馮 奕， 申 滿 斌， 張 志 偉

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072；2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

淺談水電工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

馮 奕1， 申 滿 斌2， 張 志 偉1

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072；2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

水電工程信息模型是水電工程信息化管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系則是信息模型創(chuàng)建、應(yīng)用的行為基礎(chǔ)。通過對國內(nèi)外工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn)進(jìn)行研究，結(jié)合水電工程的需求，提出了適用于現(xiàn)階段水電行業(yè)的工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。該體系包含面向軟件開發(fā)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和面向項(xiàng)目實(shí)施的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，可為水電工程信息模型的全生命期管理提供行為參考和行為準(zhǔn)則。

水電工程；工程信息模型技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)體系

隨著信息技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，承載海量水電工程建設(shè)信息的水電工程信息模型成為“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下水電行業(yè)提升和發(fā)展的關(guān)鍵。然而，水電行業(yè)各參建方至今沒有形成規(guī)范的信息模型數(shù)據(jù)交換準(zhǔn)則、應(yīng)用能力評估方案及相關(guān)項(xiàng)目實(shí)施流程規(guī)范，無法有效的進(jìn)行工程信息共享和應(yīng)用，從而制約了BIM(Building Informatiom Modeling)技術(shù)在水電行業(yè)發(fā)揮其價(jià)值。因此，制定統(tǒng)一、可行的水電行業(yè)信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系迫在眉睫。

1 國內(nèi)外工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

1.1 建筑信息模型國際ISO標(biāo)準(zhǔn)

全球BIM的基本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是由building SMART組織主導(dǎo)建立的，且均由ISO發(fā)布，主要分為三個(gè)部分：術(shù)語、數(shù)據(jù)、流程(圖1)。術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)是IFD(International Framework for Dictionaries，ISO 12006-3:2007)；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是IFC(Industry Foundation Classes，ISO 16739:2013)，目前已經(jīng)更新至IFC4；流程標(biāo)準(zhǔn)是IDM(Information Delivery Manual，ISO 29481-1:2010)。

IFC、IFD、IDM三者的關(guān)系和作用體現(xiàn)在以下幾方面：IFC為軟件與軟件的信息互用指定了規(guī)范；IDM建立了項(xiàng)目參與者之間的交流合作機(jī)制；IFD是將用戶層面的合作與機(jī)器層面的信息互用連接起來的橋梁。

1.2 國外工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展，一些BIM技術(shù)應(yīng)用水平較高的國家均在ISO標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立了適應(yīng)該國國情的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

圖1 國際ISO標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成示意圖

在美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)第二版(NBIMS-US2)標(biāo)準(zhǔn)體系中，數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)涉及IFC以及定義IFC的基礎(chǔ)語言標(biāo)準(zhǔn)W3C XML(World Wide Web Consortium Extensible Markup Language)；字典標(biāo)準(zhǔn)以O(shè)mniClass為基礎(chǔ)，輔以IFD附加唯一標(biāo)識以及其他補(bǔ)充；數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)囊括了以IDM和子模型視圖(Model View Definition，MVD)為基礎(chǔ)制定的BIM流程。英國于2000年發(fā)布了《建筑工程施工工業(yè)(英國)CAD標(biāo)準(zhǔn)》，用以改進(jìn)設(shè)計(jì)信息交付、管理和交換過程。新加坡發(fā)布了《新加坡BIM指南》，包含BIM說明書和BIM模型及協(xié)作流程。韓國于2010年4月發(fā)布了《設(shè)施管理BIM應(yīng)用指南》和BIM應(yīng)用路線圖。

1.3 國內(nèi)工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

清華大學(xué)在2010年提出了——CBIMS(China Building Information Modeling Standard)[1]。該體系參照了NBIMS，同時(shí)結(jié)合了現(xiàn)階段我國建筑工程的實(shí)際情況與需求，主要分為三個(gè)方面：BIM平臺軟件的開發(fā)、BIM數(shù)字化資源的建立和BIM應(yīng)用環(huán)境的改善(圖2)。

圖2 CBIMS架構(gòu)圖

2013年1月，在北京市發(fā)布的《北京市BIM設(shè)計(jì)(民用建筑)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》中，包括了BIM的基本規(guī)定、資源要求、模型深度要求和交付要求。

上海市的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系則分為三個(gè)部分：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了數(shù)據(jù)分類編碼原則和存儲交付標(biāo)準(zhǔn)。

2 國內(nèi)已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的適用性分析

目前，國內(nèi)在編或已發(fā)布的信息模型標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 國內(nèi)在編及已發(fā)布的信息模型標(biāo)準(zhǔn)表

除此之外，還有部分地區(qū)(如北京、上海等地)和行業(yè)(鐵路等)已在制定自己的工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

水電工程信息模型技術(shù)是一種信息集成和傳遞的手段，不但要方便信息創(chuàng)建者方便、簡單地存儲、保留工程信息，還要方便信息使用者快速、準(zhǔn)確地解讀這些工程信息。水電行業(yè)在全生命期過程中，所產(chǎn)生的信息、行為具有自身的行業(yè)特點(diǎn)，與建筑工程行業(yè)信息具有較大的區(qū)別。

