文 曦

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060)

作為大型綜合通航建筑物，船閘結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，涉及的單體和專業(yè)多、信息量大，推動(dòng)船閘工程建設(shè)效率提升、節(jié)省建設(shè)期的成本和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)船閘工程建設(shè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)，是交通運(yùn)輸行業(yè)“十四五”期間數(shù)字交通的重大戰(zhàn)略，BIM技術(shù)作為工程項(xiàng)目全生命期內(nèi)物理、功能特性的數(shù)字化表達(dá)，對(duì)船閘的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)階段的各種決策提供信息支持，為船閘工程全生命期技術(shù)、質(zhì)量、效率等的提升提供了有效的數(shù)字化手段。

近年來，在船閘工程BIM技術(shù)應(yīng)用方面已有不少案例。樊金甲等[1]利用BIM技術(shù)開展了船閘工程設(shè)計(jì)圖紙優(yōu)化、工程量統(tǒng)計(jì)、工程計(jì)量支付、BIM-5D輔助工程投資管理；顏紅亮等[2]融合BIM技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了船閘工程金屬結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)；張立明等[3]利用BIM技術(shù)對(duì)船閘球角點(diǎn)弧型三角門的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)、成本控制、管理等進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐；李家華等[4]開展了水運(yùn)工程BIM模型編碼體系研究，提出在軟件中進(jìn)行分類編碼工具二次開發(fā)的方法，通過錄入現(xiàn)行水運(yùn)工程編碼體系，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件屬性與分類編碼自動(dòng)識(shí)別掛接，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行BIM模型編碼。然而基于標(biāo)準(zhǔn)的船閘工程BIM設(shè)計(jì)鮮有案例，如何實(shí)現(xiàn)船閘BIM設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、內(nèi)容完整全面、交付成果有效應(yīng)用，避免“信息孤島”是亟待解決的問題。

本文在《水運(yùn)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”)基礎(chǔ)上，提出并編制了符合標(biāo)準(zhǔn)要求的船閘工程BIM設(shè)計(jì)細(xì)則，定義了基于標(biāo)準(zhǔn)的船閘BIM設(shè)計(jì)工作流程，開展信息模型層級(jí)組織、設(shè)計(jì)協(xié)同、編碼、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和成果交付等應(yīng)用實(shí)踐，為標(biāo)準(zhǔn)在船閘BIM設(shè)計(jì)的應(yīng)用落地提供參考。

1 水運(yùn)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)框架

從適用范圍看，標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了港口工程、航道工程、通航建筑物工程、修造船廠水工工程4個(gè)領(lǐng)域，從內(nèi)容組織來看，標(biāo)準(zhǔn)由8章和5個(gè)附錄組成，其中船閘工程BIM設(shè)計(jì)需要依據(jù)并執(zhí)行的重點(diǎn)章節(jié)為設(shè)計(jì)階段信息模型、協(xié)同設(shè)計(jì)、分類與編碼、存儲(chǔ)和交付等，章節(jié)間的邏輯關(guān)系見表1。在項(xiàng)目BIM技術(shù)實(shí)施前，需要細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)形成可執(zhí)行的細(xì)則，用以指導(dǎo)實(shí)施。

表1 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用框架

1.2 設(shè)計(jì)階段信息模型

由于設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM模型的組織更多依靠個(gè)人對(duì)項(xiàng)目的理解和經(jīng)驗(yàn)，船閘工程BIM模型組織模式往往不統(tǒng)一，針對(duì)該問題，細(xì)則在模型層級(jí)組織和模型內(nèi)容2個(gè)方面進(jìn)行細(xì)化規(guī)定。

1.2.1模型層級(jí)組織

水運(yùn)工程BIM模型由項(xiàng)目級(jí)、單體級(jí)、專業(yè)級(jí)、構(gòu)件與設(shè)備級(jí)和鋼筋與零件級(jí)信息模型5個(gè)層級(jí)組成，按照項(xiàng)目的不同階段，設(shè)計(jì)人員需要選擇與其匹配的模型組織層級(jí)，對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 船閘工程BIM模型層級(jí)組織

1.2.2模型內(nèi)容

基于項(xiàng)目合同中工程內(nèi)容的要求，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施過程中設(shè)計(jì)人員以專業(yè)為主線開展BIM設(shè)計(jì)的特征，船閘BIM模型內(nèi)容確定遵循的一般原則為：1)以項(xiàng)目單體和專業(yè)為單位，依據(jù)合同確定各專業(yè)的BIM模型內(nèi)容，定義模型命名規(guī)則等；2)模型內(nèi)容與階段、模型深度等級(jí)掛鉤，模型在創(chuàng)建過程中遵循適度的原則，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上盡量簡化；3)未作規(guī)定的模型內(nèi)容根據(jù)需要添加，同時(shí)在分類編碼表中增加相應(yīng)的分類對(duì)象并編碼。

1.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

1.3.1協(xié)同工作方式

船閘工程根據(jù)所使用的BIM軟件和協(xié)同工作環(huán)境，可采用模型協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同和文件協(xié)同3種方式，協(xié)同工作方式應(yīng)用建議見表3。

