水电工程数字移交技术研究

李 谧， 周恒宇，沈国焱

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

信息化作为工程建设领域变革的重要驱动力，引领着建设行业向数字化、智能化发展。水电工程勘测设计企业采用数字化设计提高设计质量与效率，施工企业采用数字化仿真模拟提高施工过程的可靠性与安全性，在此过程中形成了众多的数字化产品。与传统二维设计单一的图档管理不同，数字化时代的成果形式丰富，以BIM模型为基础，数字化模型及产品流转于水电工程的全生命周期，水电工程信息化数字化发展的重点已由新建变为整合，由单一变为协同，由分散变为集成[1]。如何交付数字产品，如何对交付的数字产品及其相关成果进行管理，如何实现基于数字成果的集成协同应用，减少传统交付方式导致的错误，节约成本、提高质量和效益，这都成为水电工程数字化建设中的重要课题。本文就研究水电工程数字移交平台的研发难点及建设重点进行阐述。

1 水电工程数字移交现状

数字化技术的应用使水电工程的设计模式、交付模式发生了变化，也使复杂的空间对象有了更直观更形象的表达方式[2]。BIM以三维数字技术为基础，集成了工程项目各种相关信息[3]，最终形成的工程数据模型是对工程项目设施实体与功能性的数字化表达[4]。水电工程数字产品以BIM模型为基础，作为水电工程全生命周期信息的载体，使传统数据交付中的信息孤岛众多、信息不对称、信息传递无序、无效工作众多等问题有了解决方案。设计与建造过程中的三维可视化应用也为电站运维阶段中可视化管理、数据接入、信息交互、信息表达及分析奠定了基础[5]。随着应用的不断加深，数字化交付的需求不断增加，目前水电工程数字交付水平参差不齐，主要包括以下几方面：

(1)根据《水利水电勘测设计行业BIM技术应用》调研报告，水利水电行业BIM软件主要围绕国外三大平台厂商，分别是Autodesk、Bentley和Dassault[6]。这些平台均有针对自身BIM软件的轻量化数字交付工具，如：Navisworks、Bentley Navigator、3DVIA Composer，然而交付工具仅解决BIM模型交付，具备一定的文档、属性挂接功能，是文件级的输出，输出成果分散，集成的信息较单一。

(2)基于BIM的协同及文档管理平台，如ProjectWise、Vault，虽能进行协同设计与文档管理，但其工作流程需要基于设计、施工、运维等不同阶段的应用需求进行开发定制，操作的自由度较低、灵活度较弱。由于缺乏对模型结构、属性信息、编码等关联管理，不能满足数字交付的应用需求。

(3)水电工程规模庞大，工程设计复杂，参与专业众多，无法通过某一BIM软件或平台完成设计工作。不同软件的产品需要进行数据交换，造成数据量成倍数增加，属性丢失；众多的应用软件造成数据格式多样，综合应用的效率降低，数据管理难度增加，且Autodesk、Bentley、Dassault等平台承载的图形数据在多次转换过程中容易出现转换丢失、图形失真等问题。

(4)由于缺乏集成管理，数字化产品与报告、图档等文件集成度较低，无法满足数字交付全信息、全过程的需求及目标。

(5)企业各信息化系统大多是相对独立的，由于企业负责的工程项目往往位于不同的地点，各参与人员也处在不同环境中[7]，数据分散、重复，数据共享性较差，数据互通性也较差。

(6)水电工程诸多勘测及设计信息保密性较强，在数字移交的过程中对数据安全性的要求更高，传统文件式的管理过程很难做到数据安全及加密保护，存在较大的隐患。

2 水电工程数字移交平台研发关键点

通过上述分析，总结水电工程数字移交平台研发的关键点，以便指导数字移交平台开发和进行水电工程数字移交及管理。水电工程数字移交平台是以BIM技术为基础，以打通数据交换壁垒为研发重点，以可视化管理为平台特点，通过数字化集成手段，结合项目管理工作流程、不同阶段、角色的应用需求，解决水电工程交付数据的全生命周期管理问题，满足轻量化、标准化、结构化、集成性、可扩展性、可追溯性、安全性的工作目标。

(1)可视化。水电工程数字移交各阶段成果以BIM模型作为数据载体与各方沟通协作的基础。

(2)标准化。数字移交平台需兼容各类BIM数据，平台接入的数据格式标准化，减少由于BIM数据格式众多、数据传输量大带来的数据交换、数据兼容性等问题。

(3)轻量化。包括数据轻量化及使用轻量化[8]，数据交换后接入移交平台将对BIM数据进行大幅度的压缩和优化，同时数字移交的应用也应简便轻量，易于操作。

(4)结构化。通过结构树形式组织，根据一定划分规则(功能、类型、区域等)将BIM模型进行分类组织及编码，即结构化的模型数据作为数字移交集成各类数据信息的基础。

(5)集成性。数字移交平台将以BIM模型为基础，集成水电工程全生命周期中的各类数据，包含图纸、工程资料、运维信息等。由于集成的数据量大，要求对集成的数据进行集中、分类存储管理及编码管理，保证移交平台稳定可靠。

(6)可扩展性。针对移交过程中不同的业务流程及功能需求，平台可基于基础架构进行功能扩展与定制开发，具备较大的灵活性，能较好地适应业务和应用的变化和扩容。

(7)可追溯性。基于数字移交平台实现各类数据的过程管理，即：通过数据库对数据流转过程及交互过程进行追溯及管理，实现实时查询、统计及分析的全信息化、全过程管理。

(8)安全性。数字移交平台的BIM数据为通过源模型转换后的轻量化模型，其中，勘测数据、内部详细结构均进行了简化处理，同时平台建立安全机制，对集成的数据进行加密，保障传递过程的数据安全。

