上海市水利工程BIM技術(shù)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究

王華興，嚴(yán) 飛，王家騏

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引言

BIM技術(shù)的推廣已成為工程技術(shù)發(fā)展必然的趨勢(shì)。一套開(kāi)放、可擴(kuò)展的BIM標(biāo)準(zhǔn)是BIM推廣應(yīng)用的前提，一是通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)不同階段、不同專(zhuān)業(yè)間的信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)，二是通過(guò)其提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)模型，提高企業(yè)業(yè)務(wù)管理與數(shù)據(jù)管理軟件的技術(shù)水平，從而促進(jìn)建筑業(yè)管理模式由粗放型向精細(xì)型轉(zhuǎn)換。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雖然美國(guó)、英國(guó)、新加坡等國(guó)都制定過(guò)相應(yīng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，住建部也于2012年啟動(dòng)了我國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，但所涵蓋的領(lǐng)域都局限于民用建筑。鑒于水利工程所涵蓋的專(zhuān)業(yè)不同于民用建筑，并且BIM技術(shù)本身也在不斷發(fā)展過(guò)程中，因此有必要開(kāi)展水利工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，以期進(jìn)一步推廣BIM應(yīng)用時(shí)，進(jìn)行統(tǒng)一指導(dǎo)、規(guī)范應(yīng)用。

本文結(jié)合上海市水利工程特點(diǎn)，參考建筑行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)編制指南，提出上海水利行業(yè)的BIM應(yīng)用程度、交付成果、指標(biāo)要求和檢驗(yàn)方法，探索適用水利工程BIM應(yīng)用各階段、各參建方之間的數(shù)據(jù)共享規(guī)則和信息傳遞模式，并提出水利行業(yè)的BIM正向設(shè)計(jì)流程,為今后水利工程的BIM應(yīng)用提供參考依據(jù)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在提高效率、節(jié)約成本和縮短工期等方面的重要作用。

1 國(guó)內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研

1.1 國(guó)外BIM標(biāo)準(zhǔn)

（1）美國(guó)

自2007起，美國(guó)建筑科學(xué)研究院已發(fā)布了三版國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS-US），旨在通過(guò)引用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和制定信息交換標(biāo)準(zhǔn)，為建筑工程施工工業(yè)整個(gè)生命周期的信息化提供統(tǒng)一操作憑據(jù)。

2007年發(fā)布的第一版沒(méi)有提出具體的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，而是著眼于介紹BIM的相關(guān)基礎(chǔ)概念、建立BIM體系的需求和提出BIM標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的原理和方法論。2012年發(fā)布第二版，依據(jù)第一版的需求和方法論明確了BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，大體包括引用標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和BIM實(shí)施實(shí)用文件。

2015年7月22日，NBIMS-US V3面世，其體系框架如圖1所示，較第二版而言，內(nèi)容更為詳盡，增加了BIM協(xié)同作業(yè)的格式標(biāo)準(zhǔn)（BCF）、LOD規(guī)范，且對(duì)OmniClass分類(lèi)編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了強(qiáng)化，除了第二版六個(gè) Table以外，增加了 11、12、31、33、34、41、49 七個(gè) Table[1]。

從NBIMS-US的版本進(jìn)化過(guò)程中可以看出，NBIMS-US正逐步融合各類(lèi)BIM標(biāo)準(zhǔn)，朝國(guó)際化開(kāi)放BIM信息交換環(huán)境的既定目標(biāo)挺進(jìn)。

（2）英國(guó)

英國(guó)于2009和2012年分別發(fā)布了《建筑工程施工工業(yè)（英國(guó)）建筑信息模型規(guī)程》第一版和第二版[2]，與NBIMS的不同之處在于，英國(guó)的BIM標(biāo)準(zhǔn)著眼于設(shè)計(jì)環(huán)境下的信息交互應(yīng)用，基本未涉及BIM軟件的技術(shù)和工業(yè)實(shí)施[3]。

（3）新加坡

2011年，新加坡建筑管理署（BCA）發(fā)布了新加坡BIM發(fā)展路線規(guī)劃，在規(guī)劃中，BCA指明在2015年前，將推動(dòng)整個(gè)建筑業(yè)廣泛使用BIM技術(shù)。BCA于2012年5月和2013年8月分別發(fā)布了《新加坡BIM指南》1.0版和2.0版。《新加坡BIM指南》是一本參考性指南，包含BIM介紹和BIM模型及協(xié)作流程，概括了各項(xiàng)目成員在采用BIM技術(shù)的項(xiàng)目中不同階段承擔(dān)的角色和職責(zé)，是制定《BIM執(zhí)行計(jì)劃》的參考指南[4]。

