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摘要：基于目前水利工程設(shè)計產(chǎn)品交付的現(xiàn)狀，結(jié)合BIM技術(shù)和水利工程的特點，開展水利工程數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究。并將數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)應(yīng)用于實際工程，開發(fā)出獨立運(yùn)行、實用高效、可視互動、界面友好的數(shù)字交付平臺，以提升水利工程設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，減少交付過程中的溝通障礙，實現(xiàn)BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計產(chǎn)品的多維應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字交付；標(biāo)準(zhǔn)；平臺

1數(shù)字交付發(fā)展的現(xiàn)狀

建筑信息模型，即BIM（BuildingInformationModeling），是由美國喬治亞理工學(xué)院建筑與計算機(jī)專業(yè)的恰克•伊士曼博士，在三十多年前提出的［1］。時至今日，BIM技術(shù)發(fā)展日益成熟，在此基礎(chǔ)上各行業(yè)都非常重視設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付技術(shù)的研究與應(yīng)用，并已在航空航天、造船、建筑等領(lǐng)域得到了驗證，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。近年來，數(shù)字交付技術(shù)除高校進(jìn)行專題研究外，政府層面的研究也逐步開展，相關(guān)機(jī)構(gòu)正在加緊制定適應(yīng)我國工程法律制度和管理要求的數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)。2016年7月28日上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會了《上海市工程設(shè)計、施工及竣工圖數(shù)字化和白圖交付實施要點》（滬建建管聯(lián)〔2016〕596號）；2016年10月12日，中國建筑學(xué)會科技培訓(xùn)中心在長沙市舉辦的“推動工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化及白圖交付、數(shù)字化審圖新技術(shù)、新模式和落地實踐經(jīng)驗培訓(xùn)交流會”圓滿召開。可見數(shù)字化交付已在工民建行業(yè)得到廣泛認(rèn)同，并在應(yīng)用中有了實質(zhì)進(jìn)展。在水利工程領(lǐng)域，雖然設(shè)計產(chǎn)品中三維元素逐年增多，但總體信息化程度不高，設(shè)計產(chǎn)品仍停留在三維建模階段，僅能反映產(chǎn)品的幾何信息，而產(chǎn)品的材質(zhì)、設(shè)備參數(shù)等信息在產(chǎn)品查詢時出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，具體反映在信息與交付產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)度不夠。隨著計算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于BIM技術(shù)的無紙化建造及無紙化交付輪廓將漸漸變得清晰可見［2］，進(jìn)行水利工程數(shù)字交付的研究和應(yīng)用具有廣闊的前景。

2水利工程設(shè)計產(chǎn)品交付存在的問題

水利工程設(shè)計過程是多專業(yè)協(xié)同的過程，一般涉及地質(zhì)、壩工、廠房、金屬結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備、施工和安全監(jiān)測等眾多專業(yè)。設(shè)計過程專業(yè)的多樣性，決定了設(shè)計產(chǎn)品管理和交付的復(fù)雜性。截至目前，水利工程產(chǎn)品的交付仍以二維產(chǎn)品為主。受協(xié)同手段與二維產(chǎn)品本身局限性的影響，水利水電設(shè)計產(chǎn)品中的錯、漏、碰、撞時有發(fā)生，同時對建筑物的描述需要匯總各專業(yè)的設(shè)計產(chǎn)品才能全面準(zhǔn)確的描述，缺一不可。因此目前水利水電設(shè)計產(chǎn)品的交付手段，既不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高，又不利于技術(shù)交底和現(xiàn)場的溝通，同時也大大降低了用戶的體驗。因此，鑒于目前水利工程設(shè)計產(chǎn)品交付的模式和現(xiàn)狀，對設(shè)計產(chǎn)品傳統(tǒng)交付過程中存在的問題進(jìn)行總結(jié)。（1）二維產(chǎn)品自身存在局限性，交付產(chǎn)品質(zhì)量有待提升二維產(chǎn)品自身的局限性在于用二維的直線、圓弧來表示三維的產(chǎn)品。設(shè)計者在進(jìn)行水利產(chǎn)品設(shè)計時，需要將三維產(chǎn)品進(jìn)行投影，通過想象各種角度的視圖，用多個剖面表示內(nèi)容結(jié)構(gòu)，用多個視圖解釋投影的二意性。由于剖面或投影的繪制都是獨立進(jìn)行的，因此水利工程設(shè)計產(chǎn)品中錯、漏、碰、撞和人為粗差的情況難以提前發(fā)現(xiàn)。（2）信息集成程度不高，交互性差水利工程設(shè)計產(chǎn)品傳統(tǒng)交付成果的信息集成程度不高，信息分散到各個報告和圖紙當(dāng)中，雖然傳統(tǒng)的報告和圖紙也進(jìn)行了編碼分類管理，但信息的檢索和查詢?nèi)砸匀斯せ虬肴斯橹鳎虼诵畔z索工作量大，效率低下的情況非常嚴(yán)重。此外傳統(tǒng)的交付成果是靜態(tài)的，無法實現(xiàn)與人的互動，交互性差，加大了交付過程中的溝通障礙，用戶體驗不理想。（3）文印輸出成本高，信息安全隱患大水利工程設(shè)計產(chǎn)品傳統(tǒng)交付的成果數(shù)量是巨大的，加上變更、版次和存檔要求，一個工程可能有數(shù)千張甚至上萬張圖紙，在文印輸出方面上具有較高的成本。另外文印輸出不僅效率底下，且存在信息外泄的可能，給信息安全帶來巨大的隱患。

