公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化的BIM標(biāo)準(zhǔn)研究

楊鴻 陳忱 王興武 吳一凡 徐磊如

摘要：本文以S38線王格爾至夏河段公路改建工程為依托，考慮施工和運(yùn)維需求，根據(jù)公路工程信息模型應(yīng)符合設(shè)計(jì)需求從而確定公路工程信息模型的建立、應(yīng)用、交付應(yīng)以模型單元為基本對(duì)象。模型單元的應(yīng)用為解決項(xiàng)目系統(tǒng)在信息交換過程中對(duì)信息理解和認(rèn)識(shí)一致提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路工程;BIM模型;應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：F542.6????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

近年來，BIM技術(shù)發(fā)展迅速，影響范圍越來越廣?；贐IM模型的可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性，可以管理和輔助項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，有助于降低投資風(fēng)險(xiǎn)，確保工程質(zhì)量和施工安全，提高運(yùn)行維護(hù)期間的資產(chǎn)管理及應(yīng)急管理水平。而一體化標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)在一體化服務(wù)平臺(tái)建成部署之前（或同時(shí)）發(fā)布，指導(dǎo)一體化服務(wù)平臺(tái)涉及的各層級(jí)管理單位和底層數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)提早獲悉一體化標(biāo)準(zhǔn)體系，利于一體化服務(wù)平臺(tái)上線運(yùn)行和應(yīng)用成果的推廣。為了貫徹執(zhí)行國(guó)家和行業(yè)的有關(guān) BIM 技術(shù)政策，以及甘肅省相關(guān)指導(dǎo)意見。規(guī)范和指導(dǎo)BIM技術(shù)在甘肅省公路建設(shè)全壽命期的應(yīng)用，能夠?yàn)橹喂饭こ探ü莛B(yǎng)一體化服務(wù)平臺(tái)的實(shí)施，提高BIM數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用效率和效益，因此需進(jìn)行公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化BIM標(biāo)準(zhǔn)研究。

1 公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化BIM標(biāo)準(zhǔn)研究的必要性

隨著BIM技術(shù)在交通工程項(xiàng)目中的深入應(yīng)用，公路工程項(xiàng)目中的一些難題得到了解決。但由于缺乏適應(yīng)于交通行業(yè)應(yīng)用的分類編碼和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建管養(yǎng)過程中不同信息化系統(tǒng)對(duì)BIM模型及其信息的理解和認(rèn)識(shí)不一致，造成三維信息模型存儲(chǔ)格式不規(guī)范，工程項(xiàng)目建設(shè)管理養(yǎng)護(hù)階段信息系統(tǒng)無法與三維模型準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)，構(gòu)造物模型信息接入標(biāo)準(zhǔn)不一致，模型交付標(biāo)準(zhǔn)不明確，模型精度無法管控，模型信息傳輸過程中數(shù)據(jù)完整性無法保證。現(xiàn)有的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系難以支持公路工程全生命周期的應(yīng)用，限制了BIM技術(shù)在中國(guó)的推廣和應(yīng)用。

為規(guī)范和統(tǒng)一不同專業(yè)和不同階段BIM數(shù)據(jù)的共享與傳遞，約束BIM應(yīng)用分類與編碼統(tǒng)一性，構(gòu)建各系統(tǒng)之間三維模型數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性和成果交付的完整性，必須建立一套可行的標(biāo)準(zhǔn)。因此，公路工程建管養(yǎng)BIM分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)的研究，能為項(xiàng)目建設(shè)過程中應(yīng)用規(guī)則的制定提供一定參考，對(duì)我國(guó)公路工程BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系的完善和健全具有重要意義。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在交通行業(yè)信息化發(fā)展過程中，交通部做了很多計(jì)劃工作，如《交通電子政務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)意見》、《電子政務(wù)工程技術(shù)指南》、《交通行業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)體系》、《交通部信息化建設(shè)指南》等。這對(duì)規(guī)范整體信息化建設(shè)起到了重要推動(dòng)作用，但還有很長(zhǎng)的路要走。從項(xiàng)目建設(shè)到交付和維護(hù)，大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)的。數(shù)據(jù)格式不一致的問題日益嚴(yán)重，這嚴(yán)重影響了更高層次、更大范圍的施工維護(hù)管理的實(shí)施。

