楊長輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼研究

楊長輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

BIM技術(shù)在鐵路工程中逐漸應(yīng)用,需要鐵路工程設(shè)計信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)的支撐。通過研究國內(nèi)外信息分類與編碼,結(jié)合鐵路四電工程特點,提出鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼的基本理論與體系,以滿足BIM技術(shù)及鐵路工程全生命周期項目管理的需求,為BIM技術(shù)在鐵路四電工程的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

鐵路；四電工程； BIM；分類編碼

隨著鐵路工程建設(shè)信息化程度的不斷深入，現(xiàn)有基于二維的建筑表達方式已不能滿足本行業(yè)進一步發(fā)展的要求，實施BIM技術(shù)已成為鐵路工程建設(shè)信息化的現(xiàn)實需求。BIM技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用蘊含了建設(shè)項目全生命周期管理的理念，不是一個單純的技術(shù)問題，它涉及從項目規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營維護等階段一系列的創(chuàng)新和變革。

“十二五”規(guī)劃中提出“全面提高行業(yè)信息化水平，重點推進建筑企業(yè)管理與核心業(yè)務(wù)信息化建設(shè)和專項信息技術(shù)的應(yīng)用”，可見BIM技術(shù)、工程信息化與項目管理的結(jié)合是發(fā)展的必然趨勢。工程設(shè)計信息分類與編碼是BIM技術(shù)在工程項目中應(yīng)用的基礎(chǔ)。中國建筑標(biāo)準(zhǔn)院與清華大學(xué)正在研究編制建筑工程設(shè)計分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)。鐵路行業(yè)線路、站場、隧道、橋梁、路基、房建、暖通等專業(yè)可以參考建筑工程設(shè)計分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)。由于鐵路四電專業(yè)中尤其是通信、信號、接觸網(wǎng)為鐵路行業(yè)特有的專業(yè)，無法參考建筑工程設(shè)計分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)。為促進BIM技術(shù)在鐵路四電工程的應(yīng)用，制定出一套符合BIM技術(shù)需求的鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼是十分必要的。

1 BIM概念及應(yīng)用

BIM 是“建筑信息模型”( Building Information Model) 的簡稱，BIM 技術(shù)是指將建筑工程項目中的單一構(gòu)件或物體作為基本元素，將描述基本元素的幾何數(shù)據(jù)、物理特性、施工要求、價格資料等相關(guān)信息有機地組織起來，形成一個數(shù)據(jù)化的建筑模型，作為整個建筑工程項目的數(shù)據(jù)資料庫。這些圍繞建筑物構(gòu)件或物體組織起來的數(shù)據(jù)，不僅只是簡單地反映了建筑元素的幾何特征、物理屬性等特性，相互之間還保持著作為建筑整體一部分的空間關(guān)系和邏輯關(guān)系，作為虛擬空間的數(shù)字化建筑物，形成了完整的、有層次的信息系統(tǒng)。這個模型不僅可以用于設(shè)計，還可以用于設(shè)備管理、工程量統(tǒng)計、成本計算、運營維護管理等[1-4]。

采用基于BIM技術(shù)的四電工程信息管理，可使整個四電工程項目在設(shè)計、施工和運營維護等階段都能夠有效地實現(xiàn)建立資源計劃、控制資金風(fēng)險、節(jié)省能源、節(jié)約成本和提高效率，同時能改變傳統(tǒng)的項目管理理念。應(yīng)用BIM多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，可以通過數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐對鐵路四電項目精細化管理起到?jīng)Q定性作用，從而多方位創(chuàng)造項目效益[5]。

2 工程信息分類編碼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[6-10]

分類編碼是指對特定范疇內(nèi)信息的體系結(jié)構(gòu)進行組織與描述的方法。信息分類與編碼的目的是將事物按某些屬性或特征區(qū)分開來，并依據(jù)相互間的關(guān)系將它們組織起來。工業(yè)化的標(biāo)志之一就是行業(yè)統(tǒng)一編碼。編碼在工程管理中的應(yīng)用，對建筑工程業(yè)發(fā)展起到了極大的促進作用。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

