基于BIM的水電工程工法管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

文｜中國電建集團(tuán)北京華科軟科技有限公司 李東風(fēng) 何佳 陳樂

1.引言

中國電力建設(shè)股份有限公司（簡(jiǎn)稱：中國電建）是全球清潔低碳能源、水資源與環(huán)境建設(shè)領(lǐng)域的引領(lǐng)者，全球基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通的骨干力量，服務(wù)“一帶一路”建設(shè)的龍頭企業(yè)，為海內(nèi)外客戶提供投資融資、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工承包、裝備制造、管理運(yùn)營全產(chǎn)業(yè)鏈一體化集成服務(wù)、一攬子整體解決方案的工程建設(shè)投資發(fā)展商。近年來，為建立科學(xué)、合理、完善的中國電建水利水電工法體系，開展了水利水電工法的總結(jié)、申報(bào)、研究等相關(guān)工作，形成了中電建集團(tuán)水利水電工程工法體系，而傳統(tǒng)工法存在的驗(yàn)證難、培訓(xùn)難、傳承難普遍問題尚未得到解決，為彌補(bǔ)中國電建集團(tuán)工藝工法三維可視化的技術(shù)短板，提升集團(tuán)三維工藝工法應(yīng)用能力，推動(dòng)集團(tuán)水電工程工藝工法建設(shè)領(lǐng)域科技進(jìn)步，結(jié)合中電建集團(tuán)水利水電工程工法體系，按照工法設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)、算法的應(yīng)用研究，選定的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行工法模擬的三維可視化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工法可視化演示、先驗(yàn)證實(shí)施、數(shù)字化培訓(xùn)交底，進(jìn)一步提高施工人員的學(xué)習(xí)能力、提升施工效率，降低施工成本，最終為項(xiàng)目和企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.主要應(yīng)用內(nèi)容

基于BIM的水電工程工法管理系統(tǒng)應(yīng)用涉及企業(yè)認(rèn)證、成果移交、工藝工法庫、資源查閱下載和數(shù)據(jù)應(yīng)用等內(nèi)容。本系統(tǒng)是在擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)平臺(tái)上采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S架構(gòu)使用JAVA語言進(jìn)行開發(fā)，有完備的配置體系、接口體系和插件體系，支持各種部署模式、各種操作系統(tǒng)、各種數(shù)據(jù)庫和中間件，具有較強(qiáng)擴(kuò)展性。

2.1 企業(yè)認(rèn)證

通過企業(yè)認(rèn)證建立了一套用戶信息管理使用體系，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一登錄管理、系統(tǒng)權(quán)限管理。用戶在系統(tǒng)實(shí)名認(rèn)證后，進(jìn)行操作權(quán)限、數(shù)據(jù)、服務(wù)分配，幫助企業(yè)創(chuàng)建用戶和信息登錄，驗(yàn)證用戶注冊(cè)信息重復(fù)性、完整性，關(guān)聯(lián)已有用戶信息，進(jìn)行企業(yè)化登錄集成，實(shí)現(xiàn)第三方登錄，解決系統(tǒng)集成中的企業(yè)認(rèn)證和用戶登錄驗(yàn)證問題，提高信息系統(tǒng)的安全性和便利性。

企業(yè)管理員對(duì)所有訪問系統(tǒng)的本企業(yè)用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，針對(duì)訪問量、異常情況、地區(qū)分類、操作系統(tǒng)類型、瀏覽器類型等統(tǒng)計(jì)類別進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)與圖形展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)企業(yè)對(duì)系統(tǒng)訪問的統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總分析。

2.2 成果移交

一是工法目錄。在系統(tǒng)中，按照水電工藝工法體系，將收錄到工法知識(shí)庫的內(nèi)容名稱按照目錄結(jié)構(gòu)分類，生成的工法目錄在成果移交模塊中對(duì)需要移交的可視化成果進(jìn)行分類和整理，使其滿足審批要求。按照可視化成果不同類型進(jìn)行分級(jí)組織，對(duì)需要移交的文檔資料進(jìn)行分類和整理，使其滿足審核要求。

二是成果審核。作為數(shù)據(jù)采集的一個(gè)方向，各企業(yè)存在大量工法的可視化資源，在互聯(lián)網(wǎng)上也有符合水電工程工法相關(guān)要求的素材資源，通過有效的數(shù)據(jù)篩選后，保障了數(shù)據(jù)來源，完善了工法庫。

三是資源入庫。根據(jù)提交的工法資源，按照審批條件和要求，進(jìn)行資源審查和管理，通過專家審核后進(jìn)入資源庫，根據(jù)權(quán)限開放給用戶。

2.3 工藝工法庫

一是資源管理。在工法管理應(yīng)用系統(tǒng)上，按照系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)與資源分類架構(gòu)，系統(tǒng)底層架構(gòu)豐富，工法庫包括模型庫、可視化成果庫、工法信息庫等，模型包含于可視化成果，可視化成果庫從屬于工法信息庫。專業(yè)設(shè)計(jì)工具生成的模型（包含專項(xiàng)施工方案和關(guān)鍵展示三維模型）集成到工法模型庫，模型庫支持對(duì)不同格式數(shù)據(jù)的解析和輕量化展現(xiàn)。

