陳特　蘇文哲　吳含　劉建秀

摘要：為提高BIM模型編碼和屬性信息管理的標準化水平和效率，通過對信息模型分類和編碼標準的研究，提出了一種基于分類編碼的BIM模型編碼和屬性管理方法。同時對BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)、屬性模板庫等進行了標準化設(shè)計，為水電工程BIM模型的編碼和屬性附加提供了標準化的模板庫，并基于Bentley軟件開發(fā)了相應(yīng)的屬性管理軟件。該方法和軟件已成功應(yīng)用于多個水電工程項目，取得了良好的應(yīng)用效果，可進一步推廣應(yīng)用至新能源工程、交通工程等多個領(lǐng)域。

關(guān) 鍵 詞：分類和編碼； BIM模型； 屬性管理； Bentley； 水電工程

中圖法分類號： TV73 文獻標志碼： A DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.035

0 引 言

隨著BIM技術(shù)在工程數(shù)字化領(lǐng)域的快速發(fā)展，工程各行業(yè)均開始研究和利用BIM技術(shù)進行工程設(shè)計、施工和運維全生命周期管理［1-7］，水利水電工程也進入了數(shù)字化建設(shè)新時代［8］。

BIM模型是各類業(yè)務(wù)應(yīng)用場景的信息載體和信息傳遞的核心。工程對象的信息具有類型多樣、來源多樣、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信息集成周期長等特點，為保證BIM模型在全生命周期流轉(zhuǎn)過程中信息的可靠性、有效性、唯一性和可繼承性，需要對BIM模型幾何信息、屬性信息進行分類、結(jié)構(gòu)化處理和相互關(guān)聯(lián)，為后期屬性信息的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

為了對BIM模型進行合理的組織，規(guī)范BIM模型中信息的分類和編碼，工程行業(yè)各領(lǐng)域相繼發(fā)布了信息模型分類和編碼標準。2017年國家住建部和質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T 51269-2017《建筑信息模型分類和編碼標準》［9］，對建筑行業(yè)工程對象分類和編碼提出具體規(guī)范；2020年中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會發(fā)布了團體標準T/CWHIDA0007-2020《水利水電工程信息模型分類和編碼標準》［10］，對水利水電工程對象分類和編碼進行了規(guī)范。但是，由于工程行業(yè)目前采用的BIM建模軟件主要為Autodesk、Bentley、Dassault等國外軟件產(chǎn)品，建模功能通用化較強，專業(yè)化、本地化程度較弱，基于信息模型分類編碼的BIM模型屬性管理方法和工具相對缺乏。

現(xiàn)階段，建模軟件在BIM模型編碼和屬性附加方面主要有三種方式［11-16］：① 通過BIM軟件自帶的功能進行參數(shù)化建模，并將相關(guān)參數(shù)作為屬性進行存儲；② 利用軟件自帶的屬性附加功能對模型進行編碼和屬性附加；③ 在建模軟件上進行二次開發(fā)，開發(fā)屬性附加工具。模型屬性附加方法普遍存在以下問題：① 常規(guī)建模軟件模型構(gòu)件編碼以國外標準為主，尚無符合中國分類和編碼標準體系要求的BIM模型屬性附加方法。② 參數(shù)化建模功能效率較高，但當前BIM軟件普遍采用非國產(chǎn)化軟件，與國內(nèi)相關(guān)技術(shù)標準適應(yīng)性較低，需要人為進行定制，工作量較大；參數(shù)化建模適應(yīng)性不強，很多非標準構(gòu)件難以進行參數(shù)化建模。③ BIM軟件自帶的屬性附加功能大多為通用性功能，專業(yè)化程度較低，不能很好的與相關(guān)BIM技術(shù)標準匹配，標準化、自動化程度較低，效率較低。

為解決BIM模型編碼和屬性附加方式存在的問題，提高BIM模型屬性管理和應(yīng)用的效率，本文研究并提出了一種基于信息模型分類和編碼標準的BIM模型屬性管理方法和軟件，深度融合中國的分類和編碼標準體系，系統(tǒng)提高BIM模型在工程全生命周期的流轉(zhuǎn)和應(yīng)用效率。

