《水運工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標準》及其在船閘設(shè)計中的應(yīng)用

文 曦

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430060)

作為大型綜合通航建筑物，船閘結(jié)構(gòu)形式復雜，涉及的單體和專業(yè)多、信息量大，推動船閘工程建設(shè)效率提升、節(jié)省建設(shè)期的成本和時間，實現(xiàn)船閘工程建設(shè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級，是交通運輸行業(yè)“十四五”期間數(shù)字交通的重大戰(zhàn)略，BIM技術(shù)作為工程項目全生命期內(nèi)物理、功能特性的數(shù)字化表達，對船閘的設(shè)計、施工和運營維護階段的各種決策提供信息支持，為船閘工程全生命期技術(shù)、質(zhì)量、效率等的提升提供了有效的數(shù)字化手段。

近年來，在船閘工程BIM技術(shù)應(yīng)用方面已有不少案例。樊金甲等[1]利用BIM技術(shù)開展了船閘工程設(shè)計圖紙優(yōu)化、工程量統(tǒng)計、工程計量支付、BIM-5D輔助工程投資管理；顏紅亮等[2]融合BIM技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了船閘工程金屬結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計；張立明等[3]利用BIM技術(shù)對船閘球角點弧型三角門的設(shè)計、施工、運行維護、成本控制、管理等進行了應(yīng)用實踐；李家華等[4]開展了水運工程BIM模型編碼體系研究，提出在軟件中進行分類編碼工具二次開發(fā)的方法，通過錄入現(xiàn)行水運工程編碼體系，實現(xiàn)構(gòu)件屬性與分類編碼自動識別掛接，快速準確地進行BIM模型編碼。然而基于標準的船閘工程BIM設(shè)計鮮有案例，如何實現(xiàn)船閘BIM設(shè)計的標準統(tǒng)一、內(nèi)容完整全面、交付成果有效應(yīng)用，避免“信息孤島”是亟待解決的問題。

本文在《水運工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標準》(以下簡稱“標準”)基礎(chǔ)上，提出并編制了符合標準要求的船閘工程BIM設(shè)計細則，定義了基于標準的船閘BIM設(shè)計工作流程，開展信息模型層級組織、設(shè)計協(xié)同、編碼、數(shù)據(jù)存儲和成果交付等應(yīng)用實踐，為標準在船閘BIM設(shè)計的應(yīng)用落地提供參考。

1 水運工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標準

1.1 標準框架

從適用范圍看，標準涵蓋了港口工程、航道工程、通航建筑物工程、修造船廠水工工程4個領(lǐng)域，從內(nèi)容組織來看，標準由8章和5個附錄組成，其中船閘工程BIM設(shè)計需要依據(jù)并執(zhí)行的重點章節(jié)為設(shè)計階段信息模型、協(xié)同設(shè)計、分類與編碼、存儲和交付等，章節(jié)間的邏輯關(guān)系見表1。在項目BIM技術(shù)實施前，需要細化標準形成可執(zhí)行的細則，用以指導實施。

表1 標準應(yīng)用框架

1.2 設(shè)計階段信息模型

由于設(shè)計人員對BIM模型的組織更多依靠個人對項目的理解和經(jīng)驗，船閘工程BIM模型組織模式往往不統(tǒng)一，針對該問題，細則在模型層級組織和模型內(nèi)容2個方面進行細化規(guī)定。

1.2.1模型層級組織

水運工程BIM模型由項目級、單體級、專業(yè)級、構(gòu)件與設(shè)備級和鋼筋與零件級信息模型5個層級組成，按照項目的不同階段，設(shè)計人員需要選擇與其匹配的模型組織層級，對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 船閘工程BIM模型層級組織

1.2.2模型內(nèi)容

基于項目合同中工程內(nèi)容的要求，結(jié)合項目實施過程中設(shè)計人員以專業(yè)為主線開展BIM設(shè)計的特征，船閘BIM模型內(nèi)容確定遵循的一般原則為：1)以項目單體和專業(yè)為單位，依據(jù)合同確定各專業(yè)的BIM模型內(nèi)容，定義模型命名規(guī)則等；2)模型內(nèi)容與階段、模型深度等級掛鉤，模型在創(chuàng)建過程中遵循適度的原則，在滿足標準的基礎(chǔ)上盡量簡化；3)未作規(guī)定的模型內(nèi)容根據(jù)需要添加，同時在分類編碼表中增加相應(yīng)的分類對象并編碼。

