IFC标准下隧道工程信息的传递

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【摘要】近年来，BIM技术在各个工程领域已经得到了广泛的应用，BIM技术的基础是数据标准，只有通过合适的数据标准才能达到信息共享的目的。BIM技术的主流数据标准是ifc标准，本文借鉴国外IFC标准的制定经验以及对IFC标准的研究，定义了隧道工程建筑模型与投资分析模型、进度分析模型以及安全分析模型之间信息传递的模型视图，为最终的BIM-5D信息共享管理平台的构建提供了基本的依据。

【关键词】BIM;MVD;概念;模型视图;信息传递

1引言

建设工程全生命周期的过程中涉及到多个参与方，各参与方涉及的专业领域不同，应用的专业软件不同，信息表达的方式也不同，如何高效地促进各参与方之间的协同工作一直以来都是工程管理中的难点和热点。BIM是近年在建筑工程领域应用最为广泛的新技术，它从根本上解决项目从规划、设计、施工到维护管理等各阶段应用系统之间的信息断层，形成面向项目全生命周期的、具有高度集成性的建筑工程信息化模型。作为BIM技术的主流数据交换标准IFC标准提供了一个不依赖于任何具体信息管理系统、适合于计算机处理的建筑数据表示和交换标准［1］。IFC能够使不同的应用软件通过标准的数据接口，进行数据交换和共享，它定义了建筑工程项目全生命周期的数据格式，是目前应用范围最广、内容最为全面的BIM数据标准［2］。然而正是由于它的内容丰富、涉及的领域广，使得其在针对特定交换需求时，词义表达不够精确，且内容高度冗余，并不能够直接使用，因此需将其具体化。IDM标准就是用来实现这一目的的标准。它是对建筑工程项目分阶段按一定流程和交换目的的定义，拟精确定义每一业务模块，将IFC标准分步实施。IDM标准中确定的信息交换的具体内容则通过MVD标准来表达，MVD标准定义了模型视图的标准化格式，每一个特定的MVD将IDM标准中特定的交换需求与IFC标准中的实体和关系对象绑定，按一定功能组织方式进行表达，并在软件中测试认证，以达到利用IFC标准在软件中实现信息交换的目的。目前国内外对IFC标准及IDM标准都有所研究，涉及暖通、电气、给排水、材料管理等多个领域。而对MVD标准的研究主要集中在欧美国家，目前通过BSI(BuildingSMARTInternational)官网认证的有效MVD标准主要涉及设备管理、预制混凝土信息交换、建筑规划、结构设计分析、HVAV设计、景观设计、道路设计等专业。本文着重对模型视图的定义进行了研究，在参考其他专业模型视图的基础上，结合最新版本的IFC标准IFC4，对隧道工程中的造价、进度、安全等信息传递进行研究。

2BIM标准具体实施流程

完整项目信息交换过程涉及到上述的所有标准以及一些实施手册和指南，整个过程不仅复杂，而且每一步都需要精确操作、反复检验，过程中涉及了IFC标准的研究人员、软件开发商以及项目中的各参与方，过程中任何一个小的失误都可能使得IFC标准最终不能应用到BIM软件中。正常的BIM标准实施流程应该是，首先定义好IDM标准中的流程图(ProcessMap，PM)，提出相关的交换需求(ExchangeRequirements，ER)，利用MVD说明书将交换需求表达成MVD，其次是软件的支持性进行测试，最终在BIM验证阶段应用［3］。因此将IFC完整地应用到一个建筑工程项目中需要经历设计、实施、软件认证和BIM使用四个阶段。

2．1方案设计阶段(需求定义)

设计阶段是利用IDM进行需求定义的阶段，IDM定义了两类以上的应用软件信息交换时(如建筑设计软件及进度分析软件)的商业流程以及需要进行交换的信息。首先对建筑全生命周期过程中的各工程阶段进行明确的划分，然后利用业务流程建模标记法(BusinessProcessModelingNotation，BPMN)绘制出实际的业务流程图，并对每个工程节点各专业人员所需的交流信息进行详细的定义，以此达到在全生命周期某一特定阶段的信息需求标准化，并将需求提供给软件商，与IFC标准映射，制定出MVD标准，形成最终的解决方案［4］。如建筑设计软件及进度分析软件进行信息传递时，需要先设计出信息传递的业务流程图，其次从对方的模型中提取自己需要的内容，并最终作为自身专业交流模型的一部分，深化完善与本专业相关的BIM模型部分。在该阶段中，关键是流程图和交换需求的确定，BIM使用者需要真正地作出决策，这样才能制定出能够满足交换需求的标准。

