水电工程信息模型创建方法研究

2016-03-17张志伟，冯奕，尹习双

四川水力发电 2016年1期

关键词：水电工程

张志伟，　冯　奕，　尹习双

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都　610072)

水电工程信息模型创建方法研究

张志伟，冯奕，尹习双

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072)

摘要：水电工程全生命周期管理的基础是工程信息模型。根据水电工程的实际需求，提出了一种满足水电行业全生命周期管理需求的信息模型构建方法，并以实际边坡工程为例进行了工程应用。经验证，使用该方法建立的信息模型能够较好地描述水电工程对象的几何与信息，可用于工程全生命周期的信息共享和扩展，对水电工程信息模型标准化工作具有一定的参考价值。

关键词：水电工程；工程信息模型；创建方法

水电工程体量大、参与专业多、技术难度高、设计施工周期长，因此，只有进行信息化管理，才能满足水电行业高效、环保、节约等转型需求。工程信息化管理的基础是工程数字化，工程数字化的基础是工程信息模型。

笔者以实际工程为依托，归纳了一种适用于水电工程全生命周期管理的工程信息模型架构和创建方法。实践证明，该方法能够有效地将工程全生命周期信息与三维模型相结合，为工程的进度、质量、投资管理等提供数据服务。

1工程信息模型(BIM)

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。美国Autodesk公司于2002年首次提出BIM概念，它是指建筑物在设计和建造过程中创建和使用的可计算数字信息。建筑信息模型能够应用到工程项目的整个周期中，可以管理工程竣工后的项目设施，支持工程项目的设计、采购、制造和施工活动，用于工程项目竣工后的运营和维护[1]。BIM可以将项目在全生命周期中产生的所有信息集成到虚拟模型中，该模型是开放和共享的，允许所有的项目参与成员有效、准确、及时地进行协同工作；同时，团队成员可以根据项目的规格和设计变更要求，持续不断地修正和调整模型内容，以确保模型的精确性。BIM不是一个应用软件，而是一个工程设计与工程文档数字信息化的过程，是一种新的实践方式，通过新的政策、新的合同模式和参与方之间新的关系构建，改善工作流程和项目交付过程，促进各方更为有效地合作，进而改善了以往利益相关方对立的情况[2]。目前，BIM的运用已经不仅仅局限于使用其几何特性进行简单的可视化展示和碰撞分析，而是向着施工期过程管理、运维期资产管理等方向迈进[3-4]。

2水电工程信息模型的构建

2.1模型构建原则

水电工程信息模型是建筑信息模型在水电行业中的一个应用领域，是面向水电工程全过程的信息创建和应用，其三维模型的建立过程应该遵循一定的规则。

(1)对象式建模原则。

信息模型需要集成全生命周期的工程信息，模型中的不同构件具有不同的工程属性信息。为了准确地描述不同构件的工程属性，在建模初期，就必须按照对象式建模原则进行建模，对象的划分应以适用于设计、施工、运维一体化的实际应用为原则，并可在各阶段扩展与各任务对应的子模型。

(2)各阶段信息应逐步集成。

各阶段的信息模型其设计深度不同、应用目的不同、所包含的属性信息也不相同。因此，各模型参与方应该针对同一几何模型，根据各自不同阶段的需求进行信息分类集成。

(3)信息模型应当有统一的架构标准。

由于信息模型是由不同专业、不同阶段参与者共同完成的，因此，标准的模型架构描述方式应该为各阶段信息能够被共享的前提保障。但目前国内还没有针对水电工程信息模型的格式标准。鉴于此，笔者建议：采用国际通用的IFC标准规范进行框架定义。目前市场上主流的建模软件、系统均支持IFC标准，可以有效识别和再利用各阶段模型信息[5-7]。

(4)约定式的模型表达方式。

目前信息化管理需求还受到硬件设备及网络传输条件的限制，只有轻量化的工程信息模型，才能满足共享和协同需求。而结构对象的几何表达方式不仅影响其模型外观、工程设计，还对模型在施工、运行等管理中的后期运用功能造成影响。点、线、面、体四种不同表达方式所包含的信息不同，模型大小亦不同。因此，在工程信息模型创建之初，就需要考虑到生命周期的任务、约定模型的几何表达方式，这样实施不但可以提高建模的效率，还能降低硬件设备需求，提高用户体验使用。

2.2模型创建流程

笔者针对水电工程的需求、参考模型构建原则归纳出的模型创建流程如下：

(1)建立模型对象。该模型对象是一个抽象的概念，只表达结构、对象的逻辑概念，并没有实质的信息(包括几何信息和非几何信息)。在本研究中，笔者采用了IFC格式，建立了模型对象。

(2)确定几何表达。所有结构对象的设计过程都是先有形体表达，再对其材料、功能、施工方案等附加属性进行设计。应使用适用的建模软件，按可重复创建、修改的原则进行三维模型设计。

(3)根据模型需求和所处阶段确定所需集成的信息属性，完成工程信息模型并提交下一阶段使用。

整个工程信息模型创建流程见图1。

2.3集成属性示意

就工程信息模型而言，模型是载体，工程信息是核心。笔者通过工程实践，结合水电工程全生命周期管理需求，梳理出以下常用属性(表1)，并按照不同阶段和需求进行打包分类。

图1　水电工程信息模型创建流程框图

表1按照业务进行了属性分类，包括设计、造价、施工仿真、施工管理、采购、施工管理及运维管理七大部分。该属性列表是开放、共享的，不同阶段还可以根据专业和阶段不同进行细分与添加。

3水电工程信息模型实例

基于模型构建原则及创建流程、各阶段信息需求，笔者依托某工程边坡进行了信息模型研究。实践证明：该模式能够有效表达工程结构的几何精度和工程属性信息，具有可行性。该边坡开挖工程结构对象分解情况见图2，主要包含开挖、浅层支护、排水设施、深层支护(锚索)以及防护设施。开挖体需要统计其体积量且后期需要按照高程进行单元工程分解，采用“体”进行模型表达较为合适；混凝土贴坡、钢筋网等在工程中呈面域分布方式，采用“面”的形式表达；对于某些特定计量方式的工程结构，如锚索、锚杆等则考虑采用“点”的形式表达，既可以表明其空间位置特性，还可以统计其工程量；对于防护网、排水沟等工程结构，主要通过“线”来表达其空间分布信息。表2包含了各结构对象的表达方式和设计阶段的部分属性。最终成果如图3所示。

本模型作为设计成果进行移交后，业主利用该模型作为数据源，可以对模型进行深入应用，如施工信息集成、施工单元划分、工序划分、进度管理、质量信息集成、工程量结算、运行期的监测数据集成和安全风险管理等。实践证明：笔者在文中提出的工程信息模型架构和设计方法，可以集成水电工程各阶段产生的基本信息，为全生命周期管理提供信息共享和运用的平台。

表1　工程信息模型属性列表

图2　工程边坡信息模型分解图

表2　某边坡工程结构对象表达方式和设计属性表

4结语

本研究根据水电工程的实际需求，提出了水电工程信息模型的创建方法及流程。同时，以实际工程为例，初步验证了该套方法和工作模式。实例验证表明：本研究提出的水电工程信息模型创建方法能够较好地描述水电工程对象的几何特征和相关工程信息，可用于工程全生命周期的信息共享和扩展，对水电工程信息模型标准化工作具有一定的参考价值。