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基于BIM的大型渡槽全壽命周期 信息管理系統初步研究
發布時間：2023-07-22 15:58
目錄
1引言 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內外相關研究現狀 2
1.2.1工程全壽命周期管理 2
1.2.2BIM 技術在水利工程的應用 3
1.3研究內容及技術路線 5
1.3.1研究內容 5
1.3.2技術路線 6
2水利工程全壽命周期信息管理架構 8
2.1水利工程信息管理 8
2.1.1水利工程信息分類及特點 8
2.1.2當前水利工程信息管理模式 9
2.2BIM 在水利工程應用的理論及核心技術 10
2.2.1BIM 技術的特性 10
2.2.2BIM 技術實現信息管理的數據標準 11
2.2.3BIM 用于水利工程信息管理的技術支撐 11
2.3基于 BIM 的水利工程信息管理 13
2.3.1水利工程信息模型分析 13
2.3.2水利工程信息管理框架 14
2.4小結 16
3基于 BIM 的渡槽工程模型創建 17
3.1三維模型的建立 17
3.1.1模型創建平臺 —— Revit 17
3.1.2構件族庫建立 17
3.1.3整體模型建立 19
3.2基于 Revit 模型設計信息集成 20
3.2.1模型信息存儲 20
3.2.2模型信息表達 21
3.3Revit 模型信息訪問途徑 22
3.3.1Revit 二次開發 22
3.3.2模型設計信息導出 28
3.4小結 29
4基于 BIM 的渡槽信息管理系統的設計與實現 30
4.1外部數據庫 30
4.1.1外部數據庫的概念模型 30
4.1.2外部數據庫的數據信息 30
4.2界面設計 31
4.2.1數據連接 31
4.2.2系統界面顯示 34
4.3小結 38
5工程應用實例 39
5.1工程概況 39
5.2渡槽模型創建 40
5.3信息管理系統應用 41
5.4小結 46
6結論 47
6.1結論 47
6.2展望 47
參考文獻 49
在讀期間發表的學術論文 52
作者簡介 53
致謝 54
1引言
1.1研究背景及意義
我國是水利工程建設大國，目前已經建造了大量的樞紐工程和引輸水工程。“十 二五”規劃期間，我國對水利水電工程建設的總投資超過 2萬億元，超過1 億人受到 實惠。在“十三五”期間，還會加快重大水利工程和民生水利工程的建設速度，并且 對其投資不會低于前期［1］。建設和管理大型的水利水電工程屬于復雜的系統工程。全 壽命周期管理理念，在控制工程成本、保證工程質量以及保障安全性能中起著重要的 作用。其貫穿于水利工程建設的全過程，對于發揮水利工程效益具有重大意義，也是 目前項目管理者經常應用的管理方法之一。而完成全壽命周期管理需要基礎數據的支 撐，信息為管理者提出工程管理決策提供依據，因此實現全過程的復雜信息管理是完 成大型水利水電工程全壽命周期管理的基礎。
現在，全球進入信息化時代，信息技術及其應用已成為國家實現發展戰略的依據。 建筑信息模型（BIM）作為建筑工程領域信息化的技術手段，正成為建設行業提高競 爭力非常重要的工具。BIM技術是以建筑工程的相應數據信息作為創建模型的基礎, 經過數字信息進行模擬建筑物具有的真實信息［2］，是現階段解決建筑工程面臨問題的 最新技術方法。目前BIM尚未廣泛應用于水利水電工程，建立具有強大信息承載能 力的BIM模型，能夠滿足水利工程對精確度和可信度的表達。BIM技術以3D建筑 模型作為核心，其模型的基礎是構件，但是現有的BIM軟件一般面向建筑工程，而 缺少適用于水利水電工程的構件族庫，需應用 Revit 等軟件平臺中“族”功能創建各 構件模型，從而建成完整的模型。模型中不僅包含建筑物的結構尺寸信息描述，還包 括構件名稱、材料、質量和完成日期、施工建造情況等非結構信息，豐富的圖形和數 據將工程各階段信息進行集成和存儲［3］。而在水利水電工程全壽命周期中除了這些基 本信息還應包括巡視檢測及健康監測及維修記錄等維護管理信息，繼而有效利用這些 信息，為維修加固提供決策支持。那么如何將這些信息基于BIM技術集成與存儲， 同時如何高效利用信息完成工程全壽命周期管理是一個重要課題。
借鑒建筑行業的BIM技術，在水利工程設計階段，設計方法從二維設計轉變成 三維設計方式，并且實現了數字化建設。在工程設計過程中會出現不斷的變更現象， BIM 技術使得設計變更不再像傳統設計方式那樣困難復雜，只要對項目設計做出更 改，在其中一個視圖里做出調整，其他視圖會自動的產生相應的協調。BIM技術將 整個設計整合到一個共享三維可視化模型中，設計人員可在三維模型中查看工程設計 的情況，是否存在構件之間的結構沖突，并且能準確發現可能存在問題的地方，以便 能夠及時調整設計。BIM技術的應用，可以更直觀地進行水利工程設計并方便設計 參數的存取，同時反饋設計使設計效率提高。基于BIM技術和數據庫管理技術完成 施工信息管理，在施工階段，質量管理是十分重要的，關系到整個工程的質量安全問 題。在質量檢測過程中，管理人員根據檢測的構件ID號來確定它在模型中的位置， 然后根據相關質量規范來確定其是否滿足質量要求并記錄下來，如質檢的要求、評定 及操作人員和日期，相關人員可以直接對保存的結果進行查閱與共享以便及時給出反 饋意見。基于BIM建立的水利工程信息模型在設計和施工階段集成的信息，在運行 維護管理過程中的作用越來越重要。信息模型系統為工程維護管理提供了一個更加方 便的平臺，管理者可以查看、修改、增加模型構件在維護過程中所有的實體記錄關聯 數據，其中包括監測儀器的監測信息。管理者可以在BIM模型中，訪問管理需要的 信息從而及時做出管理決策，提高工程運營過程中的收益，延長建筑物的使用壽命。 基于 BIM 技術對水利工程全壽命周期信息進行集成管理，建立信息管理系統，解決 由于“信息孤島”而導致水利水電工程管理效率較低的問題［4］，對促進水利水電工程 全壽命周期管理尤為重要。