1 BIM模型編碼和屬性管理方法和流程

經(jīng)過大量的研究和實踐工作，筆者研究和總結(jié)了一套完整的BIM模型編碼和屬性管理的方法和流程，如圖1所示。

（1） 研究和編制（或使用相應(yīng)國標、行標）信息模型分類和編碼標準。

（2） 根據(jù)信息模型分類和編碼標準，設(shè)計BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)。

（3） 按照信息模型分類和編碼標準和工程特點對工程對象進行梳理。

（4） 對具體工程對象所包含的屬性類型進行梳理。

（5） 對具體包含的屬性信息進行梳理。

（6） 根據(jù)分類和編碼標準、BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)及梳理的工程對象、屬性等信息，設(shè)計并建立BIM模型編碼和屬性模板庫。

（7） 將BIM模型編碼和屬性模板庫導(dǎo)入BIM建模種子文件，作為BIM建模的基礎(chǔ)，種子文件可重復(fù)使用；也可將屬性模板庫內(nèi)置于軟件的工作環(huán)境中，也可利用BIM模型屬性管理軟件將模板庫導(dǎo)入現(xiàn)有BIM模型文件中。

（8） 利用BIM模型屬性管理軟件對各類BIM模型對象進行編碼和屬性附加等操作。

2 信息模型分類和編碼標準

為規(guī)范水電工程信息模型中信息的分類、編碼與組織，實現(xiàn)工程全生命周期信息的交換、共享，在系統(tǒng)研究和參考相關(guān)國家、行業(yè)和團體標準［9-10，17］的基礎(chǔ)上，制定了企業(yè)標準《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》。

《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》采用面分類法和線分類法相結(jié)合的方式對工程涉及的建筑物、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等工程對象進行系統(tǒng)性梳理和逐級分類［18］，分類體系如表1所列。分類體系在國標［9］和參考團標［10］的基礎(chǔ)上，根據(jù)本單位水電工程設(shè)計習慣和BIM應(yīng)用具體情況，按照“建設(shè)成果、建設(shè)進程、建設(shè)資源和建設(shè)屬性”四個維度進行歸類，部分分類表在國標［9］的基礎(chǔ)上擴充或直接引用國標［9］的分類表及其表代碼，其余分類表按照“建設(shè)成果、建設(shè)進程、建設(shè)資源和建設(shè)屬性”進行歸類并確定其表代碼。

3 BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計

為有效組織BIM模型中的屬性信息，在分類和編碼標準的基礎(chǔ)上，研究并提出了一種BIM模型的編碼和屬性結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)與《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》深度融合，即對每個分類節(jié)點建立相應(yīng)的屬性表結(jié)構(gòu)。BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)如圖2所示，屬性表可根據(jù)項目需求進行擴展，適用性強。

如圖2所示，BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)共分為三級：第一級“工程對象”，第二級“屬性類型”，第三級“屬性”。其中第一級“工程對象”為分類和編碼標準中具體的工程分類對象，包含水工建筑物（如發(fā)電廠房）、構(gòu)件（如框架梁）、設(shè)備（如發(fā)電機）等；第二級為屬性類型，參考《建筑信息模型設(shè)計交付標準》［18］結(jié)合水電工程特點及BIM設(shè)計需要，將屬性分為編碼信息、結(jié)構(gòu)設(shè)備信息等類型，其中編碼信息中包含工程對象分類編碼，為相應(yīng)工程對象在《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》中的編碼值，作為默認值事先錄入屬性結(jié)構(gòu)表格，屬性附加時無需手動錄入；第三級為屬性，包含長度、寬度、設(shè)計荷載、編碼等工程對象的具體屬性項目。

4 BIM模型編碼和屬性模板庫設(shè)計和建立

為提高BIM模型屬性管理工作效率，如屬性附加、屬性查詢、屬性導(dǎo)出等，在BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合Bentley平臺EC屬性的特點［19］，研究并提出了BIM模型編碼和屬性模板庫的標準格式，如圖3所示。

