何蘭生，趙夕國，王步云

（中鐵四局集團(tuán)管理研究院，安徽 合肥 230000）

隨著鐵路工程項(xiàng)目工廠化、機(jī)械化、專業(yè)化、信息化［1］的程度越來越高，工程項(xiàng)目生產(chǎn)管理中逐漸應(yīng)用三維數(shù)字化的BIM技術(shù)，包括施工圖復(fù)核、編制施工方案、施工技術(shù)交底、工程進(jìn)度演示、施工數(shù)量計(jì)算、物料加工分析、物資設(shè)備管理等工作，涵蓋技術(shù)、安全、進(jìn)度、質(zhì)量和成本等項(xiàng)目管理的多個(gè)方面。

當(dāng)前以Revit系列軟件為主的BIM建模軟件中，物資信息主要提供的是適用于工業(yè)與民用建筑的材質(zhì)，缺少鐵路物資材質(zhì)。在項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用中，物資信息分類及編碼表達(dá)存在缺乏分類標(biāo)準(zhǔn)、信息缺失、物資名稱不準(zhǔn)確等問題。物資查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成等人工整理工作繁重，不能準(zhǔn)確、高效地提供物資管理信息，容易出現(xiàn)物資項(xiàng)目品名缺失、規(guī)格重復(fù)、檢索困難、統(tǒng)計(jì)漏項(xiàng)、報(bào)表延時(shí)等現(xiàn)象。為了在BIM技術(shù)應(yīng)用中及時(shí)獲取鐵路物資的分類信息，為各級(jí)生產(chǎn)和管理人員提供生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，需要研究基于BIM的鐵路物資信息分類及編碼。

1 鐵路物資分類編碼

1.1 分類依據(jù)

鐵路行業(yè)的物資信息分類編碼依據(jù)為鐵路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)》［2］，并參照國家相關(guān)部門發(fā)布的現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布的分類信息標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)物資設(shè)備材料分類信息［3］、鐵路工程造價(jià)有關(guān)物資和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，以及工程實(shí)踐中的材料和設(shè)備清單。

1.2 分類內(nèi)容

鐵路行業(yè)的物資信息按照所屬工程專業(yè)分類，分為原材料、燃料、機(jī)械設(shè)備及配件、線路設(shè)備及配件、機(jī)車車輛及配件、儀器儀表及計(jì)量器具、電氣設(shè)備及器材、通信信號(hào)器材、接觸網(wǎng)設(shè)備及零件、電子設(shè)備及元器件共10大類物資。

1.3 編碼方法

鐵路物資編碼分類采用線分類法［4］，線分類法是將分類對(duì)象按選定的若干屬性或特性逐次分成若干層次條目，并排列成一個(gè)有層次的逐級(jí)展開的體系。統(tǒng)一分支的同層級(jí)類目之間構(gòu)成并列關(guān)系，不同層級(jí)類目之間構(gòu)成隸屬關(guān)系。同層級(jí)類目互不重復(fù)，互不交叉。線分類法層次性好，能夠較好地反映類目之間的關(guān)系，便于計(jì)算機(jī)分類、查詢、統(tǒng)計(jì)。但分類層次和類目容量確定后，分類對(duì)象的排列順序固定。

鐵路物資分類采用全數(shù)字編碼方式，編碼長度控制在15位以內(nèi)。分類設(shè)為6級(jí)，每級(jí)同類位碼按2位數(shù)字表示，同類位碼的數(shù)量不大于99個(gè)，各層級(jí)代碼值小于10時(shí)用前導(dǎo)零補(bǔ)齊。

2 鐵路物資分類庫

2.1 研究目的

鐵路物資分類庫是將鐵路施工中所用的物資按照一定的規(guī)則進(jìn)行組織管理的系統(tǒng)，主要作用是統(tǒng)一規(guī)范物資分類和物資編碼，統(tǒng)一物資名稱、規(guī)格書寫規(guī)范，從而保證物資計(jì)劃、采購、倉儲(chǔ)、配送、生產(chǎn)等過程中編碼唯一、名稱統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)物資需求、供給、價(jià)格、供應(yīng)商、物資采購、物資調(diào)劑等信息在全局范圍內(nèi)互聯(lián)互通、資源共享。

2.2 實(shí)現(xiàn)模式

鐵路物資分類庫采用Browser/Server（簡稱B/S）三層體系結(jié)構(gòu)模式（見圖1），利用目前流行的sprint clound+layui微服務(wù)開發(fā)框架，支持Mysql、mincrosoft SQLserver、Oracle多種數(shù)據(jù)庫。

