英國BIM技術在核電工程項目上的應用研究

嚴家福，趙 棟

（中廣核工程有限公司 核電安全監控技術與裝備國家重點實驗室，深圳 518124)

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一種方法論,它能將建筑工程對象轉化成統一規定的信息模型,一方面用于指導所有參與方基于3D模型進行工作協同,另一方面用于對整個工程信息進行全生命周期管理[1,2]。不同單位或個人會對于BIM會有不同的理解,但不能將單項技術（比如：4D施工進度可視化）理解成為BIM,它們只是基于BIM的工程信息模型所做的應用。BIM的本質是實現建筑工程的數字化,用信息模型的方式完整記錄建筑過程,以此來達到降低成本、提高效率、低碳可持續發展等目的。

英國是最早推廣和應用BIM的國家之一,其BIM標準體系是目前世界上覆蓋最廣泛、內容最完善和執行性最好的體系之一[3]。在完成了BIM Level 2技術政策和標準相關工作后,英國政府強制要求從2016年開始政府投資的建設項目需要滿足BIM Level 2標準,這其中就包括英國在建的核電項目。英國標準協會（British Standards Institution,BSI）正在致力于把英國標準升級為ISO標準,以便加大在全球推廣英國標準[3]。

目前已有多個國家采用英國BIM Level 2系列標準,由于與英國BIM行業背景有很多的相似之處,英國標準目前是中國工程建設行業推進BIM應用的重點參考對象,中國的核電建設也可以參考英國BIM應用的成功經驗。

1 核電項目如何滿足BIM Level 2

根據當前英國核電項目需滿足BIM Level 2,既要考慮核電項目采用BIM在項目安全、成本、進度等方面的目標,同時要考慮BIM Level 2對核電項目對各企業自身的平臺、組織和體系的要求,而且在項目初期就要將它們結合在一起進行分析策劃。

BIM Level 2是在圖1中Bew-Richards的楔形模型中提出的,是對BIM成熟度的一種劃分,各等級之間是漸進發展的關系。

圖1 BIM成熟度等級模型

工程項目要想滿足BIM Level 2,就得按照其方法來工作。核電項目也不例外,需要按照BIM Level 2核心內容來執行,比如信息需求必須以合同的方式存在于各個供應鏈中,信息需求必須清晰明確,驗證供應鏈能夠匹配信息交付能力,信息安全的要求,執行信息移交計劃（MIDP）,信息管理任務的分解,用公共數據環境（CDE）進行協同工作,使用統一分類標準、數據格式、文件狀態編碼,項目信息模型（PIM）和資產信息模型（AIM）,結構化環境安全信息的共享等。

這些BIM Level 2核心內容在相關的標準或規范中都有參考,對于核電項目來說,可以參考以下標準：

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

BS EN ISO 19650-2（由PAS1192-2：2013升級）建筑工程信息組織——信息管理使用的建筑信息建模BIM——第2部分：資產交付階段[9]。

PAS1192-3：2014主要是關于運營階段如何運用BIM技術進行資產管理。該文件主要細化了資產管理模型和信息交換使用環境設置的要求[4]。

BS1192-4：2014主要是關于協同生產信息,其中第四部分中規定了施工運營建筑信息交換標準（COBie）[5]。

PAS1192-5：2015主要是關于信息安全及規范,數字信息環境和智能數字信息[6]。

PAS1192-6：2018主要是關于利用BIM進行結構化的健康與安全信息協同[7]。

總得來說,BIM Level 2并不能定義BIM是什么、BIM打算成為什么、以及BIM將來的方向。核電項目要滿足BIM Level 2,要根據項目的實際情況和自身的平臺條件來實施,有方向性地選擇滿足符合此項目BIM信息交付能力的供應鏈。另外,充分地把項目需求融入到信息交付的過程中,利用好信息手段來實現項目的目標,比如說要實現進度管控,在開始要定義進度信息交付計劃,然后在項目執行過程中確保各進度信息在供應鏈之間準確及時地交互,這些都可以通過執行BIM Level 2來有效保障。

2 核電項目公用數據環境CDE

CDE是BIM的核心內容,它是用于項目團隊在資產全生命周期中用于信息收集、信息交互和信息移交的生態系統。這里指的信息包括三類數據：圖形數據,結構化數據和非結構化數據（圖紙、文檔等）。

從圖2來看,通過CDE不僅能夠管理項目信息模型（PIM）和資產信息模型（AIM）,并能夠實現從項目信息模型到資產信息模型的移交。項目信息模型是在設計和施工階段的由信息構成的虛擬模型,起初是用于表達設計承辦方的設計意圖,后來用于施工過程中制造和建安,當它移交到運維階段后就變成了資產模型的基礎；資產信息模型同樣是在運行和維護階段用于對資產管理信息的虛擬模型。

圖2 BIM信息交付流程

對于核電項目而言,項目信息模型和資產信息模型是通過兩套不同的系統來完成的,項目信息模型通過一套組合系統從開始可行性研究到完成施工過程中收集、共享和發布主要和次要資本交付中所要的項目信息模型；資產信息模型除了接收項目信息資產移交的信息外,通過另一套組合系統來收集、共享和發布運維階段的資產信息模型。從項目信息模型到資產信息模型移交過程在核電項目移交接產階段完成。

CDE要求發生關系的參與方之間能建立共同數據環境,在此環境中有相同的數據對象及編碼方式,數據格式,交互規則等等。編碼是數據分類的前提,現在英國普遍使用編碼體系為UniClass,此編碼非常靈活,對不同類型項目都可以用此編碼進行分類,還可以支持面向未來建筑行業發展而新增的分類需求。核電項目和傳統建筑項目相比體量很大,各企業都在存在完整的編碼體系,一般而言編碼由主要設計方負責,其他參與方參考就行,這樣可以減少對項目的影響。

