基于BIM的電纜管理系統(tǒng)及方法研究

西 窮

(中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司 北京 100043)

1 引言

鐵路四電工程具有規(guī)模大、施工標(biāo)準(zhǔn)高、建設(shè)速度快、建設(shè)周期長(zhǎng)、管理協(xié)調(diào)復(fù)雜等特點(diǎn)[1]?，F(xiàn)階段的鐵路四電工程電纜資料是以大量的文檔、圖表、圖紙等紙質(zhì)資料為主要形式來(lái)管理電纜信息，在施工過(guò)程中很容易造成信息分散、不易查找和不便管理等問(wèn)題，同時(shí)導(dǎo)致工作效率低、信息追溯繁瑣以及信息不直觀的問(wèn)題。我們希望相關(guān)信息能在一個(gè)平臺(tái)中與每根電纜模型進(jìn)行綁定，信息可以是文本、圖表、圖紙等。這樣就能做到施工過(guò)程中隨時(shí)對(duì)電纜信息查漏補(bǔ)缺，相關(guān)信息一目了然，避免歸檔時(shí)出現(xiàn)資料補(bǔ)填現(xiàn)象。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是基于三維數(shù)字技術(shù)的信息化發(fā)展技術(shù)，具有強(qiáng)大的三維模擬、協(xié)同性和信息集成的特點(diǎn)[2]。目前，BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用主要集中于站前專業(yè)的路基、橋梁、隧道等設(shè)計(jì)[3-5]，站后專業(yè)的房建、暖通、給排水等設(shè)計(jì)[6]，以及高鐵建設(shè)、施工管理方面[7]。數(shù)據(jù)的集成管理是BIM技術(shù)最大的特點(diǎn)，進(jìn)而可以改變生產(chǎn)組織模式和施工管理方式，使BIM技術(shù)從一種技術(shù)手段上升為施工管理行為[8]。

本文提出一種新的鐵路四電工程電纜管理系統(tǒng)及方法，用來(lái)改善目前電纜管理方式上存在的各種缺陷。

2 基于BIM的電纜管理系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

BIM技術(shù)自誕生以來(lái)，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用較早，目前在建筑行業(yè)成功的應(yīng)用案例也有很多，并且有比較成熟的軟件支持[9-11]。我們借鑒了成熟案例的經(jīng)驗(yàn)，利用BIM技術(shù)的三維形象化、可視化、信息集成度高等優(yōu)勢(shì)為電纜管理系統(tǒng)找到了新的思路和應(yīng)用方法。下面對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行具體分析。

形象化展示:進(jìn)行三維模擬展示時(shí)，以形象的三維模型作為項(xiàng)目的電纜信息載體，施工人員可更加直觀地了解施工作業(yè)部位和對(duì)象，進(jìn)而提高施工質(zhì)量、工作效率和施工精細(xì)化程度[12]。

信息集成化:BIM模型所含有的信息進(jìn)行協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)各階段信息的有效傳遞[13]，使施工人員通過(guò)BIM就能查找到相關(guān)信息，提高信息的全面性和準(zhǔn)確率，減少信息流失，使得信息追溯方便快捷。

優(yōu)化功能:該系統(tǒng)既可以在網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行電纜數(shù)據(jù)信息查詢、填報(bào)也可以通過(guò)智能手機(jī)終端進(jìn)行操作，大大提高了電纜數(shù)據(jù)信息的管理效率。

3 基于BIM的電纜管理系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于施工圖紙完成BIM模型的建立，以電纜清冊(cè)為依據(jù)，為各類電纜規(guī)劃詳盡的走向，對(duì)垂直、水平不同狀況下的電纜布置提供合理優(yōu)化的轉(zhuǎn)彎方向及半徑，結(jié)合房建模型特點(diǎn)以及線路走向確定支吊架的安裝位置及形式，并對(duì)支吊架方案進(jìn)行優(yōu)化處理。建模完成后進(jìn)行碰撞檢測(cè)，最終形成可指導(dǎo)施工的電纜敷設(shè)模型。通過(guò)該模型可進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，生成電纜敷設(shè)施工圖、電纜清冊(cè)、電纜配盤表、電纜路徑及電纜排布圖等施工圖紙，圖紙校審?fù)ㄟ^(guò)后對(duì)模型及圖紙進(jìn)行編碼導(dǎo)入平臺(tái)進(jìn)行管理。