目前，在美國、英國、加拿大、新加坡等工業(yè)化程度高的國家都已建立了針對本國建筑行業(yè)統(tǒng)一的編碼體系。以美國為例，20世紀(jì)70年代以來，美國逐步建立了UniformatII 和Masterformat等一些比較完善的工程項目編碼體系。UniformatII應(yīng)用于建筑工程前期策劃、圖紙設(shè)計、建筑施工到建筑物拆除等的全過程，它的編碼結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展到4個層次；Masterformat用于已有詳細設(shè)計圖紙的項目，在工程造價控制等方面，它與前者交叉使用，實踐證明取得了良好的效果。此外，英國還建立了RICK-Uk和SMM7工程項目編碼體系，在英聯(lián)邦國家廣泛被接受和使用。

為了實現(xiàn)建筑信息的統(tǒng)一和規(guī)范，ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織先后頒布了ISO 12006-2《施工工程信息的組織 第2部分：信息分類框架》，ISO 12006-3《施工工程信息的組織 第3部分：面向?qū)ο蟮男畔⒖蚣堋贰，F(xiàn)代建筑信息分類編碼體系中，以ISO 12006-2為框架的OmniClass和UniClass體系是建筑行業(yè)中主要的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國建筑領(lǐng)域存在很多關(guān)于建筑信息的分類，如建筑產(chǎn)品目錄、建筑工程定額、建筑文獻檔案、建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等；鐵路行業(yè)也有很多關(guān)于信息分類與編碼，如鐵路工程概預(yù)算定額、鐵路工程工程量清單、鐵路產(chǎn)品目錄、鐵路運輸設(shè)備分類與代碼基本規(guī)定、鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，這些傳統(tǒng)體系為滿足不同的需要分別從不同的角度對工程信息進行組織，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。然而，這些傳統(tǒng)的分類多是基于一個專業(yè)的縱向分類，滿足不了跨專業(yè)的全生命周期協(xié)同作業(yè)，主要體現(xiàn)在：

(1)現(xiàn)有信息分類編碼體系的線性分類方法不適應(yīng)鐵路信息化技術(shù)的發(fā)展要求；

(2)目前信息分類局限在各專業(yè)的生命周期中，缺乏統(tǒng)一的適用于鐵路工程全生命周期的分類框架；

(3)目前只有信息分類編碼，而缺少數(shù)據(jù)字典框架，使信息不能在不同系統(tǒng)、地區(qū)、語言中相互映射。

為了支持BIM在鐵路工程建設(shè)項目全生命周期中的應(yīng)用，需建立與國際兼容、符合我國實際情況，具有科學(xué)性、合理性、適用性的支持BIM的鐵路工程分類編碼體系。該體系應(yīng)繼承現(xiàn)有建筑信息模型分類編碼工作的思想和成果，并涵蓋信息語義規(guī)范與信息分類編碼兩部分，以促進信息在同軟件系統(tǒng)、不同地區(qū)與語言之間進行映射和轉(zhuǎn)換[11]。

3 鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼總體設(shè)計要求

在研究準(zhǔn)備階段，通過收集整理和分析國內(nèi)外相關(guān)文獻，結(jié)合中國建筑標(biāo)準(zhǔn)院及中國鐵路BIM聯(lián)盟有關(guān)成果，提出鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類編碼研究的總體設(shè)計要求。

(1)以鐵路四電工程設(shè)計信息模型為對象，重點研究其信息分類與信息編碼的方法。

(2)鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼中涉及工程項目、專業(yè)、階段、組織角色、行為、資料等鐵路信息模型分類與編碼，參照鐵路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(3)本研究成果作為中國鐵路BIM聯(lián)盟“中國鐵路信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)”的一部分，要求與《建筑信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》和《中國鐵路信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)》兩個標(biāo)準(zhǔn)成果保持兼容。

(4)鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼要求做到科學(xué)性、系統(tǒng)性、可延性、兼容性。信息模型編碼要做到唯一性、可擴性、簡短性、穩(wěn)定性等。