南水北調工程是在我國實施的一項大型水利工程，劃分為西線、中線、東線三條 調水線，是利國利民的生命線工程。渡槽工程是重要的渠系建筑物，因其施工簡單、 不會阻斷交通等優勢被廣泛應用。在南水北調整體工程中，渡槽工程規模大、范圍廣、 投資高，是生命線工程的喉結，如果因發生劣化或事故導致停頓輸水，就會造成巨大 損失。因此，做好渡槽工程的全壽命周期管理是十分必要的。但是，對大型渡槽工程 進行維護管理需要全壽命周期過程大量完整的數據信息作為決策基礎。本文以南水北 調中線某渡槽為例，建立基于BIM的信息模型及管理信息系統，將BIM技術應用于 渡槽工程，實現渡槽工程全壽命周期信息的有效管理。同時，利用系統的有效信息及 時對工程做出合理的維護管理決策，提高其可靠性和延長使用壽命。
1.2國內外相關研究現狀
1.2.1 工程全壽命周期管理
20世紀60年代，全壽命周期管理(Life Cycle Management)理念出現于美國軍 界，最主要是用在激光式導彈、航空母艦、攻擊性戰斗機等高科技軍隊化武器的管理 上。自 20 世紀 70 年代之后，很多國家采用全壽命周期管理理論并將其應用于交通 系統、國防建設工程、供電企業、能源工程等相關行業［5］。提出的全壽命周期管理， 就是要著眼于長遠效益目標，通過一些科學的管理方法及技術手段，對策劃、設計、 生產、運轉、使用、維修保養、回收再處置等各個環節進行管理。在確定策劃合理、 工程質量優良、運轉可靠、生產安全的前提下，將項目全壽命周期整體最優作為管理 的目標［6］。全壽命周期管理的理論描述出了一個較為系統的管理方式，這種管理方式 不但是階段性的而且還具有完整性，并且各個階段之間又是連續的，同時還具有全面 控制以及宏觀預測的特點。基于全壽命周期管理的特點，目前在電力發展、武器裝備、 產品生產、建筑等行業普遍采納。 SE Kadiri ， AMilicic， DKiritsis 指出產品壽命 周期管理策略已被證明是產品各個壽命周期階段的處理、規劃和決策的推薦方法，并 提出了利用Web技術鏈接數據以支持全壽命周期管理的方法，從產品生命期內的各 個階段構建信息，基于數據進行深入分析［7］。在建筑行業中，進行全壽命周期的工程 管理是從工程的前期策劃設計階段、施工建設階段、運營管理階段到建筑物拆除回收 階段的全壽命周期內，對工程耗用時間、資金分配、人員分工、材料采購、工程質量 等全面的管理。陳志波、吳賢國對傳統建設項目的管理方式存在的問題進行分析，指 出具體操作流程和運作方式進行工程項目全壽命周期管理，加強了在工程項目全壽命 周期各階段進行信息分享以及相關參加方之間進行高效溝通，實現工程全壽命周期管 理 ［8］。曹衛平對當前我國建筑結構存在的問題進行了總結分析，并且通過實際工程， 強調指出了工程全壽命周期管理的必要性［9］。
對于我國傳統的工程管理工作，尤其是在水利水電工程行業，存在輕設計重施工， 而且“重建輕管”、“建管分離”等問題。隨著工程全壽命周期管理方式的快速發展和 廣泛應用，在水利水電工程中也采用此理念解決工程管理問題。姜福東指出水利水電 工程運用全壽命周期管理的必要需求以及長遠意義，并從水利水電工程策劃、設計、 施工、運營各階段過程分析實施全壽命周期管理所采取的措施［10］。趙玉紅等人將全壽 命周期管理理念與水利水電工程設計、管理現實相聯結，從建管、造價、功能三方面 分析水利水電工程綜合發揮資產效益與全壽命周期管理的關系，強調全壽命周期管理 對于水利水電工程效益發揮的重要性，提出了有效措施和建議促進水利工程更好發揮 經濟效益［11］。目前，完成水利水電工程全壽命周期的管理，能夠減少對水利工程建設 管理的投資，加強工程各階段、各部門之間的聯系，提升管理工作效率，進而有效調 控水利水電工程全壽命周期資源，并且促進水利工程綜合效益穩定發展。對水利水電 工程實施全壽命周期管理可以提高水利工程設計的高效性、完成保質按期交付運營并 且使工程資金投入管理得到優化，從而提升工程管理水平。但是在水利工程管理中， 全壽命周期各階段之間欠缺良好的信息溝通，甚至管理過程中出現信息斷層現象，缺 少有效信息的支撐，給相應工作的實施帶來巨大的影響，繼而嚴重影響全壽命周期管 理目標的實現。而且管理的周期在逐漸改變，傳統的管理期主要是工程建設期，現在 逐漸變為主要進行運行期管理的方式，在運營階段的管理更需要大量的前期信息作為 決策依據，因此完成全壽命周期信息管理是實現工程有效管理的前提和基礎性工作。
1.2.2 BIM技術在水利工程的應用
BIM 思想起源于 20世紀 70年代，由美國 Chuck Eastman 教授提出，并對其內涵 做了定義。 Chuck Eastman 教授構想出建筑信息模型的內容：創建一個包含工程項目 全壽命周期內的全部信息的三維模型，這個模型不僅包含建筑物構件的結構尺寸信息 描述，還包括構件的名稱、采用的材料、工程質量和完成日期、施工建造情況等非結 構信息［12］。隨著BIM被逐漸接受，人們對BIM的認識也逐漸加深，并且在各個國家 相繼出臺政策和實施標準［13-20］的推動下，BIM技術的應用領域越來越廣泛。
目前，BIM技術主要應用于建筑工程并且發展迅速，當然其他工程也逐漸采用 BIM技術。D Evans初步探索和研究了 BIM技術的實際應用［21］； IN Albukhari為了 改進建筑施工評估過程，研究開發了一個基于BIM的結構化決策支持框架［22］。G Hayduk等提出了一種基于建筑信息模型（BIM）數據庫的大型自動化系統的樓宇管
