BIM技術(shù)在核電工程項(xiàng)目上應(yīng)用

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摘要：核電工程項(xiàng)目逐漸規(guī)定使用bim技術(shù)為項(xiàng)目節(jié)省成本和提高效率，與BIM技術(shù)目前在傳統(tǒng)建筑工程項(xiàng)目有比較成熟的工程應(yīng)用不同，核電工程項(xiàng)目在工程管理、施工工藝、平臺(tái)工具、信息安全等方面都在起步階段，無(wú)法直接套用建筑項(xiàng)目的BIM應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，甚至都很難套用BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)深入研究英國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)理論體系，結(jié)合核電工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建造的特點(diǎn)，找到適合核電項(xiàng)目的滿足當(dāng)前BIMLevel2要求的應(yīng)用解決方案。

關(guān)鍵詞：BIMLevel2；公共數(shù)據(jù)環(huán)境；核電工程

0引言

建筑信息模型（BuildingInformationModeling,BIM）是一種方法論，它能將建筑工程對(duì)象轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一規(guī)定的信息模型，一方面用于指導(dǎo)所有參與方基于3D模型進(jìn)行工作協(xié)同，另一方面用于對(duì)整個(gè)工程信息進(jìn)行全生命周期管理[1,2]。不同單位或個(gè)人會(huì)對(duì)于BIM會(huì)有不同的理解，但不能將單項(xiàng)技術(shù)（比如：4D施工進(jìn)度可視化）理解成為BIM，它們只是基于BIM的工程信息模型所做的應(yīng)用。BIM的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)建筑工程的數(shù)字化，用信息模型的方式完整記錄建筑過(guò)程，以此來(lái)達(dá)到降低成本、提高效率、低碳可持續(xù)發(fā)展等目的。英國(guó)是最早推廣和應(yīng)用BIM的國(guó)家之一，其BIM標(biāo)準(zhǔn)體系是目前世界上覆蓋最廣泛、內(nèi)容最完善和執(zhí)行性最好的體系之一[3]。在完成了BIMLevel2技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)工作后，英國(guó)政府強(qiáng)制要求從2016年開(kāi)始政府投資的建設(shè)項(xiàng)目需要滿足BIMLevel2標(biāo)準(zhǔn)，這其中就包括英國(guó)在建的核電項(xiàng)目。英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BritishStandardsInstitution,BSI）正在致力于把英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)為ISO標(biāo)準(zhǔn)，以便加大在全球推廣英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[3]。目前已有多個(gè)國(guó)家采用英國(guó)BIMLevel2系列標(biāo)準(zhǔn)，由于與英國(guó)BIM行業(yè)背景有很多的相似之處，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)目前是中國(guó)工程建設(shè)行業(yè)推進(jìn)BIM應(yīng)用的重點(diǎn)參考對(duì)象，中國(guó)的核電建設(shè)也可以參考英國(guó)BIM應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)。