2．2解决方案阶段

针对设计阶段中的商业流程和交换需求，需要制定特定的解决方案，提供一套完整的信息概念描述，MVD就是为了解决这个问题而产生的，它基于上述阶段中的交换需求，从IFC模型中派生出来，是IFC数据模型的子集。MVD分为“概念”、“视图”和“描述文档”三大模块［5］。“概念”是MVD的核心，视图表达了“概念”之间的上下层次关系和构造，描述文档则描述了“概念”以及MVD的属性、架构、功能和目标等信息。每一个MVD是分为非IFC的通用形式和与IFC绑定形式两种序列进行表达的。因此“概念”也有两种表达方式，其中非IFC的通用形式是给没有IFC知识和软件开发经验的普通用户查看的，相当于表达了信息交换需求，用蓝色标记(如图2，此处以深灰色替代蓝色)，而IFC绑定形式(MVD“概念”)是将通用“概念”与IFC标准中的相关实体或关系对象进行绑定，利用IFC模型来交换所需数据，是给具有IFC知识的程序开发人员查看的，旨在将通用“概念”和IFC标准绑定并在软件中实现，用橙色标记(如图3，此处以浅灰色替代橙色)。

2．3软件实施、认证测试阶段

一旦MVD被制定并，就需要实现对各供应商软件的支持，包括对软件中IFC数据交换详细的技术支持，这里需要依次对每一个“概念”进行测试以确认它们的实施符合MVD规则。认证的结果将以通用的MVD格式进行公开，以便最终用户可以检查、确认。除了对“概念”进行验证，还要进行软件的有效性测试，即检验软件所输出的信息与交换需求定义是否一致，确保在特定的商业规则下交换需求能完全被满足。有效性测试执行时必须使用为确定交流需求中特定部分而设计，事先已知其功能的测试文件，测试文件中属性值的设定在不同的地方可能因为不同的商业规则而有所差异。

2．4BIM认证、应用阶段

经过认证的软件产品并不能确保IFC数据在最终的项目中能够顺利地交换。最终用户必须遵循BIM指南中描述的进行数据交换。BIM认证确保最终用户可以成功地上传一个被认证的应用程序所输出的BIM模型。BIM认证结束后会出具BIM认证报告，列出该BIM中满足和不满足交换需求的内容。

3隧道工程BIM-5D模型视图定义

隧道工程全生命周期过程中，涉及大量的数据、人员信息，如何管理这些数据，并使各参与方之间进行协同工作是BIM需要解决的问题。目前，越来越多的项目中采用了BIM-5D管理平台对项目进行管理，使得各参与方能够及时准确的获取项目信息。BIM-5D就是在3D建筑信息模型基础上，融入“时间进度信息”与“成本造价信息”形成的五维建筑信息模型。本文以盾构隧道工程为研究对象，通过对项目全生命周期过程中物理模型与投资分析模型、物理模型与进度分析模型以及物理模型与安全分析模型之间信息传递视图模型的定义，实现BIM－3D模型与进度信息、成本信息以及安全信息之间的融合，最终构成该盾构隧道工程的BIM－5D管理平台。下文所定义的视图模型以及文档都是以与IFC4进行绑定了的形式进行的定义和描述，视图定义和文档描述都是按照MVD的标准格式进行的。首先是对模型视图进行了定义(图4)，根据各专业涉及到的需求信息列出“概念”，并按照一定的层次组合成视图模型，视图中涉及到的每一个“概念”，在文档描述中都有对应的说明(图5)，文档描述中还包括了“概念”以及MVD的属性、架构、功能和目标等信息。该视图只是对这几项主要交换信息进行总体的定义，实际每一项都需要有详细的视图定义，才能实现真正的信息交换，构建出BIM-5D平台。

4结论

通过信息建筑模型和各模型的信息协同，可以实现BIM－5D施工管理平台(图5)，通过BIM－5D信息模型，可以获取到工程的造价，进度和安全信息，还可以进行相关的统计分析，极大的提高了工程管理过程中信息沟通和管理的效率。BIM的一个基本前提是物业设施生命周期内不同阶段的利益相关者之间通过协同合作来插入、抽取、更新或修改BIM过程信息以支持和反映不同利益相关者的角色，因此BIM价值的最大化实现需要依赖于不同项目成员和应用软件之间的信息准确、快速的传递。本文研究了如何利用BIM标准进行隧道项目工程中信息的传递。为构建BIM－5D平台提供了基础，不过本文对于视图的描述只是停留在主体部分，并未展开进行详细定义，今后将在这方面继续分析研究。

参考文献

［1］满庆鹏，孙成双．基于IFC标准的建筑施工信息模型［J］．土木工程学报，2011，S1期(S1):239-243．

［2］SeeR，KarlshoejJ，DavisD．AnIntegratedProcessforDeliveringIFCBasedDataExchange［J］．2012-09-16．

［3］明星．基于MVD的建筑与结构模型转换研究［D］．上海交通大学，2014．

［4］周成，邓雪原．IDM标准的研究现状与方法［C］//计算机技术在工程设计中的应用———第十六届全国工程设计计算机应用学术会议论文集．2012:22-27．

［5］刘安申．基于BIM－5D技术的施工总承包合同管理研究［D］．哈尔滨工业大学，2014.

作者：周雅莉1，2 胡珉1，3 喻钢1，3 单位：1.上海大学-上海城建( 集团) 公司建筑产业化研究中心 2.上海大学土木工程系 3.上海大学悉尼工商学院