BIM^[1]作为CAD之后的又一次变革, 其参数化、协调性等应用特点, 越来越贴合建筑工程项目全寿命周期的的管理理念。

当前, 我国已进入“十三五”规划年, 社会经济增长, 城市规模扩大, 地铁作为改善交通状况等的一项有效手段, 已经在20多个城市开始大规模建设。但是, 地铁工程建设具有体量大、周期长、造价高等特点, 基于BIM的信息化建设、施工、管理、运维技术将可协同各方, 提高效益。

当前国际BIM研究主要集中于BIM相关概念、BIM应用功能、管理问题、互操作性和BIM与其他技术结合等5个方面^[2]。新加坡国家发展部的CORENET项目, 美国总务管理局的“国家3D-4D-BIM计划项目”^[3], 以及《Adopting BIM for facilities management-Solutions for managing the Sydney Opera House》^[4], 都证明国际方面的BIM应用在20世纪90年代已成一定规模。而在中国, 虽然施工企业在投标、施工、竣工结算三大阶段使用BIM^[5], 但还得不到重视, 在市场规则与监管方面投入很少。在BIM发展过程中, 建筑行业存在缺乏BIM模型创建标准、BIM软件之间数据无法交换等问题^[6], 阻碍了我国BIM技术的发展。

BIM在设计、施工阶段的技术应用己逐渐成熟, 但在设施管理方面应用BIM技术还是凤毛麟角^[7]。尽管一些城市在全面推行信息化网络运维, 例如南京地铁基于Nagios监控的自动化运维, 但是与BIM的结合还不够紧密, 不能充分利用前期的BIM模型数据。上海轨道交通系统基于BIM的设施设备分类与编码体系, 使用六级编码将分类层级完善^[8], 广州地铁对基于BIM的质量管理也有研究^[9]。数据交换方面, 一些学者融合BIM与RFID的理论, 通过Autodesk Revit和MS Access, 对系统架构进行实践研究^[10], 也有对“BIM进化模型”与分类编码的研究^[11,12]。

总之, BIM在地铁运维阶段的应用狭窄, 这与BIM模型和外界系统的数据交换不无关系, 不仅分类编码技术包含缺陷, 软件交互也存在问题。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势在必行。

传统地铁运维, 涉及暖通、给排水与机电三大系统, 其中大量的设施设备信息因受限于管理理念、管理方式、管理技术等因素, 存在以下缺点: (1) 资料纸质化程度高, 运维对象缺乏具象展示与直观检索; (2) 文字、数据、图纸等相互割裂, 运维对专业人员需求高, 专业问题解决困难; (3) 传统模式不支持运维结果及时反馈。

基于BIM的地铁运维, BIM模型可与相关运维数据库结合, 实现数据的集成管理, 实现科学管理和科学控制。虽然当前一些地铁运维没完全应用BIM, 但仍有以下优势: (1) 提供精准的数据信息, 便于设施设备的空间定位与维护维修; (2) 建筑信息的集成记录, 有利于建筑资料的保存、查阅和更新; (3) 可视化界面加强视觉感知, 代替人工巡检, 省时省力; (4) 可覆盖应急管理、节能减排管理等传统运维无法满足的工作。

1) 《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》

《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》征求意见稿^[13], 是依据Omni Class^[14]编制的, 旨在规范建筑工程信息的分类、编码, 统一建筑信息的交换与共享标准。其特点主要在于:结合国际标准和国家规范, 体现出信息化特征;且面分类法与线分类法的结合, 以及使用自定义层级代码, 可以全面覆盖建筑体系;“运算符号”的使用也使得建筑体系中的层级关系、主次关系更明确。

2) 地方分类编码体系

《南昌地铁设备编码方案》采用11层层次代码结构, 是针对南昌地铁各项设备的唯一性编码。此方案采用数字形式编码, 同时包含资产管理信息等内容, 可明确设施设备权属关系;此外, 南昌地铁编码还涉及地铁区间设施设备信息。同时, 北京市出台的地方分类编码标准, 主要集中于设备信息与位置, 也具有一定参考性^[15]。

3) 武汉地铁编码 (试验)

武汉地铁分类编码试验以“中南路地铁站”为例进行研究, 其最大的特点在于:编码采用混合码形式, 英文字母的存在使得可不依赖“数据字典”而正确读取编码信息, 强化了在三维空间的定位。

此外, 当前国内外的诸多建筑信息分类编码体系, Omniclass, Uni Format, IS012006-2等^[16], 均是在对整个建筑工程进行不区分专业的研究, 具体用于某一专业工程时 (如地铁) , 编码不但不能精确指代设施设备, 还会出现跳跃, 致使编码不连贯, 实际工作中甚为不便。

