水运工程中BIM 模型编码技术研究及应用

李家华，张宏铨，万浩然，黄黎明

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

近年来，水运行业大力推进信息化及数字化技术在工程项目中的应用，尤其是BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型技术，正逐渐被行业所接受，成为工程创新的一大亮点。2010年以来，BIM 技术在工程中的应用越来越广泛[1]，在水运基础设施中的应用与日俱增[2]，作为未来的大趋势，BIM 技术在水运行业也受到了广泛的关注[3]。信息分类与编码是各类信息系统中实现信息表达、交换、管理和集成的基础，是信息系统相互沟通的桥梁和纽带[4]，对提升设计质量，实现工程建设精细化管理，推动信息化建设和提升项目综合管理效率发挥着重大作用[5]，在工程项目开展过程中具有重要的意义。

随着企业对信息化建设及管理的日益重视，许多企业结合项目的数字化应用开展了信息分类编码的研究工作[6-7]，以BIM 模型作为主要载体的信息表达方式将会发挥重要的信息传递和信息表达作用。同时随着水运工程信息模型全生命周期概念的不断完善，BIM 技术在设计、施工和运维中发挥着越来越重要的作用，数字化交付成为行业发展的趋势。目前对于大多数项目而言，都是在完成后才开始着手进行信息的收集和集成，在这个过程中难免会出现信息采集困难、信息采集资料不完整等问题，未能通过一个有效的方式在项目进行的各个阶段中进行数据信息的整理。BIM 技术的全面应用必将对水运行业的进步产生无可估量的影响[8]，如果可以基于同一模型以及标准的信息分类编码规则，并在项目设计阶段开始应用，以数据为驱动，推进工程建设项目管理的标准化、精细化、集约化和智能化发展，可为水运工程信息数字化管理以及集成应用奠定基础。

1 水运工程分类编码体系

BIM 技术在国内工程建设领域中的应用起源于建筑行业，因此民用建筑领域的BIM 标准编制工作开展较早，数据标准也相对成熟[9]。2019 年JTS/T 198-1—2019《水运工程信息模型应用统一标准》[10]（以下简称水运编码标准）正式发布，该标准有助于指导和约束水运工程BIM 建模、协同、分类与编码、存储、合规性检查、交付等整个 BIM 设计流程中的各重要环节，着重于行业BIM 技术的适用性和专业性，科学指导和规范设计、施工阶段的BIM 交付成果，以促进水运行业BIM 技术的发展，提升水运行业BIM 技术应用整体质量水平，为企业和项目BIM 技术应用提供操作层面的指南，表1 提供了水运工程不同的信息分类结构。

表1 水运工程信息分类结构Table 1 Classification structure of waterway engineering information

水运工程是一个需要深度参与的行业，而且不同层面的人所需要的数据不完全一样。所以，编码同样需要按层次分类。水运编码标准强调的是信息模型在工程项目各阶段中具有唯一的数据特征，设计、施工和运营维护阶段的模型体系层级应按项目级、单体级、专业级、构件与设备级、钢筋与零件级5 个层级进行组织[10]。水运编码标准主要涉及BIM 模型的分类与编码、数据交换格式、协同方式、模型应用等的相关规定。一个水运工程项目在不同阶段中包含了如业主方、设计方、施工方、设备供应商、监理方、政府部门等各参与方，水运编码标准以统一、标准的方式赋予建设项目信息属性，以满足不同参与方的需求，促进信息共享与交流。但是在水运编码标准应用过程中，仍存在一些急需解决的问题，尤其是模型编码方法的组织和添加、标准化模型编码工具等问题成为制约水运工程BIM 编码标准落地应用的关键因素。

2 水运工程编码技术

2.1 基于Revit 的编码方法

国内水运工程建模大多采用Revit 软件，其丰富的族库功能可以方便地进行水运工程模型的快速创建。Revit 是目前最常用的结构设计软件之一，在族参数中可以进行信息扩充，完善不同阶段的属性信息。在标准的族属性中带有标准的编码模板，它以部件代码的形式存在，只要选择了一个代码，就能自动填写、查看对应的说明。目前这个代码使用的是Uniformat 编码规则，编码库及编码方式不适用于水运工程编码规则，无法满足水运工程编码的需求，Revit 默认编码体系见图1。但实施过程中可参考借鉴该编码的模式，将水运工程编码规则通过编码和描述的唯一性应用到不同的族当中。在族文件创建过程中，需对族文件的类型和命名规则进行统一，保证与水运工程编码中的分类规则具有统一性，从而在编码过程中自动匹配导入的水运工程编码库，通过开发的工具自动为不同的族生成编码。

图1 Revit 默认编码体系Fig.1 The default coding system of Revit

2.2 水运工程编码工具技术路线

水运工程的编码标准与Revit 自带的编码体系具有明显的不同，因此需要针对Revit 软件提供的API（Application Programming Interface）在 C# 环境下进行二次开发，制作模型编码插件工具。该插件以Revit 族类别为纽带，将水运编码标准中“水运工程构件与设备”分类表的编码添加到Revit 模型中。在对Revit 模型对象添加编码之前，对所有的模型对象添加两个属性字段，一个用来存放编码值，一个用来存放对编码的描述。该插件的运行机理如下：在Revit 中选择要添加编码的模型对象，运行插件，首先后台获取Revit 族对象，然后计算出该族对象的族类别，插件通过族类别在编码数据库中查找出该族类别下的所有族类型对应的编码，此时选择相应的对象编码，将编码赋值到模型对象的属性参数中。选择族类别而不是族对象作为插件的纽带，是因为族类别是Revit 的基本架构组成，Revit 提供了统一的族类别Code 码，而族对象的命名则是开放的，常常会出现不同的族名称指的却是同一类族对象，因此选择统一不变的族类别作为编码赋值的纽带，并提供可选择的族对象编码选项是最佳的实现路径，水运工程编码工具技术路线见图2。该技术路线中编码数据库采用Excel 编写，主要内容为“编码值”、“编码描述”、“等级”及“族类别Code 码”。不同的编码标准中“编码值”、“编码描述”等也不同，这样可以根据项目情况编制相应编码标准的编码数据库（见图3），使该插件可用于不同的编码标准中。

