高秋亞，高新聞

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基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型研究

高秋亞1,2，高新聞1,3

(1. 上海大學(xué)上海城建建筑產(chǎn)業(yè)化研究中心，上海 200072；2. 上海大學(xué)土木工程系，上海 200072；3. 上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200072)

在研究近幾年迅速發(fā)展的BIM主流標(biāo)準(zhǔn)——IFC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息共享需求，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)信息組織與表達(dá)方式進(jìn)行了研究。按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，將預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)階段的信息統(tǒng)一劃分為產(chǎn)品信息、過(guò)程信息、資源信息、成本信息和場(chǎng)地信息，并建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型。最后，給出了應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型的具體實(shí)例，研究結(jié)果表明，該生產(chǎn)信息模型能有效的提高數(shù)據(jù)信息的管理，提高協(xié)同工作效率。

IFC標(biāo)準(zhǔn)；預(yù)制構(gòu)件；生產(chǎn)信息；信息模型

近幾年來(lái)，基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大，公共基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)業(yè)應(yīng)用而生，大量工程構(gòu)件由現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)到工廠生產(chǎn)。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有大量先進(jìn)的信息管理手段，但是由于設(shè)計(jì)方與生產(chǎn)方所用的軟件之間數(shù)據(jù)格式異構(gòu)，導(dǎo)致兩者的數(shù)據(jù)需不斷地重復(fù)輸入，信息共享和協(xié)同工作變得難以高效進(jìn)行。因此，對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，合理使用生產(chǎn)資源、科學(xué)進(jìn)行場(chǎng)地布置、縮短工期、降低成本和提高質(zhì)量已經(jīng)成為了各參與方的共識(shí)。

建筑信息模型(building information modeling，BIM)通過(guò)對(duì)工程數(shù)據(jù)的集成和數(shù)字化表達(dá)，可以很好地解決上述問(wèn)題。IFC標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的BIM信息交換標(biāo)準(zhǔn)。其提供了一個(gè)不依賴于任何具體信息管理系統(tǒng)、適合于計(jì)算機(jī)處理的建筑數(shù)據(jù)表示和共享標(biāo)準(zhǔn)，使不同的應(yīng)用軟件可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享[1]。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者對(duì)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換和信息共享進(jìn)行了相關(guān)研究。滿慶鵬和孫成雙[1]基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立了建筑施工信息模型，對(duì)其中的過(guò)程信息模型、資源信息模型和成本信息模型進(jìn)行了研究。周雅莉等[2]基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立了隧道工程建筑模型，并對(duì)投資、進(jìn)度、安全等模型之間定義了模型視圖，使其能夠信息共享。林佳瑞和張建平[3]利用IFC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同參與方與應(yīng)用之間綠色性能分析數(shù)據(jù)的交換與共享，提高了效率，降低了信息重復(fù)建模的成本。胡振中等[4]從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外BIM運(yùn)維方面進(jìn)行研究，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展提出了看法。KIM等[5]通過(guò)對(duì)已有的能量建模軟件與基于BIM的能量建模軟件進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基于IFC映射的建筑能量分析模型可以有效的提高精度。YE等[6]考慮將耐久性因素整合到設(shè)計(jì)過(guò)程中，闡述了耐久性信息模型和IFC數(shù)據(jù)接口，并通過(guò)案例證明該設(shè)計(jì)能夠改善AEC項(xiàng)目的生命周期，提升耐久性水平。FU等[7]利用IFC標(biāo)準(zhǔn)來(lái)研究計(jì)劃、成本等方面信息的表示方式。從以上內(nèi)容可以看出，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的信息交換相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究，但是鮮有針對(duì)在生產(chǎn)管理上基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的信息共享研究。

為此，本文通過(guò)對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)的研究，結(jié)合最新版本IFC4標(biāo)準(zhǔn)[8]，建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型，旨在為構(gòu)件在生產(chǎn)過(guò)程中提供有效的管理和信息共享手段。

1 信息模型的需求

1.1 IFC4標(biāo)準(zhǔn)

本文所用的IFC4標(biāo)準(zhǔn)是目前最為成熟的版本，如圖1所示，由下至上分別為：資源層、核心層、共享層和領(lǐng)域?qū)印Ｆ渲?，①資源層是IFC架構(gòu)中的最底層，該層主要定義了工程項(xiàng)目的通用信息，不針對(duì)具體的行業(yè)本身，是無(wú)整體結(jié)構(gòu)的分散信息，作為描述基礎(chǔ)應(yīng)用于整個(gè)信息模型；②核心層是IFC架構(gòu)中的第二層，主要作用是將整個(gè)資源層中分散的基礎(chǔ)信息組織起來(lái)，形成建筑工程信息的整體框架。然后用以描述現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)物以及抽象的流程；③共享層是IFC架構(gòu)中的第三層，主要是定義了一些適用于建筑項(xiàng)目各領(lǐng)域的通用概念，以實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域間的信息交換，同時(shí)細(xì)化系統(tǒng)的組成元素；④領(lǐng)域?qū)邮荌FC架構(gòu)中的最高層，主要是定義了一個(gè)建筑項(xiàng)目不同領(lǐng)域特有的概念和信息實(shí)體，而且還可以根據(jù)實(shí)際需要不斷進(jìn)行擴(kuò)展。

4個(gè)層次中每個(gè)層次又包含若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊又包含各種實(shí)體、定義類型、選擇類型、枚舉類型、規(guī)則、函數(shù)以及屬性集，并且遵循一個(gè)原則：每個(gè)層次只能引用同層次和下層的信息資源，而不能引用上層資源。這樣上層資源變動(dòng)時(shí)，下層資源不會(huì)受影響，保證信息描述的穩(wěn)定[9-11]。

1.2 生產(chǎn)信息模型

目前，隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于生產(chǎn)管理的信息集成得到了提升，但是現(xiàn)階段，IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)階段的信息定義不充分，因此，本文提出基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中信息的統(tǒng)一、有效管理。

通過(guò)對(duì)目前流行的PC構(gòu)件、箱梁、管片、U梁、節(jié)段梁等預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程分析，本文將這些預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行了生產(chǎn)階段信息的統(tǒng)一劃分，主要分為5個(gè)主要部分：產(chǎn)品信息模型、過(guò)程信息模型、資源信息模型、成本信息模型和場(chǎng)地信息模型。

2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型

2.1 整體框架

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，不同的構(gòu)件會(huì)有特定的生產(chǎn)過(guò)程，并對(duì)應(yīng)于不同的生產(chǎn)場(chǎng)地，在這過(guò)程中，不同的生產(chǎn)場(chǎng)地用到的資源也不盡相同，因此，不同的產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同的成本。本文對(duì)于該過(guò)程，建立了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型，將其分為預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息模型、過(guò)程信息模型、資源信息模型、成本信息模型和場(chǎng)地信息模型，具體模型關(guān)系如圖2所示。例如，要想生產(chǎn)預(yù)制管片，需要分析設(shè)計(jì)院送來(lái)的圖紙保證管片的產(chǎn)品信息。而針對(duì)上海的預(yù)制管片，每環(huán)管片又包含2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，2個(gè)鄰接塊、1個(gè)拱底塊和1個(gè)封頂塊，因此有不同的生產(chǎn)過(guò)程。針對(duì)每塊管片，需要場(chǎng)地來(lái)制作鋼筋籠，需要材料堆放區(qū)、產(chǎn)品制作區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)等不同的場(chǎng)地。在此過(guò)程中，會(huì)用到不同的資源信息，因此也會(huì)涉及到不同的成本信息。

圖1 IFC4的基本架構(gòu)圖

圖2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型

2.2 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息表達(dá)

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的產(chǎn)品信息模型，主要是來(lái)源于設(shè)計(jì)階段的信息，但需要將設(shè)計(jì)階段的信息按照IFC標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)階段的產(chǎn)品信息。對(duì)于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的產(chǎn)品信息模型，最新IFC4標(biāo)準(zhǔn)中尚未提供具體的實(shí)體描述。為此，本文通過(guò)對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)提供的增加實(shí)體定義來(lái)進(jìn)行實(shí)體構(gòu)建類型的拓展[12]，以此來(lái)建立產(chǎn)品的生產(chǎn)階段信息。

按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcProduct來(lái)表示產(chǎn)品信息，用ObjectPlacement記錄產(chǎn)品的空間幾何位置，用Representation對(duì)產(chǎn)品的幾何形體進(jìn)行描述。若是用實(shí)體IfcProxy擴(kuò)展，由于其擴(kuò)展的實(shí)例都屬于IfcProxy類型，容易造成意義不明確，因此，本文選用基于實(shí)體定義的擴(kuò)展機(jī)制擴(kuò)充預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品。例如，對(duì)預(yù)制管片進(jìn)行表示，則可以將其定義為擴(kuò)充實(shí)體IfcSegment，其是直接繼承于實(shí)體IfcProduct。預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息模型如圖3所示。

圖3 預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息模型

2.3 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件過(guò)程信息表達(dá)

過(guò)程信息模型是指生產(chǎn)作業(yè)前后邏輯關(guān)系及組合信息的組織與表達(dá)，包括生產(chǎn)過(guò)程作業(yè)之間的順序、并發(fā)、選擇、循環(huán)等與時(shí)間相關(guān)信息。過(guò)程管理對(duì)于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)是極其重要的，產(chǎn)品類型、成本控制、資源分配、場(chǎng)地選擇等均與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)。

按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcProcess及其繼承實(shí)體和相關(guān)的關(guān)系實(shí)體來(lái)表示過(guò)程。通過(guò)實(shí)體IfcProcess與關(guān)系實(shí)體IfcRelSequence建立聯(lián)系，表達(dá)不同生產(chǎn)任務(wù)間的順序關(guān)系。用SequenceType表示序列類型，其屬性類型是枚舉類型，用TimeLag表示時(shí)間滯后，序列類型定義“時(shí)間滯后”應(yīng)用于工序，將其作為時(shí)間比率或時(shí)間度量。本文用實(shí)體IfcProcess的派生實(shí)體IfcTask來(lái)表示具體的生產(chǎn)任務(wù)。在這里，IfcProcess是指某一相對(duì)獨(dú)立的工作，而IfcTask是描述具體的生產(chǎn)過(guò)程。例如，實(shí)體IfcProcess表示某種預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)項(xiàng)目，而派生實(shí)體IfcTask則表示鋼筋運(yùn)輸、鋼筋綁扎制作、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑、模板安裝、預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)等具體的生產(chǎn)過(guò)程。IfcTask實(shí)體的主要屬性有WorkMethod、Status、IsMilestone、Priority、PredefinedType、TaskTime等，用于對(duì)任務(wù)的工作方法、狀態(tài)、是否是里程碑、優(yōu)先級(jí)、預(yù)定義類型及任務(wù)時(shí)間進(jìn)行描述。用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssigns ToControl建立與實(shí)體IfcTask的一對(duì)多關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的控制。用實(shí)體IfcControl的派生實(shí)體IfcWorkControl來(lái)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行描述，包括項(xiàng)目的工作進(jìn)度和工作計(jì)劃。過(guò)程信息模型如圖4所示。

圖4 過(guò)程信息模型

2.4 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件資源信息表達(dá)

資源信息模型是指整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中所需資源信息的組織與表達(dá)，包括人力資源、物料資源和設(shè)備資源等。IFC標(biāo)準(zhǔn)中定義的資源為“某一事物作為生產(chǎn)角色而加以利用”，而不僅僅局限于事物本身。如果只需要一些基本信息，那么實(shí)體IfcResource即可滿足要求，若想要進(jìn)更多信息，則可以通過(guò)實(shí)體IfcResource與其他實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcResource及其派生實(shí)體IfcConstructionResource來(lái)描述資源信息。用實(shí)體IfcResource表示在生產(chǎn)過(guò)程中使用到的資源。而在IFC標(biāo)準(zhǔn)中，實(shí)體IfcConstructionResource是對(duì)資源的抽象定義，因此，本文用其派生實(shí)體：IfcLaborResource、IfcCrewResource、IfcSubConstract Resource、IfcConstructionMaterialResource、Ifc ConstructionProductResource、IfcConstruction EquipmentResource來(lái)分別表示勞動(dòng)力資源、人員資源、分包商資源、材料資源、產(chǎn)品資源和設(shè)備資源。其中，勞動(dòng)力資源可以指定不同的人員來(lái)組成勞動(dòng)力；分包商資源實(shí)體用LongDescription對(duì)其相關(guān)工作進(jìn)行描述，通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsTo Resource與實(shí)體IfcActor建立聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分包商人員的安排；用BaseQuantityConsumed和BaseQuantity Produced來(lái)表示材料的使用情況，通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToResource與實(shí)體IfcActor和實(shí)體IfcProduct進(jìn)行聯(lián)系來(lái)表達(dá)對(duì)人員和產(chǎn)品的安排；用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsTo Resource與實(shí)體IfcProduct建立聯(lián)系，表示產(chǎn)品資源中全部或部分在生產(chǎn)過(guò)程中占用產(chǎn)品的性能。本文用BaseCosts表示基礎(chǔ)成本，用以對(duì)單位基數(shù)、有效日期范圍、分類等信息進(jìn)行描述；用BaseQuantity表示基數(shù)，描述的是一個(gè)度量值，用來(lái)描述名字、名稱標(biāo)簽、信息屬性等信息；用Usage表示用法，描述與資源有關(guān)時(shí)間的信息。資源信息模型如圖5所示。

圖5 資源信息模型

2.5 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件成本信息表達(dá)

成本資源模型主要研究在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生成本信息的組織與表達(dá)，包括工程量信息、資源信息和價(jià)格信息等。在IFC標(biāo)準(zhǔn)中只能將可以具體數(shù)字化的成本進(jìn)行表述，例如，材料采購(gòu)費(fèi)、人工費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、材料損耗費(fèi)等。

按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcControl的派生實(shí)體IfcCostSchedule和實(shí)體IfcCostItem等對(duì)成本信息進(jìn)行描述。通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelSchedules CostItems建立成本進(jìn)度實(shí)體IfcCostSchedule與成本項(xiàng)目實(shí)體IfcCostItem一對(duì)多的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)成本的控制。用SubmittedOn表示成本進(jìn)度的提交日期，用UpdateDate表示成本進(jìn)度的更新日期，并定義兩者的類型都是選擇類型IfcdateDate。用Status表示成本進(jìn)度的當(dāng)前狀態(tài)，用PLANNED、APPROVED、AGREED、ISSUED、STARTED，分別表示狀態(tài)：計(jì)劃、核準(zhǔn)、商定、發(fā)布和啟動(dòng)。本文用PredefinedType表示成本進(jìn)度的類型，定義其類型是枚舉類型IfcCostSchedule TypeEnum。用實(shí)體IfcCostItem描述成本或財(cái)務(wù)價(jià)值信。由于一個(gè)成本項(xiàng)目可能包含其他成本項(xiàng)目，因此，本文用關(guān)系實(shí)體IfcRelNests進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。用PredefinedType表示成本項(xiàng)目的類型，依據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)，定義該類型屬性為枚舉類型IfcCostItem TypeEnum，即可以指定成本項(xiàng)目的預(yù)定義類型，是一個(gè)基于屬性設(shè)定的具體預(yù)定義類型。用CostQuantities表示同一類型項(xiàng)目的成本總和。用CostValues表示項(xiàng)目的成本值。用關(guān)系實(shí)體IfcAppliedValuedRelationship表述成本值之間的關(guān)聯(lián)。成本信息模型如圖6所示。

圖6 成本信息模型

2.6 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件場(chǎng)地信息表達(dá)

場(chǎng)地信息模型主要是指在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的場(chǎng)地信息的組織與表達(dá)，包括材料的堆放區(qū)、構(gòu)建的養(yǎng)護(hù)場(chǎng)地和生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)地等。在IFC標(biāo)準(zhǔn)中是用IfcSite來(lái)表示進(jìn)行施工或者其他開(kāi)發(fā)的土地或水源，并使用WGS84來(lái)確定場(chǎng)地的空間位置。

按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcSpatialStructure Elements進(jìn)行場(chǎng)地的表示。由于一個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目可能有多個(gè)場(chǎng)地，因此，本文用實(shí)體IfcSpatialStructure Elements的派生實(shí)體IfcSite表示不同的場(chǎng)地，將實(shí)體IfcSite分為COMPLEX、ELEMENT、PARTIAL，分別表示綜合體、獨(dú)立場(chǎng)地和單體。例如，對(duì)于一個(gè)正規(guī)的預(yù)制構(gòu)件廠，場(chǎng)地可以分為材料堆放區(qū)、預(yù)制構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)場(chǎng)地、生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)地等，即同一個(gè)工廠內(nèi)有不同場(chǎng)地的安排。用關(guān)系實(shí)體IfcRel Aggregates建立項(xiàng)目實(shí)體IfcProject與場(chǎng)地實(shí)體IfcSite之間的聯(lián)系。用實(shí)體IfcSite的派生實(shí)體IfcLocalPlacement表示不同場(chǎng)地直接的聯(lián)系。例如，在同一個(gè)場(chǎng)地內(nèi)，不同預(yù)制構(gòu)件的擺放位置按照一定的規(guī)則有所不同。本文用關(guān)系實(shí)體IfcRel ContainedInSpatialStructure建立實(shí)體IfcSite與實(shí)體IfcGeographicElement之間的聯(lián)系，并將實(shí)體IfcGeographicElement也與實(shí)體IfcLocalPlacement進(jìn)行聯(lián)系。用屬性RefElevation表示以海平面為基準(zhǔn)面的類型；用屬性RefLongitude表示世界經(jīng)緯度參考點(diǎn)，相對(duì)于世界大地測(cè)量系統(tǒng)WGS84的度、分、秒，對(duì)應(yīng)的類型是IfcCompoundPlaneAngle Measure；用屬性LandTitleNumber表示土地的編號(hào)；用屬性SiteAddress與實(shí)體IfcBuilding建立聯(lián)系，對(duì)應(yīng)實(shí)體IfcPostalAddress。例如，不同隧道項(xiàng)目所需要的預(yù)制構(gòu)件，可以通過(guò)確定的場(chǎng)址，然后在工廠內(nèi)確定好預(yù)制構(gòu)件的編號(hào)，從而按編號(hào)運(yùn)送到項(xiàng)目的施工場(chǎng)地。場(chǎng)地信息模型如圖7所示。

圖7 場(chǎng)地信息模型

2.7 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型

本文按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，將預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)階段的信息整理成相應(yīng)的信息模型，統(tǒng)一劃分為預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息模型、過(guò)程信息模型、資源信息模型、成本信息模型和場(chǎng)地信息模型。其中，用實(shí)體IfcProduct來(lái)表示預(yù)制構(gòu)件信息，用實(shí)體IfcProcess來(lái)表示過(guò)程信息，用實(shí)體IfcResource來(lái)表示資源信息，用實(shí)體IfcControl的派生實(shí)體IfcCostSchedule和IfcCostItem來(lái)表示成本信息，用實(shí)體IfcSite來(lái)表示場(chǎng)地信息，并通過(guò)相應(yīng)的關(guān)系實(shí)體將它們聯(lián)系起來(lái)。

建立的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型如圖8所示。本文用關(guān)系實(shí)體IfcRelToProcess來(lái)建立實(shí)體IfcProduct與實(shí)體IfcProcess之間的一對(duì)多的關(guān)聯(lián)，以此來(lái)表示預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品與生產(chǎn)任務(wù)之間的關(guān)系。用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToResource來(lái)將實(shí)體IfcProcess和實(shí)體IfcResource聯(lián)系起來(lái)，從而表現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程與資源消耗之間的聯(lián)系。利用關(guān)系實(shí)體IfcRelAggregates將實(shí)體IfcProcess，實(shí)體IfcResource與實(shí)體IfcSite之間建立聯(lián)系，來(lái)表示生產(chǎn)過(guò)程，與相應(yīng)場(chǎng)地信息和資源過(guò)程之間的聯(lián)系。用關(guān)系實(shí)體IfcRelAggregate將實(shí)體IfcResource與實(shí)體IfcControl建立聯(lián)系，以此來(lái)表示資源信息與成本信息之間的關(guān)系。最后，用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToControl將實(shí)體IfcProduct與實(shí)體IfcControl聯(lián)系起來(lái)，表示不同的預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中所需要產(chǎn)生的成本信息。另外，在成本信息模型中，本文用關(guān)系實(shí)體IfcRelSchedules CostItems建立實(shí)體IfcCostItem與實(shí)體IfcCost Schedule之間的聯(lián)系，以此來(lái)反映整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中成本與項(xiàng)目之間的關(guān)系。在過(guò)程信息模型中，本文用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToControl建立實(shí)體IfcTask與實(shí)體IfcWorkControl之間的關(guān)系，表示某一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，可以安排不同的生產(chǎn)任務(wù)，而不同的生產(chǎn)任務(wù)可以相應(yīng)的進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度的控制，以此來(lái)完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。

圖8 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型

3 實(shí)例分析

結(jié)合“上海城市軌道交通預(yù)制構(gòu)件全生命周期信息管理系統(tǒng)”中“制造階段”模塊，選取以上海某有限公司構(gòu)件分公司生產(chǎn)的ZZ3管片為例進(jìn)行信息模型的介紹，如圖9所示。

在預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)預(yù)制管片的步驟如下：

步驟1.由系統(tǒng)確定生產(chǎn)該類型管片的信息，根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙信息建立管片產(chǎn)品信息。并按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)信息。

由于預(yù)制管片在IFC標(biāo)準(zhǔn)中尚未進(jìn)行定義，且通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)體IfcProxy來(lái)擴(kuò)展的實(shí)體實(shí)例容易造成意義混亂，因此，本文選用基于增加實(shí)體定義的擴(kuò)展機(jī)制擴(kuò)充管片實(shí)體。擴(kuò)展內(nèi)容見(jiàn)表1，表內(nèi)黑體加粗部分為所取的值。

步驟2.根據(jù)規(guī)范，將預(yù)制管片產(chǎn)品信息按生產(chǎn)過(guò)程，形成過(guò)程信息。

根據(jù)屬性數(shù)據(jù)類型可知此管片類型為深埋，生產(chǎn)廠家為上海某工程有限公司構(gòu)件分公司，編號(hào)類型為ZZ3。通過(guò)國(guó)標(biāo)《預(yù)制混凝土襯砌管片》及地方各部門《隧道管片生產(chǎn)管理辦法》等將預(yù)制管片生產(chǎn)進(jìn)行細(xì)劃。管片的生產(chǎn)過(guò)程可分為拆模起吊、模具清理、涂脫模劑、鋼筋籠安放、模具組裝、保護(hù)層定位、預(yù)埋件安裝、檢查、混凝土澆筑、抹面、蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模起吊、管片編號(hào)、管片檢查、水養(yǎng)、管片出水養(yǎng)池、管片檢查、存放。根據(jù)不同的過(guò)程建立相應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)，本文用IfcTask實(shí)體表示，并通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToProcess與產(chǎn)品實(shí)體IfcSegment建立聯(lián)系。

圖9 上海城市軌道交通預(yù)制構(gòu)件全生命周期信息管理系統(tǒng)

表1 預(yù)制管片實(shí)體定義

步驟3. 按照生產(chǎn)過(guò)程確定不同的場(chǎng)地，從而形成場(chǎng)地信息。

生產(chǎn)過(guò)程包含很多的生產(chǎn)任務(wù)，為提高效率，需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程提供不同的生產(chǎn)場(chǎng)地。在預(yù)制管片生產(chǎn)廠主要有4個(gè)區(qū)域：混凝土拌合區(qū)、管片生產(chǎn)廠房區(qū)、管片堆放區(qū)、附屬配套設(shè)施區(qū)。其中，①混凝土拌合區(qū)包括混凝土拌合站、室內(nèi)料倉(cāng)、室外料倉(cāng)；②管片生產(chǎn)廠房區(qū)是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的重點(diǎn)區(qū)域，主要包括管片生產(chǎn)區(qū)、鋼筋加工及堆放區(qū)、管片鋼筋籠存放區(qū)、管片養(yǎng)護(hù)區(qū)；③管片堆放區(qū)包括管片存放區(qū)和試驗(yàn)檢測(cè)區(qū)；④附屬配套設(shè)施區(qū)包括辦公區(qū)、試驗(yàn)室、材料倉(cāng)庫(kù)、廠區(qū)鍋爐房、稱量系統(tǒng)等。本文用實(shí)體IfcSite來(lái)表示不同的生產(chǎn)任務(wù)的生產(chǎn)場(chǎng)地，并用關(guān)系實(shí)體IfcRelAggregates與生產(chǎn)任務(wù)IfcTask建立聯(lián)系。

步驟4. 根據(jù)不同的過(guò)程和場(chǎng)地，確認(rèn)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)用到的不同資源，建立資源信息。

不同的生產(chǎn)任務(wù)在不同的場(chǎng)地會(huì)用到不同的資源，例如，在鋼筋加工區(qū)，需要對(duì)鋼筋進(jìn)行處理：鋼筋檢查、鋼筋切斷、制作所需鋼筋、制成完整鋼筋籠。這里會(huì)用到不同的鋼筋種類，C10、C12、C16、C20、C25、C28等。本文用關(guān)系實(shí)體IfcRel AssignsToResource建立實(shí)體IfcTask與資源實(shí)體IfcResource之間的關(guān)系，并通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelAggregates建立場(chǎng)地實(shí)體IfcSite與資源實(shí)體IfcResource之間的關(guān)系。

步驟5. 依據(jù)定額將過(guò)程和資源結(jié)合起來(lái)，生成成本信息，并將其與預(yù)制管片產(chǎn)品信息建立關(guān)聯(lián)。

本文根據(jù)不同的生產(chǎn)任務(wù)與所用到的資源，依據(jù)定額來(lái)確定成本，見(jiàn)表2。根據(jù)在該過(guò)程中人、材、機(jī)的用量建立資源消耗列表，見(jiàn)表3。

其中，按照IFC標(biāo)準(zhǔn)，本文用實(shí)體IfcCostItem來(lái)表示成本，用關(guān)系實(shí)體IfcRelAssignsToControl與實(shí)體IfcSegmrnt、實(shí)體IfcTask和實(shí)體IfcResource之間的聯(lián)系。而成本項(xiàng)目之間的邏輯關(guān)系，本文則通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelNests進(jìn)行表達(dá)，并通過(guò)關(guān)系實(shí)體IfcRelScheduleCostItems建立于實(shí)體IfcCostSchedule的關(guān)系。

表2 預(yù)制管片生產(chǎn)成本項(xiàng)目表

表3 資源消耗列表

具體的信息需求模型與預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)信息模型對(duì)照?qǐng)D，如圖10所示。

4 結(jié)論與展望

本文針對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中的匱乏，在研究IFC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立了基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型。結(jié)論如下：

(1) 所建立的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型包含5個(gè)部分，即預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品信息模型、生產(chǎn)過(guò)程信息模型、資源信息模型、成本信息模型和場(chǎng)地信息模型。

(2) 本文是依據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)建立的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型，對(duì)產(chǎn)品信息、生產(chǎn)過(guò)程、資源、成本及場(chǎng)地等信息之間建立了關(guān)聯(lián)，可以不依賴于任何平臺(tái)與設(shè)備，可充分的實(shí)現(xiàn)信息的交流和轉(zhuǎn)換，提高協(xié)同工作的效率。

圖10 信息需求模型與預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)信息模型對(duì)照?qǐng)D

(3) 本研究將實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程與預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)模型相結(jié)合，給出了應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息模型的具體實(shí)例，結(jié)果表明，該生產(chǎn)信息模型能有效的提高數(shù)據(jù)信息的管理，提高生產(chǎn)效率。

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Research on Production Information Model of Prefabricated Components Based on IFC Standard

GAO Qiuya1,2, GAO Xinwen1,3

(1. SHU-SUCG Research Center for Building Industrialization, Shanghai University, Shanghai 200072, China;2. Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China;3. School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)

This paper is based on the research of BIM mainstream standard IFC (industrial foundation classes), which has been developing rapidly in recent years. According to the data sharing requirement of prefabricated components, the production information organization and expression mode of prefabricated components are studied. In accordance with the IFC standard, this paper divides the information of the prefabricated components in the production stage into product information, process information, resource information, cost information and site information, and establishes the information model of prefabricated components based on IFC standard. Finally, this paper gives a concrete example of applying the information model of prefabricated components. The result shows that the information model can effectively improve the management of data information and the cooperative production efficiency.

industrial foundation classes standard; prefabricated components; production information; information model

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2018030538

A

2095-302X(2018)03-0538-09

2017-11-01；

2017-12-10

上海市科委項(xiàng)目(14DZ0510500)

高秋亞(1993-)，女，浙江海曙人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒒?。E-mail：1019963618@qq.com