基于实体结构分解的设计转施工模型研究.pdf
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1、收稿日期:20230602;修回日期:20230626基金项目:中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发课题(BIM-研2021-3)作者简介:栗 伟(1972),男,高级工程师,1996 年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业,工学学士,主要从亊铁路勘察设计工作,E-mail:lw920563 。第 67 卷 第 10 期2023 年 10 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.10Oct.2023文章编号:10042954(2023)10021407基于实体结构分解的设计转施工模型研究栗 伟1,赵博洋2,陈 翔1,刘 昭1,王兴鲁1(1.中铁工程设
2、计咨询集团有限公司济南设计院,济南 250022;2.中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)摘 要:为解决铁路领域设计阶段模型传递给施工阶段存在的重复建模和模型与业务关联度不高的问题。提出一种标准化的模型转化方案,并探索基于该方案的模型与施工业务关联的方法。分析设计阶段和施工阶段的编码体系对应关系,提出实体结构分解的最佳方案。该方案将设计阶段模型按照施工业务的不同组成部分进行拆解,以保留模型的细节和关联信息。为实现模型转化,研究开发自动赋码和编码模板关联管理的软件工具,以减少工作量和人为赋码的错误。研究结果显示,采用该标准化模型转化方案的项目在质量管理方面、进度管理方面取得提升,并
3、实现成本节约。本研究结论为该模型转化方案有效支持施工业务管理,提高项目管理的效率和质量,减少误差和重复工作,实现成本节约和整体绩效的提升。基于现有标准和规范体系,具有较好的可复制性,为不同建设领域基于 BIM 的全周期管理提供有益的参考,并展示铁路领域在设计与施工阶段实现模型转化的创新点。关键词:BIM 技术;设计阶段;施工阶段;模型转化方案;结构分解;编码关联;部位树;铁路工程中图分类号:U215 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202306020001Research on Design-to-Construction Model Based o
4、n Entity Structure DecompositionLI Wei1,ZHAO Boyang2,CHEN Xiang1,LIU Zhao1,WANG Xinglu1(1.Jinan Design Institute,China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Jinan 250022,China;2.China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)Abstract:In order t
5、o solve the problems of repeated modeling and low correlation between the model and the business existing in the railway field design stage generated by model conversion in the construction stage,this paper proposes a standardized model conversion scheme,and explores the method of associating the mo
6、del with the construction business based on the scheme.The corresponding relationship between the coding system in the design stage and the construction stage is analyzed,and the best solution for the decomposition of the entity structure is proposed.The scheme disassembles the design stage model ac
7、cording to different components of the construction business to preserve the details and associated information of the model.In order to realize model conversion,software tools for automatic coding and coding template association management are developed so as to reduce workload and human coding err
8、ors.The research results show that projects adopting the standardized model conversion scheme have improved quality management and progress management,and achieved cost savings.This study concludes that the model conversion scheme effectively supports construction business management,improves the ef
