《水運工程設計信息模型應用標準》及其在船閘設計中的應用

文 曦

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430060)

作為大型綜合通航建筑物，船閘結構形式復雜，涉及的單體和專業多、信息量大，推動船閘工程建設效率提升、節省建設期的成本和時間，實現船閘工程建設的數字轉型、智能升級，是交通運輸行業“十四五”期間數字交通的重大戰略，BIM技術作為工程項目全生命期內物理、功能特性的數字化表達，對船閘的設計、施工和運營維護階段的各種決策提供信息支持，為船閘工程全生命期技術、質量、效率等的提升提供了有效的數字化手段。

近年來，在船閘工程BIM技術應用方面已有不少案例。樊金甲等[1]利用BIM技術開展了船閘工程設計圖紙優化、工程量統計、工程計量支付、BIM-5D輔助工程投資管理；顏紅亮等[2]融合BIM技術、參數化技術和數據庫技術，實現了船閘工程金屬結構模塊化設計；張立明等[3]利用BIM技術對船閘球角點弧型三角門的設計、施工、運行維護、成本控制、管理等進行了應用實踐；李家華等[4]開展了水運工程BIM模型編碼體系研究，提出在軟件中進行分類編碼工具二次開發的方法，通過錄入現行水運工程編碼體系，實現構件屬性與分類編碼自動識別掛接，快速準確地進行BIM模型編碼。然而基于標準的船閘工程BIM設計鮮有案例，如何實現船閘BIM設計的標準統一、內容完整全面、交付成果有效應用，避免“信息孤島”是亟待解決的問題。

本文在《水運工程設計信息模型應用標準》(以下簡稱“標準”)基礎上，提出并編制了符合標準要求的船閘工程BIM設計細則，定義了基于標準的船閘BIM設計工作流程，開展信息模型層級組織、設計協同、編碼、數據存儲和成果交付等應用實踐，為標準在船閘BIM設計的應用落地提供參考。

1 水運工程設計信息模型應用標準

1.1 標準框架

從適用范圍看，標準涵蓋了港口工程、航道工程、通航建筑物工程、修造船廠水工工程4個領域，從內容組織來看，標準由8章和5個附錄組成，其中船閘工程BIM設計需要依據并執行的重點章節為設計階段信息模型、協同設計、分類與編碼、存儲和交付等，章節間的邏輯關系見表1。在項目BIM技術實施前，需要細化標準形成可執行的細則，用以指導實施。

表1 標準應用框架

1.2 設計階段信息模型

由于設計人員對BIM模型的組織更多依靠個人對項目的理解和經驗，船閘工程BIM模型組織模式往往不統一，針對該問題，細則在模型層級組織和模型內容2個方面進行細化規定。

1.2.1模型層級組織

水運工程BIM模型由項目級、單體級、專業級、構件與設備級和鋼筋與零件級信息模型5個層級組成，按照項目的不同階段，設計人員需要選擇與其匹配的模型組織層級，對應關系見表2。

表2 船閘工程BIM模型層級組織

1.2.2模型內容

基于項目合同中工程內容的要求，結合項目實施過程中設計人員以專業為主線開展BIM設計的特征，船閘BIM模型內容確定遵循的一般原則為：1)以項目單體和專業為單位，依據合同確定各專業的BIM模型內容，定義模型命名規則等；2)模型內容與階段、模型深度等級掛鉤，模型在創建過程中遵循適度的原則，在滿足標準的基礎上盡量簡化；3)未作規定的模型內容根據需要添加，同時在分類編碼表中增加相應的分類對象并編碼。

1.3 協同設計

1.3.1協同工作方式

船閘工程根據所使用的BIM軟件和協同工作環境，可采用模型協同、數據協同和文件協同3種方式，協同工作方式應用建議見表3。

表3 協同工作方式應用建議

1.3.2協同工作流程和協同工作內容

協同工作流程與協同工作內容是相互關聯的，協同工作流程有項目中單體間協同、單體中專業內協同和專業間協同3種，協同工作流程及其內容在實施中的細化見表4。

表4 協同工作流程及內容

1.4 分類與編碼

編碼包括細化編碼與模型層級之間的關系和編碼內容2個方面。模型編碼分為項目級編碼和模型內容編碼2種，對船閘BIM模型編碼時，編碼與模型層級之間的對應關系見表5。

編碼內容要求與項目階段對應，設計人員要根據項目階段確定并選擇編碼，一般執行標準中“設計階段信息模型各階段編碼應用要求表”[5]規定。

表5 編碼與模型層級關系

1.5 存儲

存儲包括存儲的數據格式及命名規則、存儲內容2個方面。

1.5.1數據格式及命名規則

項目組內協同時，可以采用BIM軟件自身的數據格式進行存儲；需要與不同軟件進行數據交換時，則應考慮采用IFC等開放型數據格式。存儲時還應對各類數據定義1套同時滿足計算機可讀和用戶可讀2種需求的命名規則，設計人員在應用模型時可以快速定位和應用成果，而計算機也可以快速識別并進行處理，用于后續BIM應用工作。