4 鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼基本理論

鐵路四電設(shè)備模型構(gòu)件庫規(guī)模的增長是極為迅速的，設(shè)計企業(yè)通過兩三年的BIM項目實踐，可以積累成千上萬的模型構(gòu)件。如果缺少合理的模型構(gòu)件分類及編碼標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)資源庫所包含的構(gòu)件數(shù)目達到萬級，甚至十萬級、百萬級時，模型構(gòu)件庫的管理、查找、復(fù)用的代價將遠遠超過重新開發(fā)的代價。因此，鐵路四電BIM模型構(gòu)件資源的分類編碼是鐵路建設(shè)信息化系統(tǒng)建設(shè)管理的主要工作。

4.1 工程設(shè)計信息模型分類

信息分類包括線分類體系及面分類體系。線分類法也稱層級分類法，是指將分類對象按所選定的若干分類標(biāo)志，逐次地分成相應(yīng)的若干個層級類目，并排列成一個有層次、逐級展開的分類體系。線分類法的一般表現(xiàn)形式是大類、中類、小類和細目等，將分類對象一層一層地進行具體劃分，同位類的類目之間存在著并列關(guān)系，上位類與下位類之間存在著隸屬關(guān)系[6]。

面分類法又稱平行分類法，是指將所選定的分類對象的若干標(biāo)志視為若干個面，每個面劃分為彼此獨立的若干個類目，排列成一個由若干個面構(gòu)成的平行分類體系。面分類法分類時所選用的標(biāo)志之間沒有隸屬關(guān)系，每個標(biāo)志層面都包含著一組類目。

鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類需應(yīng)用到鐵路工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計、施工及運維等工程建設(shè)全生命周期，且滿足不同的鐵路工程項目。采用單純的線分類體系或面分類體系均不能滿足鐵路工程建設(shè)全生命周期管理理念。鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類應(yīng)采用面分類與線分類混合體系，首先按照面分類將鐵路工程設(shè)計信息模型分不同的面，然后將各個面按照線分類進行分類。

4.2 工程設(shè)計信息模型編碼

工程設(shè)計信息模型編碼應(yīng)遵循唯一性、合理性、可擴充性、簡明性、適用性、規(guī)范性要求。分類表中每條記錄都保證有一個獨立代碼與之對應(yīng)。盡量采用等長的編碼規(guī)則，即所有記錄的代碼長度都是相同的。層次碼的高層次編碼統(tǒng)一在低位補O；順序碼的小數(shù)字編碼在高位補0；盡量不使用系列碼；保證層次碼的每個層級都有相應(yīng)的代碼值，不應(yīng)有所空缺。另外，每個層級的位數(shù)保證固定，在同一代碼表中不應(yīng)有差異[6]。

鐵路四電工程設(shè)計信息模型在其分類的基礎(chǔ)上進行編碼，如分類表代碼加單位分類表內(nèi)層級代碼、各代碼間用英文符號“.”隔開。

5 鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼體系

5.1 鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類體系

鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類框架以ISO 12006—2框架為基礎(chǔ)，參照OmniClass分類表(表1)由15個分類表(table)即15個分面(facet)組成[10]、SinoClass分類表(表2)由15個分類表(table)即15個分面(facet)組成[8]。根據(jù)鐵路工程建設(shè)的需要，結(jié)合鐵路四電工程特點，采用面分類法對鐵路四電工程對象進行分類，即將鐵路四電工程信息根據(jù)其本身固有特征，分為四大類：鐵路四電工程成果、鐵路四電工程資源、鐵路四電工程過程和屬性。這四大類鐵路四電工程對象按鐵路四電工程信息分類表(表3)進行分類，分為16張表。

