張 軍

(天津市公路工程設計研究院 天津300170)

0 引 言

建筑信息模型(BIM)技術近年來得到了迅速的發(fā)展和推廣，如今許多行業(yè)已經有所涉及。在建筑行業(yè)，BIM 技術推動了基礎設施建設領域的技術革新，其最終目的在于將完整準確的工程信息傳遞到項目的每個階段，能夠讓各參與方的工程人員隨時隨地查詢到項目信息，可以提前發(fā)現并更正項目運營之后出現的問題，為之后的工作決策提供有效的建議[1]。由于我國的BIM 標準研究較晚，制約了BIM 技術的發(fā)展，加劇了BIM 理論和實踐應用的脫節(jié)。美國國家BIM 標準NBIMS 于2007 年發(fā)布，其基于工業(yè)基礎類別(IFC)平臺開發(fā)，這也是世界上第一個BIM 標準；英國目前廣泛使用的編碼體系是 UniClass，2015 年，英國國家建筑規(guī)范組織(NBS)在 UniClass 2 的基礎上，正式發(fā)布了 UniClass 2015，同時把UniClass 2015 編碼體系融入到BIM Level 2 實施工具NBS Toolkit 中[2]。目前我國主要發(fā)布了針對建筑行業(yè)的《建筑信息模型分類和編碼標準》，鐵路相關單位編寫了《鐵路工程信息模型(REIM)應用統一標準》[3]，還沒有一套與道路工程相關的BIM 標準規(guī)范。

國內外研究多處于某一任務級階段，且沒有對工程項目中信息的標準進一步做出研究，造成信息數據在各方間的傳遞共享出現障礙，不能避免信息的丟失。

Nour.M等[4]基于IFC 標準，開發(fā)出動態(tài)建筑信息數據庫，以實現設計方與材料方的溝通；Bazjanac[5]應用BIM 模型，使工程信息在各參與方間轉換和共享；楊震卿等[6]通過對BIM 標準的研究，提出現階段企業(yè)級BIM 標準的應用方式；陳茜[7]結合IFC 標準，提出一種項目利益者之間的交付平臺和標準。

本文通過對清華大學BIM 課題組編制的《中國建筑信息模型標準框架研究》(CBIMS)的研究[8]，主要針對框架中的技術標準模塊進行拓展，提出了道路BIM 模型標準框架，依據《建筑信息模型分類和編碼標準》的編碼原則，對道路部分結構進行編碼，以實現BIM 模型的標準信息分類，有效運用BIM 模型的信息輸入、提取功能，對部件信息進行準確提取與處理。通過以上對BIM 模型的處理，充分發(fā)揮BIM技術在道路工程中的優(yōu)勢，實現理論與實踐更好結合。

1 相關理論

1.1 BIM標準

BIM 技術發(fā)展的核心目標是將建筑工程中產生的海量信息進行存儲、分析，使工程信息能夠在各個部門、單位之間進行交換，從而達到信息共享。為實現此目標，必須有統一的數據標準作為基礎，對工程項目中所產生的信息進行管理。

對于BIM 標準，國際上將其分為IFC、IFD 和IDM 3 類。IFC 標準由資源層、核心層、共享層和領域層4 個層次構成[9]，提供了一個不依賴于任何具體信息管理系統、適合于計算機處理的建筑數據表示和交換標準；IDM(Information Delivery Manual)標準即信息交付手冊標準[10]，其最終目的是保持數據的準確性；IFD(International Framework for Dictionaries)為國際字典框架標準[11]，利用IFD 可保證國內外數據的共享，保證工程的順利進行。

1.2 BIM模型標準框架

隨著BIM 技術的不斷推廣，我國在建筑行業(yè)的BIM 技術快速發(fā)展，目前已經制定了相關的標準規(guī)范，但對于信息比較繁雜的道路工程還沒有制定一部完整的相關標準。本文通過對CBIMS 框架的研究，針對CBIMS 框架技術標準中的數據存儲標準、信息語義標準和信息傳遞標準3 個方面進行深度研究，提出基于此框架內容下的關于BIM 的道路模型標準框架，如圖1 所示。自上至下依次可以看出：框架圖第2 部分為國際公認的BIM 標準，第3、5 部分為CBIMS 框架的技術標準要求，第4 部分是作為參考的正在編制的建筑行業(yè)相關BIM 標準，第6 部分為本文具體研究內容。

圖1 基于CBIMS的BIM模型標準化框架Fig.1 BIM model standardization framework based on CBIMS

2 BIM數據標準研究

2.1 存儲標準

道路工程信息模型存儲標準應適用于道路工程全壽命周期內的BIM 模型數據信息的存儲，并能夠更好地促進整個工程全壽命周期內各階段、各部門及各專業(yè)對BIM 的應用。

