嚴(yán)家福，趙 棟

（中廣核工程有限公司 核電安全監(jiān)控技術(shù)與裝備國家重點實驗室，深圳 518124)

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是一種方法論,它能將建筑工程對象轉(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,另一方面用于對整個工程信息進(jìn)行全生命周期管理[1,2]。不同單位或個人會對于BIM會有不同的理解,但不能將單項技術(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程,以此來達(dá)到降低成本、提高效率、低碳可持續(xù)發(fā)展等目的。

英國是最早推廣和應(yīng)用BIM的國家之一,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BIM Level 2技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)工作后,英國政府強(qiáng)制要求從2016年開始政府投資的建設(shè)項目需要滿足BIM Level 2標(biāo)準(zhǔn),這其中就包括英國在建的核電項目。英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（British Standards Institution,BSI）正在致力于把英國標(biāo)準(zhǔn)升級為ISO標(biāo)準(zhǔn),以便加大在全球推廣英國標(biāo)準(zhǔn)[3]。

目前已有多個國家采用英國BIM Level 2系列標(biāo)準(zhǔn),由于與英國BIM行業(yè)背景有很多的相似之處,英國標(biāo)準(zhǔn)目前是中國工程建設(shè)行業(yè)推進(jìn)BIM應(yīng)用的重點參考對象,中國的核電建設(shè)也可以參考英國BIM應(yīng)用的成功經(jīng)驗。

1 核電項目如何滿足BIM Level 2

根據(jù)當(dāng)前英國核電項目需滿足BIM Level 2,既要考慮核電項目采用BIM在項目安全、成本、進(jìn)度等方面的目標(biāo),同時要考慮BIM Level 2對核電項目對各企業(yè)自身的平臺、組織和體系的要求,而且在項目初期就要將它們結(jié)合在一起進(jìn)行分析策劃。

BIM Level 2是在圖1中Bew-Richards的楔形模型中提出的,是對BIM成熟度的一種劃分,各等級之間是漸進(jìn)發(fā)展的關(guān)系。

圖1 BIM成熟度等級模型

工程項目要想滿足BIM Level 2,就得按照其方法來工作。核電項目也不例外,需要按照BIM Level 2核心內(nèi)容來執(zhí)行,比如信息需求必須以合同的方式存在于各個供應(yīng)鏈中,信息需求必須清晰明確,驗證供應(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BIM Level 2核心內(nèi)容在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中都有參考,對于核電項目來說,可以參考以下標(biāo)準(zhǔn)：

BS EN ISO 19650-1（由BS 1192：2007+A2：2016升級）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]。

BS EN ISO 19650-2（由PAS1192-2：2013升級）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)于運營階段如何運用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)定了施工運營建筑信息交換標(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]。

總得來說,BIM Level 2并不能定義BIM是什么、BIM打算成為什么、以及BIM將來的方向。核電項目要滿足BIM Level 2,要根據(jù)項目的實際情況和自身的平臺條件來實施,有方向性地選擇滿足符合此項目BIM信息交付能力的供應(yīng)鏈。另外,充分地把項目需求融入到信息交付的過程中,利用好信息手段來實現(xiàn)項目的目標(biāo),比如說要實現(xiàn)進(jìn)度管控,在開始要定義進(jìn)度信息交付計劃,然后在項目執(zhí)行過程中確保各進(jìn)度信息在供應(yīng)鏈之間準(zhǔn)確及時地交互,這些都可以通過執(zhí)行BIM Level 2來有效保障。

2 核電項目公用數(shù)據(jù)環(huán)境CDE

CDE是BIM的核心內(nèi)容,它是用于項目團(tuán)隊在資產(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來看,通過CDE不僅能夠管理項目信息模型（PIM）和資產(chǎn)信息模型（AIM）,并能夠?qū)崿F(xiàn)從項目信息模型到資產(chǎn)信息模型的移交。項目信息模型是在設(shè)計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)計承辦方的設(shè)計意圖,后來用于施工過程中制造和建安,當(dāng)它移交到運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行和維護(hù)階段用于對資產(chǎn)管理信息的虛擬模型。

圖2 BIM信息交付流程

對于核電項目而言,項目信息模型和資產(chǎn)信息模型是通過兩套不同的系統(tǒng)來完成的,項目信息模型通過一套組合系統(tǒng)從開始可行性研究到完成施工過程中收集、共享和發(fā)布主要和次要資本交付中所要的項目信息模型；資產(chǎn)信息模型除了接收項目信息資產(chǎn)移交的信息外,通過另一套組合系統(tǒng)來收集、共享和發(fā)布運維階段的資產(chǎn)信息模型。從項目信息模型到資產(chǎn)信息模型移交過程在核電項目移交接產(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)在英國普遍使用編碼體系為UniClass,此編碼非常靈活,對不同類型項目都可以用此編碼進(jìn)行分類,還可以支持面向未來建筑行業(yè)發(fā)展而新增的分類需求。核電項目和傳統(tǒng)建筑項目相比體量很大,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)計方負(fù)責(zé),其他參與方參考就行,這樣可以減少對項目的影響。

