水電工程數字移交技術研究

李 謐， 周恒宇，沈國焱

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

信息化作為工程建設領域變革的重要驅動力，引領著建設行業向數字化、智能化發展。水電工程勘測設計企業采用數字化設計提高設計質量與效率，施工企業采用數字化仿真模擬提高施工過程的可靠性與安全性，在此過程中形成了眾多的數字化產品。與傳統二維設計單一的圖檔管理不同，數字化時代的成果形式豐富，以BIM模型為基礎，數字化模型及產品流轉于水電工程的全生命周期，水電工程信息化數字化發展的重點已由新建變為整合，由單一變為協同，由分散變為集成[1]。如何交付數字產品，如何對交付的數字產品及其相關成果進行管理，如何實現基于數字成果的集成協同應用，減少傳統交付方式導致的錯誤，節約成本、提高質量和效益，這都成為水電工程數字化建設中的重要課題。本文就研究水電工程數字移交平臺的研發難點及建設重點進行闡述。

1 水電工程數字移交現狀

數字化技術的應用使水電工程的設計模式、交付模式發生了變化，也使復雜的空間對象有了更直觀更形象的表達方式[2]。BIM以三維數字技術為基礎，集成了工程項目各種相關信息[3]，最終形成的工程數據模型是對工程項目設施實體與功能性的數字化表達[4]。水電工程數字產品以BIM模型為基礎，作為水電工程全生命周期信息的載體，使傳統數據交付中的信息孤島眾多、信息不對稱、信息傳遞無序、無效工作眾多等問題有了解決方案。設計與建造過程中的三維可視化應用也為電站運維階段中可視化管理、數據接入、信息交互、信息表達及分析奠定了基礎[5]。隨著應用的不斷加深，數字化交付的需求不斷增加，目前水電工程數字交付水平參差不齊，主要包括以下幾方面：

(1)根據《水利水電勘測設計行業BIM技術應用》調研報告，水利水電行業BIM軟件主要圍繞國外三大平臺廠商，分別是Autodesk、Bentley和Dassault[6]。這些平臺均有針對自身BIM軟件的輕量化數字交付工具，如：Navisworks、Bentley Navigator、3DVIA Composer，然而交付工具僅解決BIM模型交付，具備一定的文檔、屬性掛接功能，是文件級的輸出，輸出成果分散，集成的信息較單一。

(2)基于BIM的協同及文檔管理平臺，如ProjectWise、Vault，雖能進行協同設計與文檔管理，但其工作流程需要基于設計、施工、運維等不同階段的應用需求進行開發定制，操作的自由度較低、靈活度較弱。由于缺乏對模型結構、屬性信息、編碼等關聯管理，不能滿足數字交付的應用需求。

(3)水電工程規模龐大，工程設計復雜，參與專業眾多，無法通過某一BIM軟件或平臺完成設計工作。不同軟件的產品需要進行數據交換，造成數據量成倍數增加，屬性丟失；眾多的應用軟件造成數據格式多樣，綜合應用的效率降低，數據管理難度增加，且Autodesk、Bentley、Dassault等平臺承載的圖形數據在多次轉換過程中容易出現轉換丟失、圖形失真等問題。

(4)由于缺乏集成管理，數字化產品與報告、圖檔等文件集成度較低，無法滿足數字交付全信息、全過程的需求及目標。

(5)企業各信息化系統大多是相對獨立的，由于企業負責的工程項目往往位于不同的地點，各參與人員也處在不同環境中[7]，數據分散、重復，數據共享性較差，數據互通性也較差。

