摘要:针对传统的水运工程技术体系不足以支撑以BIM为工作方式的勘察设计企业的运行等问题，以某水运工程勘察设计企业为例，从标准、关键技术、平台和软件、人力资源、配套的管理体系及项目应用等方面进行探索，提出一套合适的水运工程BIM技术体系，为国内外水运工程勘察设计企业BIM技术体系建设提供参考。
      随着信息化和数字化技术的发展,BIM(BuildingInformationModeling,即建筑信息模型)作为一种新的理念、方法、技术和平台的系统集成,提供了新一代精益设计、精益建造、精益运维的支撑技术和工程数字化信息化工作方式,以三维可视化＋网络协同技术等现代信息技术和工程技术的有机结合,改造传统的水运工程工作模式和流程,实现全产业链更新、改造、升级和技术、管理、体制、机制的跨越,打造水运行业新模式、新业态。
      在此背景下,传统的水运工程技术体系从标准、平台及软件、配套的管理体系、人力资源等各方面均不足以支撑以BIM为工作方式的勘察设计企业的运行,并严重制约了企业发展。因此建立一套基于BIM的新的技术体系迫在眉睫。
 
1   标准及指南
      在公司内部层面,为制订BIM技术在水运工程企业设计中的应用行为准则,形成水运工程设计阶段企业BIM应用规范性文件,指导公司BIM应用工作有序进行,引领企业BIM应用的发展方向,为后期编制水运工程行业BIM设计应用标准打基础,在总结提炼“三步走”项目实践经验的基础上,于2017年6月正式发布了《水运工程BIM设计应用标准(试行)》,主要内容包括总则、术语、基本规定、应用标准、交付标准、分类和编码标准、存储标准等。本标准与国家层面的相关标准相比,更着重于行业适用性和专业性,是一部能够在企业层面指导水运工程项目设计,并考虑与施工、运维衔接的信息模型应用的纲领性文件。
      该标准同时配套了公司《建筑信息模型(BIM)实施指南》。指南系在标准指导下,对具体应用工作中各专业的实施工作指导,主要内容包括:总则、指导原则、模型管理、基础设定、族库建设、项目实施、质量保证和质量控制等。
      在集团公司层面,公司作为主编单位正在编制中国交建《水运工程设计信息模型应用标准》和《水运工程信息模型统一标准》,旨在规范中国交建各子公司的BIM应用行为,将行业标准的原则性规定进一步落实到项目应用中,并根据企业内部需求对行业标准进行补充。
      在水运行业层面,公司作为主编单位正在编制《水运工程设计信息模型应用标准》和《水运工程信息模型应用统一标准》。水运行业BIM标准是统一水运工程信息模型BIM应用的基本要求,规范BIM在水运工程项目全生命期的应用行为,从而提高水运工程BIM应用水平,促进水运工程BIM的健康发展。
 
2   平台及软件
2.1协同设计工作平台
      BIM协同设计工作平台主要以满足设计阶段相关参与方在同一工作空间开展协同设计为目标,以通用BIM软件(欧特克平台)为基础,配套研发水运工程BIM专用设计工具,采用私有云模式部署,实现从方案策划、计算分析、BIM协同设计到二维出图的全流程。具有多使用场景、多终端共享、性能优秀、安全可靠、维护便捷等特点,目前可供300人并发使用,可以即时将平台能力扩展到近500用户(图1)。
图1 协同设计工作平台架构
2.2专业BIM设计软件
      为解决通用BIM软件在水运工程领域的适用性,公司研发团队突破了BIM软件与计算分析等软件数据融合技术,实现了BIM设计软件与计算分析等软件之间的数据交换。通过对通用BIM软件的二次开发,形成了包括希迪水运工程岩土勘察成果处理软件系统、希迪高桩码头BIM设计软件、沉箱码头BIM设计软件、混凝土栈桥BIM设计软件、室外管沟井BIM设计软件、液体工艺BIM设计软件等成系列的专业软件体系,完成了港口工程液体散货工艺设计三维协同技术、港工结构BIM方式专业设计技术、室外沟管井及混凝土栈桥BIM设计过程的全自动化。研发成果已部署在公司BIM协同设计工作平台中,供公司专业人员使用(图2)。
图2 希迪软件计算界面
2.3企业族库管理系统
      通过水运工程领域族文件标准化、通用化及系列化的建立及管理,保证了BIM基础数据的准确性、唯一性及可重用性,构建了以最小设计构件为基础的数据成果管理系统,形成了自有的水运工程知识库。
      为解决族文件的管理、存储等问题,搭建了一套通用的族库管理系统,涵盖公司水文航道、总图、固体工艺、液体工艺、水工、建筑、结构、给排水、暖通、电气、控制、通信、环境保护等14个专业,实现了族文件的人员权限管理、预览、上传、审核、下载、搜索及权限管理。该系统已部署于公司BIM协同设计工作平台中(图3)。
图3 族库管理器
2.4BIM管理系统
      依托中国交建2016年特大科技研发课题《基于BIM的工程项目全生命周期开放式协同共享平台关键技术研究及示范应用》,目前BIM设计管理系统及BIM施工管理系统已基本搭建完成。
      BIM设计管理系统是以满足设计阶段各相关参与方在同一工作空间开展BIM协同设计为目标、建立协同工作机制、对接项目策划技术、封装管理流程、搭建基于互联网的BIM设计管理系统、实现设计工作策划、人员及成果文件的集成化管理。
      BIM施工管理系统以满足施工阶段多项目、多参与方的建设管控需求为目标,承接施工深化BIM模型,对接施工组织计划,集成专业施工技术,搭建参与各方以模型及其同源数据为核心的BIM施工协同管理系统,配套建设施工BIM模型与施工进度、质量、安全、计量支付、文档等相结合的管理应用；基于依托项目开展BIM模型与移动应用等相结合的专项技术研究工作,实现工程建设过程一体化数字管控(图4)。
图4 施工管理系统
 
