工程建设BIM基础数据生产体系研究及软件开发

王昌杰

（核工业西南勘察设计研究院有限公司 四川省成都市 610061）

1 背景

BIM 技术经过多年的快速发展和落地应用，已全面深入到工程建设的方方面面，从规划设计到施工建造再到运维管理，为工程相关企业带来了实实在在的价值，发展和应用BIM 技术也成为了工程企业的必然发展方向[1‐3]。BIM 技术的信息化平台，作为工程建设管理的重要工具，以其业务信息化、动态可视化的特点和优势，正得到越来越多大规模建设项目和大中型工程企业的青睐而得到建设应用。

基于BIM 技术的信息化平台，以BIM 模型为数据载体，通过一个三维模型集成工程建设全过程的业务数据，并利用业务数据驱动BIM 模型可视化动态展示，实现基于一个模型空间的高效管理[4‐5]。目前，关于工程BIM 建模具有众多的软件平台支持均能满足特定工程建模精度和信息深度的要求。但是，关于快速生成EBS 编码、WBS 编码、自动形成关联关系，缺少有效的软件工具，给平台开发方和使用方的项目建设管理应用带来了困难，增加了平台的不友好体验，具体如下：

（1）BIM 模型分类及编码标准内容繁杂，给BIM 模型进行编码参考不便，且工程变更普遍存在，如何快速生成标准化的工程EBS编码表并能根据变更快速调整，是一个难题。

（2）工程建设的进度、计量、安全等管理需要依靠分部分项工程进行，一个10 公里的路桥工程往往WBS 结构树有上万行，对于一个上百公里的高速公路，编码工作量巨大且繁杂，如何快速分解得到工程WBS 编码表，是待解决的难题。

（3）基于BIM 的建设信息化平台，依赖于建立EBS 编码与WBS 编码之间的关系，由于其对应关系的复杂性，依靠传统人工识别进行绑定的方式，极其耗费人力，且容易出错，是最大的难题。

针对以上难题，利用信息化技术，集成BIM 及工程管理相关标准体系，开发一套BIM 基础数据生产软件，实现标准化、高效率创建EBS 编码、WBS 编码、及关联关系，具有重要的应用价值。

2 BIM基础数据生产体系

BIM 基础数据生产体系的建设目标是以建设信息化管理平台应用为基础，通过标准化、流程化的作业流程，规范平台使用者高效率地生成高质量的BIM 基础数据。

2.1 明确标准

工程建设项目涉及公路工程、市政工程、建筑工程等多种类型，因其行业主管部门的规范要求不同，BIM 标准建设和应用程度不同，以及建设业务主体的管理制度不同，均存在一定的差别，BIM 基础数据的生产首先要明确标准。以工程路工程为例，工程建设管理标准选用《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》（JTG F80/1‐2017），BIM 标准选用《公路工程信息模型应用统一标准》（JTGT 2420—2021）、《公路工程施工信息模型应用标准》（JTGT 2422—2021）。

2.2 WBS编码

WBS 以将工程分解为可管理、可交付工程成果为目的，面向于实现工程建设过程中的质量验收、计量管理、进度管理等业务，通常将工程项目分为单位工程、分部工程、分项工程。以公路工程为例，由于规范对于分项工程的划分过于笼统，不利于基于开发软件实现有效分解，因此需依据建设管理特点分别拓展单位、分部、分项工程的分类及编码标准。

2.3 EBS编码

EBS 以将工程实体分解为满足工程管理要求的独立构件为目的，通常与BIM 模型的最小实体单元一致，或层级高于最小实体单元，从而实现一对一或一对多的模型关联性。以公路工程为例，具体分解原则依据《公路工程信息模型应用统一标准》中设施、子设施、构件的分类和编码表执行，在此不再列取。

