《水运工程设计信息模型应用标准》及其在船闸设计中的应用

文 曦

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430060)

作为大型综合通航建筑物，船闸结构形式复杂，涉及的单体和专业多、信息量大，推动船闸工程建设效率提升、节省建设期的成本和时间，实现船闸工程建设的数字转型、智能升级，是交通运输行业“十四五”期间数字交通的重大战略，BIM技术作为工程项目全生命期内物理、功能特性的数字化表达，对船闸的设计、施工和运营维护阶段的各种决策提供信息支持，为船闸工程全生命期技术、质量、效率等的提升提供了有效的数字化手段。

近年来，在船闸工程BIM技术应用方面已有不少案例。樊金甲等[1]利用BIM技术开展了船闸工程设计图纸优化、工程量统计、工程计量支付、BIM-5D辅助工程投资管理；颜红亮等[2]融合BIM技术、参数化技术和数据库技术，实现了船闸工程金属结构模块化设计；张立明等[3]利用BIM技术对船闸球角点弧型三角门的设计、施工、运行维护、成本控制、管理等进行了应用实践；李家华等[4]开展了水运工程BIM模型编码体系研究，提出在软件中进行分类编码工具二次开发的方法，通过录入现行水运工程编码体系，实现构件属性与分类编码自动识别挂接，快速准确地进行BIM模型编码。然而基于标准的船闸工程BIM设计鲜有案例，如何实现船闸BIM设计的标准统一、内容完整全面、交付成果有效应用，避免“信息孤岛”是亟待解决的问题。

本文在《水运工程设计信息模型应用标准》(以下简称“标准”)基础上，提出并编制了符合标准要求的船闸工程BIM设计细则，定义了基于标准的船闸BIM设计工作流程，开展信息模型层级组织、设计协同、编码、数据存储和成果交付等应用实践，为标准在船闸BIM设计的应用落地提供参考。

1 水运工程设计信息模型应用标准

1.1 标准框架

从适用范围看，标准涵盖了港口工程、航道工程、通航建筑物工程、修造船厂水工工程4个领域，从内容组织来看，标准由8章和5个附录组成，其中船闸工程BIM设计需要依据并执行的重点章节为设计阶段信息模型、协同设计、分类与编码、存储和交付等，章节间的逻辑关系见表1。在项目BIM技术实施前，需要细化标准形成可执行的细则，用以指导实施。

表1 标准应用框架

1.2 设计阶段信息模型

由于设计人员对BIM模型的组织更多依靠个人对项目的理解和经验，船闸工程BIM模型组织模式往往不统一，针对该问题，细则在模型层级组织和模型内容2个方面进行细化规定。

1.2.1模型层级组织

水运工程BIM模型由项目级、单体级、专业级、构件与设备级和钢筋与零件级信息模型5个层级组成，按照项目的不同阶段，设计人员需要选择与其匹配的模型组织层级，对应关系见表2。

表2 船闸工程BIM模型层级组织

1.2.2模型内容

基于项目合同中工程内容的要求，结合项目实施过程中设计人员以专业为主线开展BIM设计的特征，船闸BIM模型内容确定遵循的一般原则为：1)以项目单体和专业为单位，依据合同确定各专业的BIM模型内容，定义模型命名规则等；2)模型内容与阶段、模型深度等级挂钩，模型在创建过程中遵循适度的原则，在满足标准的基础上尽量简化；3)未作规定的模型内容根据需要添加，同时在分类编码表中增加相应的分类对象并编码。

1.3 协同设计

1.3.1协同工作方式

船闸工程根据所使用的BIM软件和协同工作环境，可采用模型协同、数据协同和文件协同3种方式，协同工作方式应用建议见表3。

表3 协同工作方式应用建议

1.3.2协同工作流程和协同工作内容

协同工作流程与协同工作内容是相互关联的，协同工作流程有项目中单体间协同、单体中专业内协同和专业间协同3种，协同工作流程及其内容在实施中的细化见表4。

表4 协同工作流程及内容

1.4 分类与编码

编码包括细化编码与模型层级之间的关系和编码内容2个方面。模型编码分为项目级编码和模型内容编码2种，对船闸BIM模型编码时，编码与模型层级之间的对应关系见表5。

编码内容要求与项目阶段对应，设计人员要根据项目阶段确定并选择编码，一般执行标准中“设计阶段信息模型各阶段编码应用要求表”[5]规定。

表5 编码与模型层级关系

1.5 存储

存储包括存储的数据格式及命名规则、存储内容2个方面。

1.5.1数据格式及命名规则

项目组内协同时，可以采用BIM软件自身的数据格式进行存储；需要与不同软件进行数据交换时，则应考虑采用IFC等开放型数据格式。存储时还应对各类数据定义1套同时满足计算机可读和用户可读2种需求的命名规则，设计人员在应用模型时可以快速定位和应用成果，而计算机也可以快速识别并进行处理，用于后续BIM应用工作。

