張 軍

(天津市公路工程設(shè)計(jì)研究院 天津300170)

0 引 言

建筑信息模型(BIM)技術(shù)近年來得到了迅速的發(fā)展和推廣，如今許多行業(yè)已經(jīng)有所涉及。在建筑行業(yè)，BIM 技術(shù)推動(dòng)了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)革新，其最終目的在于將完整準(zhǔn)確的工程信息傳遞到項(xiàng)目的每個(gè)階段，能夠讓各參與方的工程人員隨時(shí)隨地查詢到項(xiàng)目信息，可以提前發(fā)現(xiàn)并更正項(xiàng)目運(yùn)營之后出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)研究較晚，制約了BIM 技術(shù)的發(fā)展，加劇了BIM 理論和實(shí)踐應(yīng)用的脫節(jié)。美國國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)NBIMS 于2007 年發(fā)布，其基于工業(yè)基礎(chǔ)類別(IFC)平臺(tái)開發(fā)，這也是世界上第一個(gè)BIM 標(biāo)準(zhǔn)；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(chǔ)上，正式發(fā)布了 UniClass 2015，同時(shí)把UniClass 2015 編碼體系融入到BIM Level 2 實(shí)施工具NBS Toolkit 中[2]。目前我國主要發(fā)布了針對(duì)建筑行業(yè)的《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》，鐵路相關(guān)單位編寫了《鐵路工程信息模型(REIM)應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[3]，還沒有一套與道路工程相關(guān)的BIM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

國內(nèi)外研究多處于某一任務(wù)級(jí)階段，且沒有對(duì)工程項(xiàng)目中信息的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步做出研究，造成信息數(shù)據(jù)在各方間的傳遞共享出現(xiàn)障礙，不能避免信息的丟失。

Nour.M等[4]基于IFC 標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出動(dòng)態(tài)建筑信息數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方與材料方的溝通；Bazjanac[5]應(yīng)用BIM 模型，使工程信息在各參與方間轉(zhuǎn)換和共享；楊震卿等[6]通過對(duì)BIM 標(biāo)準(zhǔn)的研究，提出現(xiàn)階段企業(yè)級(jí)BIM 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用方式；陳茜[7]結(jié)合IFC 標(biāo)準(zhǔn)，提出一種項(xiàng)目利益者之間的交付平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)。

本文通過對(duì)清華大學(xué)BIM 課題組編制的《中國建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究》(CBIMS)的研究[8]，主要針對(duì)框架中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行拓展，提出了道路BIM 模型標(biāo)準(zhǔn)框架，依據(jù)《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》的編碼原則，對(duì)道路部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，以實(shí)現(xiàn)BIM 模型的標(biāo)準(zhǔn)信息分類，有效運(yùn)用BIM 模型的信息輸入、提取功能，對(duì)部件信息進(jìn)行準(zhǔn)確提取與處理。通過以上對(duì)BIM 模型的處理，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在道路工程中的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐更好結(jié)合。

1 相關(guān)理論

1.1 BIM標(biāo)準(zhǔn)

BIM 技術(shù)發(fā)展的核心目標(biāo)是將建筑工程中產(chǎn)生的海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，使工程信息能夠在各個(gè)部門、單位之間進(jìn)行交換，從而達(dá)到信息共享。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，必須有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，對(duì)工程項(xiàng)目中所產(chǎn)生的信息進(jìn)行管理。

對(duì)于BIM 標(biāo)準(zhǔn)，國際上將其分為IFC、IFD 和IDM 3 類。IFC 標(biāo)準(zhǔn)由資源層、核心層、共享層和領(lǐng)域?qū)? 個(gè)層次構(gòu)成[9]，提供了一個(gè)不依賴于任何具體信息管理系統(tǒng)、適合于計(jì)算機(jī)處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標(biāo)準(zhǔn)；IDM(Information Delivery Manual)標(biāo)準(zhǔn)即信息交付手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)[10]，其最終目的是保持?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；IFD(International Framework for Dictionaries)為國際字典框架標(biāo)準(zhǔn)[11]，利用IFD 可保證國內(nèi)外數(shù)據(jù)的共享，保證工程的順利進(jìn)行。

1.2 BIM模型標(biāo)準(zhǔn)框架

隨著BIM 技術(shù)的不斷推廣，我國在建筑行業(yè)的BIM 技術(shù)快速發(fā)展，目前已經(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但對(duì)于信息比較繁雜的道路工程還沒有制定一部完整的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對(duì)CBIMS 框架的研究，針對(duì)CBIMS 框架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、信息語義標(biāo)準(zhǔn)和信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)3 個(gè)方面進(jìn)行深度研究，提出基于此框架內(nèi)容下的關(guān)于BIM 的道路模型標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)的BIM 標(biāo)準(zhǔn)，第3、5 部分為CBIMS 框架的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，第4 部分是作為參考的正在編制的建筑行業(yè)相關(guān)BIM 標(biāo)準(zhǔn)，第6 部分為本文具體研究內(nèi)容。

圖1 基于CBIMS的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)化框架Fig.1 BIM model standardization framework based on CBIMS

2 BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

道路工程信息模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適用于道路工程全壽命周期內(nèi)的BIM 模型數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，并能夠更好地促進(jìn)整個(gè)工程全壽命周期內(nèi)各階段、各部門及各專業(yè)對(duì)BIM 的應(yīng)用。