本分类编码体系从地铁运维的直接需求出发, 侧重于分类编码可以对设施设备准确定位。为此, 以GB50157—2013《地铁设计规范》^[17]为指导, 提出以下几点分类编码原则:

1) 系统性 地铁作为多专业协同工程, 运维阶段涉及设施设备多且复杂, 分类编码需依照专业归类分析设施设备, 以便宏观调控。

2) 稳定性 编码在BIM模型与数据库之间应用, 应“有法可循”, 在全面涵盖工程信息的基础上, 形成一致的字段结构。

3) 唯一性 编码是为每一台设施设备都赋予一个“身份ID”, 保证运维阶段可将设施设备具体到“每一个”设备, 而不是“每一类”设备。

4) 通用性 分类编码应对整个地铁运维或某区域的地铁运维具有实际意义, 这样才可向行业标准甚至国家标准靠近, 扩大研究与应用价值。

5) 扩容性 地铁运维中的设施设备位置、型号等时有变更, 且在设计施工阶段也会出现不同程度的变更, 必须考虑新增、替换设备等的分类编码问题, 保证编码与设备的“一对一”关系。

在地铁运维中, 为增强空间定位的人机交互, 应创建特定的运维数据库与BIM模型对接, 其核心是一套标准的分类编码机制。在Auto Desk Revit建立的BIM模型中, 参数化构件中虽然包含Omni Class的分类编码, 但并没有涵盖全部的设施设备, 导致无法启用现有的分类编码进行地铁运维的信息化管理。

而基于运维数据库的思想, 分类编码只需区分设施设备的唯一空间及系统属性, 其余信息则由数据库体现。结合前述几类编码方法, 可删繁就简, 摒弃设备属性信息、资产权属等一系列零散的不稳定因素, 建立仅针对空间定位的分类编码标准;在实际应用中, 则结合实际工程编制对应的“数据字典” (即分类编码确定之后所编制的系统性的“编码—实体”字典) , 用作后期录入、查询与运维管理之用, 如图1所示。

编码采用“纯数字码”形式, 严禁使用其他字母、字符等。基于面分类法与线分类法, 编码包含具体空间位置和设备系统归属两大类信息, 前四级的“位置码”与后四级的“设备码”共同组成“八级十七位”的编码, 除顺序号以外每一级均包含两位阿拉伯数字, 具体的编码字段结构如图2所示。此外, 每一层级的编码均以“0”为开端, 以“9”为结束, 在不需要或缺少字段的层级全部用“0”补齐, 以保证编码结构及长度的一致性。

其中, “位置码”与“设备码”的划分是为区分不同的应用深度与工作范围, 如图3所示, 不同的工作需求对编码精度要求也不同。

本分类编码体系仅针对于地铁运维, 旨在将地铁运维分类编码标准化, 形成单专业体系, 以期实现未来数据交换实体间的松耦合。所覆盖的对象主要集中于地铁车站的设施设备, 同时包含地面风亭、地铁行车区间所涉及的设施设备内容 (规定:行车区间的主要设施设备附属于空间上临近的地铁车站) 。但是对于一般性的水管、风管、线槽等没有涉及, 此类设施以长度计算, 不便于编码, 而且维护更换费用相对较低。因此, 此分类编码结构已考虑到信息容量问题, 在不出现地铁设施设备大规模改动的情况下, 可不重复地涵盖运维中要求的设施设备信息。

分类编码在形成固定的字段结构之后, 必须有与之相适应的应用体系, 通过规范合理的技术路线, 寻找经济适用的技术支持, 为理论向实践的跨越搭建平台。目前, 南京地铁设备运维管理已在逐步挖掘BIM的可视化、智能化^[18]。

1) BIM技术 BIM是“多类多款”软件的集成技术, 在地铁运维信息化的开端, 依托Auto Desk Revit进行模型建立, 并结合Navis Works对模型反复检测优化, 形成零错误的BIM模型“数据库”, 为分类编码工作和运维数据库提供优质数据信息。

2) Revit DB Link 它作为一种数据连接方式, 可将BIM模型数据导出到数据库中, 通过数据库对模型进行更改;也可以事先对模型更改, 通过Revit DB Link更新外部数据库。

3) ODBC (open database connectivity) 即开放数据互联。它提供了一组对数据库访问的标准API, 不仅可以支持当下流行的多种数据库, 也支持SQL语言, 为数据交换提供了便利的渠道。

