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(tuán)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(yè)化、信息化［1］的程度越來越高，工程項目生產(chǎn)管理中逐漸應(yīng)用三維數(shù)字化的BIM技術(shù)，包括施工圖復(fù)核、編制施工方案、施工技術(shù)交底、工程進(jìn)度演示、施工數(shù)量計算、物料加工分析、物資設(shè)備管理等工作，涵蓋技術(shù)、安全、進(jìn)度、質(zhì)量和成本等項目管理的多個方面。

當(dāng)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(yè)與民用建筑的材質(zhì)，缺少鐵路物資材質(zhì)。在項目BIM技術(shù)應(yīng)用中，物資信息分類及編碼表達(dá)存在缺乏分類標(biāo)準(zhǔn)、信息缺失、物資名稱不準(zhǔn)確等問題。物資查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表生成等人工整理工作繁重，不能準(zhǔn)確、高效地提供物資管理信息，容易出現(xiàn)物資項目品名缺失、規(guī)格重復(fù)、檢索困難、統(tǒng)計漏項、報表延時等現(xiàn)象。為了在BIM技術(shù)應(yīng)用中及時獲取鐵路物資的分類信息，為各級生產(chǎn)和管理人員提供生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，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(jù)

鐵路行業(yè)的物資信息分類編碼依據(jù)為鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》［2］，并參照國家相關(guān)部門發(fā)布的現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會發(fā)布的分類信息標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)物資設(shè)備材料分類信息［3］、鐵路工程造價有關(guān)物資和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，以及工程實踐中的材料和設(shè)備清單。

1.2 分類內(nèi)容

鐵路行業(yè)的物資信息按照所屬工程專業(yè)分類，分為原材料、燃料、機械設(shè)備及配件、線路設(shè)備及配件、機車車輛及配件、儀器儀表及計量器具、電氣設(shè)備及器材、通信信號器材、接觸網(wǎng)設(shè)備及零件、電子設(shè)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(tǒng)一分支的同層級類目之間構(gòu)成并列關(guān)系，不同層級類目之間構(gòu)成隸屬關(guān)系。同層級類目互不重復(fù)，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(guān)系，便于計算機分類、查詢、統(tǒng)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(shù)字編碼方式，編碼長度控制在15位以內(nèi)。分類設(shè)為6級，每級同類位碼按2位數(shù)字表示，同類位碼的數(shù)量不大于99個，各層級代碼值小于10時用前導(dǎo)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(guī)則進(jìn)行組織管理的系統(tǒng)，主要作用是統(tǒng)一規(guī)范物資分類和物資編碼，統(tǒng)一物資名稱、規(guī)格書寫規(guī)范，從而保證物資計劃、采購、倉儲、配送、生產(chǎn)等過程中編碼唯一、名稱統(tǒng)一，實現(xiàn)物資需求、供給、價格、供應(yīng)商、物資采購、物資調(diào)劑等信息在全局范圍內(nèi)互聯(lián)互通、資源共享。

2.2 實現(xiàn)模式

鐵路物資分類庫采用Browser/Server（簡稱B/S）三層體系結(jié)構(gòu)模式（見圖1），利用目前流行的sprint clound+layui微服務(wù)開發(fā)框架，支持Mysql、mincrosoft SQLserver、Oracle多種數(shù)據(jù)庫。

在B/S模式中，用戶從客戶端頁面輸入框中發(fā)出指令，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取需要的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回到客戶端的顯示頁面。此模式下，系統(tǒng)所有功能集中部署到服務(wù)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(wù)器，服務(wù)器完成所有工作，從而簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)工作量，提高系統(tǒng)應(yīng)用的便捷性和可擴展性。

圖1 B/S三層體系結(jié)構(gòu)模式

2.3 功能

鐵路物資分類庫設(shè)定了物資的分類種類，提供完善鐵路物資分類信息的基礎(chǔ)［5］；新增物資條目可根據(jù)物資材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、物理屬性等分類規(guī)則，實現(xiàn)物資條目的可擴展性。項目管理人員在應(yīng)用BIM技術(shù)分類時，能夠準(zhǔn)確查詢、獲取物資信息，校驗重復(fù)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(xiàn)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(chuàng)建

為清晰呈現(xiàn)鐵路物資分類的各個層級關(guān)系，系統(tǒng)［6］研發(fā)了物資分類模塊，并以結(jié)構(gòu)樹的形式呈現(xiàn)鐵路物資分類。為提高系統(tǒng)的鐵路物資分類庫的錄入和維護(hù)效率，系統(tǒng)研發(fā)了“添加”“編輯”和“刪除”等相關(guān)功能，鐵路物資分類庫創(chuàng)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(guān)系，實現(xiàn)物資分類結(jié)構(gòu)樹的搭建；并通過導(dǎo)入表格的方式實現(xiàn)鐵路物資分類庫的創(chuàng)建（見圖2）。

2.3.2 鐵路物資的快速查詢和應(yīng)用

為便于后期鐵路物資分類庫的更新和快速查找，系統(tǒng)研發(fā)了“篩選列”和“高級搜索”等功能方便相關(guān)物資的快速查找，并可進(jìn)行全局檢索查詢。為便于鐵路物資庫的應(yīng)用，系統(tǒng)支持其他平臺的數(shù)據(jù)對接，并能導(dǎo)出Excel文件便于其他系統(tǒng)鐵路物資的應(yīng)用。