9、ficiency and quality of project management,reduces errors and duplication of work,and achieves cost savings and overall performance improvement.Based on the existing standards and specification system,it has good reproducibility,provides references for BIM-based full-cycle management in different co
10、nstruction fields,and demonstrates the innovation of model conversion in railway design and construction stages.Key words:BIM technology;design stage;construction stage;model conversion scheme;structure decomposition;code association;part tree;railway engineering引言对于如何应用 BIM 技术解决工程项目管理、计量支付等方面的问题,国内
11、外很多学者做了大量研究工作。王同军1在分析国内整体技术现状的基础上,对基于 BIM 的铁路工程管理平台建设的思路给出建议;Bensalah M.等2以摩洛哥的铁路实际案例为基础,分析将建筑信息模型技术集成到铁路项目的优点;Neves J.等3分析在工业 4.0 背景下,BIM 技术在轨道修复过程中的应用;Noor B.A.等4通过分析和审查 BIM相关出版物的知识现状,探索 BIM 在土木工程建设项目的应用,特别是在铁路中间站建设过程中的应用;Biancard S.A.等5研究不同模型工具的参数化建模方案应用在铁路项目的可行性,分析铁路工程构件参数的处理和对象库的构建过程;林永民等6依托 BI
12、M技术,结合计算机辅助工艺设计系统(CAPP)、企业资源计划平台(ERP)、制造执行系统平台(MES)构建装配式建筑信息管理平台;David K.C.等7研究利用工作分解结构(WBS)的概念进行工作界面管理的思路;付欢等8从基于 BIM 的工程量计算与计价层面分析BIM 模型与造价信息关联机制;Narvaez A.C.9等研究基于成本分解结构的模型如何与项目管理结合的过程。这些研究从不同领域、不同深度分析了 BIM 技术的应用方案或技术现状,将 BIM 技术的应用从碰撞分析的浅层应用推向与业务关联的深层应用。要实现业务关联的深层应用,就要解决设计阶段到施工阶段的模型传递问题,避免重复建模导致的
13、信息偏差和重复投入。通过分析各类编码体系后,应用各种分类编码对模型进行分解,可以实现项目各阶段、各方及各类信息管理平台对信息数据的规范应用10。因此,设计到施工阶段的模型转化问题,通过编码之间的关联实现。首先要面对的是编码多样性的问题,例如:IFD 标准是为规范铁路工程信息的分类、编码与组织,实现铁路工程全生命周期信息的交换、共享,推动铁路工程信息模型的应用发展而制定的标准11,同时还存在 EBS、WBS 等编码体系。还要通过分析比较目前国内外 BIM编码体系的应用现状和优劣势,研究国内对建筑工程信息编码体系和企业物料编码体系、国标清单体系之间的关系12,可以进一步分析数据之间的关联方案。铁路
14、工程为带状工程,跨线长、跨区多、涉及专业多、协调难度大,难以从设计、施工到运营维护全周期的角度开展设施设备的统一化管理13,难以实现铁路工程项目相关构件的全生命周期管理14。这涉及到对工程进行分解,分解的层次和深度由项目的复杂程度和所需细目决定15,以及将施工企业的管理信息化ERP 和技术信息化 BIM 进行横向打通的问题16。另外,构件拆分也是需要细致考虑的问题,例如:桥梁工程 BIM 模型构件拆分首先按照结构体系的不同分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥等 4 种基本结构17。因此,需设计一套编码体系,通过唯一的身份信息,将设计、施工、运维等多方对于编码的使用有效地统一,从而实现信息化、标准
15、化、系统化的管理18。除此之外,在标准的制定方面,基于 BIM 的标准分类编码体系与对 BIM 各相关软件之间的数据交换研究力度还不大。分类编码标准的研究也是需要考虑的问题19。1 设计转施工模型时遇到的主要问题1.1 模型用途不同导致的问题三维设计相对于传统的二维设计而言,不是一个简单的升级,而是一个跨越的变革20。设计阶段模型的建模用途主要是为了实施碰撞分析和设计成果检查,避免设计成果存在瑕疵,减少后续设计变更的发生,进而提高项目成本管理效果。其建模的内容一般是聚焦在分析的重点部位,例如:梁、板、柱、建筑外墙、机电主管道等位置,甚至在时间紧迫时,可以允许设计模型存在一定的碰撞,但在施工阶段
16、是不允许发生的。施工阶段模型的主要建模意图是利用 BIM 模型提高施工管理效果,降低施工成本。其对模型的应用除了碰撞分析外,更倾向于进度、质量、成本的管理。因此从建模细度上来说,施工阶段的模型细度要比设计阶段更精细。1.2 模型划分方式不同导致的问题设计阶段对模型的划分主要依据专业进行拆分。因其建模的主要需求就是碰撞分析和功能检查,所以依据专业进行拆分已能够满足其使用需求。施工阶段对模型的拆分除了依据专业外,还要依据施工流水划分和工艺顺序,如:主体结构要按施工流水段进行拆分、建筑墙体要按砌筑实体和建筑面层进行拆分等,模型划分要更加细致。不同的划分方案导致模型信息直接传递和利用的难度增大,导致施
17、工单位更倾向于独立建模。1.3 模型信息的准确性问题模型信息的准确性容易出现问题。虽然可以在建模前通过建模标准规范信息录入的要求,但是不同人512第 10 期栗 伟,赵博洋,陈 翔,等基于实体结构分解的设计转施工模型研究员的建模手法和负责态度不同,其建模的规范性就会有差异,例如:编码输入错误、构件命名错误等,会因为人员的不同和失误而造成差异,从而导致交付的模型不规范,无法满足施工使用需求。1.4 模型信息无法顺利传递建模用途和划分方式的不同以及建模不规范的问题,导致模型传递时会出现无法使用的情况,要在原有模型基础上作大规模调整。这种调整有时候是不可预测的,例如:调整一个构件的连接关系,可能导致