表1 OmniClass分類

表2 SinoClass分類

表3 鐵路四電工程信息分類

鐵路四電工程是整個鐵路建設(shè)項目的一部分，在鐵路站前工程即線路、路基、橋梁、隧道、站場、軌道等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，為保證列車高速、安全、高效、舒適運行的基礎(chǔ)設(shè)備，包括通信、信號、電力、電氣化。分類表中鐵路工程、工程建設(shè)項目階段、空間、行為、專業(yè)領(lǐng)域、組織角色、工具、信息、材料、屬性，與鐵路站前專業(yè)通用，因此，鐵路四電分類編碼可以參考SinoClass分類體系及鐵路工程站前專業(yè)分類體系[12]。

下面以鐵路信號為例，建立鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類表中其他分類表實例。

(1)單項工程(按功能分)

鐵路工程項目中的一個獨立設(shè)施，從功能定位上，用于獨立實現(xiàn)或完成一項或多項功能(任務(wù))的設(shè)施，如表4所示。

表4 單項工程(按功能分)分類

(2)鐵路單項工程(按結(jié)構(gòu)形式分)(表5)

表5 單項工程(按結(jié)構(gòu)形式分)分類

(3)鐵路工程構(gòu)件

一個構(gòu)件要獨立或與其他元素共同實現(xiàn)一個特定的功能；本表根據(jù)功能進行分類，不考慮構(gòu)件材料的選用和施工方法，用于項目前期階段概念設(shè)計和表達設(shè)計意圖。構(gòu)件是按功能分的單元，由一種或幾種產(chǎn)品及材料經(jīng)過人為組裝成的實物，能夠完成一種或幾種功能。如表6所示。

表6 鐵路工程構(gòu)件分類

(4)鐵路工程工項

工項是鐵路施工的工法、工藝、工序分類，可參考施工規(guī)范分類。不同專業(yè)在施工過程，經(jīng)歷的流程或者每一階段(或步驟)需要的工作內(nèi)容，如表7所示。

表7 鐵路工程工項分類

(5)產(chǎn)品

產(chǎn)品可以通過廠家生產(chǎn)，購買后，安裝起來組成一個構(gòu)件，完成某種特定的功能的部件，一個產(chǎn)品可以在不同的構(gòu)件中應(yīng)用。如表8所示。

表8 產(chǎn)品分類

5.2 鐵路四電工程設(shè)計信息模型編碼設(shè)計

分類對象編碼由表編碼、大類代碼、中類代碼、小類代碼、細類代碼組成，表編碼與分類對象編碼之間用“-”連接；大類編碼采用6位數(shù)字表示，前兩位為大類代碼，其余四位用0補齊；中類編碼采用6位數(shù)字表示，前兩位為大類代碼，加中類代碼，后兩位用0補齊；小類編碼采用6位數(shù)字表示，前四位為上位類代碼，加小類代碼；細類編碼采用8位數(shù)字表示，在小類編碼后增加兩位細類代碼。

6 結(jié)語

針對鐵路四電工程的特點，研究提出鐵路四電工程設(shè)計信息模型分類與編碼的基本理論、方法和體系；支持建筑物全生命周期的數(shù)據(jù)交換與共享、符合BIM信息語義標(biāo)準(zhǔn)、滿足BIM技術(shù)及鐵路工程全生命周期項目管理的需求，為BIM技術(shù)在鐵路四電工程的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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Research on Information Modeling Classification and Coding for Design of Railway Four Electric/Electronic Systems Engineering

YANG Chang-hui

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

BIM technology is gradually applied in railway engineering, which is supported by railway engineering design information model of classification and coding standards. According to domestic and foreign information classification and coding and the characteristics of railway Four Electric/Electronic Systems Engineering, basic theory and system of railway Four Electric/Electronic Systems Engineering design information modeling classification and coding are proposed to meet the need of the BIM technology and the demand of the whole life cycle of railway engineering project management, which has laid the foundation for the application of BIM technology in railway Four Electric/Electronic Systems Engineering.

Railway; Four Electric/Electronic Systems Engineering; BIM; Classification and Coding

2015-03-03；

2015-03-08

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃重大課題(2014X007-A)

楊長輝(1981—)，男，工程師，2008年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：23894105@qq.com。

1004-2954(2015)08-0160-04

U282； U221

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.08.034