以水電工程中較為重要的地質(zhì)信息為例。在水電工程建設(shè)、設(shè)計(jì)過程中，地下水、卸荷風(fēng)化程度、斷層等地質(zhì)信息在設(shè)計(jì)過程中提供方案參考；在施工過程中提供決策支持；在運(yùn)維過程中對重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域提供監(jiān)測信息以保障工程運(yùn)行的安全。由此可見，對地質(zhì)信息共享運(yùn)用的需求貫穿于整個(gè)工程的全生命期。而僅參考建筑行業(yè)信息模型標(biāo)準(zhǔn)是無法解決水電工程地質(zhì)信息的存儲、編碼分類以及交付應(yīng)用等問題的。

3 水電工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

3.1 水電工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

若要全方位描述適用于全生命期管理的水電工程信息模型，需要回答以下幾個(gè)問題。

模型以什么格式存儲？相互的邏輯關(guān)系是什么？是否可以被全行業(yè)廣泛接受？

模型中的對象如何分類編碼？如何構(gòu)成組織體系？是否滿足全生命期各階段的組織方式？

各階段應(yīng)該如何交付有效的信息？交付信息的范圍和精度的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

如何保障模型創(chuàng)建過程和應(yīng)用過程中的安全、有效、可共享性？

目前國際國內(nèi)各行業(yè)信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系均分為兩個(gè)層面：一是面向基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)；二是面向企業(yè)、項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。筆者認(rèn)為：水電行業(yè)工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系可以參考以上兩個(gè)層面進(jìn)行制定(圖3)。

圖3 水電行業(yè)工程信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系圖

基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命期內(nèi)不同參與方與異構(gòu)信息系統(tǒng)間的互操作性，主要用于指導(dǎo)和規(guī)范BIM的軟件開發(fā)與系統(tǒng)架構(gòu)。水電行業(yè)工程信息模型的基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)可以分為數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)、分類編碼標(biāo)準(zhǔn)、信息交付標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)提供信息構(gòu)建架構(gòu)；分類編碼標(biāo)準(zhǔn)提供辨識依據(jù)；交付標(biāo)準(zhǔn)保障信息的準(zhǔn)確及適用?；A(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)是針對水電行業(yè)全生命期的通用規(guī)范準(zhǔn)則。

在通過底層規(guī)范確立信息模型的數(shù)據(jù)架構(gòu)后，應(yīng)用層級的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指導(dǎo)其具體操作過程和實(shí)施過程。應(yīng)用層級的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范既應(yīng)根據(jù)各參與專業(yè)在各階段的不同需求進(jìn)行制定，同時(shí)還應(yīng)兼顧行業(yè)通用，以保證對信息模型的統(tǒng)一管理，因此，在標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用層級中，應(yīng)包含通用原則以及針對不同專業(yè)設(shè)置的專業(yè)性、階段性標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

3.2 水電工程信息模型技術(shù)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)

筆者主要針對基礎(chǔ)層中三大關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行闡述。

南京自古以來就是中國重要的手工業(yè)中心之一,至今,云錦、金箔等傳統(tǒng)手工藝品依然享有盛譽(yù)。南京位于長江中下游銅鐵成礦帶上,生活在這里的先民很早就利用金屬礦物資源開展采礦、冶煉、鑄造等礦冶活動(dòng)。

(1)水電工程信息模型描述標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)主要是規(guī)范BIM模型的數(shù)據(jù)存儲格式、語義擴(kuò)展方式、數(shù)據(jù)訪問方式等內(nèi)容。數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)的建立方式有多種，其中一種可行方案是擴(kuò)展現(xiàn)有的IFC(工業(yè)基礎(chǔ)類)標(biāo)準(zhǔn)。Lee[2]等針對路橋和隧道領(lǐng)域的模型信息與關(guān)聯(lián)屬性擴(kuò)展了一套空間實(shí)體(Spatial Element)與物理實(shí)體(Physical Element)相區(qū)分、路橋隧無限制層級劃分的實(shí)體定義。Cho[3]等針對韓國道路工程排水系統(tǒng)的相關(guān)需求，擴(kuò)展了相應(yīng)實(shí)體和屬性集。因此，水電行業(yè)可采用擴(kuò)展實(shí)體和屬性集的方式，基于IFC建立適合本行業(yè)的數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)。

