冯 奕1， 申 满 斌2， 张 志 伟1
(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 610072；2.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)
摘 要：水电工程信息模型是水电工程信息化管理的数据基础，而工程信息模型技术标准体系则是信息模型创建、应用的行为基础。通过对国内外工程信息模型标准体系的特点进行研究，结合水电工程的需求，提出了适用于现阶段水电行业的工程信息模型技术标准体系。该体系包含面向软件开发的基础标准和面向项目实施的应用标准，可为水电工程信息模型的全生命期管理提供行为参考和行为准则。
关键词：水电工程；工程信息模型技术；标准体系
随着信息技术在工程建设领域的蓬勃发展，承载海量水电工程建设信息的水电工程信息模型成为“互联网+”和大数据时代背景下水电行业提升和发展的关键。然而，水电行业各参建方至今没有形成规范的信息模型数据交换准则、应用能力评估方案及相关项目实施流程规范，无法有效的进行工程信息共享和应用，从而制约了BIM(Building Informatiom Modeling)技术在水电行业发挥其价值。因此，制定统一、可行的水电行业信息模型技术标准体系迫在眉睫。
1.1 建筑信息模型国际ISO标准
全球BIM的基本技术标准体系是由building SMART组织主导建立的，且均由ISO发布，主要分为三个部分：术语、数据、流程(图1)。术语标准是IFD(International Framework for Dictionaries，ISO 12006-3:2007)；数据标准是IFC(Industry Foundation Classes，ISO 16739:2013)，目前已经更新至IFC4；流程标准是IDM(Information Delivery Manual，ISO 29481-1:2010)。
IFC、IFD、IDM三者的关系和作用体现在以下几方面：IFC为软件与软件的信息互用指定了规范；IDM建立了项目参与者之间的交流合作机制；IFD是将用户层面的合作与机器层面的信息互用连接起来的桥梁。
1.2 国外工程信息模型技术标准体系
随着BIM技术的快速发展，一些BIM技术应用水平较高的国家均在ISO标准基础上建立了适应该国国情的BIM技术标准体系。
图1 国际ISO标准构成示意图
在美国国家BIM标准第二版(NBIMS-US2)标准体系中，数据模型标准涉及IFC以及定义IFC的基础语言标准W3C XML(World Wide Web Consortium Extensible Markup Language)；字典标准以OmniClass为基础，辅以IFD附加唯一标识以及其他补充；数据交付标准囊括了以IDM和子模型视图(Model View Definition，MVD)为基础制定的BIM流程。英国于2000年发布了《建筑工程施工工业(英国)CAD标准》，用以改进设计信息交付、管理和交换过程。新加坡发布了《新加坡BIM指南》，包含BIM说明书和BIM模型及协作流程。韩国于2010年4月发布了《设施管理BIM应用指南》和BIM应用路线图。
1.3 国内工程信息模型技术标准体系
清华大学在2010年提出了——CBIMS(China Building Information Modeling Standard)[1]。该体系参照了NBIMS，同时结合了现阶段我国建筑工程的实际情况与需求，主要分为三个方面：BIM平台软件的开发、BIM数字化资源的建立和BIM应用环境的改善(图2)。
图2 CBIMS架构图
2013年1月，在北京市发布的《北京市BIM设计(民用建筑)基础标准》中，包括了BIM的基本规定、资源要求、模型深度要求和交付要求。
上海市的BIM标准体系则分为三个部分：基础标准、通用标准和专用标准。基础标准主要规定了数据分类编码原则和存储交付标准。
目前，国内在编或已发布的信息模型标准如表1所示。
表1 国内在编及已发布的信息模型标准表
序号标准名称状态功能1工业基础类平台规范已颁布引用IFC标准,为建筑行业数据描述提供准则2建筑工程设计信息模型分类和编码标准制定中参考国际Omniclass编码分类方法,提供对象、信息的编码分类原则3建筑工程设计信息模型统一应用标准制定中提供BIM项目实施指导和应用指导4建筑工程设计信息模型交付标准制定中根据LOD等级分类法及IDM原则,提供模型及信息交付的行为参考
