張 志 偉，　馮　奕，　尹 習(xí) 雙

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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水電工程信息模型創(chuàng)建方法研究

張 志 偉，馮奕，尹 習(xí) 雙

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：水電工程全生命周期管理的基礎(chǔ)是工程信息模型。根據(jù)水電工程的實(shí)際需求，提出了一種滿(mǎn)足水電行業(yè)全生命周期管理需求的信息模型構(gòu)建方法，并以實(shí)際邊坡工程為例進(jìn)行了工程應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)證，使用該方法建立的信息模型能夠較好地描述水電工程對(duì)象的幾何與信息，可用于工程全生命周期的信息共享和擴(kuò)展，對(duì)水電工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)化工作具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水電工程；工程信息模型；創(chuàng)建方法

水電工程體量大、參與專(zhuān)業(yè)多、技術(shù)難度高、設(shè)計(jì)施工周期長(zhǎng)，因此，只有進(jìn)行信息化管理，才能滿(mǎn)足水電行業(yè)高效、環(huán)保、節(jié)約等轉(zhuǎn)型需求。工程信息化管理的基礎(chǔ)是工程數(shù)字化，工程數(shù)字化的基礎(chǔ)是工程信息模型。

筆者以實(shí)際工程為依托，歸納了一種適用于水電工程全生命周期管理的工程信息模型架構(gòu)和創(chuàng)建方法。實(shí)踐證明，該方法能夠有效地將工程全生命周期信息與三維模型相結(jié)合，為工程的進(jìn)度、質(zhì)量、投資管理等提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

1工程信息模型(BIM)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。美國(guó)Autodesk公司于2002年首次提出BIM概念，它是指建筑物在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中創(chuàng)建和使用的可計(jì)算數(shù)字信息。建筑信息模型能夠應(yīng)用到工程項(xiàng)目的整個(gè)周期中，可以管理工程竣工后的項(xiàng)目設(shè)施，支持工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造和施工活動(dòng)，用于工程項(xiàng)目竣工后的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)[1]。BIM可以將項(xiàng)目在全生命周期中產(chǎn)生的所有信息集成到虛擬模型中，該模型是開(kāi)放和共享的，允許所有的項(xiàng)目參與成員有效、準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行協(xié)同工作；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員可以根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)格和設(shè)計(jì)變更要求，持續(xù)不斷地修正和調(diào)整模型內(nèi)容，以確保模型的精確性。BIM不是一個(gè)應(yīng)用軟件，而是一個(gè)工程設(shè)計(jì)與工程文檔數(shù)字信息化的過(guò)程，是一種新的實(shí)踐方式，通過(guò)新的政策、新的合同模式和參與方之間新的關(guān)系構(gòu)建，改善工作流程和項(xiàng)目交付過(guò)程，促進(jìn)各方更為有效地合作，進(jìn)而改善了以往利益相關(guān)方對(duì)立的情況[2]。目前，BIM的運(yùn)用已經(jīng)不僅僅局限于使用其幾何特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的可視化展示和碰撞分析，而是向著施工期過(guò)程管理、運(yùn)維期資產(chǎn)管理等方向邁進(jìn)[3-4]。

2水電工程信息模型的構(gòu)建

2.1模型構(gòu)建原則

水電工程信息模型是建筑信息模型在水電行業(yè)中的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，是面向水電工程全過(guò)程的信息創(chuàng)建和應(yīng)用，其三維模型的建立過(guò)程應(yīng)該遵循一定的規(guī)則。

(1)對(duì)象式建模原則。

信息模型需要集成全生命周期的工程信息，模型中的不同構(gòu)件具有不同的工程屬性信息。為了準(zhǔn)確地描述不同構(gòu)件的工程屬性，在建模初期，就必須按照對(duì)象式建模原則進(jìn)行建模，對(duì)象的劃分應(yīng)以適用于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維一體化的實(shí)際應(yīng)用為原則，并可在各階段擴(kuò)展與各任務(wù)對(duì)應(yīng)的子模型。

(2)各階段信息應(yīng)逐步集成。

各階段的信息模型其設(shè)計(jì)深度不同、應(yīng)用目的不同、所包含的屬性信息也不相同。因此，各模型參與方應(yīng)該針對(duì)同一幾何模型，根據(jù)各自不同階段的需求進(jìn)行信息分類(lèi)集成。

(3)信息模型應(yīng)當(dāng)有統(tǒng)一的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

由于信息模型是由不同專(zhuān)業(yè)、不同階段參與者共同完成的，因此，標(biāo)準(zhǔn)的模型架構(gòu)描述方式應(yīng)該為各階段信息能夠被共享的前提保障。但目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有針對(duì)水電工程信息模型的格式標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，筆者建議：采用國(guó)際通用的IFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行框架定義。目前市場(chǎng)上主流的建模軟件、系統(tǒng)均支持IFC標(biāo)準(zhǔn)，可以有效識(shí)別和再利用各階段模型信息[5-7]。

(4)約定式的模型表達(dá)方式。

目前信息化管理需求還受到硬件設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的限制，只有輕量化的工程信息模型，才能滿(mǎn)足共享和協(xié)同需求。而結(jié)構(gòu)對(duì)象的幾何表達(dá)方式不僅影響其模型外觀、工程設(shè)計(jì)，還對(duì)模型在施工、運(yùn)行等管理中的后期運(yùn)用功能造成影響。點(diǎn)、線、面、體四種不同表達(dá)方式所包含的信息不同，模型大小亦不同。因此，在工程信息模型創(chuàng)建之初，就需要考慮到生命周期的任務(wù)、約定模型的幾何表達(dá)方式，這樣實(shí)施不但可以提高建模的效率，還能降低硬件設(shè)備需求，提高用戶(hù)體驗(yàn)使用。

