橋梁工程信息分類編碼研究

何 飛， 戴 瑋

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

BIM技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程建設(shè)管理，可幫助實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與集成應(yīng)用，提升了工程信息的可視化。相較于傳統(tǒng)的二維圖紙和檔案資料，建筑信息模型(building information model,BIM)面向?qū)ο?，?shù)據(jù)豐富，是對(duì)建筑物理實(shí)物的數(shù)字化表達(dá)。

在實(shí)際工程中，為了保證項(xiàng)目全壽命周期信息傳遞的有效性，可以以包含工程信息屬性的數(shù)字化模型為載體，協(xié)同各方工作，共享工程信息，實(shí)現(xiàn)橋梁工程建設(shè)、運(yùn)維的綜合效益最大化和管理、決策的最優(yōu)化。不過，模型間數(shù)據(jù)傳遞和交換的過程中，需要一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)橋梁工程開展信息模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)體系研究，為橋梁工程信息模型的全壽命周期應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 Omniclass體系標(biāo)準(zhǔn)

Omniclass分類編碼體系是目前建筑行業(yè)中比較成熟的信息分類編碼體系。該分類體系以ISO12006-2分類體系框架為基礎(chǔ)，包含建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、拆除等全生命周期過程的信息數(shù)據(jù)，可以用于建立項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)建立等多方面。

Omniclass根據(jù)不同的工程信息結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類，共分為15個(gè)表格，每個(gè)表格可以被獨(dú)立地用于對(duì)一個(gè)特定類型的信息進(jìn)行分類，也可以互相結(jié)合用于對(duì)更復(fù)雜的科目進(jìn)行分類,見表1。

表1 Omniclass體系15個(gè)表格

1.2 建筑行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

清華大學(xué)BIM課題組從BIM標(biāo)準(zhǔn)框架的角度，提出了符合我國(guó)國(guó)情并與國(guó)際BIM標(biāo)準(zhǔn)接軌的框架，即CBIMS框架。在此框架下，分別從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和交付標(biāo)準(zhǔn)展開詳細(xì)研究。其中《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51269-2017,基于ISO 12006-2分類體系，將建筑工程中涉及的對(duì)象劃分為四個(gè)部分，包括建設(shè)資源、建設(shè)進(jìn)程、建設(shè)成果和建設(shè)屬性，以按功能分建筑物、形態(tài)分建筑物、按功能分建筑空間、按形態(tài)分建筑空間等15個(gè)分類項(xiàng)對(duì)建筑工程進(jìn)行對(duì)應(yīng)分類,見表2。

表2 《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51269-2017)15個(gè)表格

1.3 鐵路行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

中國(guó)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)(1.0版)》,引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和《地信息分類與編碼規(guī)則》內(nèi)容，針對(duì)鐵路工程信息模型展開分類和編碼研究。鐵路工程信息模型按照建設(shè)資源、建設(shè)過程、建設(shè)成果、其他四大類對(duì)產(chǎn)品、工具、人員、組織、行為、建筑物、單項(xiàng)工程、空間、構(gòu)件、工項(xiàng)、專業(yè)領(lǐng)域、材料、地理信息等元素進(jìn)行劃分。標(biāo)準(zhǔn)共有22個(gè)表格，其中部分表格引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)容補(bǔ)充，形成最終標(biāo)準(zhǔn)文件，見表3。

表3 《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0版)》補(bǔ)充表格

1.4 公路行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

交通運(yùn)輸部于2017年啟動(dòng)的《公路工程信息模型統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，將公路工程對(duì)象劃分為全生命周期中的建設(shè)資源、建設(shè)過程和建設(shè)成果三大類，其中建設(shè)資源包括公路工程材料、工具和公路工程屬性等,建設(shè)過程包括項(xiàng)目階段和專業(yè)領(lǐng)域,建設(shè)成果包括公路工程設(shè)施、公路工程子設(shè)施和公路工程構(gòu)件,見表5。

表4 《公路工程信息模型統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見稿)11個(gè)表格

2 橋梁信息模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)

2.1 分類原則

基于國(guó)內(nèi)外其他行業(yè)已有的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，為了保證設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)階段的信息模型中的工程信息傳遞，解決各階段語義信息共享問題，應(yīng)根據(jù)信息模型項(xiàng)目應(yīng)用特點(diǎn)、管理流程等進(jìn)行組織自己完整的、具有可操作性的分類編碼體系。本文從橋梁工程特點(diǎn)出發(fā)，提出一套符合公路橋梁工程的分類編碼標(biāo)準(zhǔn)。

信息分類是根據(jù)信息內(nèi)容的屬性或特征，將信息按一定的原則和方法進(jìn)行區(qū)分和歸類，并建立起一定的分類體系和排列順序。基本分類原則包括以下幾點(diǎn)：

(1)科學(xué)性：橋梁工程為通過建設(shè)資源投入，經(jīng)由建設(shè)過程所建成的成果，其分類結(jié)構(gòu)遵循《施工工程信息的組織》(ISO 12006-2)的框架，以建設(shè)成果、建設(shè)資源、建設(shè)屬性為基本劃分方式。

(2)系統(tǒng)性：根據(jù)實(shí)際工程需求，以橋梁形式、功能、構(gòu)件、使用材料為基本分類對(duì)象，按一定順序排列予以系統(tǒng)化，并形成分類體系。

(3)可擴(kuò)延性：針對(duì)基本分類對(duì)象，采用線分法進(jìn)行層級(jí)細(xì)分，以保證增加新的事物或分類對(duì)象時(shí)，不打亂已建立的分類體系。