在BIM標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，我國(guó)已將BIM技術(shù)列入國(guó)家戰(zhàn)略性、前瞻性技術(shù)來研究推動(dòng)。繼2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》后，2017年交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)智慧交通發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目全生命周期的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟的建筑業(yè)早于2012年就啟動(dòng)了BIM標(biāo)準(zhǔn)編制工作，并于2016年正式發(fā)布《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋的領(lǐng)域都局限為民用建筑。

交通運(yùn)輸部正積極推進(jìn)BIM技術(shù)在公路工程項(xiàng)目管理方面的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)研制。交通運(yùn)輸部在《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于開展公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)的通知》（交通運(yùn)輸部[2017]1283號(hào)，2017年9月11日）和《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（交通運(yùn)輸部[2017] 205號(hào)）中指出，交通運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)加快制定BIM技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。跟蹤并積極參與BIM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定過程，加快符合中國(guó)國(guó)情的BIM標(biāo)準(zhǔn)研究和制定，鼓勵(lì)科研、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理、咨詢等單位共同研究BIM標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)BIM技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)平臺(tái)，促進(jìn)應(yīng)用共享，鼓勵(lì)技術(shù)聯(lián)盟、BIM中心等機(jī)構(gòu)加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)交流，為BIM標(biāo)準(zhǔn)的建立和統(tǒng)一創(chuàng)造條件。然而，相關(guān)的國(guó)家及地方標(biāo)準(zhǔn)尚未形成。

綜合以上分析，從目前的公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化總體情況來看，我省亟需建立建管養(yǎng)一體化數(shù)據(jù)接入及BIM標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)建管養(yǎng)一體化平臺(tái)的建設(shè)。

3 公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化BIM標(biāo)準(zhǔn)研究的具體情況

為規(guī)范BIM模型在交通工程全生命期應(yīng)用的技術(shù)要求，提升甘肅省公路工程建設(shè)水平，制定了甘肅省公路設(shè)施建管養(yǎng)一體化BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)遵循《公路工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》和《公路工程信息模型統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，規(guī)范了公路工程信息模型的建立、應(yīng)用、交付和審核等內(nèi)容，制定的專業(yè)涵蓋道路、橋梁、涵洞、隧道、交安工程和沿線設(shè)施，適用于建管養(yǎng)一體化平臺(tái)中BIM模型的生產(chǎn)需求及各等級(jí)新建和改擴(kuò)建公路工程。

3.1基本規(guī)定

公路工程信息模型應(yīng)符合設(shè)計(jì)需求并考慮施工和運(yùn)維的需求，設(shè)計(jì)期宜搭建統(tǒng)一的協(xié)同平臺(tái)，供工程建設(shè)各相關(guān)方共享公路工程信息模型，設(shè)計(jì)期的公路工程信息模型在建立、應(yīng)用和交付中的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)與項(xiàng)目地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)一致，使用樁號(hào)定位，提交的設(shè)計(jì)圖紙和工程量統(tǒng)計(jì)表宜基于公路工程信息模型輸出，模型單元在項(xiàng)目中宜賦予唯一存在的序列碼，序列碼的制定規(guī)則宜結(jié)合實(shí)際情況開展。

公路工程BIM模型的建立、應(yīng)用、交付應(yīng)以模型單元作為基本對(duì)象，宜選擇參數(shù)化的建模方法，對(duì)無法參數(shù)化的可使用非參數(shù)化的建模方法，當(dāng)構(gòu)件中幾何精度與屬性不一致時(shí)，應(yīng)以屬性信息為準(zhǔn)，在達(dá)到項(xiàng)目要求的同時(shí)，建議采用較低的建模方法。模型建立過程中可包含需求的多余信息，但在信息輸入時(shí)應(yīng)減少多余信息的輸出。