BIM模型編碼和屬性模板庫標準格式具有適用性強、擴展性強等特點，深度適應(yīng)Bentley平臺，可方便地進行屬性的調(diào)整和擴充。

為方便BIM設(shè)計人員對BIM模型進行屬性附加，在屬性模板庫標準格式的基礎(chǔ)上，依據(jù)《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》，制定“水電工程BIM模型屬性模板庫”。將一個大的分類表（如“按功能分建筑物分類表”）作為一個基本屬性庫，每個基本屬性庫中的對象以分類表中的分類對象為對象，進行屬性的梳理。

如圖4所示，水電工程BIM模型屬性模板庫分為“HydroPower_FunctionBuildingInfo”按功能分建筑物、“HydroPower_BuildingSpaceInfo”按功能分建筑空間、“HydroPower_ElementInfo”元素等基本庫。每個基本庫按照分類和編碼標準中的工程對象進行梳理，并將相應(yīng)對象的屬性添加至屬性模板庫中。利用屬性模板庫，可以統(tǒng)一工程對象的屬性類別，有效提高BIM模型屬性的標準化程度及屬性附加的工作效率。

BIM模型服務(wù)于工程全生命周期，然而前一階段往往難以將后續(xù)所有階段需要的信息考慮完全，面臨隨時可能增加信息的實際應(yīng)用需求。對此，利用屬性模板庫能夠快速地進行信息擴展，僅需將擴展后的模板庫重新導(dǎo)入模型即可實現(xiàn)模型屬性的批量擴展，且不影響已有的屬性信息。

5 BIM模型屬性管理軟件

ECFramework（簡稱“EC”）是Bentley軟件中內(nèi)置的模型屬性信息存儲技術(shù)［19］，主要解決軟件中數(shù)據(jù)交互的問題，基于XML格式存儲，可利用Bentley軟件EC屬性功能，對BIM模型附加EC屬性。但軟件自帶的工具操作復(fù)雜，效率低且不符合設(shè)計人員的習慣。因此，開發(fā)了“BIM模型屬性管理軟件”，方便設(shè)計人員對BIM模型進行屬性管理。

屬性管理軟件主要解決BIM分類和編碼標準在Bentley平臺中的應(yīng)用問題，主要功能包括屬性模板導(dǎo)入、模型賦屬性、模型編碼、屬性導(dǎo)出等功能模塊。

屬性模板導(dǎo)入可對Excel表格中定義的屬性模板庫進行編輯、檢查及導(dǎo)入。

屬性管理具有單個或批量模型屬性附加、屬性刪除、構(gòu)件編碼、工程量屬性更新等功能，支持給文件（DGN）、模型（model）、元素（Element）附加EC屬性，支持按照分類和編碼標準對構(gòu)件進行自動編碼。

屬性導(dǎo)出可導(dǎo)出文件、模型、元素上的屬性信息至屬性文件中，也支持直接導(dǎo)出至關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。屬性導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型與屬性模板庫保持一致。

在實際工程應(yīng)用中，存在對設(shè)計BIM模型進行拆分等需求，比如利用模型進行施工進度模擬，需按照進度計劃對BIM模型進行拆分，Bentley軟件中的原生拆分功能拆分模型后屬性信息無法繼承，造成屬性丟失。屬性管理軟件提供按一定業(yè)務(wù)規(guī)則的線切、平切、豎切等模型拆分功能，并且模型拆分后屬性可繼承。

6 應(yīng)用案例

本文研究的BIM模型屬性管理方法和軟件在多個水電項目中得到廣泛應(yīng)用，取得了很好的應(yīng)用效果。本文以五強溪水電站擴機工程實際應(yīng)用情況為案例進行介紹。

該水電站位于沅水干流中下游，湖南省沅陵縣境內(nèi)，上游距沅陵縣城73 km，下游距常德市130 km。電站樞紐由重力壩、壩后廠房等建筑物組成。擴機工程主要建筑物包括岸塔式進水口，單洞單機引水隧洞、上游調(diào)壓室、岸邊式地面發(fā)電廠房。擴機工程裝機容量500 MW（2×250 MW）。