道路工程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)可采用IFC 標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)IFC 標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)道路工程BIM 數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。分析IFC 標(biāo)準(zhǔn)資源層、核心層、共享層和領(lǐng)域?qū)? 個(gè)層次結(jié)構(gòu)，利用資源層和核心層對(duì)信息的定義方式，作為道路工程BIM 模型的數(shù)據(jù)格式。

2.2 交付標(biāo)準(zhǔn)

交付標(biāo)準(zhǔn)是BIM 標(biāo)準(zhǔn)中的主要內(nèi)容部分，深入研究交付標(biāo)準(zhǔn)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)信息在不同階段、不同部門間的準(zhǔn)確傳遞，提高信息共享效率，有利于提高工程項(xiàng)目各參與方對(duì)模型交付理解的一致性。信息的交換由信息交付手冊(cè)(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(biāo)準(zhǔn)提出交換流程圖、交付說明等內(nèi)容，缺乏對(duì)具體對(duì)象交付要求的描述，且對(duì)于建筑專業(yè)，該標(biāo)準(zhǔn)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(jí)、道路模型單元?jiǎng)澐謨?nèi)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(jí)的劃分

工程中的信息會(huì)隨著工程階段的發(fā)展而逐漸深入展開，包含更多的內(nèi)容。在國家《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)信息深度等級(jí)做出了說明，即為模型單元承擔(dān)信息詳細(xì)程度的衡量指標(biāo)，用Nx來表示[13]。BIM 模型所攜帶的信息應(yīng)遵循適當(dāng)原則，不能過于簡單，也不能過于復(fù)雜以致影響應(yīng)用效率。對(duì)BIM 模型表示信息深度的確定，能夠確保交付信息的準(zhǔn)確性和完整性，保證交付質(zhì)量。

BIM 技術(shù)貫穿公路工程的各個(gè)階段，在公路的全生命周期加以應(yīng)用。因此，以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的信息深度的分級(jí)也參與公路工程的設(shè)計(jì)、施工，直到后期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)階段。參照建筑行業(yè)的《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》，本文將道路模型信息深度分為5 個(gè)等級(jí)，分別代表項(xiàng)目中的5 個(gè)階段，用1N 、N2、N3、N4、N5來表示5 個(gè)等級(jí)，各等級(jí)具體應(yīng)用內(nèi)容及階段如表1 所示。

2.2.2 道路模型單元?jiǎng)澐?/p>

在道路模型交付過程中，根據(jù)道路結(jié)構(gòu)的劃分，規(guī)定模型單元的組成。道路項(xiàng)目模型單元?jiǎng)澐譃闃?gòu)造物、結(jié)構(gòu)組成和功能組成等內(nèi)容，如圖3 所示。構(gòu)造物包括道路工程中的路、橋、隧道等內(nèi)容，按照結(jié)構(gòu)組成分類，可分為路基、路面等，橋梁有上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)等，功能組成有照明系統(tǒng)、標(biāo)志系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。構(gòu)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(jí)劃分Tab.1 Information depth classification of road engineering model

圖3 道路模型單元?jiǎng)澐諪ig.3 Road model unit division

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

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

3 道路工程BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

道路工程BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)道路專業(yè)的技術(shù)應(yīng)用起到規(guī)范指導(dǎo)作用，本文對(duì)道路工程BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)3 個(gè)方面進(jìn)行介紹，如圖4 所示。

規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包含道路BIM 模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、道路BIM 模型設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)、道路BIM模型交付標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)道路工程設(shè)計(jì)階段全壽命周期內(nèi)模型的創(chuàng)建進(jìn)行管理應(yīng)用；設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范設(shè)計(jì)模型以及圖紙的繪制；交付標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)交付模型信息深度、過程進(jìn)行規(guī)范。

圖4 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of application standard

施工建造階段應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包含BIM 模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、道路BIM 模型施工監(jiān)理標(biāo)準(zhǔn)、道路BIM 模型交付標(biāo)準(zhǔn)。施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要從深化設(shè)計(jì)、施工統(tǒng)計(jì)、施工模擬、施工進(jìn)度管理、安全管理等方面對(duì)道路模型的創(chuàng)建與使用管理進(jìn)行規(guī)范；施工監(jiān)理標(biāo)準(zhǔn)主要從施工監(jiān)理過程、交付成果監(jiān)督等方面進(jìn)行規(guī)范[15]。

運(yùn)營養(yǎng)護(hù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)道路運(yùn)行期間的維修數(shù)據(jù)管理、資產(chǎn)管理等方面進(jìn)行規(guī)范。

4 結(jié) 語

通過對(duì)我國BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀的研究，對(duì)比國外研究進(jìn)程，針對(duì)BIM 標(biāo)準(zhǔn)研究與實(shí)際工程存在的脫節(jié)問題，以BIM 模型為研究對(duì)象，對(duì)道路工程的BIM 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)展開研究，提出道路模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、道路模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)、道路模型交付標(biāo)準(zhǔn)。通過制定合理的編碼規(guī)范，使模型信息標(biāo)準(zhǔn)化，有利于確保模型各部件實(shí)體與編碼相對(duì)應(yīng)，使BIM 信息在工程的各個(gè)階段、各單位部門及各類信息管理平臺(tái)間準(zhǔn)確、保真地傳遞與共享。