現(xiàn)場(chǎng)施工人員施工前可登陸平臺(tái)查詢需要敷設(shè)的電纜。通過(guò)可視化查詢可以直觀地看到電纜徑路和敷設(shè)情況，為施工人員提供查詢、下載相關(guān)圖紙、圖表的功能，作為現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)。施工結(jié)束后，可根據(jù)配置好的信息模板填報(bào)相應(yīng)的電纜信息。

3.2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要包含工作站和后臺(tái)服務(wù)器。工作站可以是電腦或智能手機(jī)終端，用于進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行電纜數(shù)據(jù)信息管理工作。兩臺(tái)后臺(tái)服務(wù)器分別為Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。其中，Web服務(wù)器用于電纜管理的Web發(fā)布。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于配置文件、中心數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及BIM模型系統(tǒng)和電纜管理系統(tǒng)的存儲(chǔ)。硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

3.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)數(shù)據(jù)層:由該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和配置文件組成。

(2)服務(wù)層:主要由DAL數(shù)據(jù)訪問(wèn)層和Web-Service構(gòu)成。其中，DAL數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是應(yīng)用層B/S數(shù)據(jù)處理程序的基礎(chǔ)。為用戶提供增加、刪減、更改、查找數(shù)據(jù)庫(kù)中的電纜數(shù)據(jù)，以及讀取配置文件內(nèi)容等基本操作；WebService為應(yīng)用層的B/S頁(yè)面提供RESTful Web API接口服務(wù)。

(3)應(yīng)用層:在服務(wù)層和數(shù)據(jù)層的支持下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作與應(yīng)用，也就是Web頁(yè)面。其功能主要有模型信息管理、模型編碼管理、資料管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)維護(hù)、二維碼管理、數(shù)據(jù)查詢等。

4 基于BIM的電纜管理系統(tǒng)功能應(yīng)用

4.1 具體應(yīng)用

該系統(tǒng)提供統(tǒng)一的電纜模型信息模板及電纜數(shù)據(jù)導(dǎo)入的功能，數(shù)據(jù)配置責(zé)任人進(jìn)行數(shù)據(jù)管理及維護(hù)，實(shí)現(xiàn)電纜數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和共享的規(guī)范化管理。所有電纜數(shù)據(jù)信息在施工現(xiàn)場(chǎng)將以二維碼為載體展現(xiàn)，通過(guò)掃描二維碼，可以將設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各階段的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)接入系統(tǒng)。最后形成以模型為載體，二維碼為信息擴(kuò)展入口，集成每條電纜的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了電纜數(shù)據(jù)管理的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。既可以在三維場(chǎng)景中通過(guò)模型交互查看電纜信息，也可以通過(guò)掃描電纜上的二維碼快速查詢相關(guān)信息。真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維三個(gè)階段所有相關(guān)數(shù)據(jù)的存檔管理。

例如:某個(gè)區(qū)間工點(diǎn)需要進(jìn)行電纜管理。首先要基于鐵路BIM聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本項(xiàng)目工程實(shí)體制定一套完整、可行的編碼規(guī)則。然后通過(guò)建模軟件創(chuàng)建該工點(diǎn)的電纜模型并按本項(xiàng)目的編碼規(guī)則對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行分類編碼。再將三維模型導(dǎo)入至BIM平臺(tái)中作為電纜數(shù)據(jù)的三維可視化載體進(jìn)行統(tǒng)一管理。通過(guò)在平臺(tái)中對(duì)電纜按編碼進(jìn)行分類配置，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的電纜圖紙資料、數(shù)據(jù)綁定到模型上進(jìn)行信息集成化管理。

在平臺(tái)中生成二維碼，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)打印安裝在電纜上。將二維碼作為現(xiàn)場(chǎng)人員信息交互的快速入口，通過(guò)掃描二維碼可快速查詢相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維數(shù)據(jù)信息，也可以將相關(guān)的施工、運(yùn)維記錄作為檔案擴(kuò)展到電纜屬性中。

通過(guò)BIM平臺(tái)中的電纜查詢功能，快速查詢?cè)摴c(diǎn)的相關(guān)電纜，查詢相關(guān)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