3.2模型構(gòu)架

信息模型的架構(gòu)應(yīng)由項(xiàng)目、標(biāo)段、單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程和部位構(gòu)件六級(jí)構(gòu)成，并具有可擴(kuò)展性。模型擴(kuò)展可根據(jù)工程需要，增加子單位工程、子分部工程和子分項(xiàng)工程，以及子單位工程、子分部工程和子分項(xiàng)工程的信息。

信息模型應(yīng)包括路線、路基、路面、橋梁、隧道、交通工程及沿線設(shè)施等模型，車道、路肩、分隔帶、綠化帶歸到路面部分。路線模型應(yīng)包括平面和縱斷面等內(nèi)容;路基模型應(yīng)包括路基土石方、排水、支擋防護(hù)、小橋和涵洞等內(nèi)容;

路面模型應(yīng)包括面層、基層、底基層、墊層和路緣石等內(nèi)容;橋梁模型應(yīng)包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系和附屬工程等內(nèi)容;隧道模型應(yīng)包括洞口、洞身、輔助通道、防排水和路面等內(nèi)容。隧道監(jiān)控設(shè)施、照明設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施和消防設(shè)施等;

交通工程及沿線設(shè)施模型應(yīng)包括交通安全設(shè)施、管理設(shè)施和服務(wù)設(shè)施等內(nèi)容。

3.3模型創(chuàng)建

BIM模型各元素的編碼應(yīng)由單位工程、分部工程、子分部、分項(xiàng)工程、子分項(xiàng)、部位6級(jí)代碼組成，分部分項(xiàng)的劃分應(yīng)滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）的劃分要求，編碼層級(jí)應(yīng)根據(jù)自己項(xiàng)目的實(shí)際情況靈活調(diào)整。分部分項(xiàng)的編碼由分類碼和序列碼組成，具體規(guī)定如下。

分部工程的分類碼為：A，子分部的分類碼為：a，分項(xiàng)工程的分類碼為：B，子分項(xiàng)的分類碼為：b。部位元素的編碼由BIM建模軟件中的元素唯一ID構(gòu)成。單位工程標(biāo)識(shí)符，如表1所示。

表1 單位工程標(biāo)識(shí)符

分部分項(xiàng)名稱

分類碼規(guī)定

分部工程

A

子分部

a

分項(xiàng)工程

B

子分項(xiàng)

b

部位

BIM模型唯一識(shí)別ID

例如：某橋梁工程某一個(gè)樁基的編碼：L005-A01-B01-8238，L005表示第005號(hào)橋梁（L為橋梁工程標(biāo)識(shí)符），A01表示橋梁工程的第一個(gè)分部工程——橋梁下部結(jié)構(gòu)，B01代表橋梁下部結(jié)構(gòu)的第一個(gè)分項(xiàng)工程樁基，8238代表BIM軟件自動(dòng)隨機(jī)生成的構(gòu)件元素ID。

3.4模型審核與交付

模型審核宜遵循《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行完整性、一致性和規(guī)范性的審核。審核必須嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、項(xiàng)目合同、《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，宜由建設(shè)單位指定相關(guān)方審核，審核的范圍宜涵蓋項(xiàng)目合同約定的所有模型，以及由模型生成的圖紙和報(bào)表等文檔。

設(shè)計(jì)期應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求和實(shí)際條件，選擇合適的深度等級(jí)。應(yīng)遵循《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，引用4種不同的基本深度，除規(guī)定的基本深度等級(jí)外，建設(shè)單位可根據(jù)具體項(xiàng)目的需要，在基本等級(jí)之間，擴(kuò)展其它深度等級(jí)，如LOD1.X、LOD2.X、LOD3.X、LOD4.X等級(jí)等。

