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在达索系统“3D体验”平台上支持BIM数据标准

来源:达索系统

1. 实现可定制的BIM数据标准

在建筑工程的全生命期中,有大量的人员要根据各自的需求来输入、获取、查询和管理BIM信息。因此,需要有统一的数据标准,从而保证不同人员以相同的数据语言进行沟通,保障信息交流的一致与可靠性。在达索系统的3D体验平台上,用户可以根据企业或行业的需求来部署BIM数据标准,并在项目生命期中贯彻实施。

1.1 信息结构和术语

3D体验平台使用如下的信息结构和术语来描述BIM数据标准:

  • 标准定制包 (Package):是由一套对象类型和属性扩展集组成的数据标准,例如可以把IFC标准封装成一个标准包。一个BIM项目可以应用一个标准包,也可同时应用多个标准包。

  • 对象类型 (Type):表示一个具体的产品类别,例如门、窗、柱子等等。一个标准包中通常包括多个对象类型。不同的对象类型之间还存在着两种不同的相互关系:

    ○ 继承关系:由父类型派生出子类型。例如从“桥”派生出“斜拉桥”和“连续梁桥”。这种关系中,父类型的属性通常都会被子类型自动继承。

    ○ 聚合关系:一种类型的对象是由其它类型装配而成。例如“桥”是由“桥墩”、“桥台”和“梁”装配而成。这种关系中,装配体和零件之间的属性未必相同。

  • 属性(Attribute):产品的一种特征或性质,例如材质、颜色、生产厂家等。可以为每个属性指定它的数据类型,例如长度、面积、或者日期类型。

  • 属性扩展集 (Extension):一组属性的集合,可加载到对象类型上。利用扩展集这一概念,能够有效的改善对属性的管理和应用。例如,可以把设计阶段用到的属性封装成“设计信息”扩展集,而材料采购阶段用到的属性封装成“采购信息”扩展集,这样就可以根据不同的应用场景快速在对象类型上加载所需的信息。在3D体验平台上,用户还可以自定义属性扩展集的行为特征,例如:

    ○ 某个对象类型允许加载哪些扩展集?

    ○ 在创建对象时缺省加载哪个扩展集?创建之后可以加载/去除哪些扩展集?根据不同○ 的条件自动加载/去除扩展集

有了这样的机制,才能保证在建筑工程生命期各个阶段的信息都能被准确捕捉,并以结构化的方式存储于BIM系统内部,随时被查询、统计和处理,满足各种专业的应用需求。

1.2 从参数到属性

在很多其它软件中,参数(Parameter)和属性(Attribute)这两个名词往往被混为一谈。但在达索系统的3D体验平台中,这两个名词是有关系但又不同的两个概念,因此有必要进行阐明。

参数(Parameter)通常是面向设计,用于定义对象特征的控制性变量,例如长、宽、半径、是否倒角等。属性(Attribute)则是面向应用,用于描述对象的特征、性质等,其范畴比参数更广。从创建方式来看,属性通常有这样几种:

  • 属性是用户自由填写或在给定范围内选取的值,例如“生产厂家”、“保修期”、“混凝土标号”等。这类属性常常与设计参数没有直接关系。

  • 属性等同于设计参数,例如梁的“长度”属性通常就是设计参数。

  • 属性是根据给定公式计算出的值。例如,在工程量统计时我们关心混凝土梁的重量,那么可以根据长、宽、高等参数计算出梁的体积,再根据混凝土标号获取其密度,然后用体积乘以密度得到梁的重量。这样的计算公式是完全由用户自定义的,并可以在其中添加各种逻辑规则,从而建立智能的属性信息。

从设计参数到BIM属性

在3D体验平台的一个强大之处在于,用户可以为对象添加丰富的属性,并为其自定义各种计算方法,从而提供了利用BIM信息的几乎无限可能。同时,属性的计算规则是保存在BIM构件的模板定义之中,因此每种构件模板可以带有自己的属性规则。在创建新的构件模板时,如果基于现有模板进行修改,就可以把现有的属性规则复制到新的模板之中,而不需要重新定义所有的属性规则。

1.3 数据标准的部署原则

了解了上述概念之后,我们可以就在3D体验平台上进行数据标准的部署。在部署时,我们建议遵循以下原则:

  1. 由企业的BIM管理员进行统一规划和实施,而不是由每个BIM工程师自由修改数据标准。这是为了避免出现混乱和错误。

  2. 合理规划标准定制包(Package)的范围。尽管理论上可以把所有类型都放在一个包中,但最好是把大型标准划分成几个包,以便于未来的管理和维护。

  3. 根据继承关系定义新的类型。在系统预定义的IFC分组中包含了很多个空白类型,例如“Other AEC spatial structure element”,就是用来作为用户扩展的基础。BIM管理员可以从这些空白类型开始,逐一派生出新的对象类型。一旦完成,就可以在系统的界面上使用这些自定义类型,和系统预定义的类型没有区别。

  4. 添加自定义属性,并根据不同的应用场景来封装属性扩展集,并定义扩展集与类型之间的对应关系。

通过合理的规划和组织,企业BIM管理员能够方便的在3D体验平台中部署自定义的数据标准,或者对已有标准进行修改。鉴于3D体验平台的网络特性,一旦部署完成,这些修改就会自动应用到企业内的所有BIM人员,从而保证所有人都能以相同的数据语言进行沟通。