二是資源檢索查閱。在工法管理應(yīng)用系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)用戶在瀏覽成果同時(shí)，可根據(jù)需要檢索、查閱模型或可視化成果具體的詳細(xì)信息。通過在三維可視化場(chǎng)景中，選擇要查詢成果屬性，系統(tǒng)以界面形式展示出當(dāng)前模型或可視化成果的業(yè)務(wù)屬性信息。

三是資源播放下載。在工法管理應(yīng)用系統(tǒng)上，按照標(biāo)題、關(guān)鍵字、查看共享者等標(biāo)題排列信息，實(shí)現(xiàn)有權(quán)限的用戶對(duì)可視化成果進(jìn)行在線播放（包含暫停視頻、調(diào)節(jié)聲音、全屏播放）、下載，用戶每點(diǎn)擊查看和下載按鈕系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)累積次數(shù)。

四是工法交互式模擬。系統(tǒng)中選取了具有代表性、先進(jìn)性和普適性的工法建造交互式模擬的可視化成果，對(duì)工法施工重要環(huán)節(jié)進(jìn)行三維可視化模擬，展示工法原理，進(jìn)一步拓展了工法培訓(xùn)和交底的方式，提高了學(xué)習(xí)教育的效率和質(zhì)量。

2.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用

基于BIM的水電工程工法管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、可視化展示等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于水電工程各階段工藝工法數(shù)據(jù)集中管控，提供了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)服務(wù)，保證了工藝工法數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、完整、一致，構(gòu)建了工藝工法標(biāo)準(zhǔn)體全面的數(shù)據(jù)管理與服務(wù)框架，為各企業(yè)提供了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互轉(zhuǎn)互通和信息共享，為水電工程工藝工法的深入應(yīng)用和工程數(shù)據(jù)在全生命周期的服務(wù)延伸提供了支撐。

3.主要的創(chuàng)新點(diǎn)

基于BIM的水電工程工法管理系統(tǒng)的研究，按照工藝工法業(yè)務(wù)腳本，融合BIM技術(shù)、移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、交互式模擬、施工仿真技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)等多格式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水電工程工法管理的信息化管理與展示。

3.1 在工法應(yīng)用方面

系統(tǒng)融合BIM技術(shù)，通過BIM的直觀性、可分析性、可共享性及可管理性等特性，實(shí)現(xiàn)了工藝工法在PC端、Web端、移動(dòng)端、VR端等輕量化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了工藝工法三維可視化演示、工藝工法培訓(xùn)、交底等場(chǎng)景，為工藝工法的業(yè)務(wù)內(nèi)容提供準(zhǔn)確直觀的可視化數(shù)據(jù)與技術(shù)分析，為后續(xù)的信息應(yīng)用和工藝工法優(yōu)化驗(yàn)證做數(shù)據(jù)支撐。

3.2 在工法學(xué)習(xí)方面

系統(tǒng)采用嚴(yán)肅游戲的交互式設(shè)計(jì)，通過程序控制工藝工法模型與業(yè)務(wù)的交互，將不同輸入、觸發(fā)做成統(tǒng)一的控件接受處理，來控制虛擬空間的互動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了用戶和游戲進(jìn)行信息交流互動(dòng)，游戲良好的交互式設(shè)計(jì)，使得用戶在過程中有舒適的體驗(yàn)，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)了工藝工法相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力。

3.3 在技術(shù)選型方面

系統(tǒng)采用輕量化引擎，保障了系統(tǒng)正常運(yùn)行，減少了渲染數(shù)據(jù)的加載量，提高了渲染效率，完成面向數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，集成處理海量的多源數(shù)據(jù)，有效解決普通配置機(jī)器上快速打開大量的BIM數(shù)據(jù)問題；輕量化引擎是基于Web的插件版本和全新的無插件版本，可在普通硬件載體上展示、處理、存儲(chǔ)、編輯、動(dòng)態(tài)特效呈現(xiàn)、服務(wù)發(fā)布、二次開發(fā)全生命周期的管理工具集，兼容OGC標(biāo)準(zhǔn)、IFC擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，以靈活的工具插件方式進(jìn)行產(chǎn)品功能管理。

3.4 在技術(shù)成果方面

系統(tǒng)通過技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新，滿足了從設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、項(xiàng)目虛擬驗(yàn)證、施工交底、竣工移交等節(jié)點(diǎn)的工藝工法多業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求，實(shí)現(xiàn)了三維可視化工藝工法的設(shè)計(jì)、展現(xiàn)、管理與應(yīng)用；通過自上而下的三維可視化建設(shè)，有效解決了工藝工法成果數(shù)據(jù)的共享和互通互聯(lián)，推動(dòng)了集團(tuán)水電工藝工法信息化推廣應(yīng)用。

4.結(jié)論

基于BIM的水電工程工法管理應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用與研究，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，以三維可視化為手段，融會(huì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、交互和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，開發(fā)具有管理、培訓(xùn)、交底等協(xié)同功能的基于BIM的水電工法管理應(yīng)用系統(tǒng)，促進(jìn)了企業(yè)科技進(jìn)步與管理創(chuàng)新，加快了科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)效益好的目標(biāo)，提升了中國電建集團(tuán)水電行業(yè)核心技術(shù)水平和管理能力，為同行業(yè)其他央企提供具有借鑒價(jià)值的工法信息化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。