3.5模型應(yīng)用

公路工程信息模型應(yīng)用應(yīng)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)期，降低項(xiàng)目成本，提高項(xiàng)目質(zhì)量，可開展單專業(yè)的應(yīng)用，亦可開展多專業(yè)的聯(lián)合應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用的結(jié)果反饋并更新模型。

應(yīng)用流程上首先應(yīng)收集項(xiàng)目地形圖、影像資料、實(shí)景模型等項(xiàng)目勘測(cè)資料和項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料，同時(shí)選擇合適的模型深度等級(jí)，模型深度等級(jí)可參考但不局限于本標(biāo)準(zhǔn)第五章模型交付的規(guī)定;然后建立項(xiàng)目場(chǎng)地模型和路線，并根據(jù)需求創(chuàng)建道路、橋梁、涵洞、隧道和交通工程及沿線設(shè)施模型;模型應(yīng)用之前，對(duì)建立的場(chǎng)地模型和各專業(yè)模型進(jìn)行整合，整合之后進(jìn)行碰撞檢查。

3.5.1可視化宜進(jìn)行下列分析

（1）路線選線與自然環(huán)境總體協(xié)調(diào)分析。

（2）路基邊坡防護(hù)與周圍植被等自然環(huán)境協(xié)調(diào)分析。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)和造型美學(xué)設(shè)計(jì)，與周圍景觀的協(xié)調(diào)分析。

（4）隧道洞口與周圍地形的自然環(huán)境協(xié)調(diào)分析。

（5）改擴(kuò)建高速公路工程項(xiàng)目交通組織模擬。

3.5.2 方案比選宜進(jìn)行下列分析

（1）根據(jù)路線所選定走廊帶和主要控制點(diǎn)，不同路線方案進(jìn)行比選。

（2）高填路基與橋梁、深挖路塹與隧道、整體式與分離式路基方案比選。

（3）土石方調(diào)配中挖移作填、集中?。墸┩?、填料改良處理等方案比選。

（4）橋梁多種橋型、造型、景觀等方案比選。

（5）隧道洞口方案比選，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選。

（6）交通仿真分析，基于交通仿真研究報(bào)告優(yōu)化公路工程設(shè)計(jì)方案。

3.5.3安全性評(píng)價(jià)宜進(jìn)行下列分析

（1）根據(jù)沿線地形、地質(zhì)、環(huán)境、交通需求、路線設(shè)計(jì)速度和指標(biāo)等因素，分析路線平縱面、視距、超高、加寬等主要控制指標(biāo)。

（2）路面抗滑能力、邊坡穩(wěn)定性、路基排水能力、路側(cè)凈區(qū)寬度和路側(cè)危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)。

（3）對(duì)路基與橋涵連接處、路基填挖方交界處、高填路基和深挖路塹進(jìn)行路基沉降量和不均勻變形分析。

（4）橋下凈空分析、基礎(chǔ)不良地質(zhì)與承載力分析，橋梁整體有限元計(jì)算與局部構(gòu)件分析。

（5）隧道洞口穩(wěn)定性分析、結(jié)構(gòu)受力體系分析、突水涌泥分析、大變形評(píng)價(jià)分析、分析并建議相應(yīng)的施工工法。

（6）基于公路工程信息模型和 VR技術(shù)，進(jìn)行不同運(yùn)行速度公路模擬駕駛，驗(yàn)證公路工程項(xiàng)目安全性報(bào)告。

3.5.4環(huán)境保護(hù)宜進(jìn)行下列分析

（1）路線沿線交通量變化對(duì)區(qū)域噪聲、廢氣和珍稀動(dòng)植物的影響分析。

（2）路基填高、?。墸┩翀?chǎng)土地資源利用分析;路基開挖、取（棄）土對(duì)水土保持的影響。

（3）橋梁用地規(guī)模與社會(huì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的分析，墩臺(tái)壓縮河床對(duì)河道沖刷的影響。

