IFC標(biāo)準(zhǔn)下隧道工程信息的傳遞
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【摘要】近年來，BIM技術(shù)在各個(gè)工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，BIM技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，只有通過合適的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)才能達(dá)到信息共享的目的。BIM技術(shù)的主流數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是ifc標(biāo)準(zhǔn)，本文借鑒國外IFC標(biāo)準(zhǔn)的制定經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)的研究，定義了隧道工程建筑模型與投資分析模型、進(jìn)度分析模型以及安全分析模型之間信息傳遞的模型視圖，為最終的BIM-5D信息共享管理平臺(tái)的構(gòu)建提供了基本的依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】BIM;MVD;概念;模型視圖;信息傳遞
1引言
建設(shè)工程全生命周期的過程中涉及到多個(gè)參與方，各參與方涉及的專業(yè)領(lǐng)域不同，應(yīng)用的專業(yè)軟件不同，信息表達(dá)的方式也不同，如何高效地促進(jìn)各參與方之間的協(xié)同工作一直以來都是工程管理中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。BIM是近年在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的新技術(shù)，它從根本上解決項(xiàng)目從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到維護(hù)管理等各階段應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息斷層，形成面向項(xiàng)目全生命周期的、具有高度集成性的建筑工程信息化模型。作為BIM技術(shù)的主流數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)不依賴于任何具體信息管理系統(tǒng)、適合于計(jì)算機(jī)處理的建筑數(shù)據(jù)表示和交換標(biāo)準(zhǔn)［1］。IFC能夠使不同的應(yīng)用軟件通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，它定義了建筑工程項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)格式，是目前應(yīng)用范圍最廣、內(nèi)容最為全面的BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)［2］。然而正是由于它的內(nèi)容豐富、涉及的領(lǐng)域廣，使得其在針對(duì)特定交換需求時(shí)，詞義表達(dá)不夠精確，且內(nèi)容高度冗余，并不能夠直接使用，因此需將其具體化。IDM標(biāo)準(zhǔn)就是用來實(shí)現(xiàn)這一目的的標(biāo)準(zhǔn)。它是對(duì)建筑工程項(xiàng)目分階段按一定流程和交換目的的定義，擬精確定義每一業(yè)務(wù)模塊，將IFC標(biāo)準(zhǔn)分步實(shí)施。IDM標(biāo)準(zhǔn)中確定的信息交換的具體內(nèi)容則通過MVD標(biāo)準(zhǔn)來表達(dá)，MVD標(biāo)準(zhǔn)定義了模型視圖的標(biāo)準(zhǔn)化格式，每一個(gè)特定的MVD將IDM標(biāo)準(zhǔn)中特定的交換需求與IFC標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)體和關(guān)系對(duì)象綁定，按一定功能組織方式進(jìn)行表達(dá)，并在軟件中測(cè)試認(rèn)證，以達(dá)到利用IFC標(biāo)準(zhǔn)在軟件中實(shí)現(xiàn)信息交換的目的。目前國內(nèi)外對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)及IDM標(biāo)準(zhǔn)都有所研究，涉及暖通、電氣、給排水、材料管理等多個(gè)領(lǐng)域。而對(duì)MVD標(biāo)準(zhǔn)的研究主要集中在歐美國家，目前通過BSI(BuildingSMARTInternational)官網(wǎng)認(rèn)證的有效MVD標(biāo)準(zhǔn)主要涉及設(shè)備管理、預(yù)制混凝土信息交換、建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析、HVAV設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)、道路設(shè)計(jì)等專業(yè)。本文著重對(duì)模型視圖的定義進(jìn)行了研究，在參考其他專業(yè)模型視圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新版本的IFC標(biāo)準(zhǔn)IFC4，對(duì)隧道工程中的造價(jià)、進(jìn)度、安全等信息傳遞進(jìn)行研究。