圖1 NBIMS第三版體系框架

1.2 國(guó)內(nèi)全國(guó)性BIM標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 中國(guó)建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)框架

2010年清華大學(xué)對(duì)外公布《中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)框架體系研究報(bào)告》，2011年清華大學(xué)BIM課題組發(fā)布《中國(guó)建筑模型標(biāo)準(zhǔn)框架研究》（CBIMS）。CBIMS的體系結(jié)構(gòu)與NBIMS類(lèi)似，針對(duì)目標(biāo)用戶(hù)群將標(biāo)準(zhǔn)分為兩類(lèi)：一是面向BIM軟件開(kāi)發(fā)提出的CBIMS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，二是面向建筑工程施工從業(yè)者提出的CBIMS實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)[5]。

1.2.2 中國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)系列

2012至2013年，住建部將6本BIM標(biāo)準(zhǔn)列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目，分為三個(gè)層次[6]：一層是作為最高標(biāo)準(zhǔn)的《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，其次是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，包括《建筑信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑工程信息模型存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》，三層為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，即《建筑工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》、《制造工業(yè)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。

1.3 國(guó)內(nèi)地方性BIM標(biāo)準(zhǔn)

2014年，北京《民用建筑信息模型（BIM）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)是北京民用建筑設(shè)計(jì)中BIM應(yīng)用的通用原則和基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。主要內(nèi)容包括基本規(guī)定、資源要求、BIM模型深度要求、交付要求等[7]。

2017年8月浙江省提出“積極推廣應(yīng)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，政府投資項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)率先應(yīng)用BIM技術(shù)”。緊接著在9月份，省住建廳印發(fā)了《浙江省建筑信息模型（BIM）技術(shù)推廣應(yīng)用費(fèi)用計(jì)價(jià)參考依據(jù)》，明確了BIM技術(shù)應(yīng)用在民用建筑、軌道交通、地下綜合管廊、市政道路等方面費(fèi)用計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，上海也在積極推動(dòng)BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前在編或已發(fā)布的上海市BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包括建筑、軌道交通、市政、人防這幾個(gè)子行業(yè)，涵蓋了基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同應(yīng)用、實(shí)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工、管理審查、以及竣工運(yùn)維等全過(guò)程的內(nèi)容。

1.4 國(guó)內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)分析

相較于美國(guó)，我國(guó)BIM 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定目的雖然同樣是為促進(jìn)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，但政府對(duì)于整個(gè)行業(yè)的把控力度和美國(guó)存在較大差別。

一方面，目前很多大項(xiàng)目都在應(yīng)用與BIM相關(guān)的信息化技術(shù)，這就推動(dòng)政府要快速把國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)編制出來(lái)。另一方面，由于標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后有著很強(qiáng)的實(shí)施層面的因素。因此對(duì)于編制單位來(lái)說(shuō)，除了要提供先進(jìn)理念，還需要把一些優(yōu)秀的實(shí)踐成果和實(shí)踐方式加入進(jìn)去，才能夠形成一個(gè)比較完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。與美國(guó)市場(chǎng)主導(dǎo)下的BIM標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展不同，我國(guó)BIM國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定中政府起到了絕對(duì)的主導(dǎo)作用。

雖然BIM無(wú)疑將給行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)眾多益處，但是BIM的應(yīng)用過(guò)程實(shí)際上是整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)關(guān)系的改變，涉及到各方面經(jīng)濟(jì)利益，如果采用一刀切的強(qiáng)制方式，反而會(huì)給BIM的推廣帶來(lái)很多阻力，因此當(dāng)前發(fā)展還是應(yīng)以政府引導(dǎo)為主。

2 上海市水利工程特點(diǎn)

上海地區(qū)屬長(zhǎng)江河口三角州沖積平原，地處以太湖為中心的蝶形洼地東緣，全境除西南部有天馬山、佘山等少數(shù)孤丘外，整個(gè)大陸部分和三個(gè)島嶼均地勢(shì)低平坦蕩，且上海作為平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，濱江臨海，水量充沛，長(zhǎng)期以來(lái)，由于平原河網(wǎng)地勢(shì)低下，洪澇災(zāi)害首當(dāng)其沖[8]，因此，上海市水利工程以水閘、泵站為主，兼考慮堤防、海堤，主要特點(diǎn)如下：

