源于上述工程概算編制中的主體建筑工程概算表和工程單價(jià)分析表，在程序啟動(dòng)后生成的Excel表格中，右上方顯示窗口設(shè)置的月份，本文以從5月至9月的時(shí)間點(diǎn)為例，輸入在相應(yīng)的時(shí)間段完成的工程量比例，如圖7所示，在5月份的上半月需要完成上游引渠段土方開(kāi)挖工程量的50%，完成所有進(jìn)度設(shè)置后需要進(jìn)行保存。“生成橫道圖”按鈕會(huì)依據(jù)上述保存過(guò)后的表格生成相應(yīng)的橫道圖，橫道圖是由“*”組成的，其中每一個(gè)“*”代表著10%的工程量，如圖8所示。“生成資源計(jì)劃表”按鈕會(huì)基于上述步驟保存的內(nèi)容以及工程單價(jià)分析表中的數(shù)據(jù)生成相關(guān)的人材機(jī)資源計(jì)劃表，根據(jù)相關(guān)定額內(nèi)容及進(jìn)度表中計(jì)劃的工程量，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分配，生成相應(yīng)時(shí)段的人材機(jī)消耗量，如圖9所示。

基于VB的施工資源窗口設(shè)置可以達(dá)到工程信息的高效共享，有效解決水利工程施工過(guò)程中的資源分配問(wèn)題。在發(fā)生工程量變更及人、料、機(jī)資源配置不均等狀況時(shí)，工程人員可以通過(guò)該窗口及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，可節(jié)省大量的人力物力，便于工程設(shè)計(jì)方、施工方和承包方的信息交流，利于工程進(jìn)度的快速推進(jìn)。

圖7 施工進(jìn)度表部分預(yù)覽圖

圖8 橫道圖部分預(yù)覽圖

圖9 人、材、機(jī)計(jì)劃表部分預(yù)覽圖

3.5 信息動(dòng)態(tài)追蹤

在所構(gòu)建的模型信息應(yīng)用系統(tǒng)中，信息的動(dòng)態(tài)追蹤主要在以下3部分中進(jìn)行：首先，設(shè)計(jì)方和施工方可以根據(jù)VB創(chuàng)建的施工資源計(jì)劃窗口，對(duì)實(shí)際工程變更引起的信息量的改變進(jìn)行更改，實(shí)現(xiàn)信息平臺(tái)上的資源共享；其次，在對(duì)信息的處理階段，主要是概算方面的調(diào)整、市場(chǎng)價(jià)等可變因素發(fā)生變化時(shí)，可直接修改相應(yīng)數(shù)據(jù)后動(dòng)態(tài)生成相應(yīng)的進(jìn)度和人材機(jī)計(jì)劃表；最后，在工程信息的提取階段，當(dāng)圖紙變更導(dǎo)致工程量發(fā)生變化時(shí)，只需修改模型相關(guān)聯(lián)的族屬性，對(duì)應(yīng)的概算與施工信息會(huì)動(dòng)態(tài)更改。通過(guò)采用BIM與VB的技術(shù)，對(duì)模型信息的動(dòng)態(tài)追蹤，不僅實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)背景下的水利工程資源信息共享，還可以有效提升水利工程的施工管理水平。

4 結(jié) 論

為響應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代號(hào)召，針對(duì)現(xiàn)今水利工程施工工序繁瑣、工期長(zhǎng)、管理復(fù)雜等特點(diǎn)，以及BIM技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用中雖然大力普及，但仍然存在與實(shí)際工程脫節(jié)等問(wèn)題，本文以某實(shí)際水閘工程為例，利用VB技術(shù)，對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成對(duì)三維模型信息的提取收集、處理和共享，并基于程序設(shè)置的窗口平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型信息的動(dòng)態(tài)追蹤，共有以下3個(gè)成果：

(1) 信息的提取收集和預(yù)處理，采用VB二次開(kāi)發(fā)，規(guī)避Revit自身的不足之處，并對(duì)模型信息量進(jìn)行預(yù)處理，為水利工程概算的編制提供便利。

(2) 信息的處理與共享，用VB代碼設(shè)置施工資源配置窗口，對(duì)提取的信息進(jìn)行處理，并在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)共享，通過(guò)編寫程序和相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)模型、概算、施工進(jìn)度、人材機(jī)計(jì)劃的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，有效節(jié)省施工組織管理的時(shí)間，提升施工控制效率。

(3) 信息動(dòng)態(tài)追蹤，通過(guò)施工資源配置窗口、概算文件、三維模型等途徑，對(duì)工程信息進(jìn)行定位追蹤，針對(duì)材料價(jià)差、資源配置不均、工程圖紙變更等工程問(wèn)題，可直接進(jìn)行修改，并達(dá)到與其他內(nèi)容的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型信息的有效追蹤和修改，提高了施工進(jìn)度控制的效率。

實(shí)踐證明，Revit三維建模軟件在經(jīng)過(guò)VB二次開(kāi)發(fā)之后，在水利行業(yè)有著極好的前景，一方面代替了傳統(tǒng)的二維圖紙模式，實(shí)現(xiàn)了水利工程的數(shù)字化建模；另一方面通過(guò)Revit二次開(kāi)發(fā)，結(jié)合VB編程的施工資源配置窗口，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，有效減少工程變更所帶來(lái)的繁瑣工作量，且該信息應(yīng)用系統(tǒng)可以在對(duì)信息進(jìn)行共享的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的追蹤，進(jìn)一步提升水利工程的設(shè)計(jì)及管理水平。另外，考慮到水利工程的復(fù)雜性和多樣性，本次對(duì)模型信息應(yīng)用的探索僅限于水閘工程，未來(lái)還可以對(duì)其他水利工程進(jìn)行相關(guān)的探索。BIM技術(shù)應(yīng)用于水利工程需要有成熟的流程和統(tǒng)一規(guī)范的管理體系，配合熟練技巧的從業(yè)人員，才能充分發(fā)揮BIM的價(jià)值，從而促進(jìn)整個(gè)水利行業(yè)的發(fā)展。