駱 樂,王 飛,沈雪松，馬興華

(1.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120；2.連云港港30萬噸級航道建設(shè)指揮部，江蘇 連云港 222042)

BIM(building information modeling)技術(shù)[1]由Autodesk公司在2002年率先提出，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界廣泛認(rèn)可，已從單一的繪圖工具，發(fā)展成為跨學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合應(yīng)用體系。BIM作為一種數(shù)字化的表達(dá)方式，不僅可以連接不同階段各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，而且能對工程對象進(jìn)行詳細(xì)完整的描述，所以被工程各參與體廣泛接受與應(yīng)用[2]。

現(xiàn)階段，深水航道工程BIM技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在三維瀏覽、渲染動畫等視覺輔助領(lǐng)域，其延伸價值不足。創(chuàng)建模型方(一般指設(shè)計(jì)院)使用軟件各異，導(dǎo)致模型接收方(建設(shè)管理方)難以統(tǒng)一多源數(shù)據(jù)；各專業(yè)模型中附帶的關(guān)鍵信息難以被提取，更無法應(yīng)用。通過無差別化的BIM平臺[3]可基本解決上述問題，既能高效整合BIM模型、提高溝通效率，又可通過數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)全流程應(yīng)用。

目前，已有多家軟件廠商的BIM平臺上線并可供選購，但它們均偏重于成熟度較高的建筑行業(yè)，平臺技術(shù)與專業(yè)應(yīng)用場景也更匹配建筑特征，無法適應(yīng)深水航道及類似工程。該類工程屬基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，具有典型的“大場景+小構(gòu)件”特性，如：建模內(nèi)容既包含長達(dá)數(shù)十公里的航道開挖場景，又有僅幾米高的航標(biāo)、水文站等。懸殊的模型體量是該類工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，需要建立一套體現(xiàn)深水航道專業(yè)特色的BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺，以解決專業(yè)模型和信息等應(yīng)用難點(diǎn)，推動深水航道專業(yè)BIM全流程應(yīng)用。

1 深水航道BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺的技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)階段，BIM設(shè)計(jì)成果在交付中和交付后面臨3個問題。

1)難以查看。即查看BIM交付成果時必須使用專業(yè)軟件進(jìn)行操作，這對接收方的專業(yè)技能要求較高。項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人和建設(shè)方若未經(jīng)過培訓(xùn)，很難及時了解設(shè)計(jì)成果。

2)難以管理。即多專業(yè)模型過于分散造成的管理困難。多專業(yè)設(shè)計(jì)人員通常采用各自領(lǐng)域相對獨(dú)立的BIM軟件所生成的成果進(jìn)行交付，而并未在前期進(jìn)行模型格式統(tǒng)一的約定，因此會導(dǎo)致各子專業(yè)成果即使完成了所謂交付，接收者也很難將其做整體融合和把控。

3)難以使用。即BIM信息難以被深入挖掘和利用。BIM模型雖然一直強(qiáng)調(diào)其核心內(nèi)容信息的重要性，但每個專業(yè)由于信息規(guī)則和應(yīng)用場景各異，使專業(yè)信息利用低效，BIM模型難以發(fā)揮延伸作用。

針對上述問題而搭建的BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺是有效的解決方案。平臺結(jié)合深水航道“多專業(yè)、大場景、小構(gòu)件”等特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其不僅能夠統(tǒng)一多源BIM模型進(jìn)行場景整合，又能針對各專業(yè)特性，提取、展示、應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息，真正體現(xiàn)BIM數(shù)模的價值。也為今后基于模型的施工管控、運(yùn)維監(jiān)測監(jiān)控打下必要的基礎(chǔ)。

2 平臺研發(fā)

2.1 研發(fā)內(nèi)容

要建立一套深水航道領(lǐng)域BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺(圖1)，需從以下幾方面開展工作：1)模型標(biāo)準(zhǔn)化，建立統(tǒng)一的建模和信息賦值編碼規(guī)范；2)模型輕量化，既是平臺能夠融合不同建模軟件數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，也是大體量模型自由加載的核心技術(shù)。3)平臺專業(yè)化，針對深水航道的特點(diǎn)，開發(fā)符合各專業(yè)特性的平臺。