1.5.2存儲內容

項目成果不僅有BIM模型，還有由BIM模型生成的數據、文檔，與BIM模型關聯的外部數據、不同模型層級之間的邏輯關系作為后續應用的基礎也需要進行存儲，船閘工程中不同模型層級的存儲內容見表6。

表6 各層級的模型存儲內容

1.6 交付

信息模型數字化交付包含了交付成果的層級組織、交付內容和交付數據格式3個方面。按照標準，采用與項目階段對應的模型層級對交付成果進行組織；交付內容應在設計成果的基礎上，將交付所必要的內容進行提取、清理后交付，對設計的過程文件等非必需數據則無需交付，各層級的交付內容一般包含信息模型及其屬性數據、信息模型說明、交付成果清單等；為便于交付成果能被后續階段或任務使用，一般建議采用各相關方約定的同一或兼容數據格式。

2 工程應用

某新建復線船閘及其配套工程包括船閘主體(閘首、閘室)、上下游引航道、下游航道護岸、船閘管理區、跨閘交通橋及連接道路等，船閘為Ⅱ級船閘，閘室有效尺度為240.0 m×23.0 m×5.2 m(有效長度×有效寬度×檻上水深)。

2.1 項目實施流程

基于標準要求，在項目實施前對項目內容進行策劃，包含制定項目的BIM執行計劃、在標準基礎上編制項目的統一規則，按照標準中重點章節的要求，開展BIM協同設計、模型編碼、存儲BIM應用和成果交付，本項目的BIM技術實施路線見圖1。

2.2 BIM執行計劃

圖1 某船閘工程BIM設計技術路線

BIM執行計劃是項目實施的依據和基礎，由項目信息、BIM目標、項目成員及角色、BIM協同流程、BIM數據要求、存儲、項目交付等10個部分組成。其中BIM協同流程通過流程圖方式規定了項目級、單體級信息模型設計流程，單體流程按水域、陸域、船閘、跨線橋等獨立繪制；項目按照LOD 300等級建模，模型粒度和信息細度符合標準中LOD 300的要求，項目編碼定義于項目參數中，模型內容編碼定義在構件上；BIM數據存儲按照5級層級存儲，內容符合表6的要求，采用軟件原生和開放型IFC兩種數據格式；按照5級層級交付，除交付存儲要求的內容外，還交付工程圖紙、工程量統計表、應用分析報告等。

2.3 項目規則

2.3.1模型層級

項目處于施工圖設計階段，因此模型層級按5個層級進行組織，其中項目級包含了項目中的各個單體，單體模型中包含了參與單體創建的多個協同專業，專業級、構件與設備級、鋼筋與零件級模型則是構成單體的組成單元，各層級的模型內容見圖2。

2.3.2文件夾及文件命名規則

圖2 模型層級及內容

為滿足計算機可讀和人可讀2種應用需求，項目采用“編碼+中文命名”相結合的方式對不同層級的文件夾和文件進行命名，以項目級和單體級文件夾為例，命名規則見表7。

表7 文件夾和文件命名規則

2.3.3交付物格式

為滿足數字化交付要求，本項目制定了不同交付物所采用的交付文件格式，在此僅列出主要的交付物格式，見表8。

表8 交付物格式

2.4 BIM協同設計

項目設計過程制定了項目協同、單體協同和單體集成3個主要流程。項目協同流程為：創建項目中心文件→單體工作集設置→確定單體輪廓及定位；單體協同流程為：創建單體中心文件→專業工作集設置→單體內專業協同；單體集成流程為：單體文件鏈接回項目→位置協同。其中單體中心文件的創建采用模型協同方式，項目中心文件則采用數據協同方式由單體模型集成。陸域與水域場地模型使用共享坐標方式達到坐標統一，其他單體采用共享坐標和高程對齊的方式鏈接到項目文件達到坐標統一，創建的項目級、單體級和專業級信息模型見圖3。

2.5 模型編碼

圖3 不同層級信息模型

項目級編碼采用在項目中心文件中建立“項目編碼”參數，并按規則賦值；模型內容編碼則對每一個構件模型，在其非幾何屬性的“編碼”參數中，采用編碼軟件或手工填入編碼值，構件編碼見圖4。

2.6 模型存儲及成果交付

圖4 構件編碼

在項目實施中，將創建的模型及相關成果文檔保存至對應的模型層級文件夾即可；在成果交付時，項目級、單體級模型文件直接從項目過程文件中提取，而對于專業級、構件與設備級和鋼筋與零件級信息模型則依據編碼，采用模型提取軟件，將成果從單體文件中抽取存入相應的層級文件夾。

3 結論

1)通過本項目研究，進一步明確并細化符合標準的船閘工程BIM設計內容及要求。

2)研究并提出了船閘工程BIM設計的總體實施路徑、流程和關鍵內容，為標準在項目中的落地提供了總體指導框架。

3)通過項目實踐，實現基于標準的船閘工程BIM設計，解決現有項目中模型編碼、模型存儲和交付成果不一致、不協調等問題，為規范船閘工程BIM設計成果內容，提高設計成果質量、實現數字化交付和應用提供了參考。