魏興存

(中國水利水電第十工程局有限公司，成都 610072)

水利大壩工程項目施工中，對于工程設計效率、信息共享和生命周期提出的要求比較高，但是當前以上表現均存在一定不足，從而導致對水利大壩工程發(fā)展具有不利影響。IFC標準是由國際協同聯盟IAI(the International Alliance for Interoperability)編制完成的工業(yè)基礎類平臺規(guī)范，在實際應用中能夠通過對象實體以及屬性集實現對建筑產品、過程以及控制等相關特征的描述分析，進而完成建筑工程項目的信息描述。IFC標準在建筑工程中的應用，是通過EXPRESS語言實現對其幾何模型以及工程屬性信息的表達，建構IFC中性文件，也就能夠通過商業(yè)軟件實現不同施工主體的數據交換，進而實現信息共享[1-2]。本次研究中基于IFC標準，實現對水利大壩工程施工期施工進度和成本信息研究，完成相應的模型建構，提升施工進度以及成本信息交換效率，進而為工程項目的協同施工控制以及決策提供相應的參考依據。

1 研究思路

IFC標準適合在計算機處理中應用，同時對具體信息管理系統工程數據沒有太大依賴性的描述和交互標準，在這一標準下可以實現不同應用軟件間的數據共享。通常在IFC標準數據信息存儲中，常用的方式為ifeXML文件或IFC中文件[3]，且需要在專業(yè)IFC數據解析工具的應用下解析相關信息。本次研究中基于IFC標準，針對水利大壩工程施工期“三維幾何模型-進度-成本”集成信息模型邏輯結構展開分析，完成水利大壩工程施工期進度成本信息動態(tài)可視化分析，最后將其在實際工程中應用，實現對工程施工中進度、資源以及成本信息的動態(tài)變化可視化展示。

2 施工進度和成本上下文信息表達

本次針對已經獲取的各類施工進度和成本上下文信息，在數據流圖和IFC標準的結合應用下進行表達，對于IFC標準下的施工階段實時工程屬性信息變化在數據流圖的應用下展示，以能夠生成不同施工主體的共享信息，以此提高工程實時信息反饋以及交互效率。

2.1 數據流圖

數據流圖是針對數據流或信息流走向以及加工展開分析的方法之一，針對邏輯系統中的不同信息流整體或局部處理、流轉采用流程圖展示出來[4]。在應用中，通常是從數據傳遞和加工視域著手，采用某種機制處理分析所輸入的信息，在圖形應用下表示輸出結果。本次在數據流圖思想應用下，將施工現場所得施工進度和成本上下文信息看成是“輸入”，通過IFC標準對以上信息實施“加工”，從而體現出施工作業(yè)前后邏輯關系、施工資源工程量信息、施工工期信息和成本信息等實體和屬性，以上相關信息即為“輸出”，在相應的信息模型中輸入。本次數據流程圖見圖1，選用的是變換型結構數據流程圖，呈現出線性狀態(tài)。

圖1 交換型結構數據流程圖

2.2 基于IFC和數據流圖的施工上下文信息表達

在建構施工信息模型中，要先了解信息模型所獲取的數據，并對其系統加工方法和系統輸出數據有一定認識。其中，系統中數據流的輸入主要為：①基于BIM建模技術建構模型中存在的不同構件幾何信息以及工程屬性信息，主要包括構件體系、施工工序、施工工期以及成本等；②通過施工現場的無線傳感器所獲取的信息，主要為施工中原材料消耗量、工人數量、機械設備等上下文信息[5]。另外是基于IFC標準實現數據流圖系統的加工環(huán)節(jié)，在此過程中主要為輸入數據流類型、功能層次以及之間關系等，不但要應用到IFC模型中預定義集，也需要考慮到是否需要自定義屬性集，考慮到外部實體上下文信息變化對關聯對象屬性的影響等等，基于IFC標準實現對結構化以及非結構化文件數據的描述，主要為PPT、Word文件等。

系統中輸出信息即為在IFC標準應用下，針對原始BIM模型構件實施轉化所得幾何屬性以及工程屬性信息、現場實時信息。對于通過處理以及加工所得數據即為高級上下文，施工中的所有參與方可以對其共享，進而實現信息交互，便于實現對進度計劃、資源使用計劃和成本計劃的控制。施工數據流輸入和輸出方式見圖2，采用直線型方式將上下文信息數據在系統流圖中流入和流出，基于IFC實現對相關信息的加工。