除此之外，还有部分地区(如北京、上海等地)和行业(铁路等)已在制定自己的工程信息模型技术标准体系和相关标准。
水电工程信息模型技术是一种信息集成和传递的手段，不但要方便信息创建者方便、简单地存储、保留工程信息，还要方便信息使用者快速、准确地解读这些工程信息。水电行业在全生命期过程中，所产生的信息、行为具有自身的行业特点，与建筑工程行业信息具有较大的区别。
以水电工程中较为重要的地质信息为例。在水电工程建设、设计过程中，地下水、卸荷风化程度、断层等地质信息在设计过程中提供方案参考；在施工过程中提供决策支持；在运维过程中对重点地质灾害区域提供监测信息以保障工程运行的安全。由此可见，对地质信息共享运用的需求贯穿于整个工程的全生命期。而仅参考建筑行业信息模型标准是无法解决水电工程地质信息的存储、编码分类以及交付应用等问题的。
3.1 水电工程信息模型技术标准体系
若要全方位描述适用于全生命期管理的水电工程信息模型，需要回答以下几个问题。
模型以什么格式存储？相互的逻辑关系是什么？是否可以被全行业广泛接受？
模型中的对象如何分类编码？如何构成组织体系？是否满足全生命期各阶段的组织方式？
各阶段应该如何交付有效的信息？交付信息的范围和精度的标准是什么？
如何保障模型创建过程和应用过程中的安全、有效、可共享性？
目前国际国内各行业信息模型技术标准体系均分为两个层面：一是面向基础数据层的基础类标准；二是面向企业、项目的实施应用类标准规范。笔者认为：水电行业工程信息模型技术标准体系可以参考以上两个层面进行制定(图3)。
图3 水电行业工程信息模型技术标准体系图
基础类标准的主要目标是实现建设项目全生命期内不同参与方与异构信息系统间的互操作性，主要用于指导和规范BIM的软件开发与系统架构。水电行业工程信息模型的基础类标准可以分为数据描述标准、分类编码标准、信息交付标准。数据描述标准提供信息构建架构；分类编码标准提供辨识依据；交付标准保障信息的准确及适用。基础类标准是针对水电行业全生命期的通用规范准则。
在通过底层规范确立信息模型的数据架构后，应用层级的标准规范指导其具体操作过程和实施过程。应用层级的标准规范既应根据各参与专业在各阶段的不同需求进行制定，同时还应兼顾行业通用，以保证对信息模型的统一管理，因此，在标准体系应用层级中，应包含通用原则以及针对不同专业设置的专业性、阶段性标准技术。
3.2 水电工程信息模型技术关键标准
笔者主要针对基础层中三大关键技术标准的内容进行阐述。
(1)水电工程信息模型描述标准。
数据描述标准主要是规范BIM模型的数据存储格式、语义扩展方式、数据访问方式等内容。数据描述标准的建立方式有多种，其中一种可行方案是扩展现有的IFC(工业基础类)标准。Lee[2]等针对路桥和隧道领域的模型信息与关联属性扩展了一套空间实体(Spatial Element)与物理实体(Physical Element)相区分、路桥隧无限制层级划分的实体定义。Cho[3]等针对韩国道路工程排水系统的相关需求，扩展了相应实体和属性集。因此，水电行业可采用扩展实体和属性集的方式，基于IFC建立适合本行业的数据描述标准。
目前IFC标准的主要应用领域是建筑工程[4]，其5个核心层和8个领域层主要是针对建筑领域的专业划分来定义实体的属性及继承关系。因此，在水电工程领域应用IFC构建信息模型，必须针对水电行业的实际需求进行相应的扩展。笔者通过研究水电工程全生命期各阶段的专业任务和信息需求，分析了相应的工作流和信息流，提出了基于IFC标准的水电工程信息模型扩展机制，并在IFC领域层和共享层中新增了水电工程领域相关的实体定义(图4)。该方案的优点是继承了IFC标准的简洁、清晰、可拓展的语言框架，同时不用对IFC领域进行大量扩展，不会对现有BIM软件带来过多的兼容性问题。
图4 基于IFC大纲扩展的水电行业信息模型描述规范框架图
(2)水电工程信息模型分类编码规范。
目前水电行业没有统一的分类编码方式，而是由各项目参与方、各专业根据业务需求定制各自的线分法分类编码体系。然而，试图利用一套确定的线分法对水电行业的过程、信息及对象进行分类是不可行的。在国际上，多采用面分法对工程中同一对象进行不同维度的描述。水电行业的信息模型分类编码体系可以参照ISO12006-2-2001,Building construction - Organization of information about construction works - Part2:Framework for classification of information《施工工程信息的组织第2部分：信息分类框架》[5]，结合我国水电行业的需求建立。