有了統(tǒng)一的編碼,數(shù)據(jù)還無法直接從資產(chǎn)交付階段到運維階段使用,因為業(yè)務(wù)對象是有區(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)鍵問題。

圖3 COBie數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圖

英國目前解決這一問題是采用符合COBie數(shù)據(jù)交互的國際標(biāo)準(zhǔn),通過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,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)兩個不同的模型視角,這個也是為了滿足不用業(yè)務(wù)的需求。核電項目由于數(shù)據(jù)關(guān)系比較復(fù)雜,可能存在不止COBie中的兩個模型視角（空間位置和系統(tǒng)）,但每增加一個模型視角,數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度就會呈指數(shù)上升,很容易導(dǎo)致信息無法關(guān)聯(lián)或信息丟失。

根據(jù)核電工程參與方多的特點,很難在同一個軟件或平臺中形成聯(lián)合模型,根據(jù)圖4CDE功能區(qū)域的特點,適合按照數(shù)據(jù)交付的層次來劃分,每層CDE由不同的牽頭方來負(fù)責(zé),這樣在信息管理和數(shù)據(jù)移交上就會更容易。

圖4 CDE的功能區(qū)域

3 核電工程數(shù)字化交付

業(yè)主需要定義項目建設(shè)各階段的移交內(nèi)容作為數(shù)字化的工作計劃DPoW（Digital Plan of Work）,這個計劃將覆蓋整個項目周期,從項目策劃到資產(chǎn)運維的不同階段。策劃階段需要弄清楚業(yè)主信息需求EIR（Employer’s Information Requirements）,在招標(biāo)采購階段,需要投標(biāo)單位提供BIM執(zhí)行計劃BEP（BIM Execution Plan）,一旦獲得合同,需要進(jìn)一步細(xì)化BEP的同時,要產(chǎn)生主信息移交計劃MIDP（Master Information Delivery Plan）,之后開始進(jìn)行項目準(zhǔn)備,在MIDP作為前提的基礎(chǔ)上,組織動員其下承包商產(chǎn)生各自工作任務(wù)的信息移交計劃TIDP（Task Information Delivery Plan）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,項目啟動后就在CDE中開始根據(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),同時數(shù)字工作計劃使各個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、對象和時間等,業(yè)主會通過預(yù)先設(shè)定的決策點來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,改動后也能及時反饋給各參與方。

對于核電工程而言,是屬于生產(chǎn)性建設(shè)項目,更重視數(shù)據(jù)在核電運維階段的活動,重點在于考慮設(shè)計施工階段的數(shù)據(jù)如何在運維管理平臺發(fā)揮作用。

4 核電BIM體系建設(shè)

英國BIM Level 2標(biāo)準(zhǔn)和理論體系其實已經(jīng)為項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,這套方法可以說適應(yīng)于各種不同類型的項目,指導(dǎo)性也非常強(qiáng),核電工程項目完全可以采納其方法。對于核電行業(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,而且各個地方還出臺各自的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項目地域性的特點,選擇滿足最適合整個供應(yīng)鏈要求的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,同時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,這個將帶給信息共享和交付帶來很大的不便利性,從而導(dǎo)致信息傳輸?shù)牡托?。BIM并沒有強(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?？梢园凑請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。

圖5 BIM信息化建設(shè)架構(gòu)

BIM Level 2要求是以三維數(shù)據(jù)為載體,實現(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)貫通的問題,目前已經(jīng)積累了非常多的經(jīng)驗和技術(shù),但是一旦和業(yè)務(wù)流程聯(lián)系起來就很難推動。目前核電行業(yè)信息化建設(shè)更偏向于解決各個系統(tǒng)互通的問題,需要調(diào)整重心,利用BIM進(jìn)行項目信息管理的特長,對標(biāo)項目上的業(yè)務(wù)需求,彌補現(xiàn)有信息管理平臺或系統(tǒng)在滿足整個供應(yīng)鏈上的不足。

5 結(jié)語

基于BIM的理論來指導(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)過長期投入才能看到收益,這對于決策者和建設(shè)者來說都會承擔(dān)著巨大的壓力,容易在中途就放棄,所以建議依托核電項目,結(jié)合項目需求制定MIDP和BIM執(zhí)行計劃,在項目實施前按執(zhí)行計劃進(jìn)行數(shù)據(jù)推演,將項目信息模型數(shù)據(jù)和資產(chǎn)信息模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,以此來推斷MIDP和BIM執(zhí)行計劃是否適合核電工程項目的要求,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BIM項目的迭代逐漸完善,兩者相輔相成。只有信息化水平能基本滿足BIM項目的需求時候,也就是形成符合自身特點的BIM體系的時候,才能更好地利用BIM給我們創(chuàng)造價值,未來也能更好地把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。