上海市水利工程BIM技术及应用标准研究

王华兴，严 飞，王家骐

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引言

BIM技术的推广已成为工程技术发展必然的趋势。一套开放、可扩展的BIM标准是BIM推广应用的前提，一是通过该标准实现不同阶段、不同专业间的信息传递标准，二是通过其提供的基础数据、业务模型，提高企业业务管理与数据管理软件的技术水平，从而促进建筑业管理模式由粗放型向精细型转换。

经调研发现，虽然美国、英国、新加坡等国都制定过相应的BIM标准，住建部也于2012年启动了我国BIM标准的编制工作，但所涵盖的领域都局限于民用建筑。鉴于水利工程所涵盖的专业不同于民用建筑，并且BIM技术本身也在不断发展过程中，因此有必要开展水利工程BIM标准体系的研究，以期进一步推广BIM应用时，进行统一指导、规范应用。

本文结合上海市水利工程特点，参考建筑行业BIM标准编制指南，提出上海水利行业的BIM应用程度、交付成果、指标要求和检验方法，探索适用水利工程BIM应用各阶段、各参建方之间的数据共享规则和信息传递模式，并提出水利行业的BIM正向设计流程,为今后水利工程的BIM应用提供参考依据，充分发挥BIM技术在提高效率、节约成本和缩短工期等方面的重要作用。

1 国内外BIM标准调研

1.1 国外BIM标准

（1）美国

自2007起，美国建筑科学研究院已发布了三版国家BIM标准（NBIMS-US），旨在通过引用现有标准和制定信息交换标准，为建筑工程施工工业整个生命周期的信息化提供统一操作凭据。

2007年发布的第一版没有提出具体的BIM标准体系，而是着眼于介绍BIM的相关基础概念、建立BIM体系的需求和提出BIM标准编写的原理和方法论。2012年发布第二版，依据第一版的需求和方法论明确了BIM标准体系，大体包括引用标准、数据交换标准和BIM实施实用文件。

2015年7月22日，NBIMS-US V3面世，其体系框架如图1所示，较第二版而言，内容更为详尽，增加了BIM协同作业的格式标准（BCF）、LOD规范，且对OmniClass分类编码标准进行了强化，除了第二版六个 Table以外，增加了 11、12、31、33、34、41、49 七个 Table[1]。

从NBIMS-US的版本进化过程中可以看出，NBIMS-US正逐步融合各类BIM标准，朝国际化开放BIM信息交换环境的既定目标挺进。

（2）英国

英国于2009和2012年分别发布了《建筑工程施工工业（英国）建筑信息模型规程》第一版和第二版[2]，与NBIMS的不同之处在于，英国的BIM标准着眼于设计环境下的信息交互应用，基本未涉及BIM软件的技术和工业实施[3]。

（3）新加坡

2011年，新加坡建筑管理署（BCA）发布了新加坡BIM发展路线规划，在规划中，BCA指明在2015年前，将推动整个建筑业广泛使用BIM技术。BCA于2012年5月和2013年8月分别发布了《新加坡BIM指南》1.0版和2.0版。《新加坡BIM指南》是一本参考性指南，包含BIM介绍和BIM模型及协作流程，概括了各项目成员在采用BIM技术的项目中不同阶段承担的角色和职责，是制定《BIM执行计划》的参考指南[4]。

图1 NBIMS第三版体系框架

1.2 国内全国性BIM标准

1.2.1 中国建筑信息模型标准框架

2010年清华大学对外公布《中国BIM标准框架体系研究报告》，2011年清华大学BIM课题组发布《中国建筑模型标准框架研究》（CBIMS）。CBIMS的体系结构与NBIMS类似，针对目标用户群将标准分为两类：一是面向BIM软件开发提出的CBIMS技术标准，二是面向建筑工程施工从业者提出的CBIMS实施标准[5]。

1.2.2 中国国家BIM标准系列

2012至2013年，住建部将6本BIM标准列为国家标准制定项目，分为三个层次[6]：一层是作为最高标准的《建筑工程信息模型应用统一标准》，其次是基础数据标准，包括《建筑信息模型分类和编码标准》和《建筑工程信息模型存储标准》，三层为执行标准，即《建筑工程设计信息模型交付标准》、《制造工业工程设计信息模型应用标准》、《建筑信息模型施工应用标准》。

