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[摘要]水利水电工程涉及的专业众多， 信息繁杂， 传统的手段难以直观全面的展示工程设计中的信息和图纸。文章利用开源的BIM 平台， 以大兴水利枢纽为例， 搭建了集信息查询、模型展示、图纸挂接、档案管理等功能为一体的综合管理平台， 将繁杂的工程信息同三维可视化模型相结合， 为工程的管理提供了可借鉴的依据， 实现了BIM技术在水利水电工程中的深度应用。
[关键词]BIM； 水利水电工程； 档案管理；
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0192-01
BIM是以工程项目的信息数据为基础， 通过数字化仿真手段将建筑模型三维展示， 实现数字化的工程管理功能。在传统水利水电行业中， 项目各阶段交付的图纸信息仍以传统的CAD二维图纸为主， 而水利水电工程建筑模型多以复杂的异形体为主， 传统的二维图纸很难满足工程施工要求， 所以在水利水电工程行业引入BIM技术就显得尤为必要。
BIM技术在水利水电行业应用主要以三维建模为主， 传统的二维设计正在逐渐向三维设计转变， 它有效缩短了设计周期， 同时也为工程施工带来了很多便利。然而目前BIM技术在水利水电行业应用仍然处于起步阶段， 在设计、施工、运维等工程全生命周期的各个阶段BIM技术仍然有较大的发展潜力。本文以开源的BIM数据服务器平台为主要技术支撑， 论述了BIM技术在模型数据解析的机制， 以可视化的方式将水利工程所涉及到的档案图纸同工程BIM模型相结合， 构建基于BIM技术的水利水电工程管理平台。
1 BIM
1.1 BIM 简介
BIM 是由荷兰的非营利机构TNO发起， 由TNO及Oracle等众多机构和公司联合开发的完全开源免费的BIM服务器平台。BIM 完全符合IFC及相关标准， 包括IFC荷兰扩展标准， 以及使用IFD构建的IFC数据。此外， 输出格式包括ifc XML、City GML （包括官方Geo BIM/IFC扩展） 、Collada （Sketchup） 、KMZ （Google Earth） 以及O3D/Web GL。这意味着BIM 符合BIM应用涉及的大多数成熟的开放标准。
BIM 采用的是“模型驱动架构”。在读取IFC模式文件后对IFC对象的类和属性进行解析， 将该结构存储在EMF （e-core） 模型中。该EMF模型是BIM 软件的核心， 用它来创建Java对象及SOAP接口。因为IFC的网络结构， BIM 采用了一种“键值存储”数据库， 即Oracle Berkeley DB， 该数据库处理数据交换非常迅速， 满足BIM数据的传输。EMF模型和Berkeley数据库之间采用标准接口， 因此也可以采用其他数据库进行存储。在EMF模型之上是多種网络接口， 包括SOAP接口， 网络用户界面， 以及一个类似REST的接口。
1.2 IFC简介
IFC标准是由国际协同工作联盟IAI （International Alliance for Interoperability） 为建筑行业发布的建筑产品数据表达标准， 符合IFC标准格式的模型是目前公认的BIM模型。IFC标准作为建筑工程数据交换的标准， 打破了各软件数据不兼容的难题， 其公开开放的特点解决了异质系统的交换和数据共享的问题。
BIM 以IFC作为平台的基础格式， 支持IFC2x3和IFC4两种ifc数据标准。BIM 以IFC数据作为底层数据库的基础， 将IFC数据解析为对象存储， 使其在作为一个文件服务器的同时， 还提供模型查询、合并、过滤等功能， 面向上层提供框架式插件的数据接口以及API等。
在水利水电行业， 主流的BIM软件平台主要有Autodesk、Bentley、Catia平台等， BIM模型格式存在较大差异， 而这些常见的平台都提供IFC数据格式的输出接口。所以BIM 平台以IFC数据格式为基础， 可有效的解决不同平台数据格式不兼容的问题。
2 BIM 在水利水电工程中的应用
本文以作者开发的BIM管理平台为基础， 以大兴水利枢纽为例， 展示了BIM 在水利水电工程中的应用场景。
2.1 工程简介
大兴水利枢纽工程位于某省某市某县境内， 水库坐落于大梁河中游， 为III等中型工程， 由首部枢纽和输水工程组成。工程首部枢纽由拦河坝、左岸输水取水建筑物、右岸发电引水建筑物、下游底流消能设施和岸边地面电站厂房等建筑物组成， 拦河坝为常态混凝土重力坝， 坝顶总长98m， 由溢流坝段和挡水坝段组成， 其中溢流坝段长40.0m， 位于河床中部， 分两个坝段， 设3个泄流表孔， 每孔净宽为10.0m。左岸挡水坝段长28m、右岸挡水坝段长30m。坝顶高程517.0m， 最大坝高52.0m， 坝顶宽9m。
2.2 BIM管理平台
