基于BIM技术的道路信息模型标准框架研究

张 军

(天津市公路工程设计研究院 天津300170)

0 引 言

建筑信息模型(BIM)技术近年来得到了迅速的发展和推广，如今许多行业已经有所涉及。在建筑行业，BIM 技术推动了基础设施建设领域的技术革新，其最终目的在于将完整准确的工程信息传递到项目的每个阶段，能够让各参与方的工程人员随时随地查询到项目信息，可以提前发现并更正项目运营之后出现的问题，为之后的工作决策提供有效的建议[1]。由于我国的BIM 标准研究较晚，制约了BIM 技术的发展，加剧了BIM 理论和实践应用的脱节。美国国家BIM 标准NBIMS 于2007 年发布，其基于工业基础类别(IFC)平台开发，这也是世界上第一个BIM 标准；英国目前广泛使用的编码体系是 UniClass，2015 年，英国国家建筑规范组织(NBS)在 UniClass 2 的基础上，正式发布了 UniClass 2015，同时把UniClass 2015 编码体系融入到BIM Level 2 实施工具NBS Toolkit 中[2]。目前我国主要发布了针对建筑行业的《建筑信息模型分类和编码标准》，铁路相关单位编写了《铁路工程信息模型(REIM)应用统一标准》[3]，还没有一套与道路工程相关的BIM 标准规范。

国内外研究多处于某一任务级阶段，且没有对工程项目中信息的标准进一步做出研究，造成信息数据在各方间的传递共享出现障碍，不能避免信息的丢失。

Nour.M等[4]基于IFC 标准，开发出动态建筑信息数据库，以实现设计方与材料方的沟通；Bazjanac[5]应用BIM 模型，使工程信息在各参与方间转换和共享；杨震卿等[6]通过对BIM 标准的研究，提出现阶段企业级BIM 标准的应用方式；陈茜[7]结合IFC 标准，提出一种项目利益者之间的交付平台和标准。

本文通过对清华大学BIM 课题组编制的《中国建筑信息模型标准框架研究》(CBIMS)的研究[8]，主要针对框架中的技术标准模块进行拓展，提出了道路BIM 模型标准框架，依据《建筑信息模型分类和编码标准》的编码原则，对道路部分结构进行编码，以实现BIM 模型的标准信息分类，有效运用BIM 模型的信息输入、提取功能，对部件信息进行准确提取与处理。通过以上对BIM 模型的处理，充分发挥BIM技术在道路工程中的优势，实现理论与实践更好结合。

1 相关理论

1.1 BIM标准

BIM 技术发展的核心目标是将建筑工程中产生的海量信息进行存储、分析，使工程信息能够在各个部门、单位之间进行交换，从而达到信息共享。为实现此目标，必须有统一的数据标准作为基础，对工程项目中所产生的信息进行管理。

对于BIM 标准，国际上将其分为IFC、IFD 和IDM 3 类。IFC 标准由资源层、核心层、共享层和领域层4 个层次构成[9]，提供了一个不依赖于任何具体信息管理系统、适合于计算机处理的建筑数据表示和交换标准；IDM(Information Delivery Manual)标准即信息交付手册标准[10]，其最终目的是保持数据的准确性；IFD(International Framework for Dictionaries)为国际字典框架标准[11]，利用IFD 可保证国内外数据的共享，保证工程的顺利进行。

1.2 BIM模型标准框架

随着BIM 技术的不断推广，我国在建筑行业的BIM 技术快速发展，目前已经制定了相关的标准规范，但对于信息比较繁杂的道路工程还没有制定一部完整的相关标准。本文通过对CBIMS 框架的研究，针对CBIMS 框架技术标准中的数据存储标准、信息语义标准和信息传递标准3 个方面进行深度研究，提出基于此框架内容下的关于BIM 的道路模型标准框架，如图1 所示。自上至下依次可以看出：框架图第2 部分为国际公认的BIM 标准，第3、5 部分为CBIMS 框架的技术标准要求，第4 部分是作为参考的正在编制的建筑行业相关BIM 标准，第6 部分为本文具体研究内容。

图1 基于CBIMS的BIM模型标准化框架Fig.1 BIM model standardization framework based on CBIMS

2 BIM数据标准研究

2.1 存储标准

道路工程信息模型存储标准应适用于道路工程全寿命周期内的BIM 模型数据信息的存储，并能够更好地促进整个工程全寿命周期内各阶段、各部门及各专业对BIM 的应用。

道路工程数据存储标准可采用IFC 标准，通过对IFC 标准扩展的方式实现道路工程BIM 数据信息存储标准。分析IFC 标准资源层、核心层、共享层和领域层4 个层次结构，利用资源层和核心层对信息的定义方式，作为道路工程BIM 模型的数据格式。