道路工程數據存儲標準可采用IFC 標準，通過對IFC 標準擴展的方式實現道路工程BIM 數據信息存儲標準。分析IFC 標準資源層、核心層、共享層和領域層4 個層次結構，利用資源層和核心層對信息的定義方式，作為道路工程BIM 模型的數據格式。

2.2 交付標準

交付標準是BIM 標準中的主要內容部分，深入研究交付標準，能夠更好地實現信息在不同階段、不同部門間的準確傳遞，提高信息共享效率，有利于提高工程項目各參與方對模型交付理解的一致性。信息的交換由信息交付手冊(IDM)定義，IDM 為信息交換框架(Information Exchange Framework)的組成部分，如圖2 所示[12]。IDM 標準提出交換流程圖、交付說明等內容，缺乏對具體對象交付要求的描述，且對于建筑專業(yè)，該標準沒有適合道路工程交付的要求。下面將向讀者介紹信息模型交付深度等級、道路模型單元劃分內容。

圖2 信息交換框架層次Fig.2 Hierarchy of information exchange framework

2.2.1 信息深度等級的劃分

工程中的信息會隨著工程階段的發(fā)展而逐漸深入展開，包含更多的內容。在國家《建筑信息模型設計交付標準》中，對信息深度等級做出了說明，即為模型單元承擔信息詳細程度的衡量指標，用Nx來表示[13]。BIM 模型所攜帶的信息應遵循適當原則，不能過于簡單，也不能過于復雜以致影響應用效率。對BIM 模型表示信息深度的確定，能夠確保交付信息的準確性和完整性，保證交付質量。

BIM 技術貫穿公路工程的各個階段，在公路的全生命周期加以應用。因此，以BIM 技術為基礎的信息深度的分級也參與公路工程的設計、施工，直到后期的運營養(yǎng)護階段。參照建筑行業(yè)的《建筑工程設計文件編制深度規(guī)定》，本文將道路模型信息深度分為5 個等級，分別代表項目中的5 個階段，用1N 、N2、N3、N4、N5來表示5 個等級，各等級具體應用內容及階段如表1 所示。

2.2.2 道路模型單元劃分

在道路模型交付過程中，根據道路結構的劃分，規(guī)定模型單元的組成。道路項目模型單元劃分為構造物、結構組成和功能組成等內容，如圖3 所示。構造物包括道路工程中的路、橋、隧道等內容，按照結構組成分類，可分為路基、路面等，橋梁有上部結構和下部結構等，功能組成有照明系統、標志系統、排水系統等。構件是模型單元組成各部分的子集[14]。

表1 道路工程模型信息深度等級劃分Tab.1 Information depth classification of road engineering model

圖3 道路模型單元劃分Fig.3 Road model unit division

根據上述道路模型信息深度等級劃分方法，可以確定道路各具體模型部件的信息深度等級。下面以瀝青混凝土路面為例，對道路瀝青混凝土層的構造尺寸和屬性進行信息深度等級劃分，如表2 所示。

表2 BIM模型信息深度等級示例表Tab.2 Example table of BIM model information depth level

3 道路工程BIM應用標準

道路工程BIM 應用標準對道路專業(yè)的技術應用起到規(guī)范指導作用，本文對道路工程BIM 應用標準的規(guī)劃設計、施工建造、運營養(yǎng)護3 個方面進行介紹，如圖4 所示。

規(guī)劃設計階段應用標準包含道路BIM 模型設計應用標準、道路BIM 模型設計制圖標準、道路BIM模型交付標準。設計應用標準主要對道路工程設計階段全壽命周期內模型的創(chuàng)建進行管理應用；設計制圖標準主要規(guī)范設計模型以及圖紙的繪制；交付標準主要對交付模型信息深度、過程進行規(guī)范。

圖4 應用標準結構圖Fig.4 Structure diagram of application standard

施工建造階段應用標準包含BIM 模型施工應用標準、道路BIM 模型施工監(jiān)理標準、道路BIM 模型交付標準。施工應用標準主要從深化設計、施工統計、施工模擬、施工進度管理、安全管理等方面對道路模型的創(chuàng)建與使用管理進行規(guī)范；施工監(jiān)理標準主要從施工監(jiān)理過程、交付成果監(jiān)督等方面進行規(guī)范[15]。

運營養(yǎng)護應用標準主要對道路運行期間的維修數據管理、資產管理等方面進行規(guī)范。

4 結 語

通過對我國BIM 技術標準現狀的研究，對比國外研究進程，針對BIM 標準研究與實際工程存在的脫節(jié)問題，以BIM 模型為研究對象，對道路工程的BIM 數據標準和應用標準進行研究，并對數據標準展開研究，提出道路模型存儲標準、道路模型分類編碼標準、道路模型交付標準。通過制定合理的編碼規(guī)范，使模型信息標準化，有利于確保模型各部件實體與編碼相對應，使BIM 信息在工程的各個階段、各單位部門及各類信息管理平臺間準確、保真地傳遞與共享。