基于IFC标准的水利大坝工程施工期进度成本信息模型的创建

魏兴存

(中国水利水电第十工程局有限公司，成都 610072)

水利大坝工程项目施工中，对于工程设计效率、信息共享和生命周期提出的要求比较高，但是当前以上表现均存在一定不足，从而导致对水利大坝工程发展具有不利影响。IFC标准是由国际协同联盟IAI(the International Alliance for Interoperability)编制完成的工业基础类平台规范，在实际应用中能够通过对象实体以及属性集实现对建筑产品、过程以及控制等相关特征的描述分析，进而完成建筑工程项目的信息描述。IFC标准在建筑工程中的应用，是通过EXPRESS语言实现对其几何模型以及工程属性信息的表达，建构IFC中性文件，也就能够通过商业软件实现不同施工主体的数据交换，进而实现信息共享[1-2]。本次研究中基于IFC标准，实现对水利大坝工程施工期施工进度和成本信息研究，完成相应的模型建构，提升施工进度以及成本信息交换效率，进而为工程项目的协同施工控制以及决策提供相应的参考依据。

1 研究思路

IFC标准适合在计算机处理中应用，同时对具体信息管理系统工程数据没有太大依赖性的描述和交互标准，在这一标准下可以实现不同应用软件间的数据共享。通常在IFC标准数据信息存储中，常用的方式为ifeXML文件或IFC中文件[3]，且需要在专业IFC数据解析工具的应用下解析相关信息。本次研究中基于IFC标准，针对水利大坝工程施工期“三维几何模型-进度-成本”集成信息模型逻辑结构展开分析，完成水利大坝工程施工期进度成本信息动态可视化分析，最后将其在实际工程中应用，实现对工程施工中进度、资源以及成本信息的动态变化可视化展示。

2 施工进度和成本上下文信息表达

本次针对已经获取的各类施工进度和成本上下文信息，在数据流图和IFC标准的结合应用下进行表达，对于IFC标准下的施工阶段实时工程属性信息变化在数据流图的应用下展示，以能够生成不同施工主体的共享信息，以此提高工程实时信息反馈以及交互效率。

2.1 数据流图

数据流图是针对数据流或信息流走向以及加工展开分析的方法之一，针对逻辑系统中的不同信息流整体或局部处理、流转采用流程图展示出来[4]。在应用中，通常是从数据传递和加工视域着手，采用某种机制处理分析所输入的信息，在图形应用下表示输出结果。本次在数据流图思想应用下，将施工现场所得施工进度和成本上下文信息看成是“输入”，通过IFC标准对以上信息实施“加工”，从而体现出施工作业前后逻辑关系、施工资源工程量信息、施工工期信息和成本信息等实体和属性，以上相关信息即为“输出”，在相应的信息模型中输入。本次数据流程图见图1，选用的是变换型结构数据流程图，呈现出线性状态。

图1 交换型结构数据流程图

2.2 基于IFC和数据流图的施工上下文信息表达

在建构施工信息模型中，要先了解信息模型所获取的数据，并对其系统加工方法和系统输出数据有一定认识。其中，系统中数据流的输入主要为：①基于BIM建模技术建构模型中存在的不同构件几何信息以及工程属性信息，主要包括构件体系、施工工序、施工工期以及成本等；②通过施工现场的无线传感器所获取的信息，主要为施工中原材料消耗量、工人数量、机械设备等上下文信息[5]。另外是基于IFC标准实现数据流图系统的加工环节，在此过程中主要为输入数据流类型、功能层次以及之间关系等，不但要应用到IFC模型中预定义集，也需要考虑到是否需要自定义属性集，考虑到外部实体上下文信息变化对关联对象属性的影响等等，基于IFC标准实现对结构化以及非结构化文件数据的描述，主要为PPT、Word文件等。

系统中输出信息即为在IFC标准应用下，针对原始BIM模型构件实施转化所得几何属性以及工程属性信息、现场实时信息。对于通过处理以及加工所得数据即为高级上下文，施工中的所有参与方可以对其共享，进而实现信息交互，便于实现对进度计划、资源使用计划和成本计划的控制。施工数据流输入和输出方式见图2，采用直线型方式将上下文信息数据在系统流图中流入和流出，基于IFC实现对相关信息的加工。