理系統的概念［23］。MMarzouk,AAbdelaty研究了基于BIM技術的地鐵管理框架，所 開發的框架能夠監測地鐵站室內溫度和顆粒物濃度［24］。O Simey研究在生產過程如何 使用BIM-3D,以提高生產性能，并且利用三維BIM技術提高橋梁施工過程的生產性 能，同時探索如何改進未來項目的BIM-3D處理［25］。Bazjanac研究采用BIM技術對 工程全壽命周期信息進行管理，從而實現建設工程全壽命周期內的信息共享以及各參 與方之間協同作業I26】。BIM技術跨越了整個建設項目的全壽命周期，集合了建筑物 構件所有的信息，它不僅僅局限于工程模型的建立，更主要的是用于工程管理。運用 BIM 技術進行管理與以往的管理模式不同，它能改變傳統建筑行業粗放型的管理方 式，將其轉向精準、高效率、統一的模式。但是由于水利水電工程與建筑工程相比較 具有特殊性，從而導致在該領域運用BIM技術也具有一定特殊性。
在國內，一些學者和水利行業專業人士開始研究BIM技術在水利水電工程領域 的應用，但也主要是應用于設計階段、施工階段，在工程運營維護還沒有體現出 BIM 技術的應用價值。建立水工建筑物模型是水利工程引入BIM技術的基礎，張超等人 以涵閘為例，對BIM技術在水利水電工程中的應用實踐進行研究I27】。漸漸的BIM技 術向水利水電工程其他階段發展。李宗宗等結合水利工程施工特點，分析了 BIM技 術應用到水利水電工程施工過程遇到的困難，對BIM技術在水利水電工程施工中的 應用進行了初探，并對BIM技術在該領域的發展前景進行了展望［28］。苗倩基于BIM 技術的可視化仿真特點，通過Navisworks軟件實現了水利水電工程施工可視化模擬 仿真I29】。趙繼偉在透徹了解BIM技術建模平臺和水利水電工程特殊性的基礎上，完 成了水利工程信息模型的建立［30】。杜成波在深入研究水利水電工程項目特點的基礎 上，建立基于水利水電工程信息模型的信息集成與共享管理方法系統，不僅對水利工 程信息模型的建立、還有信息模型共享管理以及使用等主要方面的實施過程進行了研 究 ［31】。李德等針對水利水電行業的特點，說明了 BIM 技術的應用價值，提出運用 BIM 技術，能夠提高行業工作效率和管理水平，對實現信息共享具有重要意義［32】。 當前，主要是工程設計、施工階段采用BIM技術，進行分階段工程仿真模擬，而在 運營維護階段應用技術不成熟。實現在工程運行維護階段應用BIM技術，為工程維 護管理提供完整有效的信息，體現其應用價值，是BIM技術在水利工程中的有益實 踐。
BIM 技術的核心是信息管理。馬飛對水利工程安全監測信息管理中應用 BIM 技 術進行研究，將SQL Server數據庫技術與BIM技術相結合，提高了監測信息管理水 平，降低了管理工作成本，并通過輸水箱涵實際工程進行驗證［33】。張海燕針對傳統的 信息管理方式不能滿足目前工程管理對信息需求的問題，將文檔信息結構化儲存，并 與BIM信息進行集成，建立了建設工程基于BIM的文本信息管理系統實施架構，實 現高效地進行信息管理［34］。王仁超等學者在混凝土壩工程的施工信息管理中采用BIM 技術，提高了信息交流與共享水平，完成信息實時監測管理，促進了多維信息的有效 管理，提高了工程施工過程中信息管理的水平［35］。在采用BIM技術完成信息管理的 過程中，首要任務是完成工程信息的集合與交互。Aslani P認為BIM是綜合的數據 資源庫，應深入研究該技術，提出了構建BIM模型的IFC標準擴展表達信息的方 式［36］。Faraj I在研究國際標準的基礎上，開發了可以實現工程項目信息集成與共享 的環境，用戶可以通過開發環境將工程項目的設計、資源、建造進度等信息進行集成 并實現共享，但是仍存在問題［37］。我國學者孫悅具體闡述了建設項目全壽命周期信息 及其特征，并且分析了當前進行建設工程信息管理遇到的主要難題及其原因，并強調 了基于BIM技術進行建設項目信息管理具有重大意義，從而建立了基于BIM技術 的建設項目全壽命周期信息管理實施框架［38］。在工程全壽命周期過程中產生的信息數 量巨大并且形式多樣，如何完成信息集成和交互，是實現工程全壽命周期信息管理需 要解決的問題。張衛等以BIM模型作為信息集成載體，將BIM技術作為信息集成化 的工具，在工程的不同階段提取模型中相關數據信息，完成相應的工作任務；并且認 為讓項目各參與方都參加到工程設計中，有助于信息集成，但會造成BIM模型容量 過大，對計算機硬件要求非常高［39］。張洋綜合采用建筑信息標準、信息模型的建立和 信息集成技術等最新研究的成果，并且依照建筑行業國際標準 IFC （Industry Foundation Classes），建立基于BIM的工程信息管理體系與架構，并開發了 BIM信 息集成平臺同時采用外部關系數據庫SQL Server存儲IFC［40］。張泳等人基于Revit API研究開發了基于網絡化的文檔管理的系統，該系統有效地完成了文檔和建筑信息 模型的集合，提高了文檔管理的效率和質量［41］。黃華在對ODBC數據庫訪問技術的 研究基礎之上，將 BIM 模型數據庫中的數據信息導出于外部 Excel 表中，以此解 決數據共享問題，通過 API 接口關聯成本計算軟件，實現設計信息與管理信息集成 ［42-43］。
1.3研究內容及技術路線
針對大型渡槽信息量大并且復雜，在全壽命周期過程中容易出現信息“斷層”， 而導致運行維護階段有效信息查詢過程困難的現象。借鑒建筑領域應用廣泛的 BIM 技術和全壽命周期信息管理理論。基于BIM技術建立渡槽三維模型并將設計信息進 行集成與表達，并且設置外部數據庫，通過Visual Studio 2010平臺運用C#編程語言， 鏈接外部數據庫建立信息系統。管理者通過信息系統將工程設計、施工質量、安全監 測、維修記錄等信息集成存儲并進行管理。