圖2 鐵路物資分類庫

3 BIM材質(zhì)庫技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM材質(zhì)應(yīng)用問題

BIM模型作為BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到BIM技術(shù)后期應(yīng)用的質(zhì)量和效果，而材質(zhì)是BIM技術(shù)極為重要的非幾何屬性，而現(xiàn)有的Autodesk、Bentley、Tekla、Dassult等系列建模軟件和相關(guān)BIM、GIS平臺自帶的材質(zhì)庫往往無法滿足施工階段BIM模型建立和BIM技術(shù)應(yīng)用的需求，主要存在著BIM材質(zhì)不夠用、材質(zhì)庫分類不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互材質(zhì)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(zhì)庫的建設(shè)研究和實踐。

3.2 基于鐵路物資分類與編碼的材質(zhì)庫建設(shè)方法

研究的鐵路物資分類與編碼是基于國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)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(zhì)分類上更符合施工階段BIM建模的需要。搭建的BIM材質(zhì)庫嚴(yán)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(tǒng)一了鐵路工程BIM材質(zhì)庫，在BIM建模和應(yīng)用過程中材質(zhì)的添加、數(shù)據(jù)的交互，解決了材質(zhì)分類不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互式宜丟失等問題，且材質(zhì)庫可支持用戶手動擴展。BIM材質(zhì)庫建設(shè)與應(yīng)用框架見圖3。

3.3 應(yīng)用實踐

在BIM軟件中，BIM材質(zhì)有著色和真實2種顯示狀態(tài)，著色模式是根據(jù)RGB值為BIM模型增加色彩度，真實模式是根據(jù)實際的材質(zhì)為模型材質(zhì)屬性，2種各有用途，但真實模式更貼近于實際，在BIM應(yīng)用中，往往用于效果方案比選、工程量統(tǒng)計、電子沙盤展示、場景漫游等應(yīng)用?；贏utodesk 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(yīng)用。

圖3 BIM材質(zhì)庫建設(shè)與應(yīng)用框架

3.3.1 Autodesk Revit材質(zhì)庫現(xiàn)狀

在BIM應(yīng)用中，材質(zhì)庫的材質(zhì)對應(yīng)實際的材質(zhì)，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(zhì)庫相對其余BIM軟件在材質(zhì)庫更具可擴展性，且材質(zhì)可添加詳細(xì)的外觀屬性、物理屬性，支持自定義，但不足的是自帶的材質(zhì)庫行為習(xí)慣不符合鐵路工程施工BIM應(yīng)用的要求，自定義材質(zhì)庫又無法進(jìn)行多層級的劃分，材質(zhì)無法歸類儲存和引用，BIM模型數(shù)據(jù)交付時極易丟失，后期BIM應(yīng)用需要大量的重新定義材質(zhì)信息，導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用效率低下。Autodesk Revit自帶材質(zhì)庫見圖4。

圖4 Autodesk Revit自帶材質(zhì)庫

3.3.2 BIM材質(zhì)庫的搭建

基于Revit二次開發(fā)，實現(xiàn)了基于鐵路物資分類與編碼的材質(zhì)庫（見圖5）。在BIM材質(zhì)庫建立時，嚴(yán)格按照鐵路物資分類搭建物資分類結(jié)構(gòu)樹，并在結(jié)構(gòu)樹的末端層級添加具體的材質(zhì)，具體的材質(zhì)添加可引用Revit既有的材質(zhì)實現(xiàn)歸類放置。

圖5 基于Revit二次開發(fā)的材質(zhì)庫

BIM材質(zhì)屬性作為重要的信息，可在BIM材質(zhì)庫中提前定義標(biāo)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(yīng)用過程可直接通過物資名稱或編碼的方式引用到材質(zhì)庫的材質(zhì)，減少了以往手動添加材質(zhì)，提升了BIM應(yīng)用效率。例如，如果要青銅材質(zhì)變?yōu)榧t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(zhì)屬性

3.3.3 BIM材質(zhì)庫在項目中的應(yīng)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(zhì)庫，給BIM模型添加材質(zhì)，并可通過按材質(zhì)提取鐵路工程數(shù)量（見圖7），且還可以利用材質(zhì)進(jìn)行材質(zhì)渲染和方案比選。

4 結(jié)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(yè)在應(yīng)用BIM技術(shù)時的物資分類和編碼，用于分析、補充模型材質(zhì)信息，建立適用于鐵路行業(yè)應(yīng)用的物資庫，在鐵路行業(yè)的施工項目推廣應(yīng)用，為BIM技術(shù)應(yīng)用人員提供準(zhǔn)確的物資分類編碼信息，使物資分類編碼表中的材料與現(xiàn)場一致。物資庫設(shè)定了新增物資條目擴展規(guī)則，實現(xiàn)物資條目的可擴展性，同時可與相關(guān)施工生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)融合應(yīng)用。

圖7 BIM建模材質(zhì)添加和工程量提取