該工程建筑物和機電設(shè)備眾多，工期緊，利用基于BIM的數(shù)字化管控平臺對工程建設(shè)過程進行精細化管理，這對BIM模型的創(chuàng)建提出了很高的要求。本文研究的BIM模型屬性管理軟件和水電工程BIM模型編碼和屬性模板庫，對確保BIM模型按時提交提供了強力保障，發(fā)揮了巨大的作用，為工程建設(shè)管理提供了強大的支撐。截至2021年11月，共完成主體工程土建部分442個設(shè)計BIM模型，機電金結(jié)部分33個設(shè)計BIM模型及進水口開挖支護、廠房機窩大體積混凝土等7套施工BIM模型。進水口設(shè)計BIM模型如圖5所示。

7 結(jié) 論

BIM技術(shù)在工程行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛，如何快速高效地建立滿足BIM技術(shù)標準和工程建設(shè)管理需要的BIM模型成為了工程行業(yè)面臨的一個新課題。本文在充分研究信息模型分類和編碼等BIM標準的基礎(chǔ)上，提出了一種基于分類和編碼標準的BIM模型屬性管理方法，并開發(fā)了相應(yīng)的軟件，主要成果如下：

（1） 研究并制定了《水電工程BIM標準-第1部分：分類和編碼標準》，為BIM模型的建立打下了良好的基礎(chǔ)。

（2） 設(shè)計了一種基于Bentley軟件的BIM模型編碼和屬性結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)，制定了BIM模型編碼和屬性模板庫標準格式，建立了水電工程BIM模型編碼和屬性模板庫，為水電工程BIM模型的編碼和屬性附加提供了標準化的模板庫，提高了工作效率和質(zhì)量。

（3） 研發(fā)了BIM模型屬性管理軟件，為BIM模型的編碼和屬性管理提供了高效的工具。

（4） 建立了一套標準化的BIM模型編碼和屬性附加工作流程。

研究成果在多個水電工程得到廣泛應(yīng)用，取得了很好的應(yīng)用效果。研究成果不僅可在水電工程中應(yīng)用，同時適用于新能源工程、交通工程等領(lǐng)域，同時可為Autodesk及Dassault等軟件平臺提供參考。

參考文獻：

［1］樊啟祥，陸佑楣，周紹武，等.金沙江水電工程智能建造技術(shù)體系研究與實踐［J］.水利學(xué)報，2019，50（3）：294-304.

［2］補舒棋，毛擁政，鄭湘文，等.BIM協(xié)同設(shè)計在三河口電站供水發(fā)電廠房系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.水利水電快報，2020，41（10）：30-35.

［3］郭紅兵，趙亞蘭.BIM技術(shù)的國際研究概況與我國市政BIM應(yīng)用分析［J］.人民長江，2021，52（4）：164-170.

［4］鄭忠欽.基于工程數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新的D公司業(yè)務(wù)拓展研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2018.

［5］張顏.基于BIM的全過程工程咨詢模式研究［D］.北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2020.

［6］譚堯升，陳文夫，郭增光，等.水電工程邊坡施工全過程信息模型研究與應(yīng)用［J］.清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，60（7）：566-574.

［7］薛向華，皇甫英杰，皇甫澤華，等.BIM技術(shù)在水庫工程全生命期的應(yīng)用研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2018，37（8）：75-84.

［8］楊順群，郭莉莉，劉增強.水利水電工程數(shù)字化建設(shè)發(fā)展綜述［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2018，37（8）：75-84.

［9］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑信息模型分類和編碼標準：GB/T 51269-2017［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

［10］中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會.水利水電工程信息模型分類和編碼標準：T/CWHIDA0007-2020［S］.北京：中國水利水電出版社，2020.

［11］李家華，張宏銓，萬浩然，等.水運工程中BIM模型編碼技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.中國港灣建設(shè)，2021，41（10）：38-43.

［12］常盛杰，黨建武，王陽萍.基于Revit的牽引變電設(shè)備BIM模型與信息集成研究［J］.圖學(xué)學(xué)報，2018，39（4）：771-777.

［13］周清華，李純，黃新文.鐵路BIM非幾何屬性研究與應(yīng)用［J］.鐵道勘察，2018，44（5）：66-69.