3水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付實施規(guī)劃

3.1數(shù)字交付的定義與優(yōu)勢

數(shù)字化交付是區(qū)別與傳統(tǒng)工程設(shè)計（以紙質(zhì)介質(zhì)為主體）的交付方式，通過數(shù)字化集成平臺，將相關(guān)設(shè)計成品以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主的成品交付方式［3］。水利工程設(shè)計產(chǎn)品采用數(shù)字化交付，不僅能提升交付產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，也從根本上解決了工程參建各方在交付過程中的溝通障礙，同時也是提升企業(yè)核心競爭力的重要手段，其價值具體體現(xiàn)在：（1）碰撞檢測：減少錯漏碰撞，提高設(shè)計質(zhì)量。（2）三維化：對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行三維的空間變化表達(dá)，利于產(chǎn)品的直觀描述。（3）可視化：便于溝通和決策，利于設(shè)計意圖的準(zhǔn)確表達(dá)。（4）信息化：實現(xiàn)各種相關(guān)信息通過互動方式進(jìn)行快速檢索與查詢。（5）文件管控：實現(xiàn)圖紙、文檔基于模型的動態(tài)管控，有利于產(chǎn)品的安全、高效管理。

3.2數(shù)字交付的總體要求

在水利工程設(shè)計產(chǎn)品中融入BIM技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字交付應(yīng)滿足的總體要求如下：（1）保證模型交付的準(zhǔn)確性模型交付準(zhǔn)確性是指模型與模型構(gòu)建的形狀和尺寸以及模型構(gòu)建之間的位置關(guān)系準(zhǔn)確無誤，相關(guān)信息也應(yīng)保證準(zhǔn)確性。在模型交付前應(yīng)對模型進(jìn)行檢查，確保模型準(zhǔn)確反映真實的工程狀態(tài)。（2）交付的模型幾何信息與外掛信息應(yīng)有效的傳遞。（3）交付的模型應(yīng)滿足各專業(yè)模型等級深度。（4）交付物中的圖紙和信息表格的內(nèi)容應(yīng)與模型中的信息一致。交付物中的各類信息表格，如工程統(tǒng)計表等，應(yīng)根據(jù)模型的信息來生產(chǎn)，并能轉(zhuǎn)化成為通用文件格式以便后續(xù)使用。（5）在滿足項目需求的前提下，宜采用較低的模型精度，滿足工程量計算、施工深化的要求。

3.3實施數(shù)字交付的關(guān)鍵技術(shù)

水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付關(guān)鍵技術(shù)的研究在行業(yè)中屬于比較前沿的技術(shù)，依據(jù)目前設(shè)計產(chǎn)品交付的實際情況以及水利工程設(shè)計信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，開展水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付關(guān)鍵技術(shù)的研究，具體內(nèi)容如下：（1）水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)的定制研究為提高水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付質(zhì)量，實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)的高效管理。首先應(yīng)對水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，研究內(nèi)容應(yīng)包含：設(shè)計產(chǎn)品交付的格式、模型編碼規(guī)則、模型層級劃分和后臺數(shù)據(jù)庫的建模標(biāo)準(zhǔn)等。（2）水利工程設(shè)計數(shù)字交付模型的創(chuàng)建研究水利工程設(shè)計數(shù)字交付模型的建立是進(jìn)行數(shù)字交付的基礎(chǔ)。對水利工程數(shù)字交付模型建立的研究包括：三維模型的建立、模型輕量化與格式轉(zhuǎn)換、模型信息的分類與檢索等。（3）水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付平臺的開發(fā)研究為增強(qiáng)水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付方式的可用性和通用性，需對水利水電設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字化交付平臺進(jìn)行定制開發(fā)。開發(fā)主要內(nèi)容主要包含：模型交互、信息掛接和查詢、可追溯的文檔電子化管控等功能的整合。

