BIM技術在核電工程項目上應用

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摘要：核電工程項目逐漸規(guī)定使用bim技術為項目節(jié)省成本和提高效率，與BIM技術目前在傳統(tǒng)建筑工程項目有比較成熟的工程應用不同，核電工程項目在工程管理、施工工藝、平臺工具、信息安全等方面都在起步階段，無法直接套用建筑項目的BIM應用經(jīng)驗，甚至都很難套用BIM的相關標準。通過深入研究英國BIM標準和技術理論體系，結合核電工程項目設計和建造的特點，找到適合核電項目的滿足當前BIMLevel2要求的應用解決方案。

關鍵詞：BIMLevel2；公共數(shù)據(jù)環(huán)境；核電工程

0引言

建筑信息模型（BuildingInformationModeling,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，一方面用于指導所有參與方基于3D模型進行工作協(xié)同，另一方面用于對整個工程信息進行全生命周期管理[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（比如：4D施工進度可視化）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用BIM的國家之一，其BIM標準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BIMLevel2技術政策和標準相關工作后，英國政府強制要求從2016年開始政府投資的建設項目需要滿足BIMLevel2標準，這其中就包括英國在建的核電項目。英國標準協(xié)會（BritishStandardsInstitution,BSI）正在致力于把英國標準升級為ISO標準，以便加大在全球推廣英國標準[3]。目前已有多個國家采用英國BIMLevel2系列標準，由于與英國BIM行業(yè)背景有很多的相似之處，英國標準目前是中國工程建設行業(yè)推進BIM應用的重點參考對象，中國的核電建設也可以參考英國BIM應用的成功經(jīng)驗。

1核電項目如何滿足BIMLevel2

根據(jù)當前英國核電項目需滿足BIMLevel2，既要考慮核電項目采用BIM在項目安全、成本、進度等方面的目標，同時要考慮BIMLevel2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合在一起進行分析策劃。BIMLevel2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，各等級之間是漸進發(fā)展的關系。工程項目要想滿足BIMLevel2，就得按照其方法來工作。核電項目也不例外，需要按照BIMLevel2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鏈中，信息需求必須清晰明確，驗證供應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），信息管理任務的分解，用公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE）進行協(xié)同工作，使用統(tǒng)一分類標準、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），結構化環(huán)境安全信息的共享等。這些BIMLevel2核心內(nèi)容在相關的標準或規(guī)范中都有參考，對于核電項目來說，可以參考以下標準：BSENISO19650-1（由BS1192：2007+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]。BSENISO19650-2（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主要是關于運營階段如何運用BIM技術進行資產(chǎn)管理。該文件主要細化了資產(chǎn)管理模型和信息交換使用環(huán)境設置的要求[4]。BS1192-4：2014主要是關于協(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準（COBie）[5]。PAS1192-5：2015主要是關于信息安全及規(guī)范，數(shù)字信息環(huán)境和智能數(shù)字信息[6]。PAS1192-6：2018主要是關于利用BIM進行結構化的健康與安全信息協(xié)同[7]?？偟脕碚f，BIMLevel2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BIMLevel2，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，比如說要實現(xiàn)進度管控，在開始要定義進度信息交付計劃，然后在項目執(zhí)行過程中確保各進度信息在供應鏈之間準確及時地交互，這些都可以通過執(zhí)行BIMLevel2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)，結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(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計和施工階段的由信息構成的虛擬模型，起初是用于表達設計承辦方的設計意圖，后來用于施工過程中制造和建安，當它移交到運維階段后就變成了資產(chǎn)模型的基礎；資產(chǎn)信息模型同樣是在運行和維護階段用于對資產(chǎn)管理信息的虛擬模型。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計方負責，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鍵問題。英國目前解決這一問題是采用符合COBie數(shù)據(jù)交互的國際標準，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)務的需求。核電項目由于數(shù)據(jù)關系比較復雜，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)之間的關聯(lián)的復雜程度就會呈指數(shù)上升，很容易導致信息無法關聯(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責，這樣在信息管理和數(shù)據(jù)移交上就會更容易。

3核電工程數(shù)字化交付

業(yè)主需要定義項目建設各階段的移交內(nèi)容作為數(shù)字化的工作計劃DPoW（DigitalPlanofWork），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’sInformationRequirements），在招標采購階段，需要投標單位提供BIM執(zhí)行計劃BEP（BIMExecutionPlan），一旦獲得合同，需要進一步細化BEP的同時，要產(chǎn)生主信息移交計劃MIDP（MasterInformationDeliveryPlan），之后開始進行項目準備，在MIDP作為前提的基礎上，組織動員其下承包商產(chǎn)生各自工作任務的信息移交計劃TIDP（TaskInformationDeliveryPlan）和各自工作范圍的BEP。一旦移交的信息內(nèi)容再各方之間達成一致，項目啟動后就在CDE中開始根據(jù)MIDP的要求交付構成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，也清楚交付物的內(nèi)容、格式、精度、對象和時間等，業(yè)主會通過預先設定的決策點來審核信息交付的相關內(nèi)容，并以此做出相關的決策。不管以何種形式進行數(shù)據(jù)協(xié)同，需要遵循二個基本原則，第一數(shù)據(jù)可以重復使用，在不同的業(yè)務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

英國BIMLevel2標準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于各種不同類型的項目，指導性也非常強，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準，而且國內(nèi)也出了BIM相關的交付標準和交互標準等，而且各個地方還出臺各自的標準。根據(jù)項目地域性的特點，選擇滿足最適合整個供應鏈要求的標準和規(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，從而導致信息傳輸?shù)牡托АIM并沒有強調(diào)數(shù)據(jù)的結構化，更多的關注的是圖形數(shù)據(jù)，結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)中的關聯(lián)關系，而且COBie交互標準也并不沒有要求文檔信息結構化率必須達到某種程度?？梢园凑請D5所示將BIM信息化架構分為四層建設：標準層、技術、信息層、業(yè)務層，并將四層有機結合在一起。BIMLevel2要求是以三維數(shù)據(jù)為載體，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)、結構化和非結構化數(shù)據(jù)信息關聯(lián)，并不像傳統(tǒng)的信息化建設以結構化數(shù)據(jù)為中心，偏向于在數(shù)據(jù)的集成和整合。當前核電行業(yè)信息化建設首要目標還主要是文檔數(shù)據(jù)結構化以及解決數(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，但是一旦和業(yè)務流程聯(lián)系起來就很難推動。目前核電行業(yè)信息化建設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進行項目信息管理的特長，對標項目上的業(yè)務需求，彌補現(xiàn)有信息管理平臺或系統(tǒng)在滿足整個供應鏈上的不足。

5結語

基于BIM的理論來指導核電工程信息化建設是非常有必要的，但是核電工程信息化建設一般又需要經(jīng)過長期投入才能看到收益，這對于決策者和建設者來說都會承擔著巨大的壓力，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的方向。信息化建設也是需要通過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與新技術手段如云技術，物聯(lián)網(wǎng)等相結合，能發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟效益。

作者:嚴家福 趙棟 單位:中廣核工程有限公司