1.3 国内地方性BIM标准

2014年，北京《民用建筑信息模型（BIM）设计基础标准》发布，该标准是北京民用建筑设计中BIM应用的通用原则和基础标准。主要内容包括基本规定、资源要求、BIM模型深度要求、交付要求等[7]。

2017年8月浙江省提出“积极推广应用建筑信息模型（BIM）技术，政府投资项目应当率先应用BIM技术”。紧接着在9月份，省住建厅印发了《浙江省建筑信息模型（BIM）技术推广应用费用计价参考依据》，明确了BIM技术应用在民用建筑、轨道交通、地下综合管廊、市政道路等方面费用计价标准。

此外，上海也在积极推动BIM标准的制定。目前在编或已发布的上海市BIM应用标准包括建筑、轨道交通、市政、人防这几个子行业，涵盖了基础标准、协同应用、实施规划、设计施工、管理审查、以及竣工运维等全过程的内容。

1.4 国内外BIM标准分析

相较于美国，我国BIM 国家标准的制定目的虽然同样是为促进建筑行业的转型升级，但政府对于整个行业的把控力度和美国存在较大差别。

一方面，目前很多大项目都在应用与BIM相关的信息化技术，这就推动政府要快速把国家级标准编制出来。另一方面，由于标准出台后有着很强的实施层面的因素。因此对于编制单位来说，除了要提供先进理念，还需要把一些优秀的实践成果和实践方式加入进去，才能够形成一个比较完善的国家标准。与美国市场主导下的BIM标准发展不同，我国BIM国家标准的制定中政府起到了绝对的主导作用。

虽然BIM无疑将给行业的发展带来众多益处，但是BIM的应用过程实际上是整个社会生产关系的改变，涉及到各方面经济利益，如果采用一刀切的强制方式，反而会给BIM的推广带来很多阻力，因此当前发展还是应以政府引导为主。

2 上海市水利工程特点

上海地区属长江河口三角州冲积平原，地处以太湖为中心的蝶形洼地东缘，全境除西南部有天马山、佘山等少数孤丘外，整个大陆部分和三个岛屿均地势低平坦荡，且上海作为平原感潮河网地区，滨江临海，水量充沛，长期以来，由于平原河网地势低下，洪涝灾害首当其冲[8]，因此，上海市水利工程以水闸、泵站为主，兼考虑堤防、海堤，主要特点如下：

（1）水利工程地质、地形模拟需较高精度

水利工程中地质、地形的模拟非常重要，无论是水闸、泵站，还是海堤、堤防工程，地质关系到结构的整体稳定安全；地形关系到土方的准确。BIM技术的显著特点就是可视化，利用BIM技术把地形资料和地质资料整合成BIM模型，使地形、地质和结构联系起来，布置运输通道、临建等设施，在设计工作中可发挥积极作用。

（2）施工放样精度要求高

无论是泵站的异形流道，还是水下基槽开挖，水利工程对施工放样的精度要求甚高。BIM技术之前的放样通常通过二维平面图纸进行，精度存在一定的损失。BIM技术给设计精度带来了革命性变化，真正做到了精度准、效率高。由于BIM数据库的数据精度达到构件级，是通过实体建模技术建立，无论是复杂的流道，还是异形的构件，都可以高效得到。

（3）专业较多，对图纸的协调性要求高

施工图纸审核在施工技术管理中非常重要，BIM技术是施工图纸审核最有效的方法，通过BIM建模过程，对水利工程总图、工艺、结构检查其是否相符、水工总图与配套工程是否衔接、内部结构与机械系统设备有无矛盾、图纸尺寸及高程有无错误等，充分理解设计意图，及早发现设计缺陷。

（4）水闸、泵站启闭合理性要求高

BIM技术提供的完整工程信息模型可加深对工程全貌和重难点分项工程的理解。三维可视化功能再加上时间维度，可进行虚拟模拟。通过虚拟模拟技术可在水闸泵站启闭合理性方案确定上提前预测，发现问题，制定最优的启闭方案。

3 现有BIM标准对上海市水利工程的适用性分析

现有BIM标准正在逐渐完善中，这些标准可作为本次编制的参考，但对上海水利工程而言，还存在以下不足：

（1）专业内容缺失

现有BIM标准内容广泛，但在总体而言，不管是国际标准，亦或是国内各地区标准，主要专业一般为建筑、结构、暖通、电气等，这些标准对水利行业有一定的参考意义，但是不能涵盖水利独有的专业领域，例如金结、水机等，这些领域的BIM标准有待补充。