2.4 创建关系

EBS 与WBS 由于不同的业务需求和拆分原则导致了表达上的差异，其关联则依赖于建立构件与分项工程之间的对应关系，进而形成两者整体的关联关系。通过将分项工程作为构件施工的工序表达，建立一个构件对应一个或多个分项工程的有效关联，辅助信息化技术，最终实现工程EBS 与WBS 结构树的自动化关联。限于篇幅，仅列举公路一般桥梁构件与分项工程关系见表1。

表1：公路桥梁工程构件与分项工程关系

3 BIM基础数据生产软件开发

基于BIM 基础数据生产体系，采用更为主流的B/S 架构开发的专业生产软件，系统包含6 个功能模块。系统用户无需安装软件，登录网页即可实现功能应用，且软件操作交互力求方便快捷，能够满足高效、准确地进行BIM 基础数据生产的需求，可作为工程建设信息化管理平台的配套软件使用。

3.1 工程管理

工程管理模块对开展BIM 基础数据生产的工程项目基本信息进行管理，重点明确工程项目类型，包含公路工程、市政工程、建筑工程等，系统根据项目类型匹配相应的生产体系相关算法，进行不同设施类型、结构参数及拆分编码工作。

3.2 标段设施划分

该模块针对工程项目的标段进行划分，对每个标段的设施及类型进行分解管理。当前采用BIM 技术的管理平台，往往呈现规模大、设施复杂、工期紧张等特点，通常需要分为多个标段进行工程建设及管理，以更好地推动工程建设进程和质量。因此，在功能设计时考虑标段划分，多层级设施划分，且提供导入设施表格文件，实现快速的设施划分。设施类型影响结构划分参数页面的详细参数，对于完成详细结构拆分编码工作的设施，在此页面可方便地直接查看详细信息。

3.3 结构划分参数

工程设施结构划分参数基于设施类型进行分类，选取结构必要的关键参数，快速准确生成详细的结构参数表，同时支持批量填写和批量修改，进一步提高效率，作为下一步开展EBS、WBS 快速拆分编码的基础。如公路工程的桥梁工程，通过输入联数、跨数、梁片数等参数，便可对分解得到桥梁上部结构进行分解。结构划分参数的选取，应结合结构分解标准，做到参数尽量少、分解全面彻底。

结构划分参数页面如图1 所示。

图1：结构划分参数页面

3.4 EBS编码

EBS 编码模块基于设施参数表以及工程实体分解原则，建立设施参数与EBS 命名及编码的自动化关系，避免人为编码的繁杂、遗漏、出错等问题。自动生成的EBS 结构树，包含编码、结构名称、类型及其详情，其中类型的定义包含设施、子设施、构件三种情况，同时为了应对特殊的拆分情况，用户可以根据实际工程情况进行类型及详情的修改，以及对结构划分情况的新增和删除。

EBS 编码页面如图2 所示。

图2：EBS 编码页面

3.5 WBS编码

同步构件结构参数与WBS 分解的自动化关系，快速生成WBS 结构树，WBS 的类型分为单位工程、分部工程、分项工程及子分项工程。

WBS 编码页面如图3 所示。

图3：WBS 编码页面

3.6 EBS-WBS关联

基于构件与分项工程关系，在形成EBS 结构树的同时，会进一步向下拆分，形成更深一层的构件工序，即（子）分项工程，由于系统自动划分能保证两条结构树名称的标准化，具有唯一性，因此利用计算机穷举法自动匹配（子）分项工程名称相同项，便可建立EBS 与WBS 结构树的对应关系。考虑到新增项及特殊情况，系统支持手动进行关联，以保证其广泛的适用性。

EBS‐WBS 关联页面如图4 所示。

图4：EBS-WBS 关联页面

4 BIM基础数据应用

系统生成的EBS、WBS 结构树，不但准确高效，而且具有唯一性和关联性，因此可以作为BIM 模型构件管理、工程任务管理、以及基于BIM 模型进行工程相关业务可视化展示的数据基础。