1.3.1 研究內容
研究主要內容如下：
（1） 通過了解工程全壽命周期管理的現狀及水利工程全壽命周期管理的意義， 提出實現工程全壽命周期管理需要信息作為基礎。 BIM 技術在水利工程的應用為實 現水利工程全壽命周期管理提供了技術方法，尤其為完成信息管理提供了有效技術手 段。
（2） 基于水利水電工程信息特點及管理模式的基礎上，引入BIM技術，形成 工程決策、設計、施工、運行維護全壽命周期過程信息模型。通過模型層、數據層、 應用層三方面建立水利工程信息管理實施架構，為實現水利工程全壽命周期信息管理 提供理論基礎。全壽命周期有效信息集成，為工程運營維護階段實施管理決策提供信 息依據。
（3） 建立基于BIM技術的渡槽工程信息模型，首先通過Revit軟件平臺建立渡 槽三維模型。基于模型構件將信息進行集成和表達。每個構件作為渡槽工程信息模型 的基本信息載體，基于構件將渡槽工程基本信息進行集成并存儲，并在Revit軟件平 臺中實現其可視化表達及訪問。
（4） 基于Revit模型信息，設計渡槽信息管理系統。建立SQL Server數據庫， 通過ODBC（開放數據庫互聯）將存儲于Revit模型中的信息導入到創建的SQL Server 數據庫中，與施工質量檢測信息、監測信息和運行維護信息集成，運用C#編程語言 進行數據鏈接，建立信息管理系統。
（5） 基于以上理論與方法的研究，以南水北調中線某渡槽工程為例，應用大型 渡槽信息管理系統，實現全壽命周期信息的存儲、查詢、分析以及運用。
1.3.2 技術路線
技術路線圖如圖1-1 所示。
研究路線 — 研究內容 — 研究方法
查閱、整理國內外研究成果
分析BIM技術用于全壽命周期管理
及水利水電工程的現狀，確定研究
問題和思路
=理論研可
|分析問題二）
圖 1-1 論文技術路線
Fig.1-1 The search path of this article
2水利工程全壽命周期信息管理架構
水利水電工程發展至今，在其建設管理過程中依然存在著幾個嚴重問題：（1）工 程設計效率低；（2）工程信息在全壽命周期過程中流失嚴重；（3）信息的使用和表達 不能有效的反饋到工程；（4）工程進入到運行維護階段，由于前期信息未連續集成保 存，管理中查詢信息困難。為緩解水利水電工程建設管理過程出現的這些現象，在深 入研究BIM技術的基礎上，結合水利水電工程的特性，建立基于BIM的水利水電工 程信息模型，運用模型完成工程全壽命周期信息的集成、存儲，促進全壽命周期信息 的有效管理及利用。
2.1水利工程信息管理
2.1.1水利工程信息分類及特點
水利工程是為了實現興利除弊的目標而建立的基本建設項目，其綜合性、系統性 強，壽命周期長且復雜，在建設過程中參與方多。因此，水利工程建設會產生大量而 且復雜的工程信息，將水利工程的壽命期主要劃分為決策階段、設計階段、施工階段、 使用階段，在各階段產生相對應不同類型的信息［44］。
決策階段：為工程項目建設的經濟合理性和技術可行性進行評估論證。主要包括 項目建議書、可行性研究報告、地質勘察報告、項目評估和資金估算信息等。
設計階段：將描述性信息轉化成抽象數據和模型信息，實現決策階段的工程項目 設想。在此階段中包括水工結構、機電設備等專業設計參數、圖紙、文件以及分析結 果。
施工階段：把設計階段的信息建設成實際有價值的建筑物實體。主要包括施工組 織、計劃、招投標文件，施工質量、進度控制，還有施工安全管理。
使用階段：該階段應是各種信息的集成，除幾何信息之外還包括安全監測、控制 調度、維修加固、運行控制。
通過以上四個階段的信息分類，水利水電的信息具有其獨有的特性，為了實現有 需求的信息集成和交換，對水利水電工程的信息特點做以下總結：
（1） 信息量巨大
水利水電工程建設涉及水工結構、機電設備、施工、監測等不同的專業，每個專 業在工程進行過程中都會產生相應的技術參數和技術成果報告等，并且隨著項目不斷 的完善信息量會不斷增加。
（2） 信息存儲分散 水利水電工程建設過程中，各個階段的任務由不同的參與方完成。工程信息從設
計單位開始產生，其他參與方根據需要處理設計信息并且生成自己的成果，并且單獨 保存。這使信息斷層現象經常發生。
（3） 信息類型復雜
水利水電工程產生的信息有報告、圖紙、多媒體文檔形式，在對信息進行數據庫 存儲時，將信息處理劃分成結構化信息以及非結構化信息，使信息的類型多元化。
2.1.2當前水利工程信息管理模式
（1） 人工管理模式 人工管理模式是人工或運用單一計算機功能應用軟件進行管理，是多數水利水電
工程項目選擇的信息管理模式。這種模式是管理者自定義信息分類和管理流程，信息 的處理仍然以人工為主，使信息存儲混亂冗雜，難以保證信息的一致性及準確性。在 人工管理模式下，信息查詢、使用效率低。
（2） 信息系統管理模式 信息技術是當代最具活力的生產力要素，工程管理中應用信息化技術極大的提高
了信息管理中信息存儲、處理的效率，同時在很大程度上有效提高了工程管理工作進 度。隨著信息化的加速發展，工程信息管理的方式方法也進行了轉變。特別是大型水 利水電工程由于復雜的信息管理需求，開始采用具有特定功能的信息管理系統。信息 系統管理模式在水利工程的施工管理、健康監測等方面進行了運用［45-48］，主要有以下 幾個方式：
1） 獨立的管理軟件方式 通過目前常用的項目管理平臺，對必要的工程項目需求進行文件信息的管理。對
不同的應用模型開發獨立的數據管理服務，如Microsoft Project進行計劃管理和進度 控制；Primavera Project Planner用于工程項目計劃管理。
2） 附加系統方式
這種方式是通過特定的圖形數據管理平臺進行空間數據處理，并通過ID與屬性 信息進行聯系。這種方式存在缺點，首先圖形和屬性數據是分離存儲，這樣不能對空 間數據進行整體管理，因此不能保障數據的一致性。其次，不能進行數據交流和共享， 信息管理效率低。