2.2 交付标准

交付标准是BIM 标准中的主要内容部分，深入研究交付标准，能够更好地实现信息在不同阶段、不同部门间的准确传递，提高信息共享效率，有利于提高工程项目各参与方对模型交付理解的一致性。信息的交换由信息交付手册(IDM)定义，IDM 为信息交换框架(Information Exchange Framework)的组成部分，如图2 所示[12]。IDM 标准提出交换流程图、交付说明等内容，缺乏对具体对象交付要求的描述，且对于建筑专业，该标准没有适合道路工程交付的要求。下面将向读者介绍信息模型交付深度等级、道路模型单元划分内容。

图2 信息交换框架层次Fig.2 Hierarchy of information exchange framework

2.2.1 信息深度等级的划分

工程中的信息会随着工程阶段的发展而逐渐深入展开，包含更多的内容。在国家《建筑信息模型设计交付标准》中，对信息深度等级做出了说明，即为模型单元承担信息详细程度的衡量指标，用Nx来表示[13]。BIM 模型所携带的信息应遵循适当原则，不能过于简单，也不能过于复杂以致影响应用效率。对BIM 模型表示信息深度的确定，能够确保交付信息的准确性和完整性，保证交付质量。

BIM 技术贯穿公路工程的各个阶段，在公路的全生命周期加以应用。因此，以BIM 技术为基础的信息深度的分级也参与公路工程的设计、施工，直到后期的运营养护阶段。参照建筑行业的《建筑工程设计文件编制深度规定》，本文将道路模型信息深度分为5 个等级，分别代表项目中的5 个阶段，用1N 、N2、N3、N4、N5来表示5 个等级，各等级具体应用内容及阶段如表1 所示。

2.2.2 道路模型单元划分

在道路模型交付过程中，根据道路结构的划分，规定模型单元的组成。道路项目模型单元划分为构造物、结构组成和功能组成等内容，如图3 所示。构造物包括道路工程中的路、桥、隧道等内容，按照结构组成分类，可分为路基、路面等，桥梁有上部结构和下部结构等，功能组成有照明系统、标志系统、排水系统等。构件是模型单元组成各部分的子集[14]。

表1 道路工程模型信息深度等级划分Tab.1 Information depth classification of road engineering model

图3 道路模型单元划分Fig.3 Road model unit division

根据上述道路模型信息深度等级划分方法，可以确定道路各具体模型部件的信息深度等级。下面以沥青混凝土路面为例，对道路沥青混凝土层的构造尺寸和属性进行信息深度等级划分，如表2 所示。

表2 BIM模型信息深度等级示例表Tab.2 Example table of BIM model information depth level

3 道路工程BIM应用标准

道路工程BIM 应用标准对道路专业的技术应用起到规范指导作用，本文对道路工程BIM 应用标准的规划设计、施工建造、运营养护3 个方面进行介绍，如图4 所示。

规划设计阶段应用标准包含道路BIM 模型设计应用标准、道路BIM 模型设计制图标准、道路BIM模型交付标准。设计应用标准主要对道路工程设计阶段全寿命周期内模型的创建进行管理应用；设计制图标准主要规范设计模型以及图纸的绘制；交付标准主要对交付模型信息深度、过程进行规范。

图4 应用标准结构图Fig.4 Structure diagram of application standard

施工建造阶段应用标准包含BIM 模型施工应用标准、道路BIM 模型施工监理标准、道路BIM 模型交付标准。施工应用标准主要从深化设计、施工统计、施工模拟、施工进度管理、安全管理等方面对道路模型的创建与使用管理进行规范；施工监理标准主要从施工监理过程、交付成果监督等方面进行规范[15]。

运营养护应用标准主要对道路运行期间的维修数据管理、资产管理等方面进行规范。

4 结 语

通过对我国BIM 技术标准现状的研究，对比国外研究进程，针对BIM 标准研究与实际工程存在的脱节问题，以BIM 模型为研究对象，对道路工程的BIM 数据标准和应用标准进行研究，并对数据标准展开研究，提出道路模型存储标准、道路模型分类编码标准、道路模型交付标准。通过制定合理的编码规范，使模型信息标准化，有利于确保模型各部件实体与编码相对应，使BIM 信息在工程的各个阶段、各单位部门及各类信息管理平台间准确、保真地传递与共享。