2. 达索系统对IFC标准的支持

达索系统的3D体验平台不仅提供了对BIM数据标准的支持机制,更进一步,在其土木建筑行业模块中还预置了基于国际标准IFC编制的AEC 数据标准,其中定义了各种BIM对象类型(例如门、窗、楼梯等)及相关属性,并提供了IFC数据导入/导出接口。3D体验平台内置的数据标准与IFC 4兼容,而导入/导入接口支持IFC 4和IFC 2x3两种标准,以便更好地与行业内其它软件交流。通过IFC标准,既可以在3D体验平台中创建含有丰富信息的BIM模型,也可以把多种业界软件创建的BIM模型导入到3D体验平台进行管理。

通过IFC格式将Revit模型导入到达索系统平台

针对民用建筑行业,3D体验平台中预置的标准IFC已经能够基本满足BIM数据交换的需求。而针对铁路、公路、市政工程等基础设施行业,需要在标准IFC的基础上进行扩展。这方面的工作也正在进行中。在2015年开始,达索系统已经根据buildingSMART International组织的研究进展,在“3D体验”平台中陆续针对桥梁、隧道等领域进行了扩展,并时刻保持与buildingSMART International的合作与沟通。

在基础设施领域的IFC标准开发中,达索系统不仅仅是提供软件方面的技术支持,同时也也积极参与到行业标准编制过程中。在法国,达索系统加入了由法国环境部支持成立、40多家公司共同参与的MINnD项目( http://www.minnd.fr/),其目标是研究基础设施领域的BIM数据交换,包括IFC Bridge标准的编制。在中国,达索系统也加入了中铁BIM联盟,并在CR-IFC 标准项目中积极合作,为中国铁路行业的BIM技术发展做出贡献。

3. 案例研究:上海市杨高南路地下通道项目

市政工程行业与铁路行业有类似之处,都涉及大量的线路、隧道、桥梁等工程。在此领域,达索系统与上海市政工程设计研究总院开展了紧密的战略合作。上海市杨高南路地下通道项目是由上海市政院使用达索系统3D体验平台设计的一个示范项目。杨高南路(世纪大道-浦建路)改建工程的范围从现在的世纪大道延伸至浦建路跨线桥,全长1.95 公里。道路、隧道结构、桥梁(张家浜桥)、雨污水排管、交通标志标线、信号灯、通风、监控系统、供配电、建筑、绿化等相关设施及前期绿化与管线搬迁工作的建安费为14.55亿元人民币,总投资24.7亿元人民币。

杨高南路隧道模型

该项目全程采用达索系统公司的3DEXPERIENCER2015x作为BIM实施平台,与其它的软件平台相比,该平台具有以下几方面的优势:

  1. 达索系统平台采用云平台和中央服务器的架构模式,以此统一项目的数据库,为这一企业项目的数据安全提供可靠的保护。

  2. 支持BIM模型的类型扩展,在杨高南路项目中采用自定义类型统一部署的方法,对隧道结构中的侧石、防撞栏、沥青等不同类型的构件进行了统一部署。对于后期的工程算量及模拟施工仿真提供了很大的便利。

    自定义工程对象类型和属性

  3. 多专业的实时协同BIM平台,在项目过程中结构、桥梁、管道等不同专业的设计人员可以在同一平台上进行实时设计任务。这种同步的建模功能可以即时发现设计过程中存在的缺陷,快速检查模型之间是否存在干涉现象等。

  4. 初步形成了达索系统平台上的BIM建模流程:当前的软件格式支持大尺寸的100KM数据模型,整个BIM范围涵盖前期的方案设计,中期的详细结构设计,后期的施工仿真、项目报告及基于Web浏览器的在线查看等。

  5. 创新的知识模板库重用功能,可通过 CATIA 提供的模板功能快速实现隧道结构 中各种构件的实例化,从而避免重复建模,提升工作效率。

在项目方案论证阶段通过引入BIM技术手段实现该项目设计方案的三维可视化、多方案比选和方案优化,在给政府和业主领导等系列汇报中取得良好效果;在设计阶段采用BIM建模和常规设计并行的方式,检查设计成果,保障设计出图质量;在施工招标阶段,联合设计团队重点突破基于BIM设计模型的工程算量方法,成功实现从BIM信息模型中直接提取该项目主体和围护结构的混凝土及钢筋算量,其中65%的算量在与传统计算结果进行复核后作为正式施工招标的工程量清单内容。

工程量统计计算

4. 总结

随着BIM技术在工程建设行业中的应用日趋广泛,行业关注的重点已经从建模技术本身扩展到如何对BIM数据进行结构化的管理,使之能够从设计阶段往下游延伸,在施工、运维阶段发挥最大化价值。达索系统的”3D体验”解决方案是以数据管理平台为核心,搭建集建模、仿真、协同、管理为一体的企业级三维可视化BIM项目管理平台,并能够通过灵活的数据管理技术支持行业化、企业化的BIM数据标准,从而为建筑工程行业全生命期的信息管理打下良好的基础。

本文作者:朱小羽


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