3） 擴展系統方式 這種形式是將空間數據和屬性數據共同保存在數據庫中，實現空間信息和屬性信
息的集成化管理，保證信息的一致性。在這種方式下，信息的存儲在一定程度上較文 件系統存儲更安全、完整，但是對系統的應用帶來了困難，只能對信息進行簡單的查 詢。
綜上所述，在水利工程信息管理過程中，信息系統在水利工程中的運用并沒有完 全取代傳統的管理模式。并且現有的水利工程信息管理系統缺乏全壽命周期的信息集 成、共享和傳遞，只是實現對特定階段、特定功能的信息管理，在工程不同階段各參 加方之間的信息交流和共享水平較低，尤其在工程運行維護階段需要的工程信息查詢 困難，缺少客觀的信息依據。因此基于BIM技術的特點，在水利水電工程信息管理 中引入BIM技術，能夠促進全壽命周期信息的有效管理。
2.2BIM在水利工程應用的理論及核心技術
水利水電工程信息管理存在的問題主要有項目過程信息不連續、項目縱向溝通欠 缺、信息集成技術匱乏以及協同工作進行困難，致使信息產生流失，最終影響了水利 工程實現全壽命周期信息管理。BIM作為一種全新的理念與技術，應用于水利工程 建設全過程，實現全壽命周期信息有效管理。
2.2.1 BIM技術的特性
BIM 模型包含了全壽命周期內的數據、成果，是基于實體模型對象對工程信息 的完整性描述。BIM技術應用于水利水電工程信息管理過程中，基于三維模型將信 息進行集成，為工程各參與方提供信息共享管理平臺。BIM技術在應用過程中呈現 了其以下主要特性［49-50］：
( 1 )可視化
可視化即“所見所得”的形式。在工程建設中，可視化的作用非常重要。而在 BIM 模型中，整個過程都是可視化的，在工程設計、建造以及運營等各階段進行的 溝通、討論和決策都是在可視化的情況下完成，不僅僅是效果圖的展示。BIM提供 了實現可視化的方法，將傳統的二維形式的構件形成三維的立體實物模型表示出來。 BIM 技術展示的是能夠與模型構件形成反饋及互動性的可視，這種可視化特性可以 將建筑物構件之間的空間關系表示出來，可以形成效果圖展示。BIM技術的可視化 特性一方面可以進行模型的展示，以三維的方式展現給專業人員，以便不同的專業人 員能夠通過立體模型的可視化表達進行模型創建，另一方面為工程設計方案、施工管 理等提供了更方便的交流平臺，以便做出工程管理決策。
( 2)關聯性
BIM 模型中視圖之間是相互聯系的，當改變模型中的一個對象視圖時，與之關 聯的所有視圖都會隨之更新，保證模型的統一。由于關聯特性，系統可以對模型的幾 何對象與其非幾何信息的聯系識別和處理，并對信息進行統計和分析，形成相應的圖 形和文檔。另外BIM模型中各個視圖之間相互聯系，改變任何參數，所有視圖都自 動更新，反映出對設計的修改，以保持模型的完整性。
( 3)完整性
從BIM的概念中可以得知，BIM模型中不僅包括幾何結構信息而且包括非結構 信息，體現了 BIM技術的信息完整性，包含了豐富的工程項目信息。信息的完整性 還可以體現在另一方面，即在工程的各個階段中，項目參與方將各自領域的相關信息 都儲存到BIM模型中，實現BIM技術運用到從規劃到運行維護階段涉及工程項目全 壽命周期。總之，BIM技術的核心是一個基于建筑物三維模型所形成的數據庫。
( 4)參數化性
BIM 技術通過參數化方式創建模型，使建模效率高且準確，在需要變更設計時， 通過改變參數就可以實現。參數化建模是通過數字信息來創建和分析模型，確定模型 參數之后快速創建模型，可以在設計階段節省時間；構件是BIM模型中的基本圖元, 通過參數的調整變化能夠反映出模型構件之間的不同點，以參數形式儲存了數字化建 筑構件的所有信息。
2.2.2BIM技術實現信息管理的數據標準
BIM 技術的主要特點是信息交換和共享，但是必須具有一致的數據交換標準， 才能實現信息的交換和共享。IFC[51](Industry Foundation Classes)標準正是一種開放 式的數據標準，是用于交換和共享復雜的BIM模型信息的綜合性國際標準，也是BIM 信息存儲的基本方式。BIM數據用于對工程相關信息進行描述，包括了建筑、結構、 設備等不同專業的數據，跨越了整個工程周期。這些數據不僅僅對模型的幾何信息進 行了保存，而且將其之間的關系、屬性等信息進行描述。影響BIM應用的重要原因， 除了對象信息表達的描述外，還有信息交換過程中的數據描述。因此運用BIM技術 實現信息管理的過程中需要統一的數據標準——IFC進行數據存儲。
工程項目從策劃到運行階段主要通過信息交換與共享進行信息管理。一般水利工 程項目壽命周期需要達到數十年甚至上百年，在這期間里參與方進行各個階段、不同 專業領域的工作。由于每個參與方使用的應用軟件各不相同，要完成工程信息交換和 共享，眾多軟件需要進行更好的協同工作，并且在不同的專業領域這種共享與交換是 可以進行的，因此需要借助一種公共的數據標準以便實現各種異構數據的集成，進行 各種信息在不同應用軟件之間的交換。IFC標準可以打破不同軟件之間的隔閡[52],進 行數據轉換，便于信息集成。BIM信息包含了工程全壽命周期各個階段不同領域的 數據，其管理技術是數據有效利用與實現共享的關鍵。不同階段分布的數據之間缺乏 有效連接，使工程在運行維護階段管理缺少全壽命周期信息的支持。IFC模型結構通 過資源層、核心數據層、共享層、領域層組成信息模型[53]，實現信息有效共享，因此 運用BIM技術能夠進行信息集成存儲與管理。