（1）水利工程地質(zhì)、地形模擬需較高精度

水利工程中地質(zhì)、地形的模擬非常重要，無(wú)論是水閘、泵站，還是海堤、堤防工程，地質(zhì)關(guān)系到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全；地形關(guān)系到土方的準(zhǔn)確。BIM技術(shù)的顯著特點(diǎn)就是可視化，利用BIM技術(shù)把地形資料和地質(zhì)資料整合成BIM模型，使地形、地質(zhì)和結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，布置運(yùn)輸通道、臨建等設(shè)施，在設(shè)計(jì)工作中可發(fā)揮積極作用。

（2）施工放樣精度要求高

無(wú)論是泵站的異形流道，還是水下基槽開(kāi)挖，水利工程對(duì)施工放樣的精度要求甚高。BIM技術(shù)之前的放樣通常通過(guò)二維平面圖紙進(jìn)行，精度存在一定的損失。BIM技術(shù)給設(shè)計(jì)精度帶來(lái)了革命性變化，真正做到了精度準(zhǔn)、效率高。由于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)精度達(dá)到構(gòu)件級(jí)，是通過(guò)實(shí)體建模技術(shù)建立，無(wú)論是復(fù)雜的流道，還是異形的構(gòu)件，都可以高效得到。

（3）專(zhuān)業(yè)較多，對(duì)圖紙的協(xié)調(diào)性要求高

施工圖紙審核在施工技術(shù)管理中非常重要，BIM技術(shù)是施工圖紙審核最有效的方法，通過(guò)BIM建模過(guò)程，對(duì)水利工程總圖、工藝、結(jié)構(gòu)檢查其是否相符、水工總圖與配套工程是否銜接、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備有無(wú)矛盾、圖紙尺寸及高程有無(wú)錯(cuò)誤等，充分理解設(shè)計(jì)意圖，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。

（4）水閘、泵站啟閉合理性要求高

BIM技術(shù)提供的完整工程信息模型可加深對(duì)工程全貌和重難點(diǎn)分項(xiàng)工程的理解。三維可視化功能再加上時(shí)間維度，可進(jìn)行虛擬模擬。通過(guò)虛擬模擬技術(shù)可在水閘泵站啟閉合理性方案確定上提前預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，制定最優(yōu)的啟閉方案。

3 現(xiàn)有BIM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上海市水利工程的適用性分析

現(xiàn)有BIM標(biāo)準(zhǔn)正在逐漸完善中，這些標(biāo)準(zhǔn)可作為本次編制的參考，但對(duì)上海水利工程而言，還存在以下不足：

（1）專(zhuān)業(yè)內(nèi)容缺失

現(xiàn)有BIM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容廣泛，但在總體而言，不管是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，亦或是國(guó)內(nèi)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，主要專(zhuān)業(yè)一般為建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣等，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水利行業(yè)有一定的參考意義，但是不能涵蓋水利獨(dú)有的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，例如金結(jié)、水機(jī)等，這些領(lǐng)域的BIM標(biāo)準(zhǔn)有待補(bǔ)充。

（2）地域范圍限制

國(guó)內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)均是基于各自國(guó)家或各自地區(qū)的項(xiàng)目特點(diǎn)，盲目照搬外有標(biāo)準(zhǔn)作為上海市水利工程BIM的技術(shù)或應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)起到事倍功半的效果，所以標(biāo)準(zhǔn)的本土化及其重要。上海的水利項(xiàng)目主要為民生工程，不同于常規(guī)的建筑項(xiàng)目，一般情況下以水務(wù)局或其下屬機(jī)構(gòu)為業(yè)主單位，工作流程及工程驗(yàn)收等相關(guān)事宜遵循政府部門(mén)頒布的規(guī)章制度，因此上海市水利BIM的實(shí)施管理及竣工交付等規(guī)范均應(yīng)適應(yīng)上述情況。

且上海地區(qū)屬長(zhǎng)江河口三角州沖積平原，地質(zhì)情況較內(nèi)陸地區(qū)而言，具有一定的特色，淤泥層較厚，為保證工程結(jié)構(gòu)安全，在基礎(chǔ)處理上，水利工程樁基礎(chǔ)應(yīng)用較廣泛，因此地域造成了基礎(chǔ)處理也成為了BIM應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)之一。