平台以BIM 为基础， 在BIMview界面UI的基础上搭建BIM管理平台， 平台在BIMview原有模型展示基础上完善了模型信息模块内容， 除了原有模型几何信息和物理信息外， 还额外添加了构件图纸展示以及二维码扫描识图功能。同时系统利用图纸和构件挂接功能， 将工程项目相关的档案资料集成到BIM模型上， 实现了档案管理功能。
2.2.1 格式转化
大兴水利枢纽模型项目选用AECOsim Building Designer CONNECT软件作为三维协同设计工具， 如图1所示。在设计建模过程中按照相关编码体系同步录入构件属性信息， 按照设计阶段建立适当精度的BIM模型后， 将dgn文件转换为ifc格式。
实际操作中， 考虑到BIM 在导入较大体量的IFC文件后， 会出现模型不显示的BUG， 因此本文将大兴水利枢纽模型拆解后分批次导入， 分为：大坝模型、开挖面模型、电站模型三个模块， 在BIM管理平台中建立三个子项目， 依次将文件导入BIM管理平台。
2.2.2 信息挂接
以BIM 解析IFC文件后所得的对象为依据， 建立BIM模型构件唯一索引：globe ID。将设计过程中构件的二维图纸与构件唯一索引globe ID建立关联索引， 点击模型构件后， 通过关联索引找到与globe ID对应的图纸， 并生成二维码， 实现模型的信息挂接。
2.2.3 档案管理
工程项目资料的收集、整编、归档一直是困扰工程建设单位的一个难题， 随着工程全生命周期管理的逐渐成熟， 对工程设计建设资料的数字化移交提出了更高的要求。本平台基于BIM 所提供的BIM信息索引技术以及上文提到的信息挂接技术， 建立工程立体档案管理功能， 将设计图纸与BIM模型关联， BIM模型成为项目工程数据和业务数据的三维载体， 利用BIM的可视化能力， 所有报表数据图纸随时即得， 即3D、4D可视化， 更符合需求也更能提升协同效率。此外， 还实现了二维码识别图纸的功能， 方便现场人员利用终端设备查找档案。
结语
本文以BIM 平台为工具， 论述了BIM技术在水利水电行业中的应用。文中从BIM 底层的数据结构、前端展示两方面介绍了BIM 的主要技术路线。同时利用其开放性和可拓展性， 在原有的BIM 基础上建立集档案管理、信息查看、模型展示等功能的综合BIM管理系统。最后以大兴水利工程枢纽为例， 验证了BIM 在水利水电工程中的应用价值。
参考文献：
[1]龙潜，周宜红.我国水利水电工程中BIM技术应用现状研究[J].价值工程，2018，37（05）：191-192.
[2]马飞. 基于BIM的水利工程安全监测管理系统研究[D].河北工程大学，2017.
[3]王明明. 基于BIM技术的土石坝施工进度管理研究[D].西南科技大学，2017.
[关键词]BIM； 水利水电工程； 档案管理；
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）40-0192-01
BIM是以工程项目的信息数据为基础， 通过数字化仿真手段将建筑模型三维展示， 实现数字化的工程管理功能。在传统水利水电行业中， 项目各阶段交付的图纸信息仍以传统的CAD二维图纸为主， 而水利水电工程建筑模型多以复杂的异形体为主， 传统的二维图纸很难满足工程施工要求， 所以在水利水电工程行业引入BIM技术就显得尤为必要。
BIM技术在水利水电行业应用主要以三维建模为主， 传统的二维设计正在逐渐向三维设计转变， 它有效缩短了设计周期， 同时也为工程施工带来了很多便利。然而目前BIM技术在水利水电行业应用仍然处于起步阶段， 在设计、施工、运维等工程全生命周期的各个阶段BIM技术仍然有较大的发展潜力。本文以开源的BIM数据服务器平台为主要技术支撑， 论述了BIM技术在模型数据解析的机制， 以可视化的方式将水利工程所涉及到的档案图纸同工程BIM模型相结合， 构建基于BIM技术的水利水电工程管理平台。
1 BIM
1.1 BIM 简介
BIM 是由荷兰的非营利机构TNO发起， 由TNO及Oracle等众多机构和公司联合开发的完全开源免费的BIM服务器平台。BIM 完全符合IFC及相关标准， 包括IFC荷兰扩展标准， 以及使用IFD构建的IFC数据。此外， 输出格式包括ifc XML、City GML （包括官方Geo BIM/IFC扩展） 、Collada （Sketchup） 、KMZ （Google Earth） 以及O3D/Web GL。这意味着BIM 符合BIM应用涉及的大多数成熟的开放标准。
BIM 采用的是“模型驱动架构”。在读取IFC模式文件后对IFC对象的类和属性进行解析， 将该结构存储在EMF （e-core） 模型中。该EMF模型是BIM 软件的核心， 用它来创建Java对象及SOAP接口。因为IFC的网络结构， BIM 采用了一种“键值存储”数据库， 即Oracle Berkeley DB， 该数据库处理数据交换非常迅速， 满足BIM数据的传输。EMF模型和Berkeley数据库之间采用标准接口， 因此也可以采用其他数据库进行存储。在EMF模型之上是多種网络接口， 包括SOAP接口， 网络用户界面， 以及一个类似REST的接口。