圖1 平臺開發(fā)架構(gòu)

2.2 BIM模型標(biāo)準(zhǔn)化

2.2.1幾何信息標(biāo)準(zhǔn)化

為不同來源的(如Autodesk、Bentley、CATIA等軟件)BIM模型設(shè)定統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)與建模精度要求，以便后期標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)入交付平臺。以“模型精度等級(LOD-Level of Detail)”來定義BIM模型中建筑物或構(gòu)件元素的精度高低。一般將工程各階段(如工可、初設(shè)、施工圖階段等)與LOD對應(yīng)以規(guī)范模型細(xì)度,深水航道部分階段各專業(yè)BIM模型等級見表1。

表1 模型交付內(nèi)容細(xì)度等級

同時，各專業(yè)在創(chuàng)建模型時應(yīng)采用相同的長度單位，以統(tǒng)一模型尺寸；除此之外，還須統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)，如：84坐標(biāo)系、2000坐標(biāo)系等，以準(zhǔn)確融合BIM模型與GIS地理信息。

2.2.2專業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)化

模型的屬性信息是三維模型外最有價值的部分，但各專業(yè)的信息類別迥異，因此須制定每個專業(yè)專有的信息化列表。深水航道工程主要包括航道、航標(biāo)、疏浚、水文站等專業(yè)(表2)。

表2 航標(biāo)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化信息列表

2.2.3BIM編碼標(biāo)準(zhǔn)化

BIM編碼是模型互相傳遞的基礎(chǔ)，針對深水航道特性，各專業(yè)編碼將參考現(xiàn)行的GBT 51269—2017《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》[4]。

編碼結(jié)構(gòu)包括表代碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼、細(xì)類代碼和末類代碼，各級代碼應(yīng)采用2位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。編碼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 編碼結(jié)構(gòu)

2.3 BIM模型輕量化

BIM模型輕量化一般通過刪除BIM模型中的大量參數(shù)化建模信息，提取并優(yōu)化幾何與物理信息，以達(dá)到大幅壓縮原始BIM模型的目的。再利用基于HTMLWebGL技術(shù)對三維模型在網(wǎng)頁端進(jìn)行還原和渲染，實(shí)現(xiàn)BIM模型輕量化Web瀏覽。用戶可直接通過瀏覽器查看模型，無須安裝軟件環(huán)境或插件。優(yōu)秀的輕量化處理應(yīng)具備支持?jǐn)?shù)據(jù)格式多、轉(zhuǎn)換速度快、結(jié)果錯誤率低、信息保留完整等特征(圖3)。

圖3 BIM輕量化原理

輕量化處理不僅解決了模型創(chuàng)建方數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一的問題，使用者也不必具備和學(xué)習(xí)過多的軟件操作技能，對硬件設(shè)備的需求大幅降低。

2.4 BIM平臺專業(yè)化

2.4.1基本要求

1)私有云服務(wù)器。私有云是為指定客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建，可提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。平臺以信息安全體系和BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的安全體系下部署私有云服務(wù)器，可使設(shè)計(jì)成果安全地存儲和與外部交流。

2)輕量化引擎選型。輕量化引擎是平臺可視化部分的核心技術(shù)，用于在網(wǎng)頁端繪制輕量化處理后的BIM模型。其性能的優(yōu)劣將直接影響平臺的運(yùn)行效果，故最終的選型須滿足如下條件：①支持網(wǎng)頁端瀏覽且用戶無須安裝插件；②適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施大范圍模型體量的特性；③支持多種BIM數(shù)據(jù)格式；④可滿足私有云部署等。

3)數(shù)據(jù)庫選型及部署。根據(jù)數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容方式，選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并制定定期的數(shù)據(jù)備份方案。