(6)水電工程諸多勘測及設計信息保密性較強，在數字移交的過程中對數據安全性的要求更高，傳統文件式的管理過程很難做到數據安全及加密保護，存在較大的隱患。

2 水電工程數字移交平臺研發關鍵點

通過上述分析，總結水電工程數字移交平臺研發的關鍵點，以便指導數字移交平臺開發和進行水電工程數字移交及管理。水電工程數字移交平臺是以BIM技術為基礎，以打通數據交換壁壘為研發重點，以可視化管理為平臺特點，通過數字化集成手段，結合項目管理工作流程、不同階段、角色的應用需求，解決水電工程交付數據的全生命周期管理問題，滿足輕量化、標準化、結構化、集成性、可擴展性、可追溯性、安全性的工作目標。

(1)可視化。水電工程數字移交各階段成果以BIM模型作為數據載體與各方溝通協作的基礎。

(2)標準化。數字移交平臺需兼容各類BIM數據，平臺接入的數據格式標準化，減少由于BIM數據格式眾多、數據傳輸量大帶來的數據交換、數據兼容性等問題。

(3)輕量化。包括數據輕量化及使用輕量化[8]，數據交換后接入移交平臺將對BIM數據進行大幅度的壓縮和優化，同時數字移交的應用也應簡便輕量，易于操作。

(4)結構化。通過結構樹形式組織，根據一定劃分規則(功能、類型、區域等)將BIM模型進行分類組織及編碼，即結構化的模型數據作為數字移交集成各類數據信息的基礎。

(5)集成性。數字移交平臺將以BIM模型為基礎，集成水電工程全生命周期中的各類數據，包含圖紙、工程資料、運維信息等。由于集成的數據量大，要求對集成的數據進行集中、分類存儲管理及編碼管理，保證移交平臺穩定可靠。

(6)可擴展性。針對移交過程中不同的業務流程及功能需求，平臺可基于基礎架構進行功能擴展與定制開發，具備較大的靈活性，能較好地適應業務和應用的變化和擴容。

(7)可追溯性。基于數字移交平臺實現各類數據的過程管理，即：通過數據庫對數據流轉過程及交互過程進行追溯及管理，實現實時查詢、統計及分析的全信息化、全過程管理。

(8)安全性。數字移交平臺的BIM數據為通過源模型轉換后的輕量化模型，其中，勘測數據、內部詳細結構均進行了簡化處理，同時平臺建立安全機制，對集成的數據進行加密，保障傳遞過程的數據安全。

3 水電工程數字移交平臺研發

根據上述研究的水電工程數字移交平臺研發的關鍵點，進行數字移交平臺研發，主要包括移交平臺功能架構及功能要點。

3.1 數字移交平臺架構

水電工程數字移交平臺以BIM模型為基礎，實現數據管理及業務協同，其功能架構包含基礎層、數據層、服務層、應用層、用戶層，平臺功能架構如圖1所示。

圖1 移交平臺功能架構

(1)基礎層。包含系統服務器、文件服務器、數據服務器、通信網絡等基礎服務器。

(2)數據層。提供各種數據(BIM模型、業務數據、文檔數據等)的存儲服務，包括結構化和非結構化的數據。

(3)服務層。提供各種主要的服務，主要有流程引擎，搜索引擎，報表分析引擎，圖形引擎，數據交換引擎等。

(4)業務應用層。實現應用邏輯及各類業務功能，包括數據BIM模型管理、數據管理、BIM數據交換、流程管理、屬性管理、編碼管理、質量管理等十余項模塊。

3.2 數字移交平臺功能

水電工程數字移交平臺主要包含以下功能要點。

3.2.1 可視化操作

對導入到平臺的模型進行瀏覽、剖切、漫游、屬性查看、測量及批注等基礎三維可視化操作，見圖2。可視化操作并不能對模型進行編輯，僅能進行基于模型的附加操作，并保存當前操作的視圖及操作結果。