表3 協(xié)同工作方式應(yīng)用建議

1.3.2協(xié)同工作流程和協(xié)同工作內(nèi)容

協(xié)同工作流程與協(xié)同工作內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)的，協(xié)同工作流程有項(xiàng)目中單體間協(xié)同、單體中專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同3種，協(xié)同工作流程及其內(nèi)容在實(shí)施中的細(xì)化見表4。

表4 協(xié)同工作流程及內(nèi)容

1.4 分類與編碼

編碼包括細(xì)化編碼與模型層級(jí)之間的關(guān)系和編碼內(nèi)容2個(gè)方面。模型編碼分為項(xiàng)目級(jí)編碼和模型內(nèi)容編碼2種，對(duì)船閘BIM模型編碼時(shí)，編碼與模型層級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表5。

編碼內(nèi)容要求與項(xiàng)目階段對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)項(xiàng)目階段確定并選擇編碼，一般執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中“設(shè)計(jì)階段信息模型各階段編碼應(yīng)用要求表”[5]規(guī)定。

表5 編碼與模型層級(jí)關(guān)系

1.5 存儲(chǔ)

存儲(chǔ)包括存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式及命名規(guī)則、存儲(chǔ)內(nèi)容2個(gè)方面。

1.5.1數(shù)據(jù)格式及命名規(guī)則

項(xiàng)目組內(nèi)協(xié)同時(shí)，可以采用BIM軟件自身的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲(chǔ)；需要與不同軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，則應(yīng)考慮采用IFC等開放型數(shù)據(jù)格式。存儲(chǔ)時(shí)還應(yīng)對(duì)各類數(shù)據(jù)定義1套同時(shí)滿足計(jì)算機(jī)可讀和用戶可讀2種需求的命名規(guī)則，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用模型時(shí)可以快速定位和應(yīng)用成果，而計(jì)算機(jī)也可以快速識(shí)別并進(jìn)行處理，用于后續(xù)BIM應(yīng)用工作。

1.5.2存儲(chǔ)內(nèi)容

項(xiàng)目成果不僅有BIM模型，還有由BIM模型生成的數(shù)據(jù)、文檔，與BIM模型關(guān)聯(lián)的外部數(shù)據(jù)、不同模型層級(jí)之間的邏輯關(guān)系作為后續(xù)應(yīng)用的基礎(chǔ)也需要進(jìn)行存儲(chǔ)，船閘工程中不同模型層級(jí)的存儲(chǔ)內(nèi)容見表6。

表6 各層級(jí)的模型存儲(chǔ)內(nèi)容

1.6 交付

信息模型數(shù)字化交付包含了交付成果的層級(jí)組織、交付內(nèi)容和交付數(shù)據(jù)格式3個(gè)方面。按照標(biāo)準(zhǔn)，采用與項(xiàng)目階段對(duì)應(yīng)的模型層級(jí)對(duì)交付成果進(jìn)行組織；交付內(nèi)容應(yīng)在設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，將交付所必要的內(nèi)容進(jìn)行提取、清理后交付，對(duì)設(shè)計(jì)的過程文件等非必需數(shù)據(jù)則無需交付，各層級(jí)的交付內(nèi)容一般包含信息模型及其屬性數(shù)據(jù)、信息模型說明、交付成果清單等；為便于交付成果能被后續(xù)階段或任務(wù)使用，一般建議采用各相關(guān)方約定的同一或兼容數(shù)據(jù)格式。

2 工程應(yīng)用

某新建復(fù)線船閘及其配套工程包括船閘主體(閘首、閘室)、上下游引航道、下游航道護(hù)岸、船閘管理區(qū)、跨閘交通橋及連接道路等，船閘為Ⅱ級(jí)船閘，閘室有效尺度為240.0 m×23.0 m×5.2 m(有效長度×有效寬度×檻上水深)。

2.1 項(xiàng)目實(shí)施流程

基于標(biāo)準(zhǔn)要求，在項(xiàng)目實(shí)施前對(duì)項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行策劃，包含制定項(xiàng)目的BIM執(zhí)行計(jì)劃、在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上編制項(xiàng)目的統(tǒng)一規(guī)則，按照標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)章節(jié)的要求，開展BIM協(xié)同設(shè)計(jì)、模型編碼、存儲(chǔ)BIM應(yīng)用和成果交付，本項(xiàng)目的BIM技術(shù)實(shí)施路線見圖1。

2.2 BIM執(zhí)行計(jì)劃

圖1 某船閘工程BIM設(shè)計(jì)技術(shù)路線

BIM執(zhí)行計(jì)劃是項(xiàng)目實(shí)施的依據(jù)和基礎(chǔ)，由項(xiàng)目信息、BIM目標(biāo)、項(xiàng)目成員及角色、BIM協(xié)同流程、BIM數(shù)據(jù)要求、存儲(chǔ)、項(xiàng)目交付等10個(gè)部分組成。其中BIM協(xié)同流程通過流程圖方式規(guī)定了項(xiàng)目級(jí)、單體級(jí)信息模型設(shè)計(jì)流程，單體流程按水域、陸域、船閘、跨線橋等獨(dú)立繪制；項(xiàng)目按照LOD 300等級(jí)建模，模型粒度和信息細(xì)度符合標(biāo)準(zhǔn)中LOD 300的要求，項(xiàng)目編碼定義于項(xiàng)目參數(shù)中，模型內(nèi)容編碼定義在構(gòu)件上；BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)按照5級(jí)層級(jí)存儲(chǔ)，內(nèi)容符合表6的要求，采用軟件原生和開放型IFC兩種數(shù)據(jù)格式；按照5級(jí)層級(jí)交付，除交付存儲(chǔ)要求的內(nèi)容外，還交付工程圖紙、工程量統(tǒng)計(jì)表、應(yīng)用分析報(bào)告等。

