openBIM是基于开放的标准和工作流程从而协同完成建筑的设计、施工和运营的一种通用解决方案,旨在提供透明而开放的工作流程以及可在不同软件之间通用的交互语言,从而使项目的各参与方能便捷地参与到项目的协同工作中。通过进一步将openBIM核心内容与高速铁路工程建设协同工作需求结合,提出了基于openBIM的成套铁路工程建设协同解决方案,从开放中立标准、协同工作流程及通用数据环境3个方面改善铁路工程建设的协同工作难题。
openBIM标准的使用
一、openBIM系列标准介绍
openBIM标准涵盖内容广泛,包括IFC,IDM,IFD,MVD,COBie等开放标准,可用于设计、施工及运维等多个阶段的工程协同工作中。IFC标准是国际公认的BIM数据交换标准,有助于实现AEC 行业从业者所用软件应用间的交流和共享;IDM是记录了业务流程并详细规定用户信息规范的文档,其定义在项目的特定阶段为支持特定业务流程而需要交换的信息;MVD用于定义某一数据模型或现有数据模型的子集,从而满足一个或多个特定数据的交换需求;COBie是一项为运维人员提供标准化工程建设数据的标准,旨在解决工程资产交付期间的数据传输问题。
二、openBIM标准在铁路工程建设中的应用研究
针对铁路工程建设中多软件交互协同、多专业模型施工协同应用以及基础设施运维信息传递等问题,通过对IFC,IDM,MVD,COBie等openBIM标准在铁路工程建设中的应用研究来提升协同工作及信息传递流畅性,openBIM标准应用技术路线图如图1所示。
在设计阶段,通过不同的设计软件创建不同铁路专业的模型,采用IFC标准下的.ifc格式作为模型文件传输格式,实现不同专业openBIM模型的统一管理和集成展示,提升基于BIM 模型的设计协同效率;各专业模型在经过基于IFC标准的模型审核检查后,为铁路工程管理平台提供模型服务。
在施工阶段,采用不同软件进行基于IFC模型的分析应用,为铁路施工提供可视化辅助决策。例如,利用Solidworks+Ansys进行的钢结构分析应用,利用Navisworks进行的模拟仿真应用,利用UE4和Unity制作的全景VR和AR应用;借助IDM与MVD标准,可以从各种BIM软件的IFC信息模型中快速找到特定需要的部分模型与信息,建立适用于各专业特定场景的独特性施工BIM应用,实现对某一特定应用场景的数据分析或施工应用,提升施工质量并推进施工的高效协同。在竣工交付阶段可将包含施工信息的BIM模型传递至综合维修系统中,为铁路运维BIM应用提供设计期及施工期的铁路工程信息。基于COBie标准编制符合铁路基础设施运维需求的信息交换模板,建立便于建设期与运维期组织结构转换和对应的表示方法,实现满足运维需求的建设期资产信息模型交付。
基于ISO 19650的铁路BIM协同工作流程
ISO 19650是一整套关于在建筑资产的全生命周期中,使用BIM进行信息管理的国际标准和标准族,其对各行业建立BIM管理体系以及BIM实施管理流程具有重要作用。ISO 19650可从组织协同、信息需求以及信息管理流程等方面为铁路BIM协同工作流程提供指导与借鉴。
一、组织协同
在ISO 19650系列标准中,项目参与方之间的关系可分为委任方、主要被委任方和被委任方。委任方一般可看作业主方,主要被委任方和被委任方即为传统意义上的乙方,主要被委任方类似于工程的总包方,被委任方类似于工程的分包方。在实际铁路工程建设项目中,委任方为铁路建设单位,如各类客运专线公司等;主要被委任方可与各设计单位、各标段施工单位、各监理单位进行对应;被委任方可与各专业设计团队、各工区施工团队、各监理团队进行对应。通过这一3层级架构可将铁路项目中的各项BIM任务层层分解,并划清各方职责,形成一套既清晰又可追溯的组织协同管理办法。
二、信息需求
信息需求在不同的项目阶段有所不同,主要分为组织信息需求、项目信息需求、信息交换需求和资产信息需求,其中资产信息需求指定资产信息模型,而信息交换需求指定项目信息模型。
基于此,进一步研究并划分铁路工程建设项目的信息需求。例如,铁路工程组织信息需求即为国内铁路的战略规划、投资计划及管理团队的组织架构等;铁路工程项目信息需求即为执行工作计划、物资采购计划等;铁路工程资产信息需求包括铁路各专业业务、技术及管理信息等;铁路工程信息交换需求即基于BIM模型的技术、管理和业务信息;铁路工程项目信息模型指在铁路工程建设中的过程信息模型,铁路工程资产信息模型指在资产交付后可用于运维的竣工信息模型。
三、信息管理流程
ISO 19650标准还针对资产交付阶段定义了标准化的BIM信息管理流程,包括信息管理要求以及关于资产交付和信息交换的内容。铁路工程项目的协同工作离不开信息的有效管理,项目各方均应参与到信息管理流程中。一般由铁路建设单位履行信息管理职能,负责梳理信息需求,确定信息交付时间和信息相关标准并制定招标计划;设计单位、施工单位等总包方主体负责制定投标计划、BIM执行计划和委任文件,并汇总信息交付内容;各专业团队负责制定BIM信息交付计划与信息交付能力评估报告,并最终负责生产及交付信息。在实际铁路项目的信息管理过程中,建设单位也可指派第三方BIM咨询公司代为履行信息管理的职责。
铁路工程BIM通用数据环境
铁路工程BIM通用数据环境(CDE)这一概念来源于国际BIM标准ISO 19650,被看作是实现BIM落地必不可少的环境条件之一,也是收集、管理和共享整个项目团队的数字资产的唯一信息来源。通过建立信息在不同状态间的转换及校审流程而形成的信息流转机制是CDE的核心内容。CDE中包含的信息状态有“工作中”“共享”“已发布”和“归档”4种,CDE中的信息流转机制如图2所示。
图2 CDE中的信息流转机制
在铁路工程建设领域,CDE的应用可通过建立一个带有标准化信息流转机制的云端协同环境来实现。该环境中各个团队的信息模型将独立保存,生成的信息可用于设计、施工及运维等多个阶段。该环境还可供项目各参与方在线协作,按照对铁路项目各参与方的角色划分以及信息流转机制的要求,“工作中”状态的信息均应为各专业设计团队或工区施工团队所独有的建设过程信息,可以是桥梁专业的设计图纸或隧道三维扫描数据等,这些信息未经过团队负责人的批准不能与其他专业进行共享使用;“共享”状态的信息应是已由团队负责人审核过的可共享信息,可用于进行通信工程、信号工程、电力工程和电气化工程(铁路“四电”工程,以下简称“四电”)接口检查或管线碰撞检测等多专业相互验证和问题检查;“已发布”状态的信息则是经建设单位批准可以用于后续工程或运维的不可变更信息,将组成铁路资产信息模型的一部分。在铁路工程建设及交付过程中,基于云端协同的CDE既便于在设计交付与竣工交付阶段进行信息模型传递,又便于各阶段内基于信息模型的协同工作,为铁路设计变更环节提供新的技术思路。