圖2 施工數據流輸入和輸出方式

3 施工進度成本信息模型建構

3.1 施工進度上下文信息模型

在針對施工進度上下文信息模型建構中，先要了解到IFC中的施工進度概念表達方式。針對施工作業(yè)過程，可以采用實體IfcProcess及IfcWorkTask描述。第一個能夠實現對任何相對獨立施工過程的描述，如混凝土工程等；第二個為前者子類實體，可以實現對詳細施工任務描述分析，如施工工期、施工工序以及施工工藝等。另外，各個IfcWorkTask均與一個或多個建筑構件相對應，也就是IfcProduct。所以針對 IfcProcess 和 IfcProduct之間的一對多映射關系，可以在關系實體 IfcRelAssignsToProcess實施描述，也能夠實現對施工任務和建筑構件關系的定義。其中IfcWorkPlan為施工計劃，不同IfcWorkTask實例組合即可以建構而成不同施工計劃。針對不同用途，能夠依照實際需求結合特定的 IfcWorkTask 實例，進而完成特定 IfcWorkPlan 實例建構[6-7]。如在施工過程中，針對某一施工任務，通過成本信息以及成本計劃關聯即可以獲取項目成本計劃；通過關聯工期信息以及進度計劃，也能夠制定完成相應的工程進度計劃；也能夠對這一施工任務進行分解，進而獲取更加周密的施工計劃等。所以在施工進度信息模型建構中，IfcWorkTask 實體即為基本單元。

基于IFC標準下，同一實體能夠在不同等級施工計劃中應用，不必在各級別中均實施新實體定義。如在IfcWorkTask 實例應用下，可以實現對項目整體到具體分部分項工程的施工計劃信息描述。所以在分解關系的實體 IfcRelNestsProcesses應用下，可以實現對所有層級施工計劃的分解，將其劃分為子計劃以及子任務。

如在水利大壩工程結構柱施工中，可以完成施工作業(yè)前后順序信息模型建構。結合相應的施工進度和工序順序，可以將其分成3個分項工程，分別為鋼筋綁扎、模板支護以及混凝土澆筑等，初始屬性集中即為{IfcSteeling，IfcFormworking，IfcConcreting}?？梢曰贗FC標準的函數及規(guī)則，針對BIM構件工程擴展在屬性以及屬性集關聯、擴展性實現擴展及派生，也可以對此關系實施描述。假設同一施工流水段僅對某一根結構柱實施施工，施工順序即為先扎鋼筋籠、再支模板、混凝土澆筑，必須要嚴格依照施工工序實施施工?？刹捎?IfcRelSequenceTo 和IfcRelSequencedFrom實現對緊前工序和緊后工序邏輯關系的表達，進而作為擴展關系在初始屬性集中加入，即屬性集轉變成為{IfcRelSequencedFrom ，IfcSteeling，IfcRelSequenceTo ；IfcRelSequencedFrom，IfcFormworking，IfcRelSequenceTo；IfcRelSequencedFrom，IfcConcreting，IfcRelSequenceTo}。針對施工順序可以在甘特圖的應用下表示，見圖3，邏輯關系信息流的數據流圖表示見圖4。

圖3 結構柱施工作業(yè)前后邏輯關系

圖4 數據流圖表示結構柱施工作業(yè)前后邏輯關系

基于IFC標準，可以實現和不同實體類型的對應，以上度量數字也具備有度量值 IfcMeasureValue，因此實際施工中，需要在IFC規(guī)則應用下實現不同工序對度量實體及其屬性值需求分析。在圖4中，可以實現對施工任務分項工程實體實施分解，完成分項工程實體子模型，進而正確調用相應的信息。

3.2 施工作業(yè)工期信息模型

各個BIM建構中，均存在幾何屬性集以及工程屬性集，包括多個屬性以及實體實例。在構件工程屬性集中，針對施工任務或建筑構件初始時間能夠采用 IfcStartTime表示，且對其結束時間采用 IfcFinishTime描述；屬性集均為基于資源層模塊 IfcDateTimeSelect轉變所得實體類型。對于資源層中實體類型IfcTimeMeasure，可以采用 IfcDuration 和 IfcTotalFloat子類實體類型對其替代，實現對不同施工構件作業(yè)持續(xù)時間以及總浮動時間實施描述，即為工期信息描述重要信息?；贗FC標準，對于建筑構件施工任務工期信息，即可以在核心層擴展模塊實體和屬性方式的應用下將其動態(tài)展示出來[8]。