图2 施工数据流输入和输出方式

3 施工进度成本信息模型建构

3.1 施工进度上下文信息模型

在针对施工进度上下文信息模型建构中，先要了解到IFC中的施工进度概念表达方式。针对施工作业过程，可以采用实体IfcProcess及IfcWorkTask描述。第一个能够实现对任何相对独立施工过程的描述，如混凝土工程等；第二个为前者子类实体，可以实现对详细施工任务描述分析，如施工工期、施工工序以及施工工艺等。另外，各个IfcWorkTask均与一个或多个建筑构件相对应，也就是IfcProduct。所以针对 IfcProcess 和 IfcProduct之间的一对多映射关系，可以在关系实体 IfcRelAssignsToProcess实施描述，也能够实现对施工任务和建筑构件关系的定义。其中IfcWorkPlan为施工计划，不同IfcWorkTask实例组合即可以建构而成不同施工计划。针对不同用途，能够依照实际需求结合特定的 IfcWorkTask 实例，进而完成特定 IfcWorkPlan 实例建构[6-7]。如在施工过程中，针对某一施工任务，通过成本信息以及成本计划关联即可以获取项目成本计划；通过关联工期信息以及进度计划，也能够制定完成相应的工程进度计划；也能够对这一施工任务进行分解，进而获取更加周密的施工计划等。所以在施工进度信息模型建构中，IfcWorkTask 实体即为基本单元。

基于IFC标准下，同一实体能够在不同等级施工计划中应用，不必在各级别中均实施新实体定义。如在IfcWorkTask 实例应用下，可以实现对项目整体到具体分部分项工程的施工计划信息描述。所以在分解关系的实体 IfcRelNestsProcesses应用下，可以实现对所有层级施工计划的分解，将其划分为子计划以及子任务。

如在水利大坝工程结构柱施工中，可以完成施工作业前后顺序信息模型建构。结合相应的施工进度和工序顺序，可以将其分成3个分项工程，分别为钢筋绑扎、模板支护以及混凝土浇筑等，初始属性集中即为{IfcSteeling，IfcFormworking，IfcConcreting}。可以基于IFC标准的函数及规则，针对BIM构件工程扩展在属性以及属性集关联、扩展性实现扩展及派生，也可以对此关系实施描述。假设同一施工流水段仅对某一根结构柱实施施工，施工顺序即为先扎钢筋笼、再支模板、混凝土浇筑，必须要严格依照施工工序实施施工。可采用 IfcRelSequenceTo 和IfcRelSequencedFrom实现对紧前工序和紧后工序逻辑关系的表达，进而作为扩展关系在初始属性集中加入，即属性集转变成为{IfcRelSequencedFrom ，IfcSteeling，IfcRelSequenceTo ；IfcRelSequencedFrom，IfcFormworking，IfcRelSequenceTo；IfcRelSequencedFrom，IfcConcreting，IfcRelSequenceTo}。针对施工顺序可以在甘特图的应用下表示，见图3，逻辑关系信息流的数据流图表示见图4。

图3 结构柱施工作业前后逻辑关系

图4 数据流图表示结构柱施工作业前后逻辑关系

基于IFC标准，可以实现和不同实体类型的对应，以上度量数字也具备有度量值 IfcMeasureValue，因此实际施工中，需要在IFC规则应用下实现不同工序对度量实体及其属性值需求分析。在图4中，可以实现对施工任务分项工程实体实施分解，完成分项工程实体子模型，进而正确调用相应的信息。

3.2 施工作业工期信息模型

各个BIM建构中，均存在几何属性集以及工程属性集，包括多个属性以及实体实例。在构件工程属性集中，针对施工任务或建筑构件初始时间能够采用 IfcStartTime表示，且对其结束时间采用 IfcFinishTime描述；属性集均为基于资源层模块 IfcDateTimeSelect转变所得实体类型。对于资源层中实体类型IfcTimeMeasure，可以采用 IfcDuration 和 IfcTotalFloat子类实体类型对其替代，实现对不同施工构件作业持续时间以及总浮动时间实施描述，即为工期信息描述重要信息。基于IFC标准，对于建筑构件施工任务工期信息，即可以在核心层扩展模块实体和属性方式的应用下将其动态展示出来[8]。