1核電項(xiàng)目如何滿足BIMLevel2

根據(jù)當(dāng)前英國(guó)核電項(xiàng)目需滿足BIMLevel2，既要考慮核電項(xiàng)目采用BIM在項(xiàng)目安全、成本、進(jìn)度等方面的目標(biāo)，同時(shí)要考慮BIMLevel2對(duì)核電項(xiàng)目對(duì)各企業(yè)自身的平臺(tái)、組織和體系的要求，而且在項(xiàng)目初期就要將它們結(jié)合在一起進(jìn)行分析策劃。BIMLevel2是在圖1中Bew-Richards的楔形模型中提出的，是對(duì)BIM成熟度的一種劃分，各等級(jí)之間是漸進(jìn)發(fā)展的關(guān)系。工程項(xiàng)目要想滿足BIMLevel2，就得按照其方法來(lái)工作。核電項(xiàng)目也不例外，需要按照BIMLevel2核心內(nèi)容來(lái)執(zhí)行，比如信息需求必須以合同的方式存在于各個(gè)供應(yīng)鏈中，信息需求必須清晰明確，驗(yàn)證供應(yīng)鏈能夠匹配信息交付能力，信息安全的要求，執(zhí)行信息移交計(jì)劃（MIDP），信息管理任務(wù)的分解，用公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE）進(jìn)行協(xié)同工作，使用統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式、文件狀態(tài)編碼，項(xiàng)目信息模型（PIM）和資產(chǎn)信息模型（AIM），結(jié)構(gòu)化環(huán)境安全信息的共享等。這些BIMLevel2核心內(nèi)容在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中都有參考，對(duì)于核電項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可以參考以下標(biāo)準(zhǔn)：BSENISO19650-1（由BS1192：2007+A2:2016升級(jí)）建筑工程信息組織——信息管理使用的建筑信息建模BIM——第1部分：概念和原則[8]。BSENISO19650-2（由PAS1192-2：2013升級(jí)）建筑工程信息組織——信息管理使用的建筑信息建模BIM——第2部分：資產(chǎn)交付階段[9]。PAS1192-3：2014主要是關(guān)于運(yùn)營(yíng)階段如何運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行資產(chǎn)管理。該文件主要細(xì)化了資產(chǎn)管理模型和信息交換使用環(huán)境設(shè)置的要求[4]。BS1192-4：2014主要是關(guān)于協(xié)同生產(chǎn)信息，其中第四部分中規(guī)定了施工運(yùn)營(yíng)建筑信息交換標(biāo)準(zhǔn)（COBie）[5]。PAS1192-5：2015主要是關(guān)于信息安全及規(guī)范，數(shù)字信息環(huán)境和智能數(shù)字信息[6]。PAS1192-6：2018主要是關(guān)于利用BIM進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的健康與安全信息協(xié)同[7]。總得來(lái)說(shuō)，BIMLevel2并不能定義BIM是什么、BIM打算成為什么、以及BIM將來(lái)的方向。核電項(xiàng)目要滿足BIMLevel2，要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況和自身的平臺(tái)條件來(lái)實(shí)施，有方向性地選擇滿足符合此項(xiàng)目BIM信息交付能力的供應(yīng)鏈。另外，充分地把項(xiàng)目需求融入到信息交付的過(guò)程中，利用好信息手段來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的目標(biāo)，比如說(shuō)要實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管控，在開(kāi)始要定義進(jìn)度信息交付計(jì)劃，然后在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中確保各進(jìn)度信息在供應(yīng)鏈之間準(zhǔn)確及時(shí)地交互，這些都可以通過(guò)執(zhí)行BIMLevel2來(lái)有效保障。

2核電項(xiàng)目公用數(shù)據(jù)環(huán)境CDE

CDE是BIM的核心內(nèi)容，它是用于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在資產(chǎn)全生命周期中用于信息收集、信息交互和信息移交的生態(tài)系統(tǒng)。這里指的信息包括三類數(shù)據(jù)：圖形數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（圖紙、文檔等）。從圖2來(lái)看，通過(guò)CDE不僅能夠管理項(xiàng)目信息模型（PIM）和資產(chǎn)信息模型（AIM），并能夠?qū)崿F(xiàn)從項(xiàng)目信息模型到資產(chǎn)信息模型的移交。項(xiàng)目信息模型是在設(shè)計(jì)和施工階段的由信息構(gòu)成的虛擬模型，起初是用于表達(dá)設(shè)計(jì)承辦方的設(shè)計(jì)意圖，后來(lái)用于施工過(guò)程中制造和建安，當(dāng)它移交到運(yùn)維階段后就變成了資產(chǎn)模型的基礎(chǔ)；資產(chǎn)信息模型同樣是在運(yùn)行和維護(hù)階段用于對(duì)資產(chǎn)管理信息的虛擬模型。對(duì)于核電項(xiàng)目而言，項(xiàng)目信息模型和資產(chǎn)信息模型是通過(guò)兩套不同的系統(tǒng)來(lái)完成的，項(xiàng)目信息模型通過(guò)一套組合系統(tǒng)從開(kāi)始可行性研究到完成施工過(guò)程中收集、共享和發(fā)布主要和次要資本交付中所要的項(xiàng)目信息模型；資產(chǎn)信息模型除了接收項(xiàng)目信息資產(chǎn)移交的信息外，通過(guò)另一套組合系統(tǒng)來(lái)收集、共享和發(fā)布運(yùn)維階段的資產(chǎn)信息模型。從項(xiàng)目信息模型到資產(chǎn)信息模型移交過(guò)程在核電項(xiàng)目移交接產(chǎn)階段完成。CDE要求發(fā)生關(guān)系的參與方之間能建立共同數(shù)據(jù)環(huán)境，在此環(huán)境中有相同的數(shù)據(jù)對(duì)象及編碼方式，數(shù)據(jù)格式，交互規(guī)則等等。編碼是數(shù)據(jù)分類的前提，現(xiàn)在英國(guó)普遍使用編碼體系為UniClass，此編碼非常靈活，對(duì)不同類型項(xiàng)目都可以用此編碼進(jìn)行分類，還可以支持面向未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展而新增的分類需求。核電項(xiàng)目和傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目相比體量很大，各企業(yè)都在存在完整的編碼體系，一般而言編碼由主要設(shè)計(jì)方負(fù)責(zé)，其他參與方參考就行，這樣可以減少對(duì)項(xiàng)目的影響。有了統(tǒng)一的編碼，數(shù)據(jù)還無(wú)法直接從資產(chǎn)交付階段到運(yùn)維階段使用，因?yàn)闃I(yè)務(wù)對(duì)象是有區(qū)別的，這可以理解為模型視角不一樣，如何保證在不同的視角下的信息唯一就成了關(guān)鍵問(wèn)題。英國(guó)目前解決這一問(wèn)題是采用符合COBie數(shù)據(jù)交互的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)COBie的電子表單數(shù)據(jù)模板能夠?qū)⒉煌愋偷臄?shù)據(jù)串聯(lián)起來(lái)，而且也能適應(yīng)不同的編碼規(guī)則。目前一些主流三維軟件都已經(jīng)能直接導(dǎo)出COBie格式的數(shù)據(jù)。另外按照COBie模板可以將數(shù)據(jù)按照空間與設(shè)備分成二類，即同一套數(shù)據(jù)兩個(gè)不同的模型視角，這個(gè)也是為了滿足不用業(yè)務(wù)的需求。核電項(xiàng)目由于數(shù)據(jù)關(guān)系比較復(fù)雜，可能存在不止COBie中的兩個(gè)模型視角（空間位置和系統(tǒng)），但每增加一個(gè)模型視角，數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度就會(huì)呈指數(shù)上升，很容易導(dǎo)致信息無(wú)法關(guān)聯(lián)或信息丟失。根據(jù)核電工程參與方多的特點(diǎn)，很難在同一個(gè)軟件或平臺(tái)中形成聯(lián)合模型，根據(jù)圖4CDE功能區(qū)域的特點(diǎn)，適合按照數(shù)據(jù)交付的層次來(lái)劃分，每層CDE由不同的牽頭方來(lái)負(fù)責(zé)，這樣在信息管理和數(shù)據(jù)移交上就會(huì)更容易。