（3）發(fā)展水平參差不齊

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)BIM研究稍顯落后。據(jù)清華大學(xué)BIM課題組調(diào)研，新加坡與美國(guó)分別于1995和1996年啟動(dòng)BIM研究，中國(guó)香港于2000年開(kāi)始進(jìn)入BIM領(lǐng)域，而中國(guó)大陸最早研究BIM為2003年，政府發(fā)布《2003～2008全國(guó)建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》[5]。各國(guó)發(fā)展水平的不同，在行業(yè)內(nèi)表現(xiàn)為工程設(shè)計(jì)、施工、管理等人員對(duì)BIM技術(shù)的接受程度各有不同，這種不同又影響從業(yè)人員對(duì)BIM標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度。因此，上海市水利BIM標(biāo)準(zhǔn)一定是要符合上海市水利行業(yè)在BIM領(lǐng)域的發(fā)展水平，在此基礎(chǔ)上，從業(yè)人員才能更大程度地踐行標(biāo)準(zhǔn)。

（4）軟件支持的力度不足

BIM軟件是BIM標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用過(guò)程中最直接的工具，目前主要以國(guó)外公司開(kāi)發(fā)的軟件為主，軟件主要基于準(zhǔn)IFC、OmniClass、COBie等歐美標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水利項(xiàng)目除了工程通用領(lǐng)域外，獨(dú)有內(nèi)容無(wú)法在軟件中體現(xiàn)，限制了BIM在水利行業(yè)的發(fā)展。通過(guò)建立水利BIM標(biāo)準(zhǔn)，可使BIM軟件開(kāi)發(fā)有制可依、有規(guī)可守、有序可循，提高上海市水利行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用深度和廣度。

綜上分析，國(guó)內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上海市水利BIM標(biāo)準(zhǔn)有一定的借鑒意義，但在專(zhuān)業(yè)內(nèi)容、地域范圍、發(fā)展水平、軟件支持等方面依舊有一定的缺陷，因此，創(chuàng)建基于上海市水利工程特點(diǎn)的BIM標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的意義。

4 基于上海市水利工程特點(diǎn)的BIM標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述分析，本文基于上海市水利工程特點(diǎn)，創(chuàng)建上海市水利工程BIM標(biāo)準(zhǔn)，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用指南、實(shí)施管理辦法及竣工交付標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 上海水利行業(yè)信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

“上海水利行業(yè)信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”適用于本市新建、改建、擴(kuò)建和大修的水利工程，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是其他所有標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用基礎(chǔ)，其內(nèi)容框架如圖2所示。

4.2 上海水利行業(yè)信息模型應(yīng)用指南

“上海水利行業(yè)信息模型應(yīng)用指南”適用于本市新建、改建、擴(kuò)建和大修的水利工程，規(guī)范在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)目標(biāo)、技術(shù)要求、工作流程和交付要求，其內(nèi)容框架如圖3所示。

圖2 上海水利行業(yè)信息模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架

圖3 上海水利行業(yè)信息模型應(yīng)用指南框架

4.3 上海水利行業(yè)信息模型實(shí)施管理辦法

“上海水利行業(yè)信息模型實(shí)施管理辦法”適用于本市新建、改建、擴(kuò)建和大修的水利工程，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段BIM技術(shù)實(shí)施過(guò)程管理，其內(nèi)容框架如圖4所示。

圖4 上海水利行業(yè)信息模型實(shí)施管理辦法

4.4 上海水利行業(yè)信息模型竣工交付標(biāo)準(zhǔn)

“上海水利行業(yè)信息模型竣工交付標(biāo)準(zhǔn)”適用于本市新建、改建、擴(kuò)建和大修的水利工程竣工模型交付管理，符合本市水利工程設(shè)施設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理平臺(tái)交付要求，其內(nèi)容框架如圖5所示。

圖5 上海水利行業(yè)信息模型竣工交付標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)語(yǔ)

上海市水利工程BIM標(biāo)準(zhǔn)是基于上海市水利工程獨(dú)有特點(diǎn)提出的，對(duì)于國(guó)內(nèi)相似水利工程的BIM應(yīng)用具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。目前，該套標(biāo)準(zhǔn)正應(yīng)用于上海市張馬泵站BIM示范工程，對(duì)于規(guī)范化水利工程BIM應(yīng)用與管理起到了重要作用，未來(lái)可考慮推廣到整個(gè)上海市水利行業(yè)，并逐步成為國(guó)內(nèi)水利行業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。

此外，BIM標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)建對(duì)于開(kāi)發(fā)具有上海市水利工程特點(diǎn)的BIM軟件具有一定的指導(dǎo)意義。沒(méi)有軟件，水利工程BIM標(biāo)準(zhǔn)就無(wú)法落地，因此本土化、行業(yè)化的BIM軟件應(yīng)與BIM標(biāo)準(zhǔn)體系從戰(zhàn)略層面同步思考和推進(jìn)。