邵 虎 方 毅 盧 禹

(1.安徽省交通控股集團有限公司，合肥 230088；2.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

1 工程概況

合樅高速工程為德州至上饒國家高速公路合肥至樅陽段，全長134.158km，北接德上高速淮南至合肥段，南連池州長江大橋，全線采用雙向四車道高速公路標準，設計速度120km/h，全線共設置橋梁103座，其中特大橋4座，大橋18座，中小橋81座，隧道1處，互通立交10處，匝道收費站7處，服務區(qū)3處，養(yǎng)護工區(qū)3處。

圖1 項目效果圖

合樅高速秉持“綠色集約、工業(yè)智造、技術示范、安全環(huán)保、品質(zhì)爭先”的建設理念，項目廣泛采用了裝配式橋面板輕型預制T梁、裝配式鋼板組合梁橋、裝配式樁板路基和裝配式下部結(jié)構(gòu)等多項新技術，作為交通運輸部批準的第一批公路BIM技術應用示范項目，圍繞交通運輸部《指導意見》和《示范工程》要求，對項目各階段開展BIM技術應用研究，實現(xiàn)工程品質(zhì)的全面提升。

2 BIM數(shù)據(jù)集成難點

2.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)

本文研究的BIM數(shù)據(jù)集成應用涉及到不同類型的數(shù)據(jù)，主要包括：

(1)基礎地理數(shù)據(jù)：傾斜攝影模型、遙感影像、地形圖、地質(zhì)數(shù)據(jù)等[1-2]。

(2)BIM數(shù)據(jù)：道路、樁板式路基、橋梁、涵洞、隧道、交安設施、機電設施、房建、施工臨設等BIM模型及其屬性數(shù)據(jù)。

(3)施工管理數(shù)據(jù)：施工質(zhì)量、進度、安全、費用等管理數(shù)據(jù)，具體包括WBS劃分信息、進度信息、工序信息、主要控制指標、危險源信息、承包人用表、監(jiān)理用表、現(xiàn)場質(zhì)量檢驗報告單、試驗檢查記錄表、財務支付月報表、質(zhì)量檢查評定表、施工過程記錄表、試驗檢測表、現(xiàn)場照片、影像資料及其它相關施工過程控制資料等。

這些數(shù)據(jù)來源方式多，結(jié)構(gòu)復雜，有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些都給本項目的集成應用帶來了較大挑戰(zhàn)。特別對于BIM模型數(shù)據(jù)，由于參建單位眾多，使用了多種BIM軟件建模，包括Revit、Civil3D、Bentley、Tekla等，成果內(nèi)容和格式各不相同。同時，項目BIM應用點較多，需要在不同的軟件平臺上進行應用，目前還沒有一種公共格式能夠完全滿足與不同的BIM軟件進行數(shù)據(jù)交互。

2.2 模型輕量化

本項目建設內(nèi)容多，模型數(shù)據(jù)量大，主要體現(xiàn)在以下兩方面：

(1)傾斜攝影模型：傾斜攝影模型長度為134km，寬度為道路中心線兩邊各偏移300m，對于諸如互通立交、服務區(qū)等重點區(qū)域根據(jù)實際情況外延，整個傾斜攝影模型的數(shù)據(jù)量為300G。

(2)BIM模型：BIM模型涉及到道路、樁板式路基、橋梁、涵洞、隧道、交安設施、機電設施、房建等，構(gòu)件數(shù)目超20萬個，整個工程BIM模型數(shù)據(jù)量約25G，對于鋼板組合梁橋，建立的是零件級BIM模型，其面數(shù)非常多。

由于模型體量大，精細度高，無法直接集成應用，需要進行輕量化處理。因此，BIM模型的輕量化成為本項目集成應用的關鍵和難點。

2.3 信息存儲

BIM數(shù)據(jù)集成涉及到幾何信息和非幾何信息的數(shù)據(jù)集成問題[3]，三維模型本身解決了幾何信息的存儲，對于非幾何信息的存儲，目前主要采取兩種方式：一種是直接存儲于三維模型文件中，如rvt格式模型、dgn格式模型等； 另一種是存儲于外部文件中，如excel、xml、數(shù)據(jù)庫等，然后將模型與屬性數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，實現(xiàn)模型和數(shù)據(jù)的聯(lián)動。這兩種處理方式，在項目應用中都存在一定困難。對于第一種方式，在數(shù)據(jù)來源多、數(shù)據(jù)量大的情況下，操作復雜，效率低下； 對于第二種方式，模型與屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)是關鍵。

3 BIM數(shù)據(jù)集成應用整體解決方案

針對項目數(shù)據(jù)集成中存在的難題，本文研究了BIM數(shù)據(jù)集成應用整體解決方案，如圖2所示，較好地解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合問題[4]，提高了BIM應用價值。