在B/S模式中，用戶從客戶端頁面輸入框中發(fā)出指令，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取需要的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回到客戶端的顯示頁面。此模式下，系統(tǒng)所有功能集中部署到服務(wù)器上，客戶端不需要安裝任何附加程序，只需要通過瀏覽器訪問服務(wù)器，服務(wù)器完成所有工作，從而簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)工作量，提高系統(tǒng)應(yīng)用的便捷性和可擴(kuò)展性。

圖1 B/S三層體系結(jié)構(gòu)模式

2.3 功能

鐵路物資分類庫設(shè)定了物資的分類種類，提供完善鐵路物資分類信息的基礎(chǔ)［5］；新增物資條目可根據(jù)物資材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、物理屬性等分類規(guī)則，實(shí)現(xiàn)物資條目的可擴(kuò)展性。項(xiàng)目管理人員在應(yīng)用BIM技術(shù)分類時(shí)，能夠準(zhǔn)確查詢、獲取物資信息，校驗(yàn)重復(fù)和缺失項(xiàng)目，快速更新物資庫。為物資管理人員提供分類明晰的材料條目編碼信息，使物資分類編碼表中的材料與現(xiàn)場一致。鐵路物資庫的建立，可提高鐵路物資管理能力。

2.3.1 鐵路物資分類庫的快速創(chuàng)建

為清晰呈現(xiàn)鐵路物資分類的各個(gè)層級(jí)關(guān)系，系統(tǒng)［6］研發(fā)了物資分類模塊，并以結(jié)構(gòu)樹的形式呈現(xiàn)鐵路物資分類。為提高系統(tǒng)的鐵路物資分類庫的錄入和維護(hù)效率，系統(tǒng)研發(fā)了“添加”“編輯”和“刪除”等相關(guān)功能，鐵路物資分類庫創(chuàng)建時(shí)，可通過“添加”功能錄入分類編碼、分類名稱、所屬分類、物資名稱等信息，并指定子父級(jí)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)物資分類結(jié)構(gòu)樹的搭建；并通過導(dǎo)入表格的方式實(shí)現(xiàn)鐵路物資分類庫的創(chuàng)建（見圖2）。

2.3.2 鐵路物資的快速查詢和應(yīng)用

為便于后期鐵路物資分類庫的更新和快速查找，系統(tǒng)研發(fā)了“篩選列”和“高級(jí)搜索”等功能方便相關(guān)物資的快速查找，并可進(jìn)行全局檢索查詢。為便于鐵路物資庫的應(yīng)用，系統(tǒng)支持其他平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接，并能導(dǎo)出Excel文件便于其他系統(tǒng)鐵路物資的應(yīng)用。

圖2 鐵路物資分類庫

3 BIM材質(zhì)庫技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM材質(zhì)應(yīng)用問題

BIM模型作為BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到BIM技術(shù)后期應(yīng)用的質(zhì)量和效果，而材質(zhì)是BIM技術(shù)極為重要的非幾何屬性，而現(xiàn)有的Autodesk、Bentley、Tekla、Dassult等系列建模軟件和相關(guān)BIM、GIS平臺(tái)自帶的材質(zhì)庫往往無法滿足施工階段BIM模型建立和BIM技術(shù)應(yīng)用的需求，主要存在著BIM材質(zhì)不夠用、材質(zhì)庫分類不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互材質(zhì)易丟失等問題。為解決上述問題，基于鐵路物資分類與編碼開展了鐵路BIM材質(zhì)庫的建設(shè)研究和實(shí)踐。

3.2 基于鐵路物資分類與編碼的材質(zhì)庫建設(shè)方法

研究的鐵路物資分類與編碼是基于國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合施工階段物資管理需求重新梳理而形成的，相較BIM軟件在材質(zhì)分類上更符合施工階段BIM建模的需要。搭建的BIM材質(zhì)庫嚴(yán)格遵循了“鐵路物資分類與編碼”中的物資分類層級(jí)和名稱，統(tǒng)一了鐵路工程BIM材質(zhì)庫，在BIM建模和應(yīng)用過程中材質(zhì)的添加、數(shù)據(jù)的交互，解決了材質(zhì)分類不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互式宜丟失等問題，且材質(zhì)庫可支持用戶手動(dòng)擴(kuò)展。BIM材質(zhì)庫建設(shè)與應(yīng)用框架見圖3。