1.2 IFC简介
IFC标准是由国际协同工作联盟IAI （International Alliance for Interoperability） 为建筑行业发布的建筑产品数据表达标准， 符合IFC标准格式的模型是目前公认的BIM模型。IFC标准作为建筑工程数据交换的标准， 打破了各软件数据不兼容的难题， 其公开开放的特点解决了异质系统的交换和数据共享的问题。
BIM 以IFC作为平台的基础格式， 支持IFC2x3和IFC4两种ifc数据标准。BIM 以IFC数据作为底层数据库的基础， 将IFC数据解析为对象存储， 使其在作为一个文件服务器的同时， 还提供模型查询、合并、过滤等功能， 面向上层提供框架式插件的数据接口以及API等。
在水利水电行业， 主流的BIM软件平台主要有Autodesk、Bentley、Catia平台等， BIM模型格式存在较大差异， 而这些常见的平台都提供IFC数据格式的输出接口。所以BIM 平台以IFC数据格式为基础， 可有效的解决不同平台数据格式不兼容的问题。
2 BIM 在水利水电工程中的应用
本文以作者开发的BIM管理平台为基础， 以大兴水利枢纽为例， 展示了BIM 在水利水电工程中的应用场景。
2.1 工程简介
大兴水利枢纽工程位于某省某市某县境内， 水库坐落于大梁河中游， 为III等中型工程， 由首部枢纽和输水工程组成。工程首部枢纽由拦河坝、左岸输水取水建筑物、右岸发电引水建筑物、下游底流消能设施和岸边地面电站厂房等建筑物组成， 拦河坝为常态混凝土重力坝， 坝顶总长98m， 由溢流坝段和挡水坝段组成， 其中溢流坝段长40.0m， 位于河床中部， 分两个坝段， 设3个泄流表孔， 每孔净宽为10.0m。左岸挡水坝段长28m、右岸挡水坝段长30m。坝顶高程517.0m， 最大坝高52.0m， 坝顶宽9m。
2.2 BIM管理平台
平台以BIM 为基础， 在BIMview界面UI的基础上搭建BIM管理平台， 平台在BIMview原有模型展示基础上完善了模型信息模块内容， 除了原有模型几何信息和物理信息外， 还额外添加了构件图纸展示以及二维码扫描识图功能。同时系统利用图纸和构件挂接功能， 将工程项目相关的档案资料集成到BIM模型上， 实现了档案管理功能。
2.2.1 格式转化
大兴水利枢纽模型项目选用AECOsim Building Designer CONNECT软件作为三维协同设计工具， 如图1所示。在设计建模过程中按照相关编码体系同步录入构件属性信息， 按照设计阶段建立适当精度的BIM模型后， 将dgn文件转换为ifc格式。
实际操作中， 考虑到BIM 在导入较大体量的IFC文件后， 会出现模型不显示的BUG， 因此本文将大兴水利枢纽模型拆解后分批次导入， 分为：大坝模型、开挖面模型、电站模型三个模块， 在BIM管理平台中建立三个子项目， 依次将文件导入BIM管理平台。
2.2.2 信息挂接
以BIM 解析IFC文件后所得的对象为依据， 建立BIM模型构件唯一索引：globe ID。将设计过程中构件的二维图纸与构件唯一索引globe ID建立关联索引， 点击模型构件后， 通过关联索引找到与globe ID对应的图纸， 并生成二维码， 实现模型的信息挂接。
2.2.3 档案管理
工程项目资料的收集、整编、归档一直是困扰工程建设单位的一个难题， 随着工程全生命周期管理的逐渐成熟， 对工程设计建设资料的数字化移交提出了更高的要求。本平台基于BIM 所提供的BIM信息索引技术以及上文提到的信息挂接技术， 建立工程立体档案管理功能， 将设计图纸与BIM模型关联， BIM模型成为项目工程数据和业务数据的三维载体， 利用BIM的可视化能力， 所有报表数据图纸随时即得， 即3D、4D可视化， 更符合需求也更能提升协同效率。此外， 还实现了二维码识别图纸的功能， 方便现场人员利用终端设备查找档案。
结语
本文以BIM 平台为工具， 论述了BIM技术在水利水电行业中的应用。文中从BIM 底层的数据结构、前端展示两方面介绍了BIM 的主要技术路线。同时利用其开放性和可拓展性， 在原有的BIM 基础上建立集档案管理、信息查看、模型展示等功能的综合BIM管理系统。最后以大兴水利工程枢纽为例， 验证了BIM 在水利水电工程中的应用价值。
参考文献：
[1]龙潜，周宜红.我国水利水电工程中BIM技术应用现状研究[J].价值工程，2018，37（05）：191-192.
[2]马飞. 基于BIM的水利工程安全监测管理系统研究[D].河北工程大学，2017.
[3]王明明. 基于BIM技术的土石坝施工进度管理研究[D].西南科技大学，2017.