圖2 BIM數(shù)據(jù)集成應用整體解決方案

數(shù)據(jù)集成應用分為設計階段、施工階段和運維階段的應用[5]。設計階段BIM數(shù)據(jù)集成應用包括BIM建模和BIM應用兩部分，主要是采用不同軟件建立不同專業(yè)BIM模型，然后將不同格式的模型及信息在不同客戶端軟件上進行融合開展應用，以提高設計成果質(zhì)量[6]。施工階段BIM數(shù)據(jù)集成應用包括施工場地建模、施工BIM應用(關鍵應用點)和協(xié)同管理平臺應用三部分，利用Revit等軟件完成施工場地臨設模型，結(jié)合施工圖BIM模型完成施工關鍵應用點的應用[7]。BIM協(xié)同管理平臺通過集成傾斜攝影模型、施工圖BIM模型、施工BIM關鍵應用點信息，以及施工過程中的管理信息，完成BIM技術在施工階段的核心應用。將設計、施工階段的必要信息傳遞到BIM運維管理平臺，供運維階段數(shù)據(jù)集成使用。

4 BIM數(shù)據(jù)集成方法

4.1 BIM模型構(gòu)件編碼

為了保證BIM信息的有效傳遞和集成應用，研究了BIM模型構(gòu)件編碼方法，構(gòu)件編碼由項目碼、標段碼、整體空間碼、分類代碼、局部位置碼和流水碼5部分組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中標段碼在項目還未劃分標段的情況下可用默認字符代替。

② 循環(huán)參數(shù):預變性95℃,4min;變性95℃,30s;退火62℃,30s;延伸72℃,90s,30個循環(huán)后,72℃,5min;進行PCR上樣反應。

圖3 構(gòu)件編碼結(jié)構(gòu)

編碼不僅唯一確定了BIM模型構(gòu)件的身份，而且編碼本身也集成了構(gòu)件的多種信息[8]。如何對構(gòu)件進行自動編碼是一個難點，根據(jù)編碼規(guī)則，本文研究了半自動化編碼工具，提高了編碼的效率和質(zhì)量。編碼工具研發(fā)的主要思路為：首先由編碼工具自動生成項目碼、標段碼、流水碼和部分分類代碼； 然后手動輸入整體空間碼、局部位置碼和部分分類代碼； 最后工具自動合成構(gòu)件編碼。具體實現(xiàn)過程如下：

(1)項目碼。本文為HZ，由編碼工具默認生成。

(2)標段碼。分為6個標段，分別為01、02……06，定義好每個標段的坐標范圍，編碼時根據(jù)構(gòu)件的坐標范圍自動生成標段碼。

(3)整體空間碼。參照公路工程質(zhì)量檢驗評定標準中單位工程的劃分原則，并結(jié)合工程的實際情況，劃分好模型的整體空間，如：一段道路是一個整體空間，一座橋梁是另外一個整體空間等，每一個整體空間對應一個整體空間碼。本文在橋梁建模時，一個文件中只包含一座橋，所有構(gòu)件的整體空間碼可一次性同時編碼。對于道路等其他專業(yè)建模時，一個文件中常常包含多個整體空間，整體空間碼需分別編碼。

(4)分類代碼。本文對模型構(gòu)件進行了分類，定義了分類代碼，并建立了橋梁等專業(yè)的構(gòu)件庫。在構(gòu)件編碼時，對于構(gòu)件庫中的構(gòu)件，編碼工具自動提取該構(gòu)件的分類代碼，對于非構(gòu)件庫中的構(gòu)件，則需手動輸入分類代碼。

(5)局部位置碼。定義局部位置劃分原則，如：道路按路段分，橋梁按聯(lián)、跨、墩分，隧道按節(jié)段分等，構(gòu)件編碼時手動輸入局部位置碼。

(6)流水碼。根據(jù)整體空間碼、分類代碼和局部位置碼，由編碼工具自動生成。

HZ-04-R520-020105-RL01-001：合樅高速-S04標-K084+478～K085+747.52道路—面層—左幅-001#

HZ-05-T23R-030105-D048-002：合樅高速-S05標—孔城河特大橋(右幅)-承臺-048墩-002#

4.2 模型的輕量化處理

本文模型的輕量化處理主要是滿足BIM協(xié)同管理平臺的應用，涉及到傾斜攝影模型和BIM模型的輕量化處理[9]。對于傾斜攝影模型，通過兩種方式進行處理：一是在滿足基本應用的前提下，將原始5cm分辨率的影像降低到10cm左右建立傾斜攝影模型； 二是對于山區(qū)等建筑物稀少的地區(qū)，通過傾斜攝影數(shù)據(jù)生成DTM三維地形模型和DOM正射影像，將DOM作為貼圖融合到DTM模型上，這樣既能達到三維可視化的效果，也能減少模型的數(shù)據(jù)量。對于BIM模型，將原始格式模型轉(zhuǎn)換成FBX格式模型，由于FBX格式是mesh結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小，項目BIM模型總的數(shù)據(jù)量會迅速減少，同時，對于本項目大量的鋼板組合梁橋梁模型，將其零件級的螺絲釘?shù)葮?gòu)件過濾掉，以減少數(shù)據(jù)量。

