数据的应用之道——基于BIM的公路工程全周期数字化应用研究

2019年交通运输部颁布的《数字交通发展规划纲要》，提出了推动交通基础设施全要素、全周期数字化。

其发展目标：到2025年，交通运输基础设施和运载装备全要素、全周期的数字化升级迈出新步伐，数字化采集体系和网络化传输体系基本形成；到2035年，交通基础设施完成全要素、全周期数字化，天地一体的交通控制网基本形成，按需获取的即时出行服务广泛应用。

全周期主要指规划设计、施工建造、养护运维三大阶段，BIM在基础设施数字化中从设计阶段开始，贯穿全周期作为数据索引及信息载体。

传统业务模式或简单信息化，以特定阶段或单个业务点为目标，业务线几乎是独立的，业务线之间不存在干扰，自成体系，各自为政。烟囱式的系统布局也造成了数据孤岛现象，对全周期数据应用带来诸多困扰。

公路基础设施数字化产生的数据在不同阶段的数据如何流转，同阶段不同业务要素之间的数据如何有效传递，是全周期数字化需要解决的一个关键问题。因此有必要构建可用于全周期的数据链。

全周期应用中不同阶段需要的数据，索引并不相同，甚至划分维度也不相同，全周期数据链构建的同时，既要解决数据的全周期数据传递，同时也要解决全周期业务应用。全周期数据传递中，应寻找传递过程中相对稳定的不变元素；全周期业务应用中，在业务流程再造的同时应保证业务优先，数据链可满足业务应用。因此，全周期数据链构建时可采用EBS-WBS的模式。其中，EBS主要指面向物理对象的工程分解结构，WBS指面向业务逻辑的工作分解结构。

公路基础设施设计、建造、养护阶段中，每个阶段在工程物理对象未发生改变的情况下，EBS（工程分解结构）是相对稳定的，之所以说相对稳定是由于在未发生改变的情况下，由于EBS需求的变化，可能对EBS产生继续分解的需求。每个阶段需要的WBS（工作分解结构）基于EBS分解（如基于EBS实现WBS的自动分解），在分解的过程中建立当前阶段的EBS与WBS的关联，构建本阶段数据链，实现业务数据之间的共享。完成每个阶段数据链构建后，面向工程物理对象，建立每个阶段基于相对稳定的EBS的数据传递通道，实现跨阶段的WBS间接数据共享。

最终形成阶段间EBS共享，每个阶段以EBS为基础实现数据共享，以WBS为触手完成业务应用的数据链。

构建全周期数据链需要从数据生产开始创建高质量、标准化的数据。因此，笔者所在团队从标准、流程、软件几个方向研究进行了相应的探索，并自主研究了基于云端的数据协同生产体系（CCDS）。

1.生产流程探索

生产流程探索中定义了技术主管、项目负责人、专业负责人、一般生产人员等角色，每类角色完成不同的工作。

整个工作流程从技术主管，到项目负责人，再到专业负责人，最后到一般生产人员进行协同生产。技术主管主要负责发布BIM标准、维护BIM标准、确定项目标准、确定项目技术要求；项目负责人配置项目成员及权限、划分工作界面、配置及管理项目基础数据、整合各专业模型；专业负责人配置专业模板、项目专业数据配置及管理、专业模型的审核和整合。

笔者在研究过程中也意识到，生产流程不仅需要一套规则，还需要一套可执行规则的软件系统。因此，笔者所在团队自主研究了基于云端的数据协同生产体系（CCDS），由软件系统负责规范数据基础标准及数据生产流程，并配套开发多种终端工具协助完成数字化生产全过程。

项目发布后，服务端完成标准选择、标准配置、数据模板配置等工作，由终端用户使用终端工具完成数字化生产工作，以达到数据标准化、统一化、协同化的目标，并由服务端负责完成工程对象检验等工作。

2. CCDS协同工作系统

基于云端的数据协同生产体系（CCDS）以数据为管理目标，包括权限、标准库、模板库、项目库、专业数据、数据成果等统一管理内容。

在权限管理中，配合生产流程设置用户分级权限，各类用户角色各司其职；在CCDS的基础上可开发各类数据生产软件（包括BIM类及非BIM类），通过授权控制，保证接入软件的合法性。

标准库管理中，实现了标准统一发布、分类编码统一管理、标准应用模板统一管理（如存储结构），保证了生产过程中标准的一致性。

模板管理中实现了BIM模型模板、数据模板等模板的统一管理，保证了生产过程中所有生产人员使用的模板的一致性。

项目库管理中统一管理项目发布、项目权限和项目资源，保证项目生产时基础数据的一致性。

专业数据管理中，实现各类专业数据的统一管理（如路线数据、桥隧表、设计参数等），保证了生产过程中专业数据的一致性。

数据成果管理中通过BIM对象注册机制、数据同步机制等保证了成果的一致性，同时通过数据发布模板向应用端发布成果数据。

数字化成果的标准化交付包括跨平台数据交付以及跨阶段数据交付。

跨平台数据交付可基于通用文件格式或数据库格式进行交付，笔者在实践中主要以IFC标准格式作为交付目标，将数据生产成果转换为IFC数据，以文件方式进行交付，数据应用时再将IFC数据根据需要转换入库。以IFC作为交付目标有效地解决了不同来源的数据融合问题。

IFC数据交付示意图

跨周期数据交付中，笔者主要实践了由设计阶段向建设阶段交付WBS数据，并研发了基于BIM的分部分项划分系统，实现了由设计端生产的EBS数据自动向施工应用的WBS（分部分项数据）的交付，并形成建设阶段EBS-WBS双“核心结构树”。建设过程中的业务数据根据业务特点以EBS或WBS结构树作为索引，并通过EBS-WBS关系，将数据归档至EBS，并向下一阶段交付。

在数据应用方面，研发基于BIM的工程量管理系统、GIS平台，以及工程协同管理平台。实现施工阶段电子沙盘、征地拆迁、现场管理、进度管理、分部分项、电子资料管理等。与此同时，积极探索基于BIM的养护管理、桥梁协同检测、桥梁健康监测，助力公路工程全周期、多要素的数字化应用。

建设阶段构建了完善的数据链，各业务模板可共享成果数据，因此进度管理模块通过数据共享实现结果呈现。计划状态数据来源于计划管理模块，施工状态数据来源于工序报检模块，质检状态数据来源于质检模块，计量状态数据来源于计量模块。通过各模块之间的数据共享，顺序地实现了建设过程中数据的实时协同与共享，并有效地保证了数据的一致性。

建设阶段基于分部分项的工序报检应用

建设阶段进度管理示意

养护阶段通过EBS交付，并构建基于EBS的WBS业务数据可实现养护期各类业务，如巡检、定检等。笔者所在团队在实践过程中，研发了基于统一数据源的桥梁定期检测系统，不仅实现各检测周期的检测数据的继承与延续，同时也实现了检测过程中业主的监管，当前已服务于5000多座桥梁的定期检测中。