18、构件超过原位置或偏心。在面对这种情况时,接收模型的施工单位更倾向于重新建模,导致模型信息无法顺利传递。2 解决方案的总体思路2.1 主要目标在进行设计阶段向施工阶段的模型转化时,通过编码间的关联关系进行模型实体的转化,以达到设计阶段模型向施工阶段模型的转化,并为后续的业务关联过程提供支持。重点在于设计阶段和施工阶段编码方案的关联性,并规范建模过程,实现基于编码方案的结构实体分解,并通过自动赋码工具以降低工作量和减少错误。因此,确定总体解决方案是针对模型传递过程的数据规范性、实体结构分解的多用途方案为主,主要目标如下。(1)解决模型数据传递不统一的问题。(2)解决模型重复利用率低下,不能共享、不
19、能协同的问题。(3)解决设计模型树与施工模型树无法对应转化的问题。2.2 技术线路和关键技术根据确定的目标,实现模型转化的核心是实现编码的关联。只要模型实体结构基于规划好的编码进行创建,就可以通过已建立的编码关联关系,实现设计阶段模型到施工阶段模型的转化。主要技术路线如图1 所示。图 1 关键技术线路Fig.1 Key technology circuit(1)确定实体分解和编码关联方案要实现设计阶段模型到施工阶段模型的转化,主要依靠编码之间的关联,首先要完善编码树和分解方案,明确不同编码树之间的关联关系。(2)建立编码和构件关联关系建立编码方案,并解决编码之间的关联关系后,需要建立编码与构件
20、之间的关系,并准确落实编码与构件的对应关系。(3)建立业务与编码的关系建立编码体系与构件实体的对应关系后,通过不同编码之间的对应关系,建立构件与不同业务需求之间的对应关系,实现业务与模型数据的联动,或者实现不同业务之间的数据联动。2.3 技术架构分析技术架构总体上按技术路线进行设计,实现编码对模型的赋码管理,编码之间的关联管理,编码与业务工作之间的关联管理。主要技术架构如图 2 所示。图 2 技术架构Fig.2 Technical architecture配套软件工具主要分为两部分,即 WEB 端和PC 端。(1)编码创建和关联的 WEB 端工具主要实现的是模型的信息提取、模型的查看、编码关联
21、过程的处理。(2)自动编码的 PC 端工具主要是用于自动赋码和编码关联数据的同步。3 结构实体分解涉及的编码方案及特点实现设计阶段、施工阶段不同编码体系的关联,完成设计模型到施工模型的转化,首先要分析各个编码体系的特点。3.1 EBS 编码体系的特点工程系统分解结构(EBS)将规划、设计、施工、运行统一起来,形成一体化的集成管理过程,是现代工程管理中不可缺少的工具,在工程设计、计划、全寿命周期费用管理、全寿命期信息管理和组织管理中发挥着重要的作用21。依据铁路工程实体结构分解指南的要求,EBS 编码对铁路工程实体结构分解思路是按照铁路专业工程分类,依据线分法原则,对各类工程按工点进行工程实体结
22、构的分解。EBS 在充分研究和分612铁 道 标 准 设 计第 67 卷析工程量清单计价指南和施工质量验收标准的基础上,从设计、施工的习惯对工程实体结构进行梳理,形成统一的工程实体分解结构,内容全面包含工程量清单计价指南和施工质量验收标准,并对施工和项目管理的内容做了补充和扩展,提高结构分解的精细度、准确性和一致性22。EBS 的常规深层编码由 68 组数字构成,每组数字两位,共计 1216 位编码。EBS 编码样例见图 3。图 3 EBS 编码样例Fig.3 EBS encoding example3.2 清单编码体系的特点清单编码是依据 TZJ 10062020铁路工程工程量清单规范的要求
23、,主要根据工程量特征的不同,对工作进行划分,其编码具有唯一性,与 EBS 编码之间具有一定的对应关系。清单编码样例见表 1。表 1 清单编码样例Table 1 Example of manifest encoding子目编码名称计量单位05特大桥延长米0501一、复杂特大桥延长米050101(一)XXX 特大桥延长米.建筑工程费元050101011.下部工程圬工方0501010101(1)技术圬工方050101010101明挖圬工方3.3 WBS 编码体系的特点WBS 编码是依据铁路工程 WBS 工项分解指南,采用线分法,以铁路工程的专业领域为主线,按设计单元进行分解组织。WBS 的核心指导思
24、想是通过逐级分解,将复杂而系统的工作分拆为工作内容单一且可度量的作业工序,通过对单个作业工序的有效管理,实现对整个项目的管控23。其分解方案相对独立,与清单编码分解在思路上有本质不同:清单编码分解是按工程实物来划分,不考虑项目工作的联系和结构关系,而 WBS 是以工艺流程来划分项目,每一个分解节点其要素上不仅包括本节点定义,还包括与其他项目节点之间的逻辑关系24。综合考虑多个编码之间的转换过程,WBS 并不适合作为核心编码体系。WBS 编码体系见图 4。图 4 WBS 编码体系Fig.4 WBS coding system3.4 部位树编码体系的特点部位编码是在 EBS 基础上,对编码树进一步
25、细化拆分,使其能够精确到构件级别。无论是 EBS 编码、WBS 编码和清单编码体系,都存在难以精确到构件级别的问题,例如:EBS 编码的桥涵章节,精确到最底层的编码时,也只是到墩台的材料层次。再如:混凝土、钢筋,无法精确到墩台的细分部位,因此需要部位编码对其进行补充,确保各个编码体系都能精确到构件级别。部位树分解示例见表 2。表 2 部位树分解示例Table 2 Example of part tree decomposition名称/EBS 名称/EBS 编码所在部位/流水号/中心里程钻孔桩/钻孔桩/0301020101010107桥台1 号陆上桩/1 号陆上桩/03010201010101
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- 基于 实体 结构 分解 设计 施工 模型 研究
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