通過IFC數據標準進行數據交換及信息共享，數據在軟件之間相互連接,BIM技 術涉及的各類軟件生成的信息能夠在不同項目參與方、不同專業領域協調使用，有利 于建立BIM模型信息交換平臺。數據集成最終形成一個統一的數據集合，將若干個 分散的數據源中的數據集成到一起。通過 IFC 標準構建的模型，集成的工程項目信 息具有準確性、可流動性、可共享性。工程項目進行過程中，在工程的任何一個階段 中，當項目各參與方需要查詢涉及其專業領域的信息時，可以很方便得從數據集中提 取所需要的信息。并且項目參與方可以在BIM模型中添加或者修改涉及本專業領域 信息，為下一階段參與人員使用BIM模型中包含的信息提供便利條件。
2.2.3BIM用于水利工程信息管理的技術支撐
BIM模型將建筑物構件作為基本單元，運用參數化的建模方式，將構件的結構 尺寸信息描述，以及構件名稱、材料、質量和完成日期、施工建造情況等非結構信息 集成，形成模擬建筑物真實情況的數字化模型，并且在工程項目建設過程中不斷進行
信息補充集成，最終形成完整項目的數據庫。應用BIM建模技術，工程信息能夠得 到有效的集成和利用，因為 BIM 技術支持實現工程壽命期全過程的信息管理，保證 信息從一個階段傳遞到另一個階段不會發生斷層、流失等現象，減少了信息歧義和不 一致。在水利水電工程信息管理中實現BIM技術的運用，需要解決以下技術問題。
（1）BIM 的技術支撐是三維數字技術。數字信息是工程建設的核心依據，涉及 工程項目壽命期內的各個階段。可視化的三維模型是工程信息存儲的載體，能夠充分 發揮 BIM 帶來的信息集成優勢。而模型的創建和信息的存儲需要三維數字化技術的 支持。 BIM 技術實現的基礎是核心建模軟件，通過三維數字技術創建、修改模型。 在水利水電工程應用BIM過程中，還需要不斷開發完善適合水電工程的建模技術。
（2） BIM技術的體系支撐是信息交換標準。除了核心建模軟件之外，還需要其 它軟件和核心建模軟件的信息進行交換，以便更好的發揮 BIM 技術的價值。如工程 造價軟件、碰撞檢查軟件、施工模擬軟件等，這些軟件在工程的不同階段為不同的參 與方服務。這些軟件通過規定的方式與核心建模軟件進行交互，而實現交互的必要條 件是對交互方法與交互信息進行標準化表達，使得信息交互雙方達成對表述的數據信 息的理解一致。在項目工程建設中，目前IFC是被廣泛接納并且最為全面的面向對象 的模型數據標準。IFC標準提供了豐富的信息描述和表達的方式，目前BIM技術軟 件提供了 IFC 數據接口，為實現工程信息交換提供了有效途徑。
（3） BIM 技術的數據支撐是數據存儲及訪問技術。工程項目壽命期的工程信息 類型復雜、數據龐大、數據之間的關聯復雜多變，其中包括結構化的模型信息以及非 結構化的文檔信息。存儲結構化數據和非結構化數據需要建立數據庫，也是實現工程 壽命期內數據管理，完成高效查詢和傳遞的基礎。除了實現數據存儲，BIM技術還 需要完成數據訪問，實現對數據的訪問需要對ifcXML文件、STEP文件及工程數據 庫的訪問技術，對軟件進行二次開發，通過編程可以實現信息訪問。BIM數據庫是 一個信息存儲平臺，為工程不同階段不同參與者提供方便，可以隨時從數據庫中提取 和訪問需要的任何信息，同時各參與方也可以添加和修改相應的項目管理實際需要的 信息，不斷完善數據庫信息。
（4） BIM技術的管理支撐是信息集成平臺。BIM模型是完成整個工程項目的信 息模型，信息創建是對工程信息逐步集成的過程，隨著工程項目的進展。應用 BIM 技術實現工程信息創建、管理和共享三種行為，必然需要有一個數據存儲中心和一個 基本溝通平臺。 BIM 技術的真正實現，即為了實現工程全壽命周期信息管理和共享 需要構建基于BIM技術的信息集成平臺。基于IFC標準的BIM數據庫作為該平臺的 數據基礎，通過編程技術研究開發信息管理平臺，使工程信息可以被工程管理者隨時 查看等，實現真正意義上的全壽命周期信息有效利用和管理。
2.3基于BIM的水利工程信息管理
2.3.1 水利工程信息模型分析
目前，水利水電工程設計圖紙、施工安全管理等信息主要以紙質文件保存，使得 資料查找非常不方便，影響數據分析和決策。而且工程完成竣工交付運營時，交付的 信息包括設計信息、施工信息，在運營過程中還需要實時增加安全監測信息，維護管 理信息。在信息交流方面，需要人工傳遞工程安全管理相應的資料。這嚴重影響了信 息傳遞的及時性、準確性、完整性，各單位不能詳細了解工程的實際情況。
基于BIM技術，建立水利水電工程信息模型，在三維模型的基礎上集成水利工 程全壽命周期各階段的信息，實現信息共享。尤其在工程運行維護階段，不僅需要設 計、施工信息，還需要監測、維護信息，來進行分析、決策實現水利工程全壽命周期 管理。水利工程信息模型以三維模型為核心，通過不同的應用軟件完成不同的任務， 如Revit平臺建立三維模型并將設計信息集成，而通過Navisworks平臺可以實現施工 模擬，將施工建造過程信息集成，存儲于BIM數據庫中。另外，施工檢測信息以及 運營階段的監測信息、巡視記錄等存儲于外部數據庫中，將BIM數據與外部數據庫 結合，形成信息集合。水利水電工程各階段形成信息子模型，全壽命周期過程的信息 子模型的實施構成了水利工程信息模型的創建過程，形成了一個能夠全面表示水利水 電工程信息的集合體。根據信息交換需求，各個階段的軟件完成本階段的子模型，通 過IFC標準完成具體應用的信息交換。并且通過整合和提取子模型中的數據實現整個 工程過程的信息集成和共享。另一方面，工程項目各參與方將工作生成的信息集成到 BIM模型中，同時也可以從信息模型中提取、查詢需要的信息。基于BIM技術的水 利水電工程信息模型如圖 2-1 所示。