4.3 不同格式BIM模型集成

(1)Bentley系列軟件之間的數(shù)據(jù)集成

本項目涉及到的Bentley軟件主要分為三類：一是設計及校核軟件(MicroStation等)，二是傾斜攝影建模軟件(ContextCapture)，三是可視化的渲染軟件(LumenRT)。數(shù)據(jù)集成方式如下：

Bentley基礎平臺MicroStation及專業(yè)設計軟件都是以DGN為基本格式，不同專業(yè)間BIM模型能夠無縫集成應用，傾斜攝影模型通過3SM、3MX格式在設計軟件中與BIM模型集成。對于動畫渲染來說，傾斜攝影模型通過3SM格式進入LumenRT，設計軟件通過插件直接將BIM模型導出至LumenRT。

(2)Autodesk系列軟件之間的數(shù)據(jù)集成

Revit和Civil3D建立的BIM模型分別通過FBX和DWG格式在NavisWorks中進行集成應用，同時Civil3D建立的BIM模型也可通過DWG格式導入Revit軟件進行集成。

(3)Bentley與Autodesk之間的數(shù)據(jù)集成

Bentley模型與Autodesk模型的數(shù)據(jù)集成可分別在Bentley設計軟件與NavisWorks軟件中進行， Revit生成的FBX格式BIM模型與Civil3D生成的DWG格式BIM模型，均可直接導入至Bentley軟件進行集成； Revit模型與Bentley模型均通過fbx格式導入NavisWorks，Civil3D通過DWG格式導入NavisWorks，從而完成數(shù)據(jù)的集成。

(4)BIM模型與協(xié)同管理平臺之間的數(shù)據(jù)集成

基于BIM協(xié)同管理平臺的不同格式BIM模型集成應用是本文研究的重點內(nèi)容，BIM模型主要涉及到Bentley模型和Revit模型兩大類，其非幾何信息存儲于EXCEL文件中，通過研究與實踐，本文采用中間數(shù)據(jù)格式FBX進行了數(shù)據(jù)交換與集成。對于Bentley軟件，直接導出的FBX模型只有幾何信息，沒有自身的元素ID和自定義的構(gòu)件編碼等屬性信息，這樣就導致FBX模型與EXCEL的非幾何信息失去關聯(lián)，無法滿足BIM管理平臺的應用。通過二次開發(fā)，將原始模型文件中的構(gòu)件編碼寫入FBX格式模型中，解決了FBX模型沒有構(gòu)件編碼的問題，如圖4所示，F(xiàn)BX模型通過構(gòu)件編碼將其幾何信息與EXCEL的非幾何信息進行關聯(lián)。對于Revit軟件，直接導出的FBX模型中包含元素ID信息，通過二次開發(fā)，將Revit文件中的元素ID和自定義構(gòu)件編碼同時導出至EXCEL文件中，建立元素ID與構(gòu)件編碼的一一對應關系，通過這種對應關系，保證了Revit生成的FBX模型與EXCEL中的非幾何信息的關聯(lián)。通過反復的測試，Bentley BIM模型與Autodesk BIM模型都順利進入BIM協(xié)同管理平臺。

圖4 帶構(gòu)件編碼的FBX模型

4.4 幾何信息與非幾何信息的集成

幾何信息與非幾何信息的集成主要涉及到數(shù)據(jù)存儲問題，本項目應用過程中涉及到大量的非幾何信息，采取了幾何模型與屬性數(shù)據(jù)分離的方式存儲，在幾何模型文件上只存儲構(gòu)件編碼信息，其它屬性信息均存儲于SQL數(shù)據(jù)庫，通過構(gòu)件編碼實現(xiàn)幾何模型與非幾何信息的關聯(lián)。在數(shù)據(jù)的交付過程中，對每個類別的構(gòu)件建立不同的數(shù)據(jù)交付模板，模板為EXCEL格式文件，如圖5所示，這些模板中所需的信息，首先通過工具提取那些能夠從模型構(gòu)件中直接提取到的信息，如構(gòu)件編碼、構(gòu)件類型、坐標、高程等，然后由人工輸入其他所需的信息，如型號、清單工程量等信息，最后通過自主開發(fā)的工具將這些EXCEL數(shù)據(jù)文件的非幾何信息批量寫入到SQL數(shù)據(jù)庫對應的表格中。

圖5 非幾何信息數(shù)據(jù)交付模板

5 結(jié)束語

隨著公路行業(yè)的快速發(fā)展，BIM技術在公路工程中的應用已越來越廣泛，對數(shù)據(jù)的要求也越來越高，單一來源的數(shù)據(jù)信息已無法滿足對信息豐富度、實時性、可靠性等方面的需求，需要融合多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)模型[10]。本文研究的BIM數(shù)據(jù)集成技術解決了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合中的部分關鍵性問題，取得了一定的成果，但還存在著其他關鍵性技術問題需要進一步的研究與實踐。