3.3 應(yīng)用實(shí)踐

在BIM軟件中，BIM材質(zhì)有著色和真實(shí)2種顯示狀態(tài)，著色模式是根據(jù)RGB值為BIM模型增加色彩度，真實(shí)模式是根據(jù)實(shí)際的材質(zhì)為模型材質(zhì)屬性，2種各有用途，但真實(shí)模式更貼近于實(shí)際，在BIM應(yīng)用中，往往用于效果方案比選、工程量統(tǒng)計(jì)、電子沙盤展示、場景漫游等應(yīng)用?；贏utodesk Revit軟件，研究基于BIM的鐵路物資分類與編碼在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

圖3 BIM材質(zhì)庫建設(shè)與應(yīng)用框架

3.3.1 Autodesk Revit材質(zhì)庫現(xiàn)狀

在BIM應(yīng)用中，材質(zhì)庫的材質(zhì)對(duì)應(yīng)實(shí)際的材質(zhì)，使對(duì)象具有真實(shí)的外觀和行為，如混凝土、木材和玻璃。Autodesk Revit材質(zhì)庫相對(duì)其余BIM軟件在材質(zhì)庫更具可擴(kuò)展性，且材質(zhì)可添加詳細(xì)的外觀屬性、物理屬性，支持自定義，但不足的是自帶的材質(zhì)庫行為習(xí)慣不符合鐵路工程施工BIM應(yīng)用的要求，自定義材質(zhì)庫又無法進(jìn)行多層級(jí)的劃分，材質(zhì)無法歸類儲(chǔ)存和引用，BIM模型數(shù)據(jù)交付時(shí)極易丟失，后期BIM應(yīng)用需要大量的重新定義材質(zhì)信息，導(dǎo)致BIM技術(shù)應(yīng)用效率低下。Autodesk Revit自帶材質(zhì)庫見圖4。

圖4 Autodesk Revit自帶材質(zhì)庫

3.3.2 BIM材質(zhì)庫的搭建

基于Revit二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于鐵路物資分類與編碼的材質(zhì)庫（見圖5）。在BIM材質(zhì)庫建立時(shí)，嚴(yán)格按照鐵路物資分類搭建物資分類結(jié)構(gòu)樹，并在結(jié)構(gòu)樹的末端層級(jí)添加具體的材質(zhì)，具體的材質(zhì)添加可引用Revit既有的材質(zhì)實(shí)現(xiàn)歸類放置。

圖5 基于Revit二次開發(fā)的材質(zhì)庫

BIM材質(zhì)屬性作為重要的信息，可在BIM材質(zhì)庫中提前定義標(biāo)識(shí)、圖形、外觀、物理、物資編碼［7］等信息（見圖6）。在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，在BIM建模過程和BIM應(yīng)用過程可直接通過物資名稱或編碼的方式引用到材質(zhì)庫的材質(zhì)，減少了以往手動(dòng)添加材質(zhì)，提升了BIM應(yīng)用效率。例如，如果要青銅材質(zhì)變?yōu)榧t色，可以使用“陽極電鍍鋁”（具有不同外觀屬性的資源）替換外觀資源。

圖6 BIM材質(zhì)屬性

3.3.3 BIM材質(zhì)庫在項(xiàng)目中的應(yīng)用

在BIM建模［8］過程中，可以引用基于BIM的鐵路物資分類與編碼的材質(zhì)庫，給BIM模型添加材質(zhì)，并可通過按材質(zhì)提取鐵路工程數(shù)量（見圖7），且還可以利用材質(zhì)進(jìn)行材質(zhì)渲染和方案比選。

4 結(jié)束語

基于BIM的鐵路物資信息分類及編碼研究，提出了可滿足鐵路施工企業(yè)在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)的物資分類和編碼，用于分析、補(bǔ)充模型材質(zhì)信息，建立適用于鐵路行業(yè)應(yīng)用的物資庫，在鐵路行業(yè)的施工項(xiàng)目推廣應(yīng)用，為BIM技術(shù)應(yīng)用人員提供準(zhǔn)確的物資分類編碼信息，使物資分類編碼表中的材料與現(xiàn)場一致。物資庫設(shè)定了新增物資條目擴(kuò)展規(guī)則，實(shí)現(xiàn)物資條目的可擴(kuò)展性，同時(shí)可與相關(guān)施工生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)融合應(yīng)用。

圖7 BIM建模材質(zhì)添加和工程量提取