英国BIM技术在核电工程项目上的应用研究

严家福，赵 栋

（中广核工程有限公司 核电安全监控技术与装备国家重点实验室，深圳 518124)

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一种方法论,它能将建筑工程对象转化成统一规定的信息模型,一方面用于指导所有参与方基于3D模型进行工作协同,另一方面用于对整个工程信息进行全生命周期管理[1,2]。不同单位或个人会对于BIM会有不同的理解,但不能将单项技术（比如：4D施工进度可视化）理解成为BIM,它们只是基于BIM的工程信息模型所做的应用。BIM的本质是实现建筑工程的数字化,用信息模型的方式完整记录建筑过程,以此来达到降低成本、提高效率、低碳可持续发展等目的。

英国是最早推广和应用BIM的国家之一,其BIM标准体系是目前世界上覆盖最广泛、内容最完善和执行性最好的体系之一[3]。在完成了BIM Level 2技术政策和标准相关工作后,英国政府强制要求从2016年开始政府投资的建设项目需要满足BIM Level 2标准,这其中就包括英国在建的核电项目。英国标准协会（British Standards Institution,BSI）正在致力于把英国标准升级为ISO标准,以便加大在全球推广英国标准[3]。

目前已有多个国家采用英国BIM Level 2系列标准,由于与英国BIM行业背景有很多的相似之处,英国标准目前是中国工程建设行业推进BIM应用的重点参考对象,中国的核电建设也可以参考英国BIM应用的成功经验。

1 核电项目如何满足BIM Level 2

根据当前英国核电项目需满足BIM Level 2,既要考虑核电项目采用BIM在项目安全、成本、进度等方面的目标,同时要考虑BIM Level 2对核电项目对各企业自身的平台、组织和体系的要求,而且在项目初期就要将它们结合在一起进行分析策划。

BIM Level 2是在图1中Bew-Richards的楔形模型中提出的,是对BIM成熟度的一种划分,各等级之间是渐进发展的关系。

图1 BIM成熟度等级模型

工程项目要想满足BIM Level 2,就得按照其方法来工作。核电项目也不例外,需要按照BIM Level 2核心内容来执行,比如信息需求必须以合同的方式存在于各个供应链中,信息需求必须清晰明确,验证供应链能够匹配信息交付能力,信息安全的要求,执行信息移交计划（MIDP）,信息管理任务的分解,用公共数据环境（CDE）进行协同工作,使用统一分类标准、数据格式、文件状态编码,项目信息模型（PIM）和资产信息模型（AIM）,结构化环境安全信息的共享等。

这些BIM Level 2核心内容在相关的标准或规范中都有参考,对于核电项目来说,可以参考以下标准：

BS EN ISO 19650-1（由BS 1192：2007+A2：2016升级）建筑工程信息组织——信息管理使用的建筑信息建模 BIM——第1部分：概念和原则[8]。

BS EN ISO 19650-2（由PAS1192-2：2013升级）建筑工程信息组织——信息管理使用的建筑信息建模BIM——第2部分：资产交付阶段[9]。

PAS1192-3：2014主要是关于运营阶段如何运用BIM技术进行资产管理。该文件主要细化了资产管理模型和信息交换使用环境设置的要求[4]。

BS1192-4：2014主要是关于协同生产信息,其中第四部分中规定了施工运营建筑信息交换标准（COBie）[5]。

PAS1192-5：2015主要是关于信息安全及规范,数字信息环境和智能数字信息[6]。

PAS1192-6：2018主要是关于利用BIM进行结构化的健康与安全信息协同[7]。

总得来说,BIM Level 2并不能定义BIM是什么、BIM打算成为什么、以及BIM将来的方向。核电项目要满足BIM Level 2,要根据项目的实际情况和自身的平台条件来实施,有方向性地选择满足符合此项目BIM信息交付能力的供应链。另外,充分地把项目需求融入到信息交付的过程中,利用好信息手段来实现项目的目标,比如说要实现进度管控,在开始要定义进度信息交付计划,然后在项目执行过程中确保各进度信息在供应链之间准确及时地交互,这些都可以通过执行BIM Level 2来有效保障。

2 核电项目公用数据环境CDE

CDE是BIM的核心内容,它是用于项目团队在资产全生命周期中用于信息收集、信息交互和信息移交的生态系统。这里指的信息包括三类数据：图形数据,结构化数据和非结构化数据（图纸、文档等）。

从图2来看,通过CDE不仅能够管理项目信息模型（PIM）和资产信息模型（AIM）,并能够实现从项目信息模型到资产信息模型的移交。项目信息模型是在设计和施工阶段的由信息构成的虚拟模型,起初是用于表达设计承办方的设计意图,后来用于施工过程中制造和建安,当它移交到运维阶段后就变成了资产模型的基础；资产信息模型同样是在运行和维护阶段用于对资产管理信息的虚拟模型。

图2 BIM信息交付流程

对于核电项目而言,项目信息模型和资产信息模型是通过两套不同的系统来完成的,项目信息模型通过一套组合系统从开始可行性研究到完成施工过程中收集、共享和发布主要和次要资本交付中所要的项目信息模型；资产信息模型除了接收项目信息资产移交的信息外,通过另一套组合系统来收集、共享和发布运维阶段的资产信息模型。从项目信息模型到资产信息模型移交过程在核电项目移交接产阶段完成。

CDE要求发生关系的参与方之间能建立共同数据环境,在此环境中有相同的数据对象及编码方式,数据格式,交互规则等等。编码是数据分类的前提,现在英国普遍使用编码体系为UniClass,此编码非常灵活,对不同类型项目都可以用此编码进行分类,还可以支持面向未来建筑行业发展而新增的分类需求。核电项目和传统建筑项目相比体量很大,各企业都在存在完整的编码体系,一般而言编码由主要设计方负责,其他参与方参考就行,这样可以减少对项目的影响。