具體操作流程如下:

(1)打開(kāi)平臺(tái)網(wǎng)站，登錄個(gè)人賬戶進(jìn)入平臺(tái)。

(2)左側(cè)菜單欄找到【項(xiàng)目管理】，并在項(xiàng)目配置中配置相關(guān)的編碼規(guī)則。

(3)左側(cè)菜單欄找到【模型管理】，上傳BIM模型。

(4)進(jìn)入模塊后點(diǎn)擊【數(shù)據(jù)導(dǎo)入】，根據(jù)BIM聯(lián)盟的信息交換模板，填相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入平臺(tái)，將相關(guān)基礎(chǔ)信息掛載到模型上。數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入界面

(5)進(jìn)入模塊后點(diǎn)擊【電纜管理】，根據(jù)電纜類型配置電纜信息，用于電纜查詢。電纜類型新增如圖5所示。

圖5 電纜類型新增

(6)通過(guò)選擇工點(diǎn)、專業(yè)、電纜編號(hào)進(jìn)行查詢，可以快速定位到電纜位置，還可以點(diǎn)擊漫游，查看電纜路徑。電纜查詢界面如圖6所示。

(7)經(jīng)過(guò)查詢界面的操作后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)過(guò)濾無(wú)關(guān)的模型，形象地展示電纜始末端連接的設(shè)備以及經(jīng)過(guò)的支吊架等，如圖7所示。點(diǎn)擊右側(cè)信息欄可查看電纜的數(shù)據(jù)信息，如圖8所示。

圖6 電纜查詢界面

圖7 電纜徑路

(8)進(jìn)入模塊后點(diǎn)擊【二維碼管理】，根據(jù)工點(diǎn)、專業(yè)生成相關(guān)電纜的二維碼，施工結(jié)束后，安裝在對(duì)應(yīng)電纜上?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)智能手機(jī)終端對(duì)二維碼進(jìn)行識(shí)別操作，根據(jù)系統(tǒng)配置的用戶權(quán)限可直接查詢相關(guān)電纜數(shù)據(jù)信息或動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

4.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

綜合目前高速鐵路四電工程電纜管理的特點(diǎn)，再結(jié)合京雄城際鐵路四電工程電纜管理需求，研發(fā)了基于BIM電纜管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備功能齊全、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享、應(yīng)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為施工人員提供了一個(gè)多方位、多功能、全過(guò)程的信息共享、信息交流、信息管理精度高的鐵路四電工程電纜管理平臺(tái)。為京雄城際鐵路四電工程電纜管理提供了高效、高水平的信息化管理平臺(tái)。

圖8 電纜數(shù)據(jù)信息

利用BIM技術(shù)對(duì)四電工程的電纜進(jìn)行路徑優(yōu)化，通過(guò)三維可視化的效果，更加快捷地規(guī)劃布局，完善電纜的走向和層次。依據(jù)制定的編碼規(guī)則及電纜命名規(guī)則，對(duì)每一條電纜編碼及命名，有利于實(shí)現(xiàn)電纜相關(guān)屬性的掛接。

通過(guò)應(yīng)用層B/S頁(yè)面的架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路四電工程的電纜管理。其中，三維可視化的電纜徑路可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，電纜數(shù)據(jù)管理可以提高施工管理的精細(xì)化程度。從而使得該系統(tǒng)在電纜管理方面實(shí)現(xiàn)全面的三維模型高精度、全方位的展示，具有數(shù)據(jù)信息管理精細(xì)度高、可追溯性好等特點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于BIM的電纜管理系統(tǒng)中由BIM來(lái)承載電纜信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電纜的三維可視化展示和數(shù)據(jù)信息的高度集成。直觀的三維模型以及數(shù)據(jù)集成能夠?qū)⑹┕と藛T從復(fù)雜而抽象的二維圖形、紙質(zhì)表格和文檔中解放出來(lái)。所涉及到的人員可通過(guò)Web端BIM平臺(tái)或智能手機(jī)終端進(jìn)行查詢、填報(bào)等操作，方便相關(guān)人員的溝通與交流，在一定程度上避免了信息不全面、不準(zhǔn)確的問(wèn)題。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電纜信息共享及協(xié)同管理，提高信息應(yīng)用的價(jià)值，從而提高我們的工作效率。