2.2模型創(chuàng)建流程

筆者針對(duì)水電工程的需求、參考模型構(gòu)建原則歸納出的模型創(chuàng)建流程如下：

(1)建立模型對(duì)象。該模型對(duì)象是一個(gè)抽象的概念，只表達(dá)結(jié)構(gòu)、對(duì)象的邏輯概念，并沒(méi)有實(shí)質(zhì)的信息(包括幾何信息和非幾何信息)。在本研究中，筆者采用了IFC格式，建立了模型對(duì)象。

(2)確定幾何表達(dá)。所有結(jié)構(gòu)對(duì)象的設(shè)計(jì)過(guò)程都是先有形體表達(dá)，再對(duì)其材料、功能、施工方案等附加屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)使用適用的建模軟件，按可重復(fù)創(chuàng)建、修改的原則進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)。

(3)根據(jù)模型需求和所處階段確定所需集成的信息屬性，完成工程信息模型并提交下一階段使用。

整個(gè)工程信息模型創(chuàng)建流程見(jiàn)圖1。

2.3集成屬性示意

就工程信息模型而言，模型是載體，工程信息是核心。筆者通過(guò)工程實(shí)踐，結(jié)合水電工程全生命周期管理需求，梳理出以下常用屬性(表1)，并按照不同階段和需求進(jìn)行打包分類(lèi)。

圖1　水電工程信息模型創(chuàng)建流程框圖

表1按照業(yè)務(wù)進(jìn)行了屬性分類(lèi)，包括設(shè)計(jì)、造價(jià)、施工仿真、施工管理、采購(gòu)、施工管理及運(yùn)維管理七大部分。該屬性列表是開(kāi)放、共享的，不同階段還可以根據(jù)專(zhuān)業(yè)和階段不同進(jìn)行細(xì)分與添加。

3水電工程信息模型實(shí)例

基于模型構(gòu)建原則及創(chuàng)建流程、各階段信息需求，筆者依托某工程邊坡進(jìn)行了信息模型研究。實(shí)踐證明：該模式能夠有效表達(dá)工程結(jié)構(gòu)的幾何精度和工程屬性信息，具有可行性。 該邊坡開(kāi)挖工程結(jié)構(gòu)對(duì)象分解情況見(jiàn)圖2，主要包含開(kāi)挖、淺層支護(hù)、排水設(shè)施、深層支護(hù)(錨索)以及防護(hù)設(shè)施。開(kāi)挖體需要統(tǒng)計(jì)其體積量且后期需要按照高程進(jìn)行單元工程分解，采用“體”進(jìn)行模型表達(dá)較為合適；混凝土貼坡、鋼筋網(wǎng)等在工程中呈面域分布方式，采用“面”的形式表達(dá)；對(duì)于某些特定計(jì)量方式的工程結(jié)構(gòu)，如錨索、錨桿等則考慮采用“點(diǎn)”的形式表達(dá)，既可以表明其空間位置特性，還可以統(tǒng)計(jì)其工程量；對(duì)于防護(hù)網(wǎng)、排水溝等工程結(jié)構(gòu)，主要通過(guò)“線”來(lái)表達(dá)其空間分布信息。表2包含了各結(jié)構(gòu)對(duì)象的表達(dá)方式和設(shè)計(jì)階段的部分屬性。最終成果如圖3所示。

本模型作為設(shè)計(jì)成果進(jìn)行移交后，業(yè)主利用該模型作為數(shù)據(jù)源，可以對(duì)模型進(jìn)行深入應(yīng)用，如施工信息集成、施工單元?jiǎng)澐?、工序劃分、進(jìn)度管理、質(zhì)量信息集成、工程量結(jié)算、運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成和安全風(fēng)險(xiǎn)管理等。實(shí)踐證明：筆者在文中提出的工程信息模型架構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，可以集成水電工程各階段產(chǎn)生的基本信息，為全生命周期管理提供信息共享和運(yùn)用的平臺(tái)。

表1　工程信息模型屬性列表

圖2　工程邊坡信息模型分解圖

表2　某邊坡工程結(jié)構(gòu)對(duì)象表達(dá)方式和設(shè)計(jì)屬性表

4結(jié)語(yǔ)

本研究根據(jù)水電工程的實(shí)際需求，提出了水電工程信息模型的創(chuàng)建方法及流程。同時(shí)，以實(shí)際工程為例，初步驗(yàn)證了該套方法和工作模式。實(shí)例驗(yàn)證表明：本研究提出的水電工程信息模型創(chuàng)建方法能夠較好地描述水電工程對(duì)象的幾何特征和相關(guān)工程信息，可用于工程全生命周期的信息共享和擴(kuò)展，對(duì)水電工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)化工作具有一定的參考價(jià)值。

圖3　工程邊坡信息模型圖

參考文獻(xiàn)：

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張志偉(1981-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，主任，高級(jí)工程師，碩士，從事水電工程信息化及全生命周期管理技術(shù)研究；

馮奕(1988-)，男，四川越西人，工程師，碩士，從事水電工程全生命周期管理技術(shù)研究；

尹習(xí)雙(1981-)，男，湖北洪湖人，室主任，高級(jí)工程師，碩士，從事水電工程信息化及施工仿真研究.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

作者簡(jiǎn)介:

基金項(xiàng)目：國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃雅礱江流域數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)及示范應(yīng)用，編號(hào)：2013BAB05B05-4

收稿日期:2015-12-24

文章編號(hào):1001-2184(2016)01-0074-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV7