鐵路工程BIM構(gòu)件庫建設(shè)管理關(guān)鍵技術(shù)

唐雪芹，曾昊，董鳳翔，趙亮亮

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司BIM中心，四川 成都 610031）

0 引言

BIM構(gòu)件是BIM模型中最小粒度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是BIM設(shè)計的基本元素。集成管理、充分共享鐵路工程BIM應(yīng)用項目各專業(yè)BIM構(gòu)件資源，建設(shè)BIM構(gòu)件庫并進行規(guī)范化管理和使用，不僅可形成BIM技術(shù)信息資產(chǎn)，提高設(shè)計效率，還可避免構(gòu)件重新建?？赡墚a(chǎn)生的錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量，降低BIM設(shè)計項目的生產(chǎn)成本［1-5］。

盡管企業(yè)對BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的需求越來越迫切，現(xiàn)有鐵路工程BIM構(gòu)件資源與需求之間還存在較大差距。當(dāng)前，國外族庫網(wǎng)站有bimobject、polantis等，國內(nèi)主流BIM軟件構(gòu)件資源在民用建筑的排水、暖通、電力專業(yè)最為充分（如構(gòu)件塢、族庫大師、云族360等［6］），鐵路BIM構(gòu)件資源在數(shù)量和種類上相對短缺［7］。因此，建設(shè)鐵路工程信息模型構(gòu)件庫，豐富鐵路BIM設(shè)計資源，實現(xiàn)項目間構(gòu)件共享、有效傳遞與高效利用，對推動鐵路BIM項目降本增效具有重要應(yīng)用價值。

1 BIM構(gòu)件創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)

1.1 基本準(zhǔn)則

在通用普適性方面，BIM構(gòu)件創(chuàng)建要充分考慮鐵路項目各階段、各專業(yè)的適用性，劃分精度，且BIM構(gòu)件宜具有兼容性和可擴展性；在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性方面，BIM構(gòu)件創(chuàng)建過程中，應(yīng)遵循分類體系、命名方式、附加信息等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的統(tǒng)一；在資源正確性方面，BIM構(gòu)件的創(chuàng)建和入庫應(yīng)確保信息準(zhǔn)確。

1.2 分類與編碼

創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)件創(chuàng)建的基礎(chǔ)和前提。創(chuàng)建BIM構(gòu)件前需明確構(gòu)件分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)。可參考《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》［8］，按照功能特征對鐵路工程BIM構(gòu)件進行分類，也可按照相應(yīng)國家、省部級標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)件進行分類。

1.3 構(gòu)件創(chuàng)建

在構(gòu)件創(chuàng)建過程中，為方便后期調(diào)用，應(yīng)根據(jù)預(yù)可研、可研、初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段建模深度需要，明確構(gòu)件在設(shè)計各階段的幾何與非幾何深度標(biāo)準(zhǔn)。同時，應(yīng)對參數(shù)化構(gòu)件和非參數(shù)化構(gòu)件進行區(qū)分。若對已有鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)圖集二維圖紙進行三維模型創(chuàng)建，應(yīng)在構(gòu)件屬性中添加二維圖紙附件，既可對二維圖紙資產(chǎn)進行集中管理，也可方便識圖調(diào)用。復(fù)雜三維BIM構(gòu)件也應(yīng)補充模型平面、立面或剖面等二維圖紙。

（1）BIM構(gòu)件命名。以準(zhǔn)確、簡短、明晰、合理為原則定義鐵路工程項目BIM構(gòu)件命名規(guī)則，構(gòu)件名稱盡可能準(zhǔn)確反映實際工程情況，確保構(gòu)件命名唯一性，以便構(gòu)件存儲分類、檢索識別、傳遞、修改、移交和發(fā)布。構(gòu)件命名方式主要采用《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》中各構(gòu)件名稱命名，根據(jù)需要，同一構(gòu)件可再按類別進行細(xì)分。

（2）BIM構(gòu)件模型深度。BIM構(gòu)件模型深度包括幾何表達(dá)精度和信息深度［9］。幾何表達(dá)精度應(yīng)滿足鐵路設(shè)計和施工階段建模要求，BIM構(gòu)件庫可存儲不同幾何表達(dá)精度的同一類構(gòu)件模型。為了BIM應(yīng)用項目快速檢索和調(diào)用BIM構(gòu)件，可參考《鐵路工程信息模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)（1.0版）》［10］定義和劃分構(gòu)件模型幾何深度等級（見表1）。

表1 構(gòu)件模型幾何深度等級

信息深度包括基本信息、構(gòu)造信息、設(shè)計信息、創(chuàng)建信息［11］（見表2）。設(shè)計BIM模型交付施工和運維單位后，還可基于BIM構(gòu)件繼續(xù)附加施工生產(chǎn)信息、運維資產(chǎn)信息。基本信息主要指BIM構(gòu)件的名稱、類型、定位信息、描述說明等；構(gòu)造信息主要指構(gòu)件幾何尺寸、截面形式等；設(shè)計信息主要指構(gòu)件的設(shè)計參數(shù)、材料和數(shù)量、施工要求等，根據(jù)構(gòu)件類型和所屬專業(yè)領(lǐng)域不同存在差異；創(chuàng)建信息主要指BIM構(gòu)件的設(shè)計單位、技術(shù)人員、創(chuàng)建時間等。構(gòu)件的各類屬性信息應(yīng)根據(jù)BIM軟件功能或開發(fā)工具，首選建模自動附加方式，其他部分信息在BIM設(shè)計過程中手動補充附加或批量掛接。

表2 BIM構(gòu)件信息示例

2 BIM構(gòu)件入庫與管理

2.1 BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)搭建

為了更好地集中管理創(chuàng)建的BIM構(gòu)件，應(yīng)基于構(gòu)件庫管理平臺或系統(tǒng)對BIM構(gòu)件進行審核并入庫。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相對成熟的構(gòu)件庫管理系統(tǒng)/平臺均側(cè)重對Autodesk Revit軟件格式BIM構(gòu)件進行上傳下載和集中管理，均不支持Catia格式構(gòu)件管理，有的雖支持Bentley Microstation創(chuàng)建的BIM構(gòu)件上傳，但不支持鐵路工程BIM設(shè)計軟件Bentley Open Rail Designer構(gòu)件上傳。因此，為了更全面地實現(xiàn)鐵路BIM構(gòu)件上傳，更加便捷地在BIM項目設(shè)計過程中調(diào)用構(gòu)件庫的各類構(gòu)件，鐵路工程BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)采用Bentley ProjectWise平臺進行文件級管理，充分利用該協(xié)同平臺的角色和權(quán)限管理基礎(chǔ)功能、與Bentley系列設(shè)計軟件良好的集成互通功能［12］，通過二次開發(fā)實現(xiàn)構(gòu)件審核與入庫流程和功能，即可滿足使用需求。鐵路工程BIM構(gòu)件庫目錄設(shè)置建議見表3。

表3 鐵路工程BIM構(gòu)件庫目錄設(shè)置建議

2.2 BIM構(gòu)件庫職責(zé)規(guī)劃與權(quán)限管理

為便于BIM構(gòu)件庫管理，建議將用戶角色分為4類：庫管理員、專業(yè)工程師、BIM設(shè)計人員、其他用戶［13］。

（1）庫管理員：主要負(fù)責(zé)構(gòu)件庫的日常管理與安全維護，具有最高權(quán)限。具體工作職責(zé)包括：組織編制《BIM構(gòu)件制作與管理標(biāo)準(zhǔn)》等，統(tǒng)一構(gòu)件庫目錄架構(gòu)、制作標(biāo)準(zhǔn)；對構(gòu)件入庫申請進行審核，把控模型質(zhì)量，生成審核報告并歸檔；分配不同角色和用戶權(quán)限（可參考表4），監(jiān)控構(gòu)件庫使用情況，維護構(gòu)件庫數(shù)據(jù)安全。

表4 BIM構(gòu)件庫權(quán)限設(shè)置

（2）專業(yè)工程師：主要負(fù)責(zé)構(gòu)件審核。具體工作職責(zé)為審核BIM設(shè)計人員上傳的BIM構(gòu)件，通過則提交庫管理員入庫，未通過則返回BIM設(shè)計人員修改。

（3）BIM設(shè)計人員：是BIM構(gòu)件的創(chuàng)建主體和應(yīng)用主體。主要承擔(dān)BIM構(gòu)件模型的創(chuàng)建、修改、上傳、下載使用等工作。

（4）其他用戶：是除以上用戶的其他臨時用戶，僅具有登錄構(gòu)件庫瀏覽的權(quán)限。

2.3 BIM構(gòu)件入庫與管理流程

BIM構(gòu)件應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)審核流程后入庫和交付使用，建議采用三級審核規(guī)范［14］。完整的BIM構(gòu)件審核與入庫流程包括［15］：BIM設(shè)計人員創(chuàng)建BIM構(gòu)件，根據(jù)構(gòu)件庫目錄架構(gòu)上傳至對應(yīng)文件目錄［16］；審查人員在BIM構(gòu)件管理系統(tǒng)中收到校審流程申請，對構(gòu)件進行校驗，通過則提交管理人員入庫，未通過則返回設(shè)計人員根據(jù)意見修改，直至通過審查。BIM設(shè)計人員如需擴展BIM構(gòu)件分類、替換或移除既有BIM構(gòu)件，應(yīng)向庫管理員提出申請，通過后可執(zhí)行。BIM構(gòu)件入庫與管理流程見圖1［9，17］。

圖1 BIM構(gòu)件入庫與管理流程

2.4 構(gòu)件審核內(nèi)容及要求

構(gòu)件入庫過程中需對構(gòu)件進行審核，構(gòu)件審核內(nèi)容主要包括構(gòu)件內(nèi)容、屬性信息和使用性能。構(gòu)件內(nèi)容審核包括命名與分類、顯示狀態(tài)和構(gòu)件的完整性與準(zhǔn)確性；屬性信息審核則重點關(guān)注構(gòu)件屬性信息是否完整準(zhǔn)確；使用性能審核需通過實際操作對構(gòu)件參變性能、加載性能、兼容性能等進行檢驗［18］。具體審核內(nèi)容及依據(jù)見表5。BIM構(gòu)件審核通過后，應(yīng)自動生成BIM構(gòu)件入庫審核報告單，并在構(gòu)件庫管理系統(tǒng)中存檔。

表5 BIM構(gòu)件審核內(nèi)容及依據(jù)

3 數(shù)據(jù)安全管理

構(gòu)件庫是鐵路工程各專業(yè)長期積累的寶貴資產(chǎn)，對構(gòu)件數(shù)據(jù)傳輸和使用過程進行加密和監(jiān)控，建立合理的數(shù)據(jù)資產(chǎn)保護手段尤為必要。通過研究鐵路工程BIM構(gòu)件庫知識產(chǎn)權(quán)保護及運行機制，形成鐵路BIM構(gòu)件規(guī)范化存儲、訪問、保護基本方法，建立良性的鐵路工程BIM構(gòu)件庫應(yīng)用環(huán)境。BIM構(gòu)件庫及其BIM構(gòu)件模型的數(shù)據(jù)安全措施包括技術(shù)和管理兩方面。

（1）技術(shù)方面。BIM構(gòu)件模型在入庫前應(yīng)進行病毒檢查與清理，為BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)附加相應(yīng)信息安全技術(shù)和機制，如防火墻、入侵檢測、防病毒安全技術(shù)等；為保護知識產(chǎn)權(quán)，應(yīng)對BIM構(gòu)件模型進行加密［19］，可在模型上添加公司或項目權(quán)屬信息，謹(jǐn)防成果大規(guī)模外泄，但也應(yīng)實現(xiàn)構(gòu)件解密技術(shù)，注重構(gòu)件的流通使用性［20］。

（2）管理方面。建立BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)制度辦法。制定系統(tǒng)安全管理風(fēng)險評估報告，事前預(yù)防、事中控制、事后治理；監(jiān)督各角色的職責(zé)與權(quán)限，對每個BIM構(gòu)件的上傳、審核、下載進行記錄，確保過程可追溯；做到獎懲有度，違反規(guī)定使用應(yīng)根據(jù)實際情況給予相應(yīng)懲罰。

4 BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)案例

中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司（簡稱中鐵二院）基于Bentley ProjectWise Connect Edition開發(fā)了一套適用于鐵路工程BIM構(gòu)件庫標(biāo)準(zhǔn)化管理的工具集，包括引用構(gòu)件庫目錄樹模板創(chuàng)建項目架構(gòu)、自定義構(gòu)件文件屬性、構(gòu)件索引、版本對比、下載監(jiān)控、審查流程與檢索、構(gòu)件交付等功能（見圖2）。目前，該系統(tǒng)已在各鐵路BIM項目中進行推廣使用，積累了大量鐵路BIM構(gòu)件資產(chǎn)，推動了BIM設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。

圖2 中鐵二院BIM構(gòu)件庫管理系統(tǒng)功能示意圖

（1）構(gòu)件庫目錄架構(gòu)和角色權(quán)限。庫管理員根據(jù)要求建立鐵路工程項目BIM構(gòu)件庫目錄架構(gòu)，在Pro-jectWise管理員端軟件中，配置BIM設(shè)計人員、專業(yè)工程師等角色和人員以及對應(yīng)權(quán)限。

（2）構(gòu)件上傳與下載。BIM設(shè)計人員創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，通過Bentley Open Rail Designer或Bentley其他BIM設(shè)計軟件上傳至集成的ProjectWise對應(yīng)目錄架構(gòu)，通過審查后，所有用戶通過BIM設(shè)計軟件即可下載使用目錄樹中的所有構(gòu)件（見圖3）。

圖3 BIM構(gòu)件下載使用界面示例

（3）構(gòu)件審查流程。BIM設(shè)計人員在上傳構(gòu)件后，需在ProjectWise客戶端軟件中發(fā)起審查流程。專業(yè)工程師、庫管理員依次對BIM構(gòu)件進行審查（見圖4），全部審查通過后即可完成流程，生成表單并入庫存檔，供所有用戶調(diào)用。

圖4 BIM構(gòu)件審查流程示例

（4）構(gòu)件版本對比?；贐entley MicroStation和Open Rail Designer軟件研發(fā)了構(gòu)件版本對比功能，同樣適用于不同版本文件對比，對于ProjectWise客戶端不同版本和幾何表達(dá)深度等級的構(gòu)件，可調(diào)用文件對比功能，列出構(gòu)件新增、刪除或修改的狀態(tài)，有利于構(gòu)件審核、修改。

5 結(jié)束語

鐵路工程BIM技術(shù)應(yīng)用帶來了生產(chǎn)管理方式和業(yè)務(wù)流程的轉(zhuǎn)變，數(shù)字化轉(zhuǎn)型給企業(yè)和項目的協(xié)調(diào)管理帶來巨大挑戰(zhàn)。各大鐵路設(shè)計院自有CAD標(biāo)準(zhǔn)圖集大大提升了設(shè)計效率，編制、驗證并優(yōu)化項目實施的各項BIM標(biāo)準(zhǔn)，整合數(shù)字資產(chǎn)，盡快建立鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫進行標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、數(shù)字化管理，也將為BIM項目正向設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。適用于鐵路工程BIM構(gòu)件庫的建設(shè)管理系統(tǒng)雖得到應(yīng)用檢驗，但仍需相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、管理辦法、激勵機制支撐，后續(xù)還需在項目實踐中驗證、完善和優(yōu)化。