3 水电工程数字移交平台研发

根据上述研究的水电工程数字移交平台研发的关键点，进行数字移交平台研发，主要包括移交平台功能架构及功能要点。

3.1 数字移交平台架构

水电工程数字移交平台以BIM模型为基础，实现数据管理及业务协同，其功能架构包含基础层、数据层、服务层、应用层、用户层，平台功能架构如图1所示。

图1 移交平台功能架构

(1)基础层。包含系统服务器、文件服务器、数据服务器、通信网络等基础服务器。

(2)数据层。提供各种数据(BIM模型、业务数据、文档数据等)的存储服务，包括结构化和非结构化的数据。

(3)服务层。提供各种主要的服务，主要有流程引擎，搜索引擎，报表分析引擎，图形引擎，数据交换引擎等。

(4)业务应用层。实现应用逻辑及各类业务功能，包括数据BIM模型管理、数据管理、BIM数据交换、流程管理、属性管理、编码管理、质量管理等十余项模块。

3.2 数字移交平台功能

水电工程数字移交平台主要包含以下功能要点。

3.2.1 可视化操作

对导入到平台的模型进行浏览、剖切、漫游、属性查看、测量及批注等基础三维可视化操作，见图2。可视化操作并不能对模型进行编辑，仅能进行基于模型的附加操作，并保存当前操作的视图及操作结果。

图2 BIM模型视点

3.2.2 BIM模型转换及模型轻量化

平台支持如前所述水电工程行业BIM设计应用常用的三大平台软件的数据交换，并对导入平台的数据进行轻量化压缩。

(1)各设计平台的模型经过数据转换后，数据格式统一。

(2)对导入平台的模型进行轻量化压缩，压缩比可达80%以上。

(3)对超过500 M的模型，或模型构件数量超过一定量级的源模型，进行自动拆分导入。

(4)对转入的模型构件自动进行唯一标识编码。

(5)在浏览过程中对模型的显示加载方式进行优化处理。

3.2.3 BIM模型组织

导入的BIM模型根据业务需求进行结构树的组织与管理。

(1)进行模型结构树的创建，对于相似结构可创建模板，应用模板快速创建结构树，BIM模型结构树见图3。

(2)结构树可与导入的BIM模型一致，也可对导入的模型按照应用需求、划分规则，进行分类组织与管理。

(3)对结构树进行自动或手动编码。

图3 BIM模型结构树

3.2.4 数据集成

基于BIM模型完成数据的集成，属性的编辑或新建，文档关联见图4。

(1)分类设置BIM模型属性字段，导入后可读入并对应写入模型自带属性或新录入、修改属性等。

(2)将图档数据按照BIM结构树进行挂接，或按照业务需求进行分类管理。

(3)实现图档数据不同维度的查询与统计。

3.2.5 流程管理

根据业务需求、人员权限进行工作流程的设定，包括审批、协同沟通等。

(1)定制工作流程模板，进行标准化管理。

(2)实时追踪流程，基于平台进行在线沟通、工作协同。

3.2.6 平台接口

平台采用标准的WebApi技术构建REST-ful接口服务，提供各类数据接口的数据读取与接入服务。

(1)定制各种GET服务接口，用于其他系统获取平台开放的相关数据信息。

(2)定制各种POST服务接口，用于集成其他系统管理的相关数据。

3.2.7 移动APP

水电工程数字移交平台不仅支持B/S的部署，也支持手机移动端的部署，将BIM技术和移动互联网技术相互结合， 帮助项目人员实时、 有效、 直观地查询BIM信息并进行协同合作。通过移动APP可以快速进行流程处理、图档查询、问题跟踪、协同沟通等应用，促进项目快速开展，节约成本，有效提高工程参建各方的沟通效率。

4 水电工程数字移交平台应用价值

通过水电工程数字移交平台对模型、文档及数据的管理，构建起项目模型、工程文档、数据之间的关联，进行项目全过程以及各参与方的综合集成管理。

数字移交平台的模型经过轻量化处理将不同设计平台、软件的工程模型整合在一起，便于集中管理，有效避免因格式多样及数据来源多样造成的模型缺失、数据混乱，保证水电工程模型的整体性及数据源的统一性。不同的用户、角色根据需求进行结构树的重新组织与管理，以模型管理、可视化会商为目标，满足水电工程各阶段对模型的功能需求。模型与文档、编码进行集成关联，在移交平台中进行模型、文档的管理，包括版本管理、编码管理等，实时进行查询与统计，形成数据中心，有效避免传统文件式管理造成的移交数据分散，工作效率低等问题。不同阶段、不同角色基于同一平台、同一数据源进行沟通协作，并基于模型进行可视化的会商管理，加强了各参与方之间的信息共享、交流和协同工作，促进工程项目管理向高效的集成化方向发展。

5 结 语

随着BIM技术的发展与BIM技术的深入应用，水电工程数字化产品不断累积，水电工程数字移交的应用需求不断加深，数字产品更加多样化，数字交付的应用范围及不断加大，数据的多样性、复杂性逐渐增加。水电工程数字移交技术研究将在数据转换效率、数据处理、数据集成等方面进行优化。水电工程数字移交平台开发将是一个不断完善与优化的过程，最终形成覆盖全生命周期的工程数据平台，促进水电工程管理向高效的数字化、集成化方向发展。