有了统一的编码,数据还无法直接从资产交付阶段到运维阶段使用,因为业务对象是有区别的,这可以理解为模型视角不一样,如何保证在不同的视角下的信息唯一就成了关键问题。

图3 COBie数据关联图

英国目前解决这一问题是采用符合COBie数据交互的国际标准,通过COBie的电子表单数据模板能够将不同类型的数据串联起来,而且也能适应不同的编码规则。目前一些主流三维软件都已经能直接导出COBie格式的数据。

另外按照COBie模板可以将数据按照空间与设备分成二类,即同一套数据两个不同的模型视角,这个也是为了满足不用业务的需求。核电项目由于数据关系比较复杂,可能存在不止COBie中的两个模型视角（空间位置和系统）,但每增加一个模型视角,数据之间的关联的复杂程度就会呈指数上升,很容易导致信息无法关联或信息丢失。

根据核电工程参与方多的特点,很难在同一个软件或平台中形成联合模型,根据图4CDE功能区域的特点,适合按照数据交付的层次来划分,每层CDE由不同的牵头方来负责,这样在信息管理和数据移交上就会更容易。

图4 CDE的功能区域

3 核电工程数字化交付

业主需要定义项目建设各阶段的移交内容作为数字化的工作计划DPoW（Digital Plan of Work）,这个计划将覆盖整个项目周期,从项目策划到资产运维的不同阶段。策划阶段需要弄清楚业主信息需求EIR（Employer’s Information Requirements）,在招标采购阶段,需要投标单位提供BIM执行计划BEP（BIM Execution Plan）,一旦获得合同,需要进一步细化BEP的同时,要产生主信息移交计划MIDP（Master Information Delivery Plan）,之后开始进行项目准备,在MIDP作为前提的基础上,组织动员其下承包商产生各自工作任务的信息移交计划TIDP（Task Information Delivery Plan）和各自工作范围的BEP。一旦移交的信息内容再各方之间达成一致,项目启动后就在CDE中开始根据MIDP的要求交付构成PIM和AIM的数据。

DPoW确保所有参与方都能在及时的以一种正确的方式协同数据,它能让所有参与方,包括业主、承包商、供应商等在不同的工作阶段,持续地移交数据,同时数字工作计划使各个参与方都清楚各自的职责,也清楚交付物的内容、格式、精度、对象和时间等,业主会通过预先设定的决策点来审核信息交付的相关内容,并以此做出相关的决策。

不管以何种形式进行数据协同,需要遵循二个基本原则,第一数据可以重复使用,在不同的业务视图中看到的原始数据都是唯一的,第二数据要求被多方进行校核,改动后也能及时反馈给各参与方。

对于核电工程而言,是属于生产性建设项目,更重视数据在核电运维阶段的活动,重点在于考虑设计施工阶段的数据如何在运维管理平台发挥作用。

4 核电BIM体系建设

英国BIM Level 2标准和理论体系其实已经为项目上提供了一套全面有效的基于全生命周期的信息化交付方法,这套方法可以说适应于各种不同类型的项目,指导性也非常强,核电工程项目完全可以采纳其方法。对于核电行业而言也有自身的特色,不一定完全照搬所有标准,而且国内也出了BIM相关的交付标准和交互标准等,而且各个地方还出台各自的标准。根据项目地域性的特点,选择满足最适合整个供应链要求的标准和规范,同时核电还要考虑核敏感信息的出口和管制等信息安全的要求。当前核电行业主要是以文档交付为主,这个将带给信息共享和交付带来很大的不便利性,从而导致信息传输的低效。BIM并没有强调数据的结构化,更多的关注的是图形数据,结构化数据和非结构化数据中的关联关系,而且COBie交互标准也并不没有要求文档信息结构化率必须达到某种程度。可以按照图5所示将BIM信息化架构分为四层建设：标准层、技术、信息层、业务层,并将四层有机结合在一起。

图5 BIM信息化建设架构

BIM Level 2要求是以三维数据为载体,实现图形数据、结构化和非结构化数据信息关联,并不像传统的信息化建设以结构化数据为中心,偏向于在数据的集成和整合。当前核电行业信息化建设首要目标还主要是文档数据结构化以及解决数据贯通的问题,目前已经积累了非常多的经验和技术,但是一旦和业务流程联系起来就很难推动。目前核电行业信息化建设更偏向于解决各个系统互通的问题,需要调整重心,利用BIM进行项目信息管理的特长,对标项目上的业务需求,弥补现有信息管理平台或系统在满足整个供应链上的不足。

5 结语

基于BIM的理论来指导核电工程信息化建设是非常有必要的,但是核电工程信息化建设一般又需要经过长期投入才能看到收益,这对于决策者和建设者来说都会承担着巨大的压力,容易在中途就放弃,所以建议依托核电项目,结合项目需求制定MIDP和BIM执行计划,在项目实施前按执行计划进行数据推演,将项目信息模型数据和资产信息模型数据进行比对,以此来推断MIDP和BIM执行计划是否适合核电工程项目的要求,从中也可以找到信息化建设的方向。

信息化建设也是需要通过BIM项目的迭代逐渐完善,两者相辅相成。只有信息化水平能基本满足BIM项目的需求时候,也就是形成符合自身特点的BIM体系的时候,才能更好地利用BIM给我们创造价值,未来也能更好地把BIM与新技术手段如云技术,物联网等相结合,能发挥出巨大的经济效益。