4.1 BIM模型管理

EBS 编码表可用于BIM 建模时，对模型添加构件编码信息，同时将编码表导入工程建设信息化管理平台，可快速形成EBS 结构树，并基于其相同的编码信息，实现结构树与BIM 模型的自动化挂接，避免手动挂接繁琐耗时、遗漏出错的问题。通过这种方式，解决了目前诸多BIM 平台依然进行手动EBS 结构树创建及手动绑定模型的问题，实现依靠结构树的模型管理功能，同时还可以实现基于构件类型的模型空间管理，如隔离显示所有的桩基等，以及基于模型结构树的工程资料快速挂接功能。

4.2 工程任务管理

工程建设任务的管理需要依靠分部分项工程的单元进行精细化管理，因此分部分项工程划分是每一个工程必须的工作，但其工作量大，施工变更引起过程中调整频繁，给工作带来了极大的不便。而基于少量的参数进行快速WBS 分解，基于Web 平台端进行随时随地的修改，必然给此项工作的极大便利。WBS 编码表，可用于进行工程质量验收、安全管理、工程进度管理等工作。

4.3 工程业务可视化展示

针对目前众多基于BIM 模型的工程建设管理平台，建立BIM 模型与工程管理业务数据的关系，是实现基于模型的业务可视化管理的基础。系统生成的EBS 与WBS 关系表，通过导入到建设管理平台实现模型与业务的真正关联，并基于业务数据驱动模型变化的方式，给管理者带来动态可视化管理的能力。

（1）质量管理：工程质量评定以分部分项工程为单位，使用WBS 结构树进行管理，可通过模型呈现的颜色来表示质量评定验收的多个阶段，如施工自检、监理检查的通过或不通过状态。

（2）安全管理：对工程施工现场存在的安全隐患进行检查、上报及处理的过程，可以通过直接挂接EBS 结构树，以三维空间的图标形式，进行直观展现，同时可通过图表颜色表示整改中、已整改、延期未整改的状态。

（3）进度管理：包括进度计划和进度填报，管理者可采用EBS 结构树进行形象进度的粗放式管理，同时也可以用WBS 结构树进行详细计划，并配合质检流程进行自动化的进度填报，最终实现基于BIM 模型构件颜色表达的进度状态，包括当前的计划状态、开工状态、完工状态等。

5 总结与展望

本文以基于BIM 技术的工程项目建设平台应用为出发点，针对当前普遍存在的BIM 基础数据生产面临的人工效率低下、易出错等实际难题，梳理研究了BIM 技术数据生产体系，开发了自动化的生产软件，并介绍了数据的工程建设应用场景，为BIM 基础数据的高效生产和基于BIM 的平台应用提供有益的借鉴。

同时，相关研究和软件开发可进一步拓展，以推动BIM技术发展及全生命周期更深入、更全面的工程应用。

（1）论文仅针对建设期的BIM 基础数据生产体系进行研究，鉴于当前BIM 技术从规划设计、施工、运维的全过程应用现状，应立足全生命周期，系统考虑BIM 技术数据生产体系架构，解决满足不同阶段数据高效生产和流转的问题，尽可能减小数据的重复生产，提高数据的利用率。

（2）BIM 基础数据生产软件的WBS 分解编码，应进一步拓展更具通用性、符合标准的分部分项分解表功能，为工程资料管理人员进行资料管理提供基础功能，这类工具的开发一定程度上提高了整个工程建设管理的效率，具有较高的实用价值。

（3）基于EBS 与WBS 的关联关系以及结构类型及详情，如何在工程建设管理中进一步拓展实现自动化匹配质检表单、安全隐患排查清单、工程计量清单，甚至实现人工、材料、机械等资源高效配置，如何基于BIM 模型对这些业务情况进行高效、动态、直观的呈现，辅助管理者精细化、高质量的项目管理，都值得进一步思考和研究。