4水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的實施

4.1標(biāo)準(zhǔn)的定制研究

水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)的定制主要包括：交付產(chǎn)品格式、模型層級劃分、模型編碼和數(shù)據(jù)庫建模等。（1）交付產(chǎn)品的格式為保證數(shù)據(jù)的完整性，模型的保存應(yīng)是原有或兼容的數(shù)據(jù)格式，盡量避免模型轉(zhuǎn)換造成的數(shù)據(jù)損失。模型作為最終的交付成果，還應(yīng)考慮在設(shè)計交付中便于瀏覽、查詢和綜合應(yīng)用等，并能滿足一定的通用性和輕量化要求。在水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付關(guān)鍵技術(shù)研究過程中，采用某公司的三維設(shè)計軟件作為建模工具，以與其配套的軟件來實現(xiàn)對模型的瀏覽、查詢和綜合應(yīng)用，并以軟件自有的文件格式，作為數(shù)字交付模型的標(biāo)準(zhǔn)格式。（2）模型的層級劃分為反映工程階段和區(qū)分模型重要性，以及模型輕量化的需求，模型在建立前需要對模型的層級進(jìn)行劃分。模型層級一般由幾何信息深度或非幾何信息深度兩類要求共同組成。根據(jù)水利水電工程設(shè)計產(chǎn)品的特點，參考美國建筑師協(xié)會（AIA）于2008年的首份BIM合同文件《AIAE202建筑信息模型協(xié)議增編》將模型層級劃分為六個層級［4］，分別為100、200、300、350、400和500，需要注意的是，在實際過程中，由于500等級與400等級在信息深度上是一致的，其區(qū)別主要是500等級采用了建筑竣工后的實際尺寸，而400等級為設(shè)計施工尺寸。因此水利工程數(shù)字交付模型層級控制在400以內(nèi)。根據(jù)水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的特點，靈活運(yùn)用模型層級劃分的原則。交付模型在幾何信息深度上，土建部分的模型層級取400，即模型尺寸與設(shè)計施工尺寸相符。對于通過招標(biāo)由廠家提供的設(shè)備，模型層級取200，其模型只需反映占用空間和出入線路接口即可。交付模型在非幾何信息深度上，模型層級取350，能反映材質(zhì)、做法、單價、生產(chǎn)廠家、供貨商、安裝單位等產(chǎn)品信息和安裝信息即可。（3）模型的編碼標(biāo)準(zhǔn)水利工程行業(yè)涉及專業(yè)較多，參與人員多，項目模型拆分后模型文件的數(shù)量多，因此，采用清晰、規(guī)范的文件命名有助于參與人員提高對文件名標(biāo)識理解的效率和準(zhǔn)確性。同時為規(guī)范建模行為，保證模型數(shù)據(jù)具有高效的交互性和質(zhì)量，構(gòu)建合理的模型編碼規(guī)則，使信息能夠快速的進(jìn)行檢索，并通過索引目錄等方法讓信息儲存到數(shù)據(jù)庫中。經(jīng)研究和反復(fù)實踐，建議水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付模型編碼規(guī)則采用順序分層的方式進(jìn)行編碼，編碼的標(biāo)準(zhǔn)格式如下：專業(yè)編碼構(gòu)建編碼編碼注解整個編碼由三部分組成：專業(yè)編碼、構(gòu)件編碼和編碼注解，中間用“”隔開。其中專業(yè)編碼由從01開始順序排列的兩位數(shù)字組成，每組數(shù)字代表一個專業(yè)，共能代表99個專業(yè)；構(gòu)件編碼由從001開始順序排列的三位數(shù)字組成，每組數(shù)字代表一個獨立的模型構(gòu)件，每個專業(yè)下邊可有999個獨立的模型構(gòu)件；編碼注解是對構(gòu)件編碼對應(yīng)模型的注解或命名。例如：00001地形。“00”為專業(yè)編碼，表示地形地質(zhì)專業(yè)；“001”為構(gòu)件編碼；“地形”為編碼注解，表示“001”代表的是地形模型。（4）數(shù)據(jù)庫建模關(guān)系型管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有體積小，速度快，開放源代碼，支持多線程和多用戶等特點［5］，可作為支撐水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付信息的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是整個綜合信息平臺的“大腦”，它的設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到綜合信息平臺運(yùn)行效率和穩(wěn)定性［6］。數(shù)據(jù)庫建模應(yīng)滿足規(guī)范命名、減少數(shù)據(jù)冗余和采用數(shù)據(jù)驅(qū)動等要求。