2.3 項(xiàng)目規(guī)則

2.3.1模型層級(jí)

項(xiàng)目處于施工圖設(shè)計(jì)階段，因此模型層級(jí)按5個(gè)層級(jí)進(jìn)行組織，其中項(xiàng)目級(jí)包含了項(xiàng)目中的各個(gè)單體，單體模型中包含了參與單體創(chuàng)建的多個(gè)協(xié)同專業(yè)，專業(yè)級(jí)、構(gòu)件與設(shè)備級(jí)、鋼筋與零件級(jí)模型則是構(gòu)成單體的組成單元，各層級(jí)的模型內(nèi)容見圖2。

2.3.2文件夾及文件命名規(guī)則

圖2 模型層級(jí)及內(nèi)容

為滿足計(jì)算機(jī)可讀和人可讀2種應(yīng)用需求，項(xiàng)目采用“編碼+中文命名”相結(jié)合的方式對(duì)不同層級(jí)的文件夾和文件進(jìn)行命名，以項(xiàng)目級(jí)和單體級(jí)文件夾為例，命名規(guī)則見表7。

表7 文件夾和文件命名規(guī)則

2.3.3交付物格式

為滿足數(shù)字化交付要求，本項(xiàng)目制定了不同交付物所采用的交付文件格式，在此僅列出主要的交付物格式，見表8。

表8 交付物格式

2.4 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程制定了項(xiàng)目協(xié)同、單體協(xié)同和單體集成3個(gè)主要流程。項(xiàng)目協(xié)同流程為：創(chuàng)建項(xiàng)目中心文件→單體工作集設(shè)置→確定單體輪廓及定位；單體協(xié)同流程為：創(chuàng)建單體中心文件→專業(yè)工作集設(shè)置→單體內(nèi)專業(yè)協(xié)同；單體集成流程為：單體文件鏈接回項(xiàng)目→位置協(xié)同。其中單體中心文件的創(chuàng)建采用模型協(xié)同方式，項(xiàng)目中心文件則采用數(shù)據(jù)協(xié)同方式由單體模型集成。陸域與水域場地模型使用共享坐標(biāo)方式達(dá)到坐標(biāo)統(tǒng)一，其他單體采用共享坐標(biāo)和高程對(duì)齊的方式鏈接到項(xiàng)目文件達(dá)到坐標(biāo)統(tǒng)一，創(chuàng)建的項(xiàng)目級(jí)、單體級(jí)和專業(yè)級(jí)信息模型見圖3。

2.5 模型編碼

圖3 不同層級(jí)信息模型

項(xiàng)目級(jí)編碼采用在項(xiàng)目中心文件中建立“項(xiàng)目編碼”參數(shù)，并按規(guī)則賦值；模型內(nèi)容編碼則對(duì)每一個(gè)構(gòu)件模型，在其非幾何屬性的“編碼”參數(shù)中，采用編碼軟件或手工填入編碼值，構(gòu)件編碼見圖4。

2.6 模型存儲(chǔ)及成果交付

圖4 構(gòu)件編碼

在項(xiàng)目實(shí)施中，將創(chuàng)建的模型及相關(guān)成果文檔保存至對(duì)應(yīng)的模型層級(jí)文件夾即可；在成果交付時(shí)，項(xiàng)目級(jí)、單體級(jí)模型文件直接從項(xiàng)目過程文件中提取，而對(duì)于專業(yè)級(jí)、構(gòu)件與設(shè)備級(jí)和鋼筋與零件級(jí)信息模型則依據(jù)編碼，采用模型提取軟件，將成果從單體文件中抽取存入相應(yīng)的層級(jí)文件夾。

3 結(jié)論

1)通過本項(xiàng)目研究，進(jìn)一步明確并細(xì)化符合標(biāo)準(zhǔn)的船閘工程BIM設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求。

2)研究并提出了船閘工程BIM設(shè)計(jì)的總體實(shí)施路徑、流程和關(guān)鍵內(nèi)容，為標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目中的落地提供了總體指導(dǎo)框架。

3)通過項(xiàng)目實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)的船閘工程BIM設(shè)計(jì)，解決現(xiàn)有項(xiàng)目中模型編碼、模型存儲(chǔ)和交付成果不一致、不協(xié)調(diào)等問題，為規(guī)范船閘工程BIM設(shè)計(jì)成果內(nèi)容，提高設(shè)計(jì)成果質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付和應(yīng)用提供了參考。