4) 其他技术 条形码、二维码、RFID等技术作为辅助, 可以确保设施设备信息的录入以及设施设备的维 (检) 修更加方便。

此分类编码体系摒弃了编码与资产管理结合、与设备具体信息结合的方式, 使用纯数字编码为地铁运维中的设施设备赋予唯一“身份ID”。但是在实际的地铁运维阶段, 设施设备属性信息要求完备, 此时需结合相关的二维码技术、数据库等, 将编码作为运维数据库检索的“关键字”, 对设施设备的具体信息进行数据库处理, 进而实现在运维阶段“模型-实体”的相互关联。

如图4所示, 是以编码作为交互信使, 将Auto Desk Revit、Revit DB Link以及数据库为主要支撑技术, 可以支持设施设备信息在BIM模型与数据库间的一一对应, 并保证从生产、到施工安装、再到运维阶段的无损传递。BIM模型则应当依据建模LOD精度进行相应的调整, 以期优化数据的读取传输。同时, 为实现运维的全信息化, 应当形成以BIM为核心的综合监测管理系统, 要求该系统可以仿真模拟设备安装、可视化定位设施设备、及时反馈设备运行状态、预警设施设备故障、存储设备运维信息等。

南昌市地铁1号线于2015年12月26日正式载客运营, 作为南昌市第1条地铁线路, 当前的建成运营长度为28.9km, 贯穿红谷滩新区、东湖区、青山湖区等地域范围。此线路一共设有24个车站, 有标准站 (如瑶湖西站) , 也有换乘站 (如八一广场站) 。

缘于地铁运维范围应包括车站、轨行区、地上附属建筑等, 且地铁车站所占的运维比例最大, 运维内容也最为繁杂。八一桥西站作为标准站在研究中较有普适性, 可选择此车站进行相关BIM模型建立、分类编码和数据交换探究。如图5所示, 为八一桥西站消防系统 (部分) 模型。

系统的分类编码结构有“位置码”与“设备码”两部分, 结合分类思想, 编码应遵循“逐级深化, 面面俱到”, 具体分类思路与原则如表1所示。

依据已编制的“数据字典”, 以“隧道通风系统”中部分设施设备为例, 有如表2所示的分类编码字段结构。如“南昌地铁1号线八一桥西站1号隧道风机”, 可表示为“01050103030101001”。

本分类编码体系提出的仅指代设施设备空间系统从属关系的“纯数字码”, 更具针对性和简洁性, 可以连续地、不重复地辨识地铁运维中具体的设施设备, 提升工作效率。以“弱电综合机房AFC动力箱”为例, 对比分析同一设备在不同编码体系中的字段结构以及编码所能覆盖的含义, 结果如表3所示。

地铁运维工作, 一般是由专业的运维公司或建设公司的下属专业子公司来负责的, 而在运维过程中产生的大量的数据信息, 如维护时间和费用信息等, 不仅是运维公司日常工作的关键资讯, 也是相关部门对地铁运维进行评价的重要依据。

以BIM模型为核心的信息化运维管理, 最重要的是确定地铁运维所需的全部信息, 进而将它们转化为数据库中的“属性信息”, 运维数据库除包含设备的自身属性信息之外, 还应该包括管理与维护、维修配件等信息^[19], 这样才能使运维数据库的结构完整、信息齐全, 保证地铁运维工作正常进行。

具体地, 编码在BIM模型中的录入位置应为“实例属性”下“标记”一栏, 如图6所示, 对模型中每一个设施设备都可以进行分类编码。

如图7所示, 是基于Revit DB Link将模型数据导入已建立的数据库之后, BIM模型中设施设备的“类型属性”在数据库中逐一呈现。不仅包含“材质”、“尺寸”等基本参数, 也有“制造商”等其他信息。当然, 两者的修改是相互作用的, 既可以通过修改BIM模型更新数据库, 亦可以用数据库改动模型信息, 即通过表视图创建Auto Desk Revit共享参数。

基于BIM的地铁运维, 应充分利用运维前已存在于BIM模型中的设施设备信息, 不仅可确保运维与实际项目紧密联系, 还能节省地铁运维期复制数据的繁冗。本文立足地铁BIM模型, 提出仅针对地铁的单专业的以空间、系统为核心划分的“纯数字码”分类编码体系, 旨在规范地铁运维编码, 实现BIM模型与运维数据库的松耦合。

此分类编码体系没有涉及信息纵横交换等方面, 对数据交换实验还缺乏深入研究, 后续将改进这些不足, 力求探索一套基于地铁全寿命周期的机电分类编码体系。