图2 水运工程编码工具技术路线Fig.2 Technical route of coding tools for waterway engineering

图3 水运工程编码数据库示例Fig.3 Example of coding database for waterway engineering

3 项目应用案例

3.1 应用背景

依托某集装箱码头项目，其主体码头结构采用钢管组合板桩结构，采用带挖入式港池的平面布置形式，前沿布置2 条轨道，前轨铺设在胸墙上，后轨铺设于轨道梁上。根据合同要求，项目在建设实施过程中需开展BIM 应用工作，其中水运工程部分模型（包括室外管线、综合管沟、地基处理等室外模型）需参照水运编码标准进行编码。通过制定标准、模版、统一设置，确保在整个项目中产出高质量的、形式统一的成果，实现高效的数据共享，推动BIM 技术在本工程的深化应用，提高项目实施效率和智慧信息化管理，确保在本项目中达到建设单位BIM 应用要求和目标，便于运营期间的港区信息化建设和智能化系统管理。BIM 协同工作按一致性的原则开展，确保文件结构的正确，各专业间能更高效、准确地分享数据，项目成果表达更趋统一，典型构件如桩基、导梁、拉杆、靠船构件等参数化族可在族库中直接调用，快速创建码头水工模型。

3.2 水运工程模型编码

在创建水运工程模型编码前，还需创建对应的水运工程编码的族参数，通过可视化编码工具可以批量的对选择的构件进行属性的添加，在增加的过程中还可以根据需要对构件按规则编号。完成所有族的水运工程编码族参数的创建之后，需先安装已经开发好的模型编码工具，安装时不要打开Revit 软件，安装成功后打开Revit，在需要编码的项目文件中添加编码参数字段，同时编辑好的编码表以电子表格形式存储到指定路径，即可在Revit 中通过插件的方式对模型构件添加编码信息和编码描述，注意应用编码工具对模型对象添加编码值时，不要打开插件应用的Excel 表。打开插件后选择需要添加编码的族类型，对应可以在查找框中查找相应族类型的编码，确定后可以对同一类型的族进行附加水运工程编码。

水运工程编码规范中信息模型的信息分类表共有13 张，分别应用于水运工程单体、构件与设备、工作阶段、专业领域、施工阶段分部分项及质量检验批次、工程量归类、建筑材料产品与设备产品、管理机构组织、参与人员角色、交付成果、项目（单体、构件和设备）专业特征、领域特征的划分。基于本项目的具体情况与实用性，最终采用分类表中的“水运工程构件与设备”（附录表A.0.2）对模型进行编码，分类表代码为62。只需将62 的分类编码表以电子表格形式存储到指定路径，通过在族中添加名为“水运工程编码”的字段，字段值即为附表A.0.2 中对应构件编码，即可在Revit 中对模型构件添加编码信息和编码描述。例如以码头模型钢管桩构件为例，通过结构柱明细表为结构柱族类别添加共享参数“水运工程编码”。对照标准中附录表A.0.2，第一级为“水工构件”，第二级为“桩基式结构”，第三级为“桩基”，第四级为“钢管桩”，对应的编码为62-10.01.01.05，将该编码赋值给“水运工程编码”即可，如图4所示。

图4 水运工程编码技术应用效果Fig.4 Application effect of coding technology in waterway engineering

3.3 实施成效

水运项目中的大量信息都是以项目单元为对象收集、分类、沟通和存储的，如资源使用、进度报告、成本开支、质量过程、变更、会议纪要等。水运工程编码作为水运项目实施和协调的手段，可在项目各阶段充当一种共同的信息交付语言，实现各单元对象层面上的工程信息共享。以本项目为例，通过编码工具的开发和使用，实现了在软件中对各专业模型构件的分解和筛选，根据成果、进程、资源及属性对构件进行编码，或者选择多种类型编码进行组合编码，不同编码之间采用运算符号联合在一起使用，极大提高了工作效率。在项目设计阶段，各设计人员在软件中搜索分类编码对模型进行查找、修改或工程量的分类提取等操作；在项目施工阶段，现场人员基于模型中的分类编码批量添加附属文件及资料，如对同一类型桩基模型批量添加施工检测质量记录，方便归档及筛选查询。编码工具的开发及使用解决了水运项目BIM 实施中编码难的问题，实现了数据的标准化管理，促进不同系统、不同阶段的数据共享和数据传递，保障数据的完整性、一致性和规范性。

4 结语

结合项目的实际需要，自主开发了水运工程编码工具，并对案例项目的室外工程模型构件进行了构件的自动分类和编码，通过编码工具的方式将水运工程编码体系实际应用到港口项目中，可满足BIM 模型在后续项目施工阶段乃至全生命周期中高效信息化管理和应用的要求，实现了水运工程中全生命期信息的交换与共享，有力地推动了信息模型的应用发展。同时编码标准的使用方法，也为其他水运项目的推广应用提供了有益、可行的思路，打通了水运工程各阶段和各专业信息模型的数据交换与共享，实现水运工程全生命期数据共享与传递，使BIM 技术在水运工程中创造最大的价值。