1.3 協(xié)同設(shè)計

1.3.1協(xié)同工作方式

船閘工程根據(jù)所使用的BIM軟件和協(xié)同工作環(huán)境，可采用模型協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同和文件協(xié)同3種方式，協(xié)同工作方式應(yīng)用建議見表3。

表3 協(xié)同工作方式應(yīng)用建議

1.3.2協(xié)同工作流程和協(xié)同工作內(nèi)容

協(xié)同工作流程與協(xié)同工作內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)的，協(xié)同工作流程有項目中單體間協(xié)同、單體中專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同3種，協(xié)同工作流程及其內(nèi)容在實施中的細化見表4。

表4 協(xié)同工作流程及內(nèi)容

1.4 分類與編碼

編碼包括細化編碼與模型層級之間的關(guān)系和編碼內(nèi)容2個方面。模型編碼分為項目級編碼和模型內(nèi)容編碼2種，對船閘BIM模型編碼時，編碼與模型層級之間的對應(yīng)關(guān)系見表5。

編碼內(nèi)容要求與項目階段對應(yīng)，設(shè)計人員要根據(jù)項目階段確定并選擇編碼，一般執(zhí)行標準中“設(shè)計階段信息模型各階段編碼應(yīng)用要求表”[5]規(guī)定。

表5 編碼與模型層級關(guān)系

1.5 存儲

存儲包括存儲的數(shù)據(jù)格式及命名規(guī)則、存儲內(nèi)容2個方面。

1.5.1數(shù)據(jù)格式及命名規(guī)則

項目組內(nèi)協(xié)同時，可以采用BIM軟件自身的數(shù)據(jù)格式進行存儲；需要與不同軟件進行數(shù)據(jù)交換時，則應(yīng)考慮采用IFC等開放型數(shù)據(jù)格式。存儲時還應(yīng)對各類數(shù)據(jù)定義1套同時滿足計算機可讀和用戶可讀2種需求的命名規(guī)則，設(shè)計人員在應(yīng)用模型時可以快速定位和應(yīng)用成果，而計算機也可以快速識別并進行處理，用于后續(xù)BIM應(yīng)用工作。

1.5.2存儲內(nèi)容

項目成果不僅有BIM模型，還有由BIM模型生成的數(shù)據(jù)、文檔，與BIM模型關(guān)聯(lián)的外部數(shù)據(jù)、不同模型層級之間的邏輯關(guān)系作為后續(xù)應(yīng)用的基礎(chǔ)也需要進行存儲，船閘工程中不同模型層級的存儲內(nèi)容見表6。

表6 各層級的模型存儲內(nèi)容

1.6 交付

信息模型數(shù)字化交付包含了交付成果的層級組織、交付內(nèi)容和交付數(shù)據(jù)格式3個方面。按照標準，采用與項目階段對應(yīng)的模型層級對交付成果進行組織；交付內(nèi)容應(yīng)在設(shè)計成果的基礎(chǔ)上，將交付所必要的內(nèi)容進行提取、清理后交付，對設(shè)計的過程文件等非必需數(shù)據(jù)則無需交付，各層級的交付內(nèi)容一般包含信息模型及其屬性數(shù)據(jù)、信息模型說明、交付成果清單等；為便于交付成果能被后續(xù)階段或任務(wù)使用，一般建議采用各相關(guān)方約定的同一或兼容數(shù)據(jù)格式。

2 工程應(yīng)用

某新建復線船閘及其配套工程包括船閘主體(閘首、閘室)、上下游引航道、下游航道護岸、船閘管理區(qū)、跨閘交通橋及連接道路等，船閘為Ⅱ級船閘，閘室有效尺度為240.0 m×23.0 m×5.2 m(有效長度×有效寬度×檻上水深)。

2.1 項目實施流程

基于標準要求，在項目實施前對項目內(nèi)容進行策劃，包含制定項目的BIM執(zhí)行計劃、在標準基礎(chǔ)上編制項目的統(tǒng)一規(guī)則，按照標準中重點章節(jié)的要求，開展BIM協(xié)同設(shè)計、模型編碼、存儲BIM應(yīng)用和成果交付，本項目的BIM技術(shù)實施路線見圖1。