以结构柱施工作为研究对象，针对3个分项工程，即钢筋绑扎、模板支护以及商品砼浇筑等，假设结果构筑施工的人工需求数量为2人、3人以及3人，所需施工时间分别为2天、1天以及1天。在此情况下，若同时展开多根结构柱施工，本次以3根为例，依照施工经验通常施工中会采用搭接方式提高分项工程施工工期紧凑性，在施工段A、B以及C中实施分布。在此过程中，在建模原则下，即可以实现建筑构件、施工工序以及施工进度计划的吻合。所以最终可以得出本次施工总工期为8天，与之前各根施工工期4天相比，施工工期有明显缩短，减少4天，见图5。

图5 不同施工段间结构柱施工网络图

3.3 资源成本上下文信息模型

基于IFC标准，针对一般意义上资源可以在实体 IfcResource进行描述，施工资源可以采用子类实体 IfcConstructionResource定义。结合施工管理习惯，通常情况下会将施工资源分成以下几种，分别为和人相关人力资源、和材料相关物料资源及工具等设备资源，均可以在构件几何属性信息以及施工工期数据等应用下，获取以上资源信息。在针对施工进度信息或施工任务分析过程中，相应的建筑构件和施工资源存在一对多映射关系，通过对以上属性数据的提取及变化，即可以完成不同类型资源成本上下文信息模型的建构。

关于这一点，可以在以上施工进度信息模型基础上，实现对不同资源项数量信息的计算，针对具体工程项目可以结合定额或清单计价规范获取当地价格信息，即能够得出相应建筑构件或施工任务成本信息的计算分析。针对施工成本计算中，先要将工程划分为不同子项目，随后对其各个子项目成本计算，采用IfcCostItem进行表示。可以依照建筑构件中存储属性，实现子项目划分，如施工工艺、几何特征、施工材料等。例如施工材料的分类，主要为直接工程材料以及间接工程材料，墙体能够分成石膏墙、砖墙等不同类型，继续细分也能够将砖墙分为实心砖墙以及空心砖墙等，需要在物料资源成本模型中对其进行详细的描述分析[9-10]。针对建筑构件成本信息计算中，特别是施工物料成本信息中，均可以在 IfcCostItems应用下依照不同类别实施计算。针对不同工程项目施工成本信息计算，主要即为针对人力、物料以及设备资源的计量分析，均属于是施工构件中的工程属性以及几何属性信息。针对与施工任务具有关联性的建筑构件，可采用IfcBulidingElementType表示。

4 案例分析

结合基于IFC标准的水利大坝工程施工期进度成本信息模型建构路线，对于IFC文件分析过程中，将IFC Engine DLL 插件作为解析工具，SQL Server 2008作为数据库平台，以OpenGL作为三维图形显示引擎，以我国南部某水利大坝工程碾压混凝土施工作为研究对象，进而完成大坝施工期进度成本信息动态可视化管理系统建构。在关于某坝段碾压混凝土结合构件和大坝WBS节点关联性分析过程中，在实体三维参数化模型以及定额规范的应用下，完成大坝右岸溢流坝段工程量清单的统计分析，通过系统可以实现自动统计。通过系统应用可以看出，这一系统可以有效实现大坝信息的一系列信息智能化操作，主要是完成三维动态绘制、交互式信息查询和动态模拟等，有助于有效实现对大坝工程项目施工进度以及成本控制的综合探讨，以便不同施工单位对相关信息的全面掌握，可以显著提升水利大坝工程项目的管理质量。

5 结 语

通过以上研究，基于在IFC标准所得结论主要为：

1) 结合水利大坝工程施工现场相关上下文信息类型，针对存在的信息交换效率不高情况，可以实现关于施工进度和成本上下文信息的研究。基于以上信息，可以在IFC标准实体和属性应用下实现对其描述，且在构件属性中对以上信息进行存储。

2) 基于IFC标准的信息描述功能，可以建构完成工程施工进度成本上下文信息模型，结合不同构件及其所在施工工序中的关系，可以实现对不同关系实体的定义，进而完成相应的信息模型建构。结合构件中存在的工期信息，即能够完成施工作业工期信息模型建构。基于进度信息模型实现对工程施工中人力、物料以及设备等施工资源的信息统计分析，完成相应的成本信息子模型建构，有助于实现对水利大坝工程施工进度成本的综合分析。

3) 结合实际案例发现基于IFC标准的水利大坝工程施工期进度成本信息模型，可以实现对水利大坝工程施工期进度和成本控制的全面掌握，进而显著提升工程管理质量