圖2 BIM模型視點

3.2.2 BIM模型轉換及模型輕量化

平臺支持如前所述水電工程行業BIM設計應用常用的三大平臺軟件的數據交換，并對導入平臺的數據進行輕量化壓縮。

(1)各設計平臺的模型經過數據轉換后，數據格式統一。

(2)對導入平臺的模型進行輕量化壓縮，壓縮比可達80%以上。

(3)對超過500 M的模型，或模型構件數量超過一定量級的源模型，進行自動拆分導入。

(4)對轉入的模型構件自動進行唯一標識編碼。

(5)在瀏覽過程中對模型的顯示加載方式進行優化處理。

3.2.3 BIM模型組織

導入的BIM模型根據業務需求進行結構樹的組織與管理。

(1)進行模型結構樹的創建，對于相似結構可創建模板，應用模板快速創建結構樹，BIM模型結構樹見圖3。

(2)結構樹可與導入的BIM模型一致，也可對導入的模型按照應用需求、劃分規則，進行分類組織與管理。

(3)對結構樹進行自動或手動編碼。

圖3 BIM模型結構樹

3.2.4 數據集成

基于BIM模型完成數據的集成，屬性的編輯或新建，文檔關聯見圖4。

(1)分類設置BIM模型屬性字段，導入后可讀入并對應寫入模型自帶屬性或新錄入、修改屬性等。

(2)將圖檔數據按照BIM結構樹進行掛接，或按照業務需求進行分類管理。

(3)實現圖檔數據不同維度的查詢與統計。

3.2.5 流程管理

根據業務需求、人員權限進行工作流程的設定，包括審批、協同溝通等。

(1)定制工作流程模板，進行標準化管理。

(2)實時追蹤流程，基于平臺進行在線溝通、工作協同。

3.2.6 平臺接口

平臺采用標準的WebApi技術構建REST-ful接口服務，提供各類數據接口的數據讀取與接入服務。

(1)定制各種GET服務接口，用于其他系統獲取平臺開放的相關數據信息。

(2)定制各種POST服務接口，用于集成其他系統管理的相關數據。

3.2.7 移動APP

水電工程數字移交平臺不僅支持B/S的部署，也支持手機移動端的部署，將BIM技術和移動互聯網技術相互結合， 幫助項目人員實時、 有效、 直觀地查詢BIM信息并進行協同合作。通過移動APP可以快速進行流程處理、圖檔查詢、問題跟蹤、協同溝通等應用，促進項目快速開展，節約成本，有效提高工程參建各方的溝通效率。

4 水電工程數字移交平臺應用價值

通過水電工程數字移交平臺對模型、文檔及數據的管理，構建起項目模型、工程文檔、數據之間的關聯，進行項目全過程以及各參與方的綜合集成管理。

數字移交平臺的模型經過輕量化處理將不同設計平臺、軟件的工程模型整合在一起，便于集中管理，有效避免因格式多樣及數據來源多樣造成的模型缺失、數據混亂，保證水電工程模型的整體性及數據源的統一性。不同的用戶、角色根據需求進行結構樹的重新組織與管理，以模型管理、可視化會商為目標，滿足水電工程各階段對模型的功能需求。模型與文檔、編碼進行集成關聯，在移交平臺中進行模型、文檔的管理，包括版本管理、編碼管理等，實時進行查詢與統計，形成數據中心，有效避免傳統文件式管理造成的移交數據分散，工作效率低等問題。不同階段、不同角色基于同一平臺、同一數據源進行溝通協作，并基于模型進行可視化的會商管理，加強了各參與方之間的信息共享、交流和協同工作，促進工程項目管理向高效的集成化方向發展。

5 結 語

隨著BIM技術的發展與BIM技術的深入應用，水電工程數字化產品不斷累積，水電工程數字移交的應用需求不斷加深，數字產品更加多樣化，數字交付的應用范圍及不斷加大，數據的多樣性、復雜性逐漸增加。水電工程數字移交技術研究將在數據轉換效率、數據處理、數據集成等方面進行優化。水電工程數字移交平臺開發將是一個不斷完善與優化的過程，最終形成覆蓋全生命周期的工程數據平臺，促進水電工程管理向高效的數字化、集成化方向發展。