(3)水电工程信息模型交付规范。
水电工程信息模型交付规范应当包含两方面内容：各阶段各专业信息交付的内容以及信息交付的流程。水电工程信息模型交付规范在一般标准结构的基础上，应主要以水电工程全生命期中各项工作的分解结构为基础，对交付流程和交付内容进行标准化。
模型交付内容可参考多细节层次法(LOD技术)进行细度刻画。根据不同阶段、不同任务需求，对模型信息的丰富程度进行规定，以保障信息在相应阶段足够满足需求即可，防止信息冗余或不足。
模型交付流程可参考IDM[6]进行流程定义和管理，但应与水电行业的具体流程相适应，其交换需求应有明确的实施借鉴价值，明确其内容、交换的起点与终点、精细度，建立如图5所示的交付业务流程。
图5 基于水电工程全信息模型的进度计划编制流程图
BIM技术是水电行业今后发展的关键技术之一。只有有效的利用规范、标准进行正确的引导，才能解决目前行业内BIM技术水平良莠不齐、投入大于产出的现状。因此，建立水电行业的BIM标准体系是迫切和必需的。水电行业各单位对BIM的认知水平、软件平台有所不同，业务需求也不尽相同，若想利用某一个标准规范整个行业的BIM技术是不现实的，因此，可以根据行业的需求，在笔者提出的标准体系框架下制定相应的标准规范。BIM包含信息的全面性及应用方式的广泛性，决定了BIM技术必须由一系列功能成熟、业务清晰、数据可共享的BIM软件协同配合实现。目前，水电工程设计信息模型数据描述规程、模型分类编码规程以及模型交付规程等行业基础标准已在国家能源局的主持下开始起草编制。因此，依托以上基础标准开发、改造适用于水电行业的BIM软件平台已成为今后工作的重点。
参考文献：
[1] 清华大学BIM课题组，中国建筑信息模型标准框架研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2] Lee S.H, Kim B.G. IFC extension for road structures and digital modeling[J]. Proce?dia Engineering. Journal of Information Technol-ogy in Civil Engineering and Architecture, 2011, 14:1037-1042.
[3] Cho Geun-Ha, Won Ji-Sun, Kim Jin-Uk. The Extension of IFC Model Schema for Geometry Part of Road Drainage Facility[J]. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 2013, 14(11):5987-5992.
[4] 工业基础类平台规范,GB/T 25507-2010[S].
[5] Building construction - Organization of information about construction works - Part2:Framework for classification of information,ISO 12006-2-2001[S].
[6] Building information modelling - Information delivery manual - Part 1: Methodology and format，ISO 29481-1-2010[S].
(责任编辑：李燕辉)
收稿日期：2016-08-08
中图分类号：TV22;TV222.5
文献标识码：B
文章编号：1001-2184(2017)02-0071-04
作者简介：
冯 奕(1988-)，男，四川越西人，工程师，硕士，从事水电工程全生命期管理技术研究工作；
申满斌(1978-)，男，四川南充人，教授级高级工程师，博士，从事流域水电开发数字化管理技术研究；
张志伟(1981-)，男，内蒙古赤峰人，高级工程师，硕士，从事水电工程信息化及全生命期管理技术研究工作.
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