3核電工程數(shù)字化交付

業(yè)主需要定義項(xiàng)目建設(shè)各階段的移交內(nèi)容作為數(shù)字化的工作計(jì)劃DPoW（DigitalPlanofWork），這個(gè)計(jì)劃將覆蓋整個(gè)項(xiàng)目周期，從項(xiàng)目策劃到資產(chǎn)運(yùn)維的不同階段。策劃階段需要弄清楚業(yè)主信息需求EIR（Employer’sInformationRequirements），在招標(biāo)采購(gòu)階段，需要投標(biāo)單位提供BIM執(zhí)行計(jì)劃BEP（BIMExecutionPlan），一旦獲得合同，需要進(jìn)一步細(xì)化BEP的同時(shí)，要產(chǎn)生主信息移交計(jì)劃MIDP（MasterInformationDeliveryPlan），之后開(kāi)始進(jìn)行項(xiàng)目準(zhǔn)備，在MIDP作為前提的基礎(chǔ)上，組織動(dòng)員其下承包商產(chǎn)生各自工作任務(wù)的信息移交計(jì)劃TIDP（TaskInformationDeliveryPlan）和各自工作范圍的BEP。一旦移交的信息內(nèi)容再各方之間達(dá)成一致，項(xiàng)目啟動(dòng)后就在CDE中開(kāi)始根據(jù)MIDP的要求交付構(gòu)成PIM和AIM的數(shù)據(jù)。DPoW確保所有參與方都能在及時(shí)的以一種正確的方式協(xié)同數(shù)據(jù)，它能讓所有參與方，包括業(yè)主、承包商、供應(yīng)商等在不同的工作階段，持續(xù)地移交數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)字工作計(jì)劃使各個(gè)參與方都清楚各自的職責(zé)，也清楚交付物的內(nèi)容、格式、精度、對(duì)象和時(shí)間等，業(yè)主會(huì)通過(guò)預(yù)先設(shè)定的決策點(diǎn)來(lái)審核信息交付的相關(guān)內(nèi)容，并以此做出相關(guān)的決策。不管以何種形式進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)同，需要遵循二個(gè)基本原則，第一數(shù)據(jù)可以重復(fù)使用，在不同的業(yè)務(wù)視圖中看到的原始數(shù)據(jù)都是唯一的，第二數(shù)據(jù)要求被多方進(jìn)行校核，改動(dòng)后也能及時(shí)反饋給各參與方。對(duì)于核電工程而言，是屬于生產(chǎn)性建設(shè)項(xiàng)目，更重視數(shù)據(jù)在核電運(yùn)維階段的活動(dòng)，重點(diǎn)在于考慮設(shè)計(jì)施工階段的數(shù)據(jù)如何在運(yùn)維管理平臺(tái)發(fā)揮作用。