4)網(wǎng)絡(luò)及安全。根據(jù)項(xiàng)目體量選擇適合的服務(wù)器、防火墻、路由器、負(fù)載均衡等硬件保護(hù)措施。

2.4.2平臺架構(gòu)

1)技術(shù)開發(fā)。采用3層技術(shù)框架與數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，即前端頁面顯示層、中間數(shù)據(jù)應(yīng)用層以及數(shù)據(jù)存儲層，具備一定的靈活性與穩(wěn)定性。平臺架構(gòu)見圖4。

2)功能模塊設(shè)計(jì)。平臺主要由前端應(yīng)用系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)組成。前端應(yīng)用主要包含為用戶使用而設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能模塊，如項(xiàng)目維護(hù)、BIM模型發(fā)布、成員管理、文件管理、權(quán)限管理、可視化展示、模型討論等；后臺主要進(jìn)行多項(xiàng)目管理、用戶權(quán)限配置和維護(hù)的操作。

圖4 架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 工程應(yīng)用

研發(fā)成果已應(yīng)用于連云港港30萬噸級航道二期工程建設(shè)。該工程航道總長約77.8 km，其中外航道外段35.6 km、內(nèi)段17.3 km、徐圩航道24.9 km，包含航標(biāo)73個，鉆孔276個，錨地和傾倒區(qū)各7個。

3.1 BIM模型

按該項(xiàng)目中包含的航道、航標(biāo)、地質(zhì)等專業(yè)分別搭建了相應(yīng)的BIM模型，并針對各專業(yè)特征做了功能定制。

航道與建筑工程不同，屬于基礎(chǔ)設(shè)施長線型工程。因此定制了符合長線型工程的平、縱、橫關(guān)聯(lián)功能，以供用戶更為便捷地動態(tài)一體化查詢，見圖5a)。例如，根據(jù)樁號查詢工程模型剖面，并在BIM模型中進(jìn)行剖面定位的功能。

航標(biāo)BIM模型中定制插入了專業(yè)信息，如顏色、性質(zhì)、燈質(zhì)等，見圖5b)。

地質(zhì)鉆孔模型按照土質(zhì)等級進(jìn)行顏色分類，并插入頂高程、底高程等信息項(xiàng)，見圖5c)。

除了單獨(dú)展示各專業(yè)模型外，平臺還實(shí)現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)融合(包括航道、航標(biāo)、地質(zhì)、GIS等相關(guān)專業(yè))，將所有模型整合于一個場景，便于直觀查看與討論，見圖5d)。

圖5 BIM專業(yè)模型

3.2 交互討論

不論在成果交付之前還是交付過程中，討論是必要的環(huán)節(jié)。原則上沒有確認(rèn)過的模型不可交付。平臺中的模型討論功能，不僅能發(fā)起討論，還能及時進(jìn)行回復(fù)、提醒。討論內(nèi)容會直接引用保存的視角以及展示討論筆記，為達(dá)到交付要求加快了速度(圖6)。

圖6 交互討論區(qū)界面

3.3 應(yīng)用小結(jié)

該平臺在此工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，不僅能夠使建設(shè)方完整、快速地查看到設(shè)計(jì)方提交的BIM設(shè)計(jì)成果，更能從中充分獲取與深水航道各專業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，建設(shè)方還可基于此開展后續(xù)的航道施工管控及運(yùn)維，體現(xiàn)了BIM技術(shù)的應(yīng)用價值。

4 結(jié)論與展望

1)針對深水航道的“多專業(yè)、大場景、小構(gòu)件”特征，從模型標(biāo)準(zhǔn)化、模型輕量化、平臺專業(yè)化3方面入手，開發(fā)對應(yīng)的BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺。

2)深水航道BIM設(shè)計(jì)成果交付平臺可統(tǒng)一各種模型數(shù)據(jù)源，定制化展示航道、航標(biāo)、地質(zhì)等各專業(yè)特征，并能完成多源數(shù)據(jù)融合。

3)本項(xiàng)目已應(yīng)用于連云港港30萬噸級航道二期工程，并取得良好效果，對同類工程具有示范和參考意義。