有了統一的編碼,數據還無法直接從資產交付階段到運維階段使用,因為業務對象是有區別的,這可以理解為模型視角不一樣,如何保證在不同的視角下的信息唯一就成了關鍵問題。

圖3 COBie數據關聯圖

英國目前解決這一問題是采用符合COBie數據交互的國際標準,通過COBie的電子表單數據模板能夠將不同類型的數據串聯起來,而且也能適應不同的編碼規則。目前一些主流三維軟件都已經能直接導出COBie格式的數據。

另外按照COBie模板可以將數據按照空間與設備分成二類,即同一套數據兩個不同的模型視角,這個也是為了滿足不用業務的需求。核電項目由于數據關系比較復雜,可能存在不止COBie中的兩個模型視角（空間位置和系統）,但每增加一個模型視角,數據之間的關聯的復雜程度就會呈指數上升,很容易導致信息無法關聯或信息丟失。

根據核電工程參與方多的特點,很難在同一個軟件或平臺中形成聯合模型,根據圖4CDE功能區域的特點,適合按照數據交付的層次來劃分,每層CDE由不同的牽頭方來負責,這樣在信息管理和數據移交上就會更容易。

圖4 CDE的功能區域

3 核電工程數字化交付

業主需要定義項目建設各階段的移交內容作為數字化的工作計劃DPoW（Digital Plan of Work）,這個計劃將覆蓋整個項目周期,從項目策劃到資產運維的不同階段。策劃階段需要弄清楚業主信息需求EIR（Employer’s Information Requirements）,在招標采購階段,需要投標單位提供BIM執行計劃BEP（BIM Execution Plan）,一旦獲得合同,需要進一步細化BEP的同時,要產生主信息移交計劃MIDP（Master Information Delivery Plan）,之后開始進行項目準備,在MIDP作為前提的基礎上,組織動員其下承包商產生各自工作任務的信息移交計劃TIDP（Task Information Delivery Plan）和各自工作范圍的BEP。一旦移交的信息內容再各方之間達成一致,項目啟動后就在CDE中開始根據MIDP的要求交付構成PIM和AIM的數據。

DPoW確保所有參與方都能在及時的以一種正確的方式協同數據,它能讓所有參與方,包括業主、承包商、供應商等在不同的工作階段,持續地移交數據,同時數字工作計劃使各個參與方都清楚各自的職責,也清楚交付物的內容、格式、精度、對象和時間等,業主會通過預先設定的決策點來審核信息交付的相關內容,并以此做出相關的決策。

不管以何種形式進行數據協同,需要遵循二個基本原則,第一數據可以重復使用,在不同的業務視圖中看到的原始數據都是唯一的,第二數據要求被多方進行校核,改動后也能及時反饋給各參與方。

對于核電工程而言,是屬于生產性建設項目,更重視數據在核電運維階段的活動,重點在于考慮設計施工階段的數據如何在運維管理平臺發揮作用。

4 核電BIM體系建設

英國BIM Level 2標準和理論體系其實已經為項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,這套方法可以說適應于各種不同類型的項目,指導性也非常強,核電工程項目完全可以采納其方法。對于核電行業而言也有自身的特色,不一定完全照搬所有標準,而且國內也出了BIM相關的交付標準和交互標準等,而且各個地方還出臺各自的標準。根據項目地域性的特點,選擇滿足最適合整個供應鏈要求的標準和規范,同時核電還要考慮核敏感信息的出口和管制等信息安全的要求。當前核電行業主要是以文檔交付為主,這個將帶給信息共享和交付帶來很大的不便利性,從而導致信息傳輸的低效。BIM并沒有強調數據的結構化,更多的關注的是圖形數據,結構化數據和非結構化數據中的關聯關系,而且COBie交互標準也并不沒有要求文檔信息結構化率必須達到某種程度。可以按照圖5所示將BIM信息化架構分為四層建設：標準層、技術、信息層、業務層,并將四層有機結合在一起。

圖5 BIM信息化建設架構

BIM Level 2要求是以三維數據為載體,實現圖形數據、結構化和非結構化數據信息關聯,并不像傳統的信息化建設以結構化數據為中心,偏向于在數據的集成和整合。當前核電行業信息化建設首要目標還主要是文檔數據結構化以及解決數據貫通的問題,目前已經積累了非常多的經驗和技術,但是一旦和業務流程聯系起來就很難推動。目前核電行業信息化建設更偏向于解決各個系統互通的問題,需要調整重心,利用BIM進行項目信息管理的特長,對標項目上的業務需求,彌補現有信息管理平臺或系統在滿足整個供應鏈上的不足。

5 結語

基于BIM的理論來指導核電工程信息化建設是非常有必要的,但是核電工程信息化建設一般又需要經過長期投入才能看到收益,這對于決策者和建設者來說都會承擔著巨大的壓力,容易在中途就放棄,所以建議依托核電項目,結合項目需求制定MIDP和BIM執行計劃,在項目實施前按執行計劃進行數據推演,將項目信息模型數據和資產信息模型數據進行比對,以此來推斷MIDP和BIM執行計劃是否適合核電工程項目的要求,從中也可以找到信息化建設的方向。

信息化建設也是需要通過BIM項目的迭代逐漸完善,兩者相輔相成。只有信息化水平能基本滿足BIM項目的需求時候,也就是形成符合自身特點的BIM體系的時候,才能更好地利用BIM給我們創造價值,未來也能更好地把BIM與新技術手段如云技術,物聯網等相結合,能發揮出巨大的經濟效益。