（2）地域范围限制

国内外BIM标准均是基于各自国家或各自地区的项目特点，盲目照搬外有标准作为上海市水利工程BIM的技术或应用标准，将会起到事倍功半的效果，所以标准的本土化及其重要。上海的水利项目主要为民生工程，不同于常规的建筑项目，一般情况下以水务局或其下属机构为业主单位，工作流程及工程验收等相关事宜遵循政府部门颁布的规章制度，因此上海市水利BIM的实施管理及竣工交付等规范均应适应上述情况。

且上海地区属长江河口三角州冲积平原，地质情况较内陆地区而言，具有一定的特色，淤泥层较厚，为保证工程结构安全，在基础处理上，水利工程桩基础应用较广泛，因此地域造成了基础处理也成为了BIM应用的侧重点之一。

（3）发展水平参差不齐

与发达国家相比，国内BIM研究稍显落后。据清华大学BIM课题组调研，新加坡与美国分别于1995和1996年启动BIM研究，中国香港于2000年开始进入BIM领域，而中国大陆最早研究BIM为2003年，政府发布《2003～2008全国建筑业信息化发展规划纲要》[5]。各国发展水平的不同，在行业内表现为工程设计、施工、管理等人员对BIM技术的接受程度各有不同，这种不同又影响从业人员对BIM标准的执行力度。因此，上海市水利BIM标准一定是要符合上海市水利行业在BIM领域的发展水平，在此基础上，从业人员才能更大程度地践行标准。

（4）软件支持的力度不足

BIM软件是BIM标准在应用过程中最直接的工具，目前主要以国外公司开发的软件为主，软件主要基于准IFC、OmniClass、COBie等欧美标准，导致水利项目除了工程通用领域外，独有内容无法在软件中体现，限制了BIM在水利行业的发展。通过建立水利BIM标准，可使BIM软件开发有制可依、有规可守、有序可循，提高上海市水利行业BIM标准应用深度和广度。

综上分析，国内外BIM标准对上海市水利BIM标准有一定的借鉴意义，但在专业内容、地域范围、发展水平、软件支持等方面依旧有一定的缺陷，因此，创建基于上海市水利工程特点的BIM标准具有十分重要的意义。

4 基于上海市水利工程特点的BIM标准

根据上述分析，本文基于上海市水利工程特点，创建上海市水利工程BIM标准，包括技术标准、应用指南、实施管理办法及竣工交付标准。

4.1 上海水利行业信息模型技术标准

“上海水利行业信息模型技术标准”适用于本市新建、改建、扩建和大修的水利工程，在规划、设计、施工、运维阶段BIM技术应用基础标准，该标准是其他所有标准的应用基础，其内容框架如图2所示。

4.2 上海水利行业信息模型应用指南

“上海水利行业信息模型应用指南”适用于本市新建、改建、扩建和大修的水利工程，规范在规划、设计、施工阶段BIM技术应用点目标、技术要求、工作流程和交付要求，其内容框架如图3所示。

图2 上海水利行业信息模型技术标准框架

图3 上海水利行业信息模型应用指南框架

4.3 上海水利行业信息模型实施管理办法

“上海水利行业信息模型实施管理办法”适用于本市新建、改建、扩建和大修的水利工程，在规划、设计、施工阶段BIM技术实施过程管理，其内容框架如图4所示。

图4 上海水利行业信息模型实施管理办法

4.4 上海水利行业信息模型竣工交付标准

“上海水利行业信息模型竣工交付标准”适用于本市新建、改建、扩建和大修的水利工程竣工模型交付管理，符合本市水利工程设施设备运行维护管理平台交付要求，其内容框架如图5所示。

图5 上海水利行业信息模型竣工交付标准

5 结语

上海市水利工程BIM标准是基于上海市水利工程独有特点提出的，对于国内相似水利工程的BIM应用具有较强的参考价值。目前，该套标准正应用于上海市张马泵站BIM示范工程，对于规范化水利工程BIM应用与管理起到了重要作用，未来可考虑推广到整个上海市水利行业，并逐步成为国内水利行业的BIM标准的重要组成部分。

此外，BIM标准的创建对于开发具有上海市水利工程特点的BIM软件具有一定的指导意义。没有软件，水利工程BIM标准就无法落地，因此本土化、行业化的BIM软件应与BIM标准体系从战略层面同步思考和推进。