（4）隧道洞口開挖對(duì)山區(qū)地表植被的影響分析，以及隧道施工過程中廢渣場(chǎng)地的選址，排水處理、防護(hù)及綠化設(shè)計(jì)，防范塌方和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

3.5.5其它公路工程信息模型應(yīng)用

（1）二維圖紙輸出和工程量統(tǒng)計(jì)復(fù)核。

（2）構(gòu)件預(yù)制加工和拼裝。

（3）災(zāi)害情況下的隧道內(nèi)人員疏散模擬。

4 模型元素屬性數(shù)據(jù)字段

為了滿足BIM模型在建設(shè)、管理和維護(hù)全生命周期中的應(yīng)用，BIM模型構(gòu)件的創(chuàng)建應(yīng)符合如下數(shù)據(jù)字段的要求，如2所示。

表2?? BIM模型數(shù)據(jù)字段的要求

數(shù)字內(nèi)容

數(shù)據(jù)類型

命名

備注

元素ID

字符串

ElementID

單位工程

字符串

UnitProject

分部工程

字符串

Divisional

子分部

字符串

SubDivision

分項(xiàng)工程

字符串

Item

子分項(xiàng)

字符串

SubItem

部位

字符串

Part

體積

字符串

Volume

默認(rèn)單位為立方米，保留小數(shù)點(diǎn)后兩位

表面積

數(shù)值型

SurfaceArea

默認(rèn)單位為平方米，保留小數(shù)點(diǎn)后兩位

材質(zhì)

數(shù)值型

Texture

5 結(jié)語

建立統(tǒng)一BIM模型、存儲(chǔ)與協(xié)同交互基準(zhǔn)和通用原則是BIM技術(shù)在交通行業(yè)實(shí)施落地以及示范推廣的前提條件，為發(fā)揮工程的示范效應(yīng)，要對(duì)BIM經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用成果進(jìn)行總結(jié)，建立BIM在甘肅省交通行業(yè)應(yīng)用的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，并在后續(xù)推廣應(yīng)用期間不斷完善更新。

BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要研究分類和編碼。分類編碼是BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的語義標(biāo)準(zhǔn)，是指在特定范圍內(nèi)對(duì)信息的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行組織和描述的一種方法。通過統(tǒng)一的分類和編碼，我們可以實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)中對(duì)信息理解的統(tǒng)一。目前，在公路工程建設(shè)、管理和養(yǎng)護(hù)過程中，還沒有關(guān)于信息模型語義標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究。本研究以信息分類體系和編碼理論體系、公路信息分類與編碼、公路工程標(biāo)準(zhǔn)工程量清單、預(yù)算定額工程量分類體系等理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一套交通工程分類與編碼體系，保證了BIM技術(shù)在交通工程建設(shè)項(xiàng)目中的管理和應(yīng)用。

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收稿日期：2020-05-08

作者簡(jiǎn)介：楊鴻（1990—），男，陜西洋縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：BIM技術(shù)應(yīng)用。

Research on the BIM Standard of the Integration of Highway Facilities Construction， Management and Maintenance

YANG Hong，CHEN Chen，WANG Xingwu，WU Yifan，XU Leiru

（Gansu Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.，Lanzhou? Gansu? 730000）

Abstract：In Gansu province bureau of science and technology project "research on gansu province highway facilities built custody integration data standards as the basis， with the line S38 Wang Geer to summer river highway reconstruction project as the backing， according to the highway engineering information model should meet the design requirements and the need to consider the construction and operational， to determine the establishment of the highway engineering information model， application， delivery should be model unit as the basic object， in order to solve project system in the process of information exchange of information provide a basis for the understanding and awareness is consistent.

Keywords：highway engineering;building information modeling;application of standard