4.2數(shù)字交付模型的創(chuàng)建

水利工程數(shù)字交付的模型，不僅僅是簡單的幾何展現(xiàn)，是一個經(jīng)量化、可瀏覽、可交互、富含各種交付信息的模型。（1）模型建立選用某軟件作為水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的建模軟件，并結(jié)合水利水利工程產(chǎn)品的特點，采用骨架設(shè)計、參數(shù)化模板搭建、標(biāo)準(zhǔn)庫零件調(diào)用、流程化建模、協(xié)同環(huán)境創(chuàng)建等技術(shù)，輔以規(guī)范化編碼和合理的層級劃分，快速完成水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付模型的創(chuàng)建。（2）模型的輕量化與瀏覽水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付模型一般包括：地形地質(zhì)、樞紐建筑物、場內(nèi)交通和各種施工建筑物等，數(shù)據(jù)量非常龐大，給模型的使用和瀏覽帶來很大的難度，為此，對水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付模型進(jìn)行輕量化處理十分必要。將模型導(dǎo)入某軟件，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的過程，本身就是一個輕量化的過程，數(shù)據(jù)壓縮比例相當(dāng)高。經(jīng)過輕量化的模型在保證模型精度的前提下，大大減少了數(shù)據(jù)量，而且能使模型的結(jié)構(gòu)更加清晰，展示效果更加逼真。（3）模型信息的分類與查詢水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付模型的信息存儲是海量的，模型的內(nèi)容包含了模型的對象及其屬性，對象及其屬性在不同階段也有不同的需求［7］。就水利工程交付模型而言，屬性信息一般分為基本信息和外掛信息。基本信息可直接量取獲得；外掛信息則通過模型編碼與后臺數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)，借助二次開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)模型的外部交付信息與查詢。

4.3數(shù)字交付平臺的開發(fā)研究

2016年2月，總理在寧夏考察調(diào)研期間，明確大力支持實施鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程更新改造，并要求在2～3年內(nèi)完成工程建設(shè)并發(fā)揮效益，為鹽環(huán)定革命老區(qū)、貧困地區(qū)脫貧致富提供水利保障。在此背景下，黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司開展了鹽環(huán)定揚(yáng)黃共用工程泵站更新改造的設(shè)計工作。設(shè)計產(chǎn)品作為試點率先采用數(shù)字交付，并以某軟件作為交付模型的展示內(nèi)核，以某數(shù)據(jù)庫為后臺數(shù)據(jù)庫，以VisualBasicNET為集成開發(fā)工具，開發(fā)了《鹽環(huán)定揚(yáng)黃共用工程泵站更新改造項目2＃數(shù)字泵站交付平臺》，平臺具備的功能特點如下：（1）交互功能強(qiáng)大平臺可通過交互方式實現(xiàn)模型的平移、縮放和旋轉(zhuǎn)，并提供可隨意切換的四種顯示模式，支持模型的多方位剖切等。（2）信息檢索查詢便利平臺可實現(xiàn)幾何信息的測量，如圖2所示，并能以互動的方式查詢和導(dǎo)出屬性信息。（3）文檔管控效率高平臺可依據(jù)登錄權(quán)限實現(xiàn)對文檔的管控，以及圖紙、建筑總說明與模型的關(guān)聯(lián)與下載。（4）智能搜索平臺提供模糊搜索和交互篩選兩種智能搜索模式，搜索結(jié)果提供三種顯示方式：突出亮顯、單獨顯示和閃爍顯示，方便模型定位和信息過濾。水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的標(biāo)準(zhǔn)定制與平臺開發(fā)，對其它工程的交付具有借鑒意義。其中，水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付的標(biāo)準(zhǔn)定制國內(nèi)外科技查新結(jié)果表明具有創(chuàng)新性，開發(fā)的平臺通過了國家著作權(quán)登記。

5結(jié)語

通過對水利工程設(shè)計產(chǎn)品數(shù)字交付標(biāo)準(zhǔn)定制與平臺開發(fā)，實現(xiàn)了設(shè)計交付產(chǎn)品的三維化、信息化和可視化；并結(jié)合工程特點實現(xiàn)了可追溯的文檔電子化管控和智能化三維模型搜索等功能，有效減少了交付過程中溝通障礙，提升了交付質(zhì)量和品質(zhì)。成果在鹽環(huán)定揚(yáng)黃共用工程泵站更新改造項目中得以印證，為施工圖審查的順利通過起到了積極作用，在施工圖審查中，得到了審查專家的高度認(rèn)可，值得進(jìn)一步推廣。

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作者：郭莉莉；王小平；聶常山 單位：黃河勘測設(shè)計有限公司