基于BIM的鐵路工程建設(shè)數(shù)字檔案系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

俞 佳

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 檔案史志中心，北京 100844）

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，鐵路工程建設(shè)的檔案管理信息化、智能化、數(shù)字化建設(shè)逐步得到了相關(guān)部門(mén)的重視。為提升鐵路工程建設(shè)檔案管理信息化水平，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字檔案的管理，提高數(shù)字文件的歸檔及使用效率，提出構(gòu)建基于BIM的鐵路工程建設(shè)數(shù)字檔案系統(tǒng)[1]（簡(jiǎn)稱：數(shù)字檔案系統(tǒng)），對(duì)建設(shè)管理、工程概況、勘察設(shè)計(jì)、標(biāo)段綜合、監(jiān)理文件、科研文件、聲像文件等資料進(jìn)行統(tǒng)一匯集、統(tǒng)一整理和統(tǒng)一利用，以適應(yīng)新形勢(shì)下鐵路工程建設(shè)的檔案管理要求。

BIM 技術(shù)廣泛應(yīng)用在鐵路工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，貫穿鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的全生命周期，承載了鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的物理特征、功能屬性、工程造價(jià)等信息。BIM 是為各階段用戶提供設(shè)計(jì)、協(xié)同、施工工作的載體[2]，信息可以通過(guò)三維展示的方式以多角度呈現(xiàn)，從而可以更好地提升工程建設(shè)各階段的資料管理效率。目前，關(guān)于如何將BIM 技術(shù)與數(shù)字檔案進(jìn)行協(xié)同管理、歸檔和利用的相關(guān)文獻(xiàn)較少，本文研究基于BIM的鐵路工程建設(shè)數(shù)字檔案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以BIM 為載體，承載設(shè)計(jì)階段、施工階段、工程管理、監(jiān)理、竣工驗(yàn)收等檔案[3]。用戶通過(guò)該系統(tǒng)，可以查閱鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期的數(shù)字檔案[4]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字檔案系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)，依托標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及安全保障體系，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層主要負(fù)責(zé)保存數(shù)字檔案、BIM資源等數(shù)據(jù)，支持存儲(chǔ)在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)的檔案生成、瀏覽、借閱等過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。通過(guò)主/從數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)格式化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、備份；通過(guò)Redis 緩存對(duì)經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，提高系統(tǒng)訪問(wèn)效率；通過(guò)分布式對(duì)象存儲(chǔ)對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；使用分布式搜索引擎對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行索引、搜索、利用。

1.2 支撐層

鐵路工程管理平臺(tái)已經(jīng)建立并收集了鐵路重點(diǎn)工程全線BIM、工程概況、施工圖紙、施工進(jìn)度計(jì)劃、工程影像、檢驗(yàn)批次、建設(shè)單位和施工單位管理辦法等電子文件資料。

支撐層依托鐵路工程管理平臺(tái)，為數(shù)字檔案系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。使用全文檢索、電子簽章、消息引擎、文字識(shí)別、元數(shù)據(jù)、工作流等中間件，以及微服務(wù)中的接收、整理、歸檔、檢索、利用、訪問(wèn)等服務(wù)，支撐各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用和BIM 應(yīng)用[5]。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層分為業(yè)務(wù)應(yīng)用和BIM 應(yīng)用。通過(guò)竣工歸檔管理、電子檔案管理和電子檔案借閱管理等功能模塊，以及多維信息展示模塊和電子沙盤(pán)，構(gòu)建基于BIM的檔案管理模式，通過(guò)時(shí)間、空間多維度展示建設(shè)期間的檔案資料。

1.4 接入層

接入層包含手機(jī)端、Web 端、客戶端，用戶可通過(guò)不同方式訪問(wèn)數(shù)字檔案系統(tǒng)。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化是數(shù)字檔案系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要原則。在檔案管理數(shù)字化的進(jìn)程中，應(yīng)結(jié)合鐵路建設(shè)工程的實(shí)際情況，建立數(shù)字檔案系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。依托標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范檔案的收集、歸檔、借閱等流程。

1.6 安全保密體系

在構(gòu)建、使用及管理數(shù)字檔案系統(tǒng)過(guò)程中，需要采用安全保密體系，涉及系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全、物理安全等方面。通過(guò)建立安全保密體系，從物理層面、信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等方面提高數(shù)字檔案系統(tǒng)的抗攻擊性和安全可靠性。

2 系統(tǒng)功能

數(shù)字檔案系統(tǒng)主要功能包括數(shù)字化展示、電子檔案管理、流程管理、權(quán)限管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，其功能架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.1 數(shù)字化展示

數(shù)字化展示[6]功能包括BIM的在線展示及二維檔案的在線預(yù)覽。電子沙盤(pán)依托BIM 和GIS，完成建設(shè)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)維階段全生命周期的數(shù)字化展示。