2BIM標(biāo)準(zhǔn)具體實(shí)施流程
完整項(xiàng)目信息交換過程涉及到上述的所有標(biāo)準(zhǔn)以及一些實(shí)施手冊(cè)和指南，整個(gè)過程不僅復(fù)雜，而且每一步都需要精確操作、反復(fù)檢驗(yàn)，過程中涉及了IFC標(biāo)準(zhǔn)的研究人員、軟件開發(fā)商以及項(xiàng)目中的各參與方，過程中任何一個(gè)小的失誤都可能使得IFC標(biāo)準(zhǔn)最終不能應(yīng)用到BIM軟件中。正常的BIM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施流程應(yīng)該是，首先定義好IDM標(biāo)準(zhǔn)中的流程圖(ProcessMap，PM)，提出相關(guān)的交換需求(ExchangeRequirements，ER)，利用MVD說明書將交換需求表達(dá)成MVD，其次是軟件的支持性進(jìn)行測(cè)試，最終在BIM驗(yàn)證階段應(yīng)用［3］。因此將IFC完整地應(yīng)用到一個(gè)建筑工程項(xiàng)目中需要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、實(shí)施、軟件認(rèn)證和BIM使用四個(gè)階段。
2．1方案設(shè)計(jì)階段(需求定義)
設(shè)計(jì)階段是利用IDM進(jìn)行需求定義的階段，IDM定義了兩類以上的應(yīng)用軟件信息交換時(shí)(如建筑設(shè)計(jì)軟件及進(jìn)度分析軟件)的商業(yè)流程以及需要進(jìn)行交換的信息。首先對(duì)建筑全生命周期過程中的各工程階段進(jìn)行明確的劃分，然后利用業(yè)務(wù)流程建模標(biāo)記法(BusinessProcessModelingNotation，BPMN)繪制出實(shí)際的業(yè)務(wù)流程圖，并對(duì)每個(gè)工程節(jié)點(diǎn)各專業(yè)人員所需的交流信息進(jìn)行詳細(xì)的定義，以此達(dá)到在全生命周期某一特定階段的信息需求標(biāo)準(zhǔn)化，并將需求提供給軟件商，與IFC標(biāo)準(zhǔn)映射，制定出MVD標(biāo)準(zhǔn)，形成最終的解決方案［4］。如建筑設(shè)計(jì)軟件及進(jìn)度分析軟件進(jìn)行信息傳遞時(shí)，需要先設(shè)計(jì)出信息傳遞的業(yè)務(wù)流程圖，其次從對(duì)方的模型中提取自己需要的內(nèi)容，并最終作為自身專業(yè)交流模型的一部分，深化完善與本專業(yè)相關(guān)的BIM模型部分。在該階段中，關(guān)鍵是流程圖和交換需求的確定，BIM使用者需要真正地作出決策，這樣才能制定出能夠滿足交換需求的標(biāo)準(zhǔn)。
2．2解決方案階段
針對(duì)設(shè)計(jì)階段中的商業(yè)流程和交換需求，需要制定特定的解決方案，提供一套完整的信息概念描述，MVD就是為了解決這個(gè)問題而產(chǎn)生的，它基于上述階段中的交換需求，從IFC模型中派生出來，是IFC數(shù)據(jù)模型的子集。MVD分為“概念”、“視圖”和“描述文檔”三大模塊［5］。“概念”是MVD的核心，視圖表達(dá)了“概念”之間的上下層次關(guān)系和構(gòu)造，描述文檔則描述了“概念”以及MVD的屬性、架構(gòu)、功能和目標(biāo)等信息。每一個(gè)MVD是分為非IFC的通用形式和與IFC綁定形式兩種序列進(jìn)行表達(dá)的。因此“概念”也有兩種表達(dá)方式，其中非IFC的通用形式是給沒有IFC知識(shí)和軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的普通用戶查看的，相當(dāng)于表達(dá)了信息交換需求，用藍(lán)色標(biāo)記(如圖2，此處以深灰色替代藍(lán)色)，而IFC綁定形式(MVD“概念”)是將通用“概念”與IFC標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)實(shí)體或關(guān)系對(duì)象進(jìn)行綁定，利用IFC模型來交換所需數(shù)據(jù)，是給具有IFC知識(shí)的程序開發(fā)人員查看的，旨在將通用“概念”和IFC標(biāo)準(zhǔn)綁定并在軟件中實(shí)現(xiàn)，用橙色標(biāo)記(如圖3，此處以淺灰色替代橙色)。
2．3軟件實(shí)施、認(rèn)證測(cè)試階段