目前IFC標(biāo)準(zhǔn)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑工程[4]，其5個(gè)核心層和8個(gè)領(lǐng)域?qū)又饕轻槍ㄖI(lǐng)域的專業(yè)劃分來定義實(shí)體的屬性及繼承關(guān)系。因此，在水電工程領(lǐng)域應(yīng)用IFC構(gòu)建信息模型，必須針對水電行業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。筆者通過研究水電工程全生命期各階段的專業(yè)任務(wù)和信息需求，分析了相應(yīng)的工作流和信息流，提出了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的水電工程信息模型擴(kuò)展機(jī)制，并在IFC領(lǐng)域?qū)雍凸蚕韺又行略隽怂姽こ填I(lǐng)域相關(guān)的實(shí)體定義(圖4)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是繼承了IFC標(biāo)準(zhǔn)的簡潔、清晰、可拓展的語言框架，同時(shí)不用對IFC領(lǐng)域進(jìn)行大量擴(kuò)展，不會(huì)對現(xiàn)有BIM軟件帶來過多的兼容性問題。

圖4 基于IFC大綱擴(kuò)展的水電行業(yè)信息模型描述規(guī)范框架圖

(2)水電工程信息模型分類編碼規(guī)范。

目前水電行業(yè)沒有統(tǒng)一的分類編碼方式，而是由各項(xiàng)目參與方、各專業(yè)根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制各自的線分法分類編碼體系。然而，試圖利用一套確定的線分法對水電行業(yè)的過程、信息及對象進(jìn)行分類是不可行的。在國際上，多采用面分法對工程中同一對象進(jìn)行不同維度的描述。水電行業(yè)的信息模型分類編碼體系可以參照ISO12006-2-2001,Building construction - Organization of information about construction works - Part2:Framework for classification of information《施工工程信息的組織第2部分：信息分類框架》[5]，結(jié)合我國水電行業(yè)的需求建立。

水電工程信息模型交付規(guī)范應(yīng)當(dāng)包含兩方面內(nèi)容：各階段各專業(yè)信息交付的內(nèi)容以及信息交付的流程。水電工程信息模型交付規(guī)范在一般標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)主要以水電工程全生命期中各項(xiàng)工作的分解結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對交付流程和交付內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

模型交付內(nèi)容可參考多細(xì)節(jié)層次法(LOD技術(shù))進(jìn)行細(xì)度刻畫。根據(jù)不同階段、不同任務(wù)需求，對模型信息的豐富程度進(jìn)行規(guī)定，以保障信息在相應(yīng)階段足夠滿足需求即可，防止信息冗余或不足。

模型交付流程可參考IDM[6]進(jìn)行流程定義和管理，但應(yīng)與水電行業(yè)的具體流程相適應(yīng)，其交換需求應(yīng)有明確的實(shí)施借鑒價(jià)值，明確其內(nèi)容、交換的起點(diǎn)與終點(diǎn)、精細(xì)度，建立如圖5所示的交付業(yè)務(wù)流程。

圖5 基于水電工程全信息模型的進(jìn)度計(jì)劃編制流程圖

4 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)是水電行業(yè)今后發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。只有有效的利用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正確的引導(dǎo)，才能解決目前行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)水平良莠不齊、投入大于產(chǎn)出的現(xiàn)狀。因此，建立水電行業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系是迫切和必需的。水電行業(yè)各單位對BIM的認(rèn)知水平、軟件平臺有所不同，業(yè)務(wù)需求也不盡相同，若想利用某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范整個(gè)行業(yè)的BIM技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的，因此，可以根據(jù)行業(yè)的需求，在筆者提出的標(biāo)準(zhǔn)體系框架下制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。BIM包含信息的全面性及應(yīng)用方式的廣泛性，決定了BIM技術(shù)必須由一系列功能成熟、業(yè)務(wù)清晰、數(shù)據(jù)可共享的BIM軟件協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)。目前，水電工程設(shè)計(jì)信息模型數(shù)據(jù)描述規(guī)程、模型分類編碼規(guī)程以及模型交付規(guī)程等行業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)已在國家能源局的主持下開始起草編制。因此，依托以上基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)、改造適用于水電行業(yè)的BIM軟件平臺已成為今后工作的重點(diǎn)。

[1] 清華大學(xué)BIM課題組，中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] Lee S.H, Kim B.G. IFC extension for road structures and digital modeling[J]. Proce?dia Engineering. Journal of Information Technol-ogy in Civil Engineering and Architecture, 2011, 14:1037-1042.

[3] Cho Geun-Ha, Won Ji-Sun, Kim Jin-Uk. The Extension of IFC Model Schema for Geometry Part of Road Drainage Facility[J]. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 2013, 14(11):5987-5992.

[4] 工業(yè)基礎(chǔ)類平臺規(guī)范,GB/T 25507-2010[S].

[5] Building construction - Organization of information about construction works - Part2:Framework for classification of information,ISO 12006-2-2001[S].

[6] Building information modelling - Information delivery manual - Part 1: Methodology and format，ISO 29481-1-2010[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-08

TV22;TV222.5

B

1001-2184(2017)02-0071-04

馮 奕(1988-)，男，四川越西人，工程師，碩士，從事水電工程全生命期管理技術(shù)研究工作；

申滿斌(1978-)，男，四川南充人，教授級高級工程師，博士，從事流域水電開發(fā)數(shù)字化管理技術(shù)研究；

張志偉(1981-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，高級工程師，碩士，從事水電工程信息化及全生命期管理技術(shù)研究工作.