2.2 電子檔案管理

電子檔案管理[7]功能主要對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行全過(guò)程中涉及到的各項(xiàng)文件、圖紙、檔案、BIM 數(shù)據(jù)、動(dòng)/靜態(tài)驗(yàn)收數(shù)據(jù)及工程影像等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)竣工文件的交付、歸檔、借閱等。

2.3 流程管理

流程管理的主要功能是流程和表單的在線設(shè)計(jì)，通過(guò)簡(jiǎn)單的拖拽式操作，快速創(chuàng)建所需的流程和表單，做到即配即用。

2.4 權(quán)限管理

權(quán)限管理的功能是配置和管理系統(tǒng)中的操作權(quán)限，對(duì)不同類型用戶的權(quán)限進(jìn)行管控。

2.5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要完成對(duì)系統(tǒng)中所需的元數(shù)據(jù)項(xiàng)的管理、著錄項(xiàng)的設(shè)置、組卷規(guī)則的設(shè)置、文件類型的劃分及工程結(jié)構(gòu)樹(shù)的設(shè)置。其中，人員、項(xiàng)目、組織等數(shù)據(jù)與鐵路工程管理平臺(tái)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一致，確?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 建立工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)

鐵路BIM 數(shù)據(jù)與數(shù)字檔案的融合是實(shí)現(xiàn)檔案管理升級(jí)的有效措施。BIM 中的設(shè)計(jì)期目錄結(jié)構(gòu)與檔案產(chǎn)生階段的目錄結(jié)構(gòu)并不一致，無(wú)法與電子檔案產(chǎn)生直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此，以往都是采用人工方式，關(guān)聯(lián)BIM的唯一標(biāo)識(shí)與電子檔案的唯一標(biāo)識(shí)。人工方式存在工作量大、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)易出錯(cuò)，且在后期修改電子檔案結(jié)構(gòu)時(shí)維護(hù)困難等問(wèn)題。

BIM 輕量化后會(huì)生成BIM 部位目錄結(jié)構(gòu)，而在施工過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)字檔案需要關(guān)聯(lián)在工程實(shí)體上，建立由工程、標(biāo)段、工區(qū)、專業(yè)、工點(diǎn)、構(gòu)件組成的工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)[8]。在維護(hù)BIM 時(shí)，將BIM 部位與工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；在維護(hù)數(shù)字檔案基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)字檔案數(shù)據(jù)與工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。將BIM 與數(shù)字檔案通過(guò)工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)建立規(guī)范有效的整合體系，可以簡(jiǎn)化人工關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的工作量，且在后期維護(hù)時(shí)，只需要維護(hù)數(shù)字檔案與工程實(shí)體目錄結(jié)構(gòu)樹(shù)的關(guān)系，即可自動(dòng)將數(shù)字檔案與對(duì)應(yīng)的BIM 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，有效解決了BIM 與數(shù)字檔案有機(jī)融合的問(wèn)題，有利于提高各參建單位對(duì)施工過(guò)程數(shù)字化和推動(dòng)BIM 建設(shè)的積極性，從而進(jìn)一步拓展BIM 技術(shù)的應(yīng)用深度[9]。

3.2 采用IFC 格式

BIM 歸檔需要建立一套適合于三維數(shù)據(jù)歸檔的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并配套應(yīng)用其相關(guān)的管理方法，包括BIM的歸檔文件格式，歸檔文件的元數(shù)據(jù)內(nèi)容，BIM 深度標(biāo)準(zhǔn)化等內(nèi)容。目前，鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域BIM 建模軟件主要有Bentley、Revit、CATIA 等，由于不同軟件支持的格式不一致，不同階段的模型深度不一樣，在歸檔過(guò)程中需要使用支持多種軟件的標(biāo)準(zhǔn)格式。IFC（Industry Foundation Classes）標(biāo)準(zhǔn)是由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（BSI，British Standards Institution）組織制定的建筑工程數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，可以用于不同軟件系統(tǒng)的交換和共享數(shù)據(jù)，因此，本系統(tǒng)采用IFC 格式進(jìn)行文件歸檔，解決不同建模軟件中格式互不兼容的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究基于BIM的鐵路工程建設(shè)數(shù)字檔案系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)該系統(tǒng)，用戶可以直觀地查閱相關(guān)聯(lián)的電子檔案、CAD 圖紙、工程建設(shè)信息等內(nèi)容。該系統(tǒng)滿足信息化趨勢(shì)下鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)和管理過(guò)程中檔案便捷利用和多維統(tǒng)計(jì)分析等業(yè)務(wù)需求，解決傳統(tǒng)紙質(zhì)檔案查詢時(shí)的煩瑣操作，顯著提升檔案的查詢效率，有助于推動(dòng)鐵路工程建設(shè)電子檔案工作的信息化、智能化和集成化進(jìn)程。