(4)兼容性：以行業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為制定原則，協(xié)調(diào)并不互相干擾，確保分類編碼的兼容性。

2.2 分類方法

為遵循兼容性的基本原則，避免與現(xiàn)行規(guī)范沖突，公路橋梁信息模型分類表編號(hào)從62開始編制，其余相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)可引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。公路工程橋梁信息模型分類表見表5。

表5 橋梁工程信息模型分類表

(1)表62為按形式分橋梁工程,按照結(jié)構(gòu)形式對(duì)橋梁工程進(jìn)行分類，分為梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、組合體系橋。

(2)表63為按功能分橋梁工程,按照使用功能對(duì)橋梁工程進(jìn)行分類，包含人行橋、公路橋、市政橋、渡槽。

(3)表64為橋梁工程構(gòu)件分類表。公路橋梁結(jié)構(gòu)形式繁多，不同橋型的構(gòu)件類型不盡相同，標(biāo)準(zhǔn)化難度大。本文探討的構(gòu)件定義來自于ISO 12006-2，為工程主體的組成部分。構(gòu)件按功能特征定義，不考慮它的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案、施工方法和材料組成。

橋梁工程信息模型的構(gòu)件劃分包含：①基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),包含樁基、樁系梁、承臺(tái)、沉井基礎(chǔ)等；②橋梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)包含橋墩、橋臺(tái)、錨碇、橋塔等，上部結(jié)構(gòu)包含橋面板、濕接縫、橫梁、主梁、纜索系統(tǒng)等，附屬結(jié)構(gòu)包含支座、支座墊石、伸縮縫、檢修設(shè)施、阻尼器等；③防護(hù)設(shè)施包含防撞欄桿、防船撞設(shè)備等；④排水設(shè)施，包含橋梁排水設(shè)備；⑤交安機(jī)電，包含交通標(biāo)志、橋上照明等設(shè)備；⑥健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與管理系統(tǒng)。

構(gòu)件分類標(biāo)準(zhǔn)需面向工程各實(shí)施階段，構(gòu)件分類越精細(xì)，信息模型攜帶的工程屬性就越精細(xì)。以上僅示意劃分至橋梁工程構(gòu)件分類表第三層級(jí)的構(gòu)件，根據(jù)實(shí)際工程需求，可對(duì)構(gòu)件繼續(xù)細(xì)分。如下部結(jié)構(gòu)中的橋墩可繼續(xù)劃分至第四層級(jí)，包含墩身、蓋梁、系梁。在工程應(yīng)用中，可根據(jù)項(xiàng)目信息深度選擇不同層級(jí)的構(gòu)件劃分。構(gòu)件分類層級(jí)圖示例如圖1所示。

圖1 橋梁工程構(gòu)件分類層級(jí)圖示例

(4)表65為橋梁工程材料分類表,包含工程建設(shè)和使用中所用到永久結(jié)合到工程實(shí)體中的材料、設(shè)備以及它們的組合。材料定義為組成橋梁構(gòu)件的永久性組成部分，是可以直接采購(gòu)到的物品，可以是單一個(gè)體，也可以是生產(chǎn)的多個(gè)產(chǎn)品組合體。

對(duì)公路橋梁常用材料進(jìn)行劃分，主要包含混凝土、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼板、瀝青、砂漿、石材等。材料分類層級(jí)圖示例如圖2所示。

圖2 橋梁工程材料分類層級(jí)圖示例

(5)表66為橋梁工程屬性表,用于公路工程項(xiàng)目及構(gòu)件等屬性，包含工程項(xiàng)目屬性、空間屬性、工程實(shí)體構(gòu)件可以測(cè)量和檢測(cè)的物理或理論上的特性以及設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)屬性等。屬性只對(duì)特指的建設(shè)實(shí)體有實(shí)際意義，可對(duì)其他分類內(nèi)容進(jìn)行定義修飾和補(bǔ)充。屬性表層級(jí)圖示例如圖3所示。

圖3 橋梁工程屬性分類層級(jí)圖示例

2.3 編碼體系

橋梁工程信息模型編碼體系采用純數(shù)字碼，禁止使用其他字母、字符。分類編碼由分類表編碼以及層級(jí)編碼組成，編碼前兩位數(shù)為分類表編碼，代表特定類型語義的集合；層級(jí)編碼指代特定類目在具體分類表內(nèi)對(duì)應(yīng)的語義層次。分類編碼示例如圖4所示。

圖4 分類編碼示例

3 分類編碼應(yīng)用實(shí)例

以BIM模型為核心的橋梁工程信息化技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在工程全生命期內(nèi)信息的交換和共享。利用屬性工具，對(duì)BIM模型中的構(gòu)件進(jìn)行分類定義，賦予幾何構(gòu)件工程屬性信息，如圖5所示，從而將三維模型轉(zhuǎn)化為工程數(shù)據(jù)庫(kù)中的“屬性信息”。

圖5 橋梁塔柱構(gòu)件屬性信息示例

4 結(jié)束語

根據(jù)橋梁工程特點(diǎn)，并綜合考慮項(xiàng)目不同發(fā)展階段的模型需求，以不同的分類面，對(duì)橋梁工程進(jìn)行分類編碼。在實(shí)際工程中，攜帶統(tǒng)一的編碼體系的構(gòu)件可以用于不同的工程階段，將各階段和各參與方的數(shù)據(jù)聯(lián)系到一起，從而促進(jìn)工程全壽命周期中信息的傳遞與融合，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。