一旦MVD被制定并，就需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各供應(yīng)商軟件的支持，包括對(duì)軟件中IFC數(shù)據(jù)交換詳細(xì)的技術(shù)支持，這里需要依次對(duì)每一個(gè)“概念”進(jìn)行測(cè)試以確認(rèn)它們的實(shí)施符合MVD規(guī)則。認(rèn)證的結(jié)果將以通用的MVD格式進(jìn)行公開，以便最終用戶可以檢查、確認(rèn)。除了對(duì)“概念”進(jìn)行驗(yàn)證，還要進(jìn)行軟件的有效性測(cè)試，即檢驗(yàn)軟件所輸出的信息與交換需求定義是否一致，確保在特定的商業(yè)規(guī)則下交換需求能完全被滿足。有效性測(cè)試執(zhí)行時(shí)必須使用為確定交流需求中特定部分而設(shè)計(jì)，事先已知其功能的測(cè)試文件，測(cè)試文件中屬性值的設(shè)定在不同的地方可能因?yàn)椴煌纳虡I(yè)規(guī)則而有所差異。
2．4BIM認(rèn)證、應(yīng)用階段
經(jīng)過認(rèn)證的軟件產(chǎn)品并不能確保IFC數(shù)據(jù)在最終的項(xiàng)目中能夠順利地交換。最終用戶必須遵循BIM指南中描述的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。BIM認(rèn)證確保最終用戶可以成功地上傳一個(gè)被認(rèn)證的應(yīng)用程序所輸出的BIM模型。BIM認(rèn)證結(jié)束后會(huì)出具BIM認(rèn)證報(bào)告，列出該BIM中滿足和不滿足交換需求的內(nèi)容。
3隧道工程BIM-5D模型視圖定義
隧道工程全生命周期過程中，涉及大量的數(shù)據(jù)、人員信息，如何管理這些數(shù)據(jù)，并使各參與方之間進(jìn)行協(xié)同工作是BIM需要解決的問題。目前，越來越多的項(xiàng)目中采用了BIM-5D管理平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理，使得各參與方能夠及時(shí)準(zhǔn)確的獲取項(xiàng)目信息。BIM-5D就是在3D建筑信息模型基礎(chǔ)上，融入“時(shí)間進(jìn)度信息”與“成本造價(jià)信息”形成的五維建筑信息模型。本文以盾構(gòu)隧道工程為研究對(duì)象，通過對(duì)項(xiàng)目全生命周期過程中物理模型與投資分析模型、物理模型與進(jìn)度分析模型以及物理模型與安全分析模型之間信息傳遞視圖模型的定義，實(shí)現(xiàn)BIM－3D模型與進(jìn)度信息、成本信息以及安全信息之間的融合，最終構(gòu)成該盾構(gòu)隧道工程的BIM－5D管理平臺(tái)。下文所定義的視圖模型以及文檔都是以與IFC4進(jìn)行綁定了的形式進(jìn)行的定義和描述，視圖定義和文檔描述都是按照MVD的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行的。首先是對(duì)模型視圖進(jìn)行了定義(圖4)，根據(jù)各專業(yè)涉及到的需求信息列出“概念”，并按照一定的層次組合成視圖模型，視圖中涉及到的每一個(gè)“概念”，在文檔描述中都有對(duì)應(yīng)的說明(圖5)，文檔描述中還包括了“概念”以及MVD的屬性、架構(gòu)、功能和目標(biāo)等信息。該視圖只是對(duì)這幾項(xiàng)主要交換信息進(jìn)行總體的定義，實(shí)際每一項(xiàng)都需要有詳細(xì)的視圖定義，才能實(shí)現(xiàn)真正的信息交換，構(gòu)建出BIM-5D平臺(tái)。
4結(jié)論
通過信息建筑模型和各模型的信息協(xié)同，可以實(shí)現(xiàn)BIM－5D施工管理平臺(tái)(圖5)，通過BIM－5D信息模型，可以獲取到工程的造價(jià)，進(jìn)度和安全信息，還可以進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析，極大的提高了工程管理過程中信息溝通和管理的效率。BIM的一個(gè)基本前提是物業(yè)設(shè)施生命周期內(nèi)不同階段的利益相關(guān)者之間通過協(xié)同合作來插入、抽取、更新或修改BIM過程信息以支持和反映不同利益相關(guān)者的角色，因此BIM價(jià)值的最大化實(shí)現(xiàn)需要依賴于不同項(xiàng)目成員和應(yīng)用軟件之間的信息準(zhǔn)確、快速的傳遞。本文研究了如何利用BIM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行隧道項(xiàng)目工程中信息的傳遞。為構(gòu)建BIM－5D平臺(tái)提供了基礎(chǔ)，不過本文對(duì)于視圖的描述只是停留在主體部分，并未展開進(jìn)行詳細(xì)定義，今后將在這方面繼續(xù)分析研究。
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作者：周雅莉1，2 胡珉1，3 喻鋼1，3 單位：1.上海大學(xué)-上海城建( 集團(tuán)) 公司建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心 2.上海大學(xué)土木工程系 3.上海大學(xué)悉尼工商學(xué)院