在策劃階段，通過文件的形式保存了各種描述性數據。在設計階段中，將前一階 段的描述性信息轉化成抽象數據和模型信息，建立三維模型，形成大量的幾何數據以 及將模型的基本屬性包括模型名稱、模型ID、創建時間、創建者、修改時間、修改 者等非幾何數據集成到模型中。而且在三維模型的基礎上，在不同專業設計的結構間 進行碰撞檢查，避免設計過程出現錯誤，導致施工過程困難。由數據庫將信息集成， 水利水電工程信息模型的子模型之間可以實現互動和分享，滿足各階段各專業數據協 同的要求。施工階段可以提取策劃和設計階段生成的信息，應用信息很好的完成施工 過程，并且在施工完成后做好質量檢測工作。質量檢測標準及結果信息也集成到水利 水電工程信息總模型中，為后面的階段提供數據。運行和維護階段，信息系統中包括 了策劃階段、設計階段、施工階段的所有信息，方便管理者進行調用，例如提取建筑 物的構件幾何信息、屬性信息、安全監測信息以及維護記錄信息等。基于BIM技術 建立的水利水電信息模型，可以集成和保存每一階段的工程項目信息，生成全壽命周 期信息模型，最終為工程運行維護管理提供完整的信息。
圖 2-1 水利水電工程信息模型
Fig.2-1 Information model of water conservancy and hydraulic Engineering
2.3.2 水利工程信息管理框架
在工程全壽命周期過程中構建水利水電工程信息模型需要一系列應用軟件、計算 機技術以及方法的支撐。水利水電信息模型的建立為實現水利工程信息集成化管理提 供了有效途徑。BIM建模軟件提供三維模型創建平臺，并且以構件為基礎單元進行 基礎信息集成實現信息可視化。外部數據庫的建立集成了水利工程壽命周期階段的其 他信息，將 BIM 模型信息導出 ODBC 格式數據與外部數據庫關聯［54］，實現水利水電
工程信息有效管理，系統結構構架如圖所示。
（1） 模型層
水利工程信息模型層的形成，BIM技術涉及的各應用軟件可以完成各階段子模 型的建立，通過集成化平臺完成存儲、提取以及處理IFC數據并利用可視化特點進行 模型驗證。
（2） 數據層
水利工程全壽命周期信息分為BIM數據存儲和BIM外部數據庫數據存儲，SQL Sever、 Oracle、 Sybase 這些數據庫都可以作為 BIM 外置數據庫，并且與 BIM 模型進 行關聯，滿足水利工程信息數據庫數量大、性能高的系統要求。
（3） 應用層 應用層由各個階段的應用程序構成，并建立信息管理系統，實現信息的查詢，為
工程管理提供數據依據。
在水利水電工程信息管理過程中 BIM 技術具有巨大的潛力與應用價值。首先， 運用BIM技術進行三維建模，設計人員更為直觀和真實建立模型并將設計信息集成 于模型中，實現信息可視化。基于設計信息與外部數據庫連接，建立信息系統，施工 質量要求標準及工程建成后依據標準完成的施工質量檢測結果存儲于系統中，有關單 位依據記錄信息做出質量評定并保存，在此過程中施工質量存在的缺陷和實施的補救 措施一并記錄保存，存在的缺陷可能是導致工程在運行過成中質量出現問題的原因， 因此這些信息需要存儲管理。在工程運行維護階段有大量的安全監測信息和維修加固 記錄信息需要管理，將其存儲于外部數據庫中，與設計、施工信息集成，建立信息管 理系統，實現工程全壽命周期信息管理。同時管理者在進行工程管理過程中通過信息 系統提取有效信息，以便制定正確合理的管理計劃，提高工程管理效率。
2.4小結
結合水利水電工程信息分類和特點，以及當前水利工程信息管理模式，引入 BIM 技術。建立基于 BIM 技術的水利工程信息管理模式，對水利工程信息模型進行分析 并建立實施水利工程信息管理框架。研究基于 BIM 技術建立水利水電工程信息管理 架構，為下文研究提供指導依據。
3基于 BIM 的渡槽工程模型創建
BIM 技術的基礎是建立三維模型，因為三維模型是信息的承載體，工程的信息 在模型上集成與存儲。建立基于 BIM 的水利水電工程三維模型，由于目前還沒有適 用于水利工程三維建模的軟件，需要借鑒建筑建模軟件首先創建構件族，再進行整體 模型創建。
3.1三維模型的建立
本文采用基于 Revit 軟件平臺的建模方式，將水利水電工程按構件劃分成不同 的三維實體，然后通過 Revit 軟件實現整體工程模型的快速構建。
3.1.1模型創建平臺 —— Revit
當前還沒有開發出專門針對水利水電工程的三維設計平臺，很多軟件都是出自建 筑工程設計、機械制造等領域。水利工程設計階段應用的 BIM 設計軟件，主要是以 Autodesk 公司的 Revit 、Dassault 公司的 Catia 和 Bentley 公司的 Micro Station 三大設計軟件為主。Revit軟件是由Autodesk公司設計開發的三維模型建立平臺，主 要面向建筑行業領域，在平臺中通過設置工作集的方法，能夠滿足多專業之間共同工 作的需求。共同屬于 Autodesk 的一系列產品， Revit 軟件可以與 CAD 、Inventor 、 Civil 等 Autodesk 其他設計軟件方便地進行數據交換。 Revit 模型信息也可以轉變為 標準格式通過其他分析、模擬軟件進行處理等。
BIM 概念最早是由 Autodesk 提出，而且 Autodesk 開發的軟件平臺逐步完善而 且使用便捷，雖然 AutoCAD 軟件可以進行三維建模，但使用 CAD 所建模型的信 息承載能力較弱。Revit是由Autodesk公司開發的三維建模軟件，是Autodesk公 司一套系列模型設計軟件的總稱，它將結構工程、建筑設計和 MEP 工程設計的軟件 平臺功能進行了結合，作為進行建筑信息模型的結構設計平臺［55］。具有強大的三維建 模能力和信息承載能力，是 BIM 的核心基礎軟件，填補了信息承載能力弱的缺點， 并且為建筑設計師、結構設計師等專業人士提供工具，能夠高質量、高效率、更精確 的進行建筑物設計。鑒于Revit建模優勢，本文選擇Revit軟件作為BIM建模平臺。