3   主要关键技术
3.1三维地质信息模型建模技术
      针对现有岩土勘察工程信息管控处理能力以及三维地质模型整编及配套成果处理能力的不足,为提升岩土勘察工程成果数据集成效率和应用水平,基于各种成熟的软件平台,依据水运工程设计规范,按照岩土勘察工程的一般工作方式和过程,同时在AUTOCAD平台上配套开发了图件整编和绘图工具,使得此类岩土勘察成果处理工作能够利用此套软件工具全面高效率地进行,为水运工程勘察成果处理水平的进一步提升奠定了扎实的基础(图5)。
图5 三维地质模型与码头模型集成
3.2参数化、自动化建模技术
      针对现有三维设计BIM软件自带的设计功能局限性,基于成熟的Autodesk Revit软件平台,依托Microsoft SQL2012数据库,利用.NEＴ技术对Revit进行了定制开发,实现了港工结构、液体工艺管线、混凝土栈桥、室外构筑物等的参数化、自动化建模,提高了质量和效率,解放了生产力(图6)。
图6 码头参数化建模
3.3BIM软件数据融合技术
      为打通各基础BIM软件之间的数据壁垒,突破了BIM设计软件与计算分析软件数据融合技术,解决了设计数据到BIM模型的无缝对接及模型与设计数据的同步更新的问题,实现了港工结构、混凝土栈桥结构、室外沟管井BIM设计工具与希迪系列计算软件的数据互通,为实现水运工程多专业三维协同设计打下了基础。
3.4水运工程多专业三维协同设计技术
      依托港口工程总图、港工、工艺、结构及配套工程等专业三维建模及与专业任务信息模型整合的成套软件技术,完成了港口工程液体散货工艺设计三维协同技术、港工结构BIM方式专业设计技术、室外沟管井及混凝土栈桥BIM设计过程的全自动化,提升了BIM技术应用水平,占据了港口工程BIM应用技术的制高点(图7)。
 
图7 转运站全专业协同设计
3.5模型编码规则及配套技术
      通过对国内外模型编码研究和应用现状的分析,确定了适用于水运工程基础设施领域的模型编码及其应用规则,并基于典型工程BIM应用案例,分析完成模型编码在水运工程基础设施领域的验证,提出相关的水运工程基础设施模型编码使用建议,同时基于通用BIM软件开发了模型编码配套软件。
 
4   技术管理体系配套
      为规范BIM协同设计工作流程、明确各专业设计内容和职责、提高BIM设计产品质量,发布了《港口工程项目BIM工作模式下质量管理作业文件》,包括BIM设计工作流程、专业岗位职责、协同设计工作要求、碰撞检查内容及要求、文件校审及会签、设计工作大纲编制要求及专业设计提纲编制要求等具体内容,为建立BIM设计生产管理技术制度体系打下良好的基础。
 
5  项目应用
      上述技术体系已在水运工程EPC和设计项目中进行全面应用,分别中标珠海港高栏港区集装箱码头二期工程BIM技术全过程顾问服务项目、长江下游黑沙洲水道航道整治二期工程等３个航道BIM以及杭州京杭运河八宝船闸等咨询服务项目,取得了良好的效果。
 
6   结语
      1)该体系对于国内外水运工程勘察设计企业BIM技术体系建设具有较大参考意义。
      2)未来将进一步完善施工协同管控平台功能,做好与专项业务系统的整合,扩充专业领域适应能力,完成BIM设计管理系统封装；依托运维项目落地运维平台建设；丰富专业成套BIM技术,丰富BIM标准化产品内容,并开展BIM与新技术的集成应用技术研究。