2.2 BIM執(zhí)行計劃

圖1 某船閘工程BIM設(shè)計技術(shù)路線

BIM執(zhí)行計劃是項目實施的依據(jù)和基礎(chǔ)，由項目信息、BIM目標、項目成員及角色、BIM協(xié)同流程、BIM數(shù)據(jù)要求、存儲、項目交付等10個部分組成。其中BIM協(xié)同流程通過流程圖方式規(guī)定了項目級、單體級信息模型設(shè)計流程，單體流程按水域、陸域、船閘、跨線橋等獨立繪制；項目按照LOD 300等級建模，模型粒度和信息細度符合標準中LOD 300的要求，項目編碼定義于項目參數(shù)中，模型內(nèi)容編碼定義在構(gòu)件上；BIM數(shù)據(jù)存儲按照5級層級存儲，內(nèi)容符合表6的要求，采用軟件原生和開放型IFC兩種數(shù)據(jù)格式；按照5級層級交付，除交付存儲要求的內(nèi)容外，還交付工程圖紙、工程量統(tǒng)計表、應(yīng)用分析報告等。

2.3 項目規(guī)則

2.3.1模型層級

項目處于施工圖設(shè)計階段，因此模型層級按5個層級進行組織，其中項目級包含了項目中的各個單體，單體模型中包含了參與單體創(chuàng)建的多個協(xié)同專業(yè)，專業(yè)級、構(gòu)件與設(shè)備級、鋼筋與零件級模型則是構(gòu)成單體的組成單元，各層級的模型內(nèi)容見圖2。

2.3.2文件夾及文件命名規(guī)則

圖2 模型層級及內(nèi)容

為滿足計算機可讀和人可讀2種應(yīng)用需求，項目采用“編碼+中文命名”相結(jié)合的方式對不同層級的文件夾和文件進行命名，以項目級和單體級文件夾為例，命名規(guī)則見表7。

表7 文件夾和文件命名規(guī)則

2.3.3交付物格式

為滿足數(shù)字化交付要求，本項目制定了不同交付物所采用的交付文件格式，在此僅列出主要的交付物格式，見表8。

表8 交付物格式

2.4 BIM協(xié)同設(shè)計

項目設(shè)計過程制定了項目協(xié)同、單體協(xié)同和單體集成3個主要流程。項目協(xié)同流程為：創(chuàng)建項目中心文件→單體工作集設(shè)置→確定單體輪廓及定位；單體協(xié)同流程為：創(chuàng)建單體中心文件→專業(yè)工作集設(shè)置→單體內(nèi)專業(yè)協(xié)同；單體集成流程為：單體文件鏈接回項目→位置協(xié)同。其中單體中心文件的創(chuàng)建采用模型協(xié)同方式，項目中心文件則采用數(shù)據(jù)協(xié)同方式由單體模型集成。陸域與水域場地模型使用共享坐標方式達到坐標統(tǒng)一，其他單體采用共享坐標和高程對齊的方式鏈接到項目文件達到坐標統(tǒng)一，創(chuàng)建的項目級、單體級和專業(yè)級信息模型見圖3。

2.5 模型編碼

圖3 不同層級信息模型

項目級編碼采用在項目中心文件中建立“項目編碼”參數(shù)，并按規(guī)則賦值；模型內(nèi)容編碼則對每一個構(gòu)件模型，在其非幾何屬性的“編碼”參數(shù)中，采用編碼軟件或手工填入編碼值，構(gòu)件編碼見圖4。

2.6 模型存儲及成果交付

圖4 構(gòu)件編碼

在項目實施中，將創(chuàng)建的模型及相關(guān)成果文檔保存至對應(yīng)的模型層級文件夾即可；在成果交付時，項目級、單體級模型文件直接從項目過程文件中提取，而對于專業(yè)級、構(gòu)件與設(shè)備級和鋼筋與零件級信息模型則依據(jù)編碼，采用模型提取軟件，將成果從單體文件中抽取存入相應(yīng)的層級文件夾。

3 結(jié)論

1)通過本項目研究，進一步明確并細化符合標準的船閘工程BIM設(shè)計內(nèi)容及要求。

2)研究并提出了船閘工程BIM設(shè)計的總體實施路徑、流程和關(guān)鍵內(nèi)容，為標準在項目中的落地提供了總體指導框架。

3)通過項目實踐，實現(xiàn)基于標準的船閘工程BIM設(shè)計，解決現(xiàn)有項目中模型編碼、模型存儲和交付成果不一致、不協(xié)調(diào)等問題，為規(guī)范船閘工程BIM設(shè)計成果內(nèi)容，提高設(shè)計成果質(zhì)量、實現(xiàn)數(shù)字化交付和應(yīng)用提供了參考。