以結構柱施工作為研究對象，針對3個分項工程，即鋼筋綁扎、模板支護以及商品砼澆筑等，假設結果構筑施工的人工需求數量為2人、3人以及3人，所需施工時間分別為2天、1天以及1天。在此情況下，若同時展開多根結構柱施工，本次以3根為例，依照施工經驗通常施工中會采用搭接方式提高分項工程施工工期緊湊性，在施工段A、B以及C中實施分布。在此過程中，在建模原則下，即可以實現建筑構件、施工工序以及施工進度計劃的吻合。所以最終可以得出本次施工總工期為8天，與之前各根施工工期4天相比，施工工期有明顯縮短，減少4天，見圖5。

圖5 不同施工段間結構柱施工網絡圖

3.3 資源成本上下文信息模型

基于IFC標準，針對一般意義上資源可以在實體 IfcResource進行描述，施工資源可以采用子類實體 IfcConstructionResource定義。結合施工管理習慣，通常情況下會將施工資源分成以下幾種，分別為和人相關人力資源、和材料相關物料資源及工具等設備資源，均可以在構件幾何屬性信息以及施工工期數據等應用下，獲取以上資源信息。在針對施工進度信息或施工任務分析過程中，相應的建筑構件和施工資源存在一對多映射關系，通過對以上屬性數據的提取及變化，即可以完成不同類型資源成本上下文信息模型的建構。

關于這一點，可以在以上施工進度信息模型基礎上，實現對不同資源項數量信息的計算，針對具體工程項目可以結合定額或清單計價規(guī)范獲取當地價格信息，即能夠得出相應建筑構件或施工任務成本信息的計算分析。針對施工成本計算中，先要將工程劃分為不同子項目，隨后對其各個子項目成本計算，采用IfcCostItem進行表示?？梢砸勒战ㄖ嫾写鎯傩裕瑢崿F子項目劃分，如施工工藝、幾何特征、施工材料等。例如施工材料的分類，主要為直接工程材料以及間接工程材料，墻體能夠分成石膏墻、磚墻等不同類型，繼續(xù)細分也能夠將磚墻分為實心磚墻以及空心磚墻等，需要在物料資源成本模型中對其進行詳細的描述分析[9-10]。針對建筑構件成本信息計算中，特別是施工物料成本信息中，均可以在 IfcCostItems應用下依照不同類別實施計算。針對不同工程項目施工成本信息計算，主要即為針對人力、物料以及設備資源的計量分析，均屬于是施工構件中的工程屬性以及幾何屬性信息。針對與施工任務具有關聯性的建筑構件，可采用IfcBulidingElementType表示。

4 案例分析

結合基于IFC標準的水利大壩工程施工期進度成本信息模型建構路線，對于IFC文件分析過程中，將IFC Engine DLL 插件作為解析工具，SQL Server 2008作為數據庫平臺，以OpenGL作為三維圖形顯示引擎，以我國南部某水利大壩工程碾壓混凝土施工作為研究對象，進而完成大壩施工期進度成本信息動態(tài)可視化管理系統建構。在關于某壩段碾壓混凝土結合構件和大壩WBS節(jié)點關聯性分析過程中，在實體三維參數化模型以及定額規(guī)范的應用下，完成大壩右岸溢流壩段工程量清單的統計分析，通過系統可以實現自動統計。通過系統應用可以看出，這一系統可以有效實現大壩信息的一系列信息智能化操作，主要是完成三維動態(tài)繪制、交互式信息查詢和動態(tài)模擬等，有助于有效實現對大壩工程項目施工進度以及成本控制的綜合探討，以便不同施工單位對相關信息的全面掌握，可以顯著提升水利大壩工程項目的管理質量。

5 結 語

通過以上研究，基于在IFC標準所得結論主要為：

1) 結合水利大壩工程施工現場相關上下文信息類型，針對存在的信息交換效率不高情況，可以實現關于施工進度和成本上下文信息的研究?；谝陨闲畔ⅲ梢栽贗FC標準實體和屬性應用下實現對其描述，且在構件屬性中對以上信息進行存儲。

2) 基于IFC標準的信息描述功能，可以建構完成工程施工進度成本上下文信息模型，結合不同構件及其所在施工工序中的關系，可以實現對不同關系實體的定義，進而完成相應的信息模型建構。結合構件中存在的工期信息，即能夠完成施工作業(yè)工期信息模型建構。基于進度信息模型實現對工程施工中人力、物料以及設備等施工資源的信息統計分析，完成相應的成本信息子模型建構，有助于實現對水利大壩工程施工進度成本的綜合分析。

3) 結合實際案例發(fā)現基于IFC標準的水利大壩工程施工期進度成本信息模型，可以實現對水利大壩工程施工期進度和成本控制的全面掌握，進而顯著提升工程管理質量