1.5.2存储内容

项目成果不仅有BIM模型，还有由BIM模型生成的数据、文档，与BIM模型关联的外部数据、不同模型层级之间的逻辑关系作为后续应用的基础也需要进行存储，船闸工程中不同模型层级的存储内容见表6。

表6 各层级的模型存储内容

1.6 交付

信息模型数字化交付包含了交付成果的层级组织、交付内容和交付数据格式3个方面。按照标准，采用与项目阶段对应的模型层级对交付成果进行组织；交付内容应在设计成果的基础上，将交付所必要的内容进行提取、清理后交付，对设计的过程文件等非必需数据则无需交付，各层级的交付内容一般包含信息模型及其属性数据、信息模型说明、交付成果清单等；为便于交付成果能被后续阶段或任务使用，一般建议采用各相关方约定的同一或兼容数据格式。

2 工程应用

某新建复线船闸及其配套工程包括船闸主体(闸首、闸室)、上下游引航道、下游航道护岸、船闸管理区、跨闸交通桥及连接道路等，船闸为Ⅱ级船闸，闸室有效尺度为240.0 m×23.0 m×5.2 m(有效长度×有效宽度×槛上水深)。

2.1 项目实施流程

基于标准要求，在项目实施前对项目内容进行策划，包含制定项目的BIM执行计划、在标准基础上编制项目的统一规则，按照标准中重点章节的要求，开展BIM协同设计、模型编码、存储BIM应用和成果交付，本项目的BIM技术实施路线见图1。

2.2 BIM执行计划

图1 某船闸工程BIM设计技术路线

BIM执行计划是项目实施的依据和基础，由项目信息、BIM目标、项目成员及角色、BIM协同流程、BIM数据要求、存储、项目交付等10个部分组成。其中BIM协同流程通过流程图方式规定了项目级、单体级信息模型设计流程，单体流程按水域、陆域、船闸、跨线桥等独立绘制；项目按照LOD 300等级建模，模型粒度和信息细度符合标准中LOD 300的要求，项目编码定义于项目参数中，模型内容编码定义在构件上；BIM数据存储按照5级层级存储，内容符合表6的要求，采用软件原生和开放型IFC两种数据格式；按照5级层级交付，除交付存储要求的内容外，还交付工程图纸、工程量统计表、应用分析报告等。

2.3 项目规则

2.3.1模型层级

项目处于施工图设计阶段，因此模型层级按5个层级进行组织，其中项目级包含了项目中的各个单体，单体模型中包含了参与单体创建的多个协同专业，专业级、构件与设备级、钢筋与零件级模型则是构成单体的组成单元，各层级的模型内容见图2。

2.3.2文件夹及文件命名规则

图2 模型层级及内容

为满足计算机可读和人可读2种应用需求，项目采用“编码+中文命名”相结合的方式对不同层级的文件夹和文件进行命名，以项目级和单体级文件夹为例，命名规则见表7。

表7 文件夹和文件命名规则

2.3.3交付物格式

为满足数字化交付要求，本项目制定了不同交付物所采用的交付文件格式，在此仅列出主要的交付物格式，见表8。

表8 交付物格式

2.4 BIM协同设计

项目设计过程制定了项目协同、单体协同和单体集成3个主要流程。项目协同流程为：创建项目中心文件→单体工作集设置→确定单体轮廓及定位；单体协同流程为：创建单体中心文件→专业工作集设置→单体内专业协同；单体集成流程为：单体文件链接回项目→位置协同。其中单体中心文件的创建采用模型协同方式，项目中心文件则采用数据协同方式由单体模型集成。陆域与水域场地模型使用共享坐标方式达到坐标统一，其他单体采用共享坐标和高程对齐的方式链接到项目文件达到坐标统一，创建的项目级、单体级和专业级信息模型见图3。

2.5 模型编码

图3 不同层级信息模型

项目级编码采用在项目中心文件中建立“项目编码”参数，并按规则赋值；模型内容编码则对每一个构件模型，在其非几何属性的“编码”参数中，采用编码软件或手工填入编码值，构件编码见图4。

2.6 模型存储及成果交付

图4 构件编码

在项目实施中，将创建的模型及相关成果文档保存至对应的模型层级文件夹即可；在成果交付时，项目级、单体级模型文件直接从项目过程文件中提取，而对于专业级、构件与设备级和钢筋与零件级信息模型则依据编码，采用模型提取软件，将成果从单体文件中抽取存入相应的层级文件夹。

3 结论

1)通过本项目研究，进一步明确并细化符合标准的船闸工程BIM设计内容及要求。

2)研究并提出了船闸工程BIM设计的总体实施路径、流程和关键内容，为标准在项目中的落地提供了总体指导框架。

3)通过项目实践，实现基于标准的船闸工程BIM设计，解决现有项目中模型编码、模型存储和交付成果不一致、不协调等问题，为规范船闸工程BIM设计成果内容，提高设计成果质量、实现数字化交付和应用提供了参考。