［14］卓鵬飛.基于Omniclass的唯一編碼及水利工程BIM集成交付［J］.人民長江，2020，51（3）：199-204.

［15］劉沛.基于BIM的鐵路車輛站場場坪三維設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2021，65（7）：188-193.

［16］鐘登華，張琴婭，杜榮祥，等.基于CATIA的心墻堆石壩施工動態(tài)仿真［J］.天津大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2015，48（12）：1118-1125.

［17］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑信息模型設(shè)計交付標準：GB/T 51301-2018［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

［18］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.信息分類和編碼的基本原則與方法：GB/T 7027-2002［S］.北京：中國標準出版社，2002.

［19］梁旭源，寧長遠，路巍，等.MicroStation CE 應(yīng)用教程［M］.北京：人民交通出版社，2019.

［20］樊啟祥，楊宗立，汪志林，等.大型水電工程建設(shè)全過程數(shù)字化動態(tài)管控［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2019，38（1）：1-11.

［21］張社榮，姜佩奇，吳正橋.水電工程設(shè)計施工一體化精益建造技術(shù)研究進展：數(shù)字孿生應(yīng)用模式探索［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2021，40（1）：1-12.

［22］BOJE C，GUERRIERO A，KUBICKI S，et al.Towards a semantic construction digital twin：directions for future research［J］.Automation in Construction，2020，114：103179.

［23］MADNI A，MADNI C，LUCERO S.Leveraging digital twin technology in model-based systems engineering［J］.Systems，2019，7（1）：7.

［24］周洪波，施平望，鄧雪原.基于IFC標準的BIM構(gòu)件庫研究［J］.圖學(xué)學(xué)報，2017，38（4）：589-595.

［25］沙培洲.IFD標準在鐵路橋梁BIM設(shè)計中擴充的類型與編碼研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2018，62（11）：77-81.

［26］陸劍駿，李慧，代慧瑤.基于BIM平臺的城市快速路工程構(gòu)件信息分類編碼方法及其應(yīng)用［J］.中國市政工程，2020（4）：78-80.

［27］BARZEGAR M R，ABBAS K.An IFC-based database schema for mapping BIM data into a 3D spatially enabled land administration database［J］.International Journal of Digital Earth，2021，14（6）：736-765.

［28］LEE，Y C，EASTMAN，C M S，et al.Rules and validation processes for interoperable BIM data exchange［J］.Journal of Machinery Manufacture and Reliability，2021，8（1）：97-114.

［29］NOUR M.Performance of different（BIM/IFC）exchange formats within private collaborative workspace for collaborative work［J］.Electronic Journal of Information Technology in Construction，2009，14（7）：736-752.

［30］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.電廠標識系統(tǒng)編碼標準：GB/T 50549-2020［S］.北京：中國計劃出版社，2020.

（編輯：鄭 毅）

BIM model attributes management based on classification and coding standards

CHEN Te1，2，SU Wenzhe1，2，WU Han1，2，LIU Jianxiu1，2

（1.PowerChina Zhongnan Engineering Co.，Ltd.，Changsha 410014，China； 2.BIM Engineering Technology Research Center of Hunan Province，Changsha 410014，China）

Abstract： In order to improve the standardization level and efficiency of encoding and attribute information management of BIM model，based on the study of the classification and coding standards，we proposed an encoding and attribute management method of BIM model.We standardized the structure of coding and attributes of BIM model and the attribute template library，provided standard template library for encoding and attribute attaching for BIM model in the hydropower industry，and further developed a set of attribute management software based on BENTLEY.The method and software have been successfully applied in several hydropower projects and achieved good application results，and can be further applied to new energy engineering，traffic engineering and other fields.

Key words： classification and coding；BIM model；attribute management；Bentley；hydropower project

收稿日期：2022-03-16

基金項目：湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計劃項目（2022GK4009）；中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司重大科研項目（2-2021-04667）

作者簡介：陳 特，男，高級工程師，碩士，主要從事BIM技術(shù)及工程數(shù)字化研究。E-mail：02293@msdi.cn