4核電BIM體系建設(shè)

英國(guó)BIMLevel2標(biāo)準(zhǔn)和理論體系其實(shí)已經(jīng)為項(xiàng)目上提供了一套全面有效的基于全生命周期的信息化交付方法，這套方法可以說(shuō)適應(yīng)于各種不同類型的項(xiàng)目，指導(dǎo)性也非常強(qiáng)，核電工程項(xiàng)目完全可以采納其方法。對(duì)于核電行業(yè)而言也有自身的特色，不一定完全照搬所有標(biāo)準(zhǔn)，而且國(guó)內(nèi)也出了BIM相關(guān)的交付標(biāo)準(zhǔn)和交互標(biāo)準(zhǔn)等，而且各個(gè)地方還出臺(tái)各自的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目地域性的特點(diǎn)，選擇滿足最適合整個(gè)供應(yīng)鏈要求的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，同時(shí)核電還要考慮核敏感信息的出口和管制等信息安全的要求。當(dāng)前核電行業(yè)主要是以文檔交付為主，這個(gè)將帶給信息共享和交付帶來(lái)很大的不便利性，從而導(dǎo)致信息傳輸?shù)牡托АIM并沒(méi)有強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，更多的關(guān)注的是圖形數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而且COBie交互標(biāo)準(zhǔn)也并不沒(méi)有要求文檔信息結(jié)構(gòu)化率必須達(dá)到某種程度?？梢园凑?qǐng)D5所示將BIM信息化架構(gòu)分為四層建設(shè)：標(biāo)準(zhǔn)層、技術(shù)、信息層、業(yè)務(wù)層，并將四層有機(jī)結(jié)合在一起。BIMLevel2要求是以三維數(shù)據(jù)為載體，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)，并不像傳統(tǒng)的信息化建設(shè)以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為中心，偏向于在數(shù)據(jù)的集成和整合。當(dāng)前核電行業(yè)信息化建設(shè)首要目標(biāo)還主要是文檔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化以及解決數(shù)據(jù)貫通的問(wèn)題，目前已經(jīng)積累了非常多的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，但是一旦和業(yè)務(wù)流程聯(lián)系起來(lái)就很難推動(dòng)。目前核電行業(yè)信息化建設(shè)更偏向于解決各個(gè)系統(tǒng)互通的問(wèn)題，需要調(diào)整重心，利用BIM進(jìn)行項(xiàng)目信息管理的特長(zhǎng)，對(duì)標(biāo)項(xiàng)目上的業(yè)務(wù)需求，彌補(bǔ)現(xiàn)有信息管理平臺(tái)或系統(tǒng)在滿足整個(gè)供應(yīng)鏈上的不足。

5結(jié)語(yǔ)

基于BIM的理論來(lái)指導(dǎo)核電工程信息化建設(shè)是非常有必要的，但是核電工程信息化建設(shè)一般又需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期投入才能看到收益，這對(duì)于決策者和建設(shè)者來(lái)說(shuō)都會(huì)承擔(dān)著巨大的壓力，容易在中途就放棄，所以建議依托核電項(xiàng)目，結(jié)合項(xiàng)目需求制定MIDP和BIM執(zhí)行計(jì)劃，在項(xiàng)目實(shí)施前按執(zhí)行計(jì)劃進(jìn)行數(shù)據(jù)推演，將項(xiàng)目信息模型數(shù)據(jù)和資產(chǎn)信息模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以此來(lái)推斷MIDP和BIM執(zhí)行計(jì)劃是否適合核電工程項(xiàng)目的要求，從中也可以找到信息化建設(shè)的方向。信息化建設(shè)也是需要通過(guò)BIM項(xiàng)目的迭代逐漸完善，兩者相輔相成。只有信息化水平能基本滿足BIM項(xiàng)目的需求時(shí)候，也就是形成符合自身特點(diǎn)的BIM體系的時(shí)候，才能更好地利用BIM給我們創(chuàng)造價(jià)值，未來(lái)也能更好地把BIM與新技術(shù)手段如云技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)等相結(jié)合，能發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

作者:嚴(yán)家福 趙棟 單位:中廣核工程有限公司