Revit 中有一個功能強大的概念——族［56］，在建筑行業已經有成熟的族庫，由于 水利水電工程中建筑物各異性強，目前還未實現統一的標準族庫，不能像建筑行業直 接搭建模型。但是通過族可以先創建構件模型，如先創建渡槽的底板、側墻、槽墩等 構件，進而建立完整的渡槽三維模型。
3.1.2 構件族庫建立
應用 Revit 軟件平臺，水利工程模型創建過程能否順利完成取決于 Revit 族的 制作開發，它是建模工作的前提。在創建族的過程中，通過參數化特點，利用數字信
息模擬構件實體具有的真實信息，包括幾何信息與非幾何信息(如構件名稱、材料、 質量等)，這也是創建族能為模型建立帶來的優勢。族模型制作的成敗能夠直接影響 Revit 的建模能力以及最終完成的三維模型效果，族是三維模型中各類別構件的搭建 基礎，同時會影響到模型的實際利用價值。在渡槽工程創建族的過程中，側重于族的 運用，主要注重其信息化及實用性兩個方面的功能。
創建族時要符合實際構件或設施的真實情況，滿足其仿真程度，包括構件具體尺 寸大小、樣式特點、以及與其他構件的搭配情況等。創建的模型成果與實際工程狀況 越接近，越能反映出設計成果。目前，很多三維軟件都能夠實現構件的三維可視化， 而作為 BIM 技術的核心建模軟件 Revit ，因其具有建族功能而使模型具有更多的信 息，創造了更大的價值并且完成水利水電工程的三維模型創建。
首先通過 Revit 軟件平臺，應用族功能創建渡槽各個構件模型。在 Revit 平臺 中創建族文件時提供了“拉伸”、“旋轉”、“放樣”、“放樣融合”等繪圖工具，利用這 些工具能夠快速完成模型創建。同時運用 Revit 參數化功能將構件尺寸進行參數化， 方便進行構件基本參數修改以及實現模型重復利用，為以后類似模型創建提高效率。
(1)渡槽底板模型創建
底板結構形式簡單，僅通過平面和立面“拉伸”即可實現三維模型創建，在平面 視圖中確定底板的長度和寬度，切換到立面圖中時便可以看到拉伸體，此時確定底板 的厚度便可以完成底板三維模型繪制，如圖 3-1 (a) 所示。同時將底板的尺寸長度、 寬度、和厚度作為族參數進行添加，并與模型進行參數關聯，當改變參數大小時三維 模型隨及改變。實現參數化設計，當工程設計需要變更時，不用重新繪制，只需要將 參數數據改變，圖形自動更改，族參數設置如圖3-1 (b) 所示。同樣橫梁和縱梁等簡 單結構構件依照此方法建立，并保存不同的族文件，以便將來載入方便。
(2)渡槽槽墩模型創建 槽墩結構形式復雜，僅通過上面的“拉伸”工具不能實現其效果，為了實現設計 師的目標，還需要通過“空心拉伸”等工具對模型的某部分進行裁剪，以達到真實效 果。為提高建模效率可將基礎樁與槽墩形成整體同時建立模型，如圖3-2 (a) > (b)分 18
別表示兩種形式的槽墩。同樣方法創建側墻，如圖3-3 (a) 、(b) 所示。
3.1.3 整體模型建立
渡槽的底板、側墻、槽墩、縱梁、橫梁等構件族模型創建完后，形成不同的族文 件，將各族文件載入到項目文件中，便可以建成一座完整的渡槽模型。
整體模型創立之前首先需要建立軸網和標高。標高和軸網是構件模型在立面視圖 和平面視圖中定位的重要參考標志。為構件族載入項目中形成完整建筑物作好鋪墊。 在 Revit 軟件平臺中，工程模型的各個構件圖元在模型中的相對位置關系，是通過 軸網和標高來確定的。而且軸網和標高是進行建筑、結構、設備等專業間進行模型協 同設計的必要條件和工作基礎。國內大多數建筑設計院，通過 Revit 軟件平臺設計 項目時，都是先進行軸網和標高的繪制，然后根據軸網和標高位置信息建立模型構件。 在整體模型建立開始之前，應該首先對模型的整體高度和各部分的高度進行確定。模 型建立過程中，通過設置標高能夠明確各個構件在整體模型內的相對位置高度。同時， 在垂直于標高的平面上建立軸網， Revit 軟件平臺中軸網對象與標高對象的設置是一 樣的。獲取構件模型圖元在項目平面視圖中的位置需要軸網來確定，同樣在立面圖中 構件與整體模型的相對位置關系是依據標高來確定的，因此軸網和標高是模型定位的 主要依據。在 Revit 軟件平臺上下文選項卡中設有繪制軸網和標高的工具，根據工 程平面布局及高程利用繪圖工具繪制定位線，并且進行相應的標注及序號編寫。為下 面的設計工作提供位置依據及提高繪圖效率。
按照一般施工順序，將槽墩載入到項目中，并通過繪制好的標高和軸網對其進行 定位，放置在設計高程中。將槽墩放置好，作為之后所有構件放置的參照物。接著依 次將縱梁、橫梁、底板、側墻載入到項目中，通過移動、偏移、對齊、復制等命令放 置在準確的位置，也可調整“屬性”參數值對其進行定位。經過一系列操作之后完成 渡槽整體模型建立。
3.2基于 Revit 模型設計信息集成
在模型創建過程中，構件的幾何尺寸參數、特征參數可以同步保存到模型中。同 時，構件的基本屬性信息包括模型名稱、模型 ID 、創建者、創建時間、修改者、修 改時間等，以及材料屬性信息包括構件的材料類型、價格、物理性能和力學參數等信 息都可以在模型中集成。
3.2.1 模型信息存儲
Revit 以構件為單元對渡槽模型信息進行集成［31,57］。模型的結構尺寸信息、基本 屬性信息、材料屬性信息等基本信息通過添加參數方式集成到構件屬性中。在創建構 件族時幾何參數與模型進行了關聯，幾何參數信息已經包含在三維模型當中。各類信 息以項目參數的形式添加到模型中，參數分為實例參數和類型參數，如圖3-4 所示， 實例參數存在于族文件的屬性欄當中，如果數據發生改變時只是影響當前族文件，而 其他族文件并不會受到影響；類型參數則存在族文件的編輯類型當中，而且任何一個 數據發生變化時，相同族類型的相應數據全部發生變化。本文以每個構件為單元進行 信息集成，選擇以實例參數形式添加模型信息并根據信息類型選擇參數類型如數值、 文字、圖像、材質等，如圖 3-5 所示。在 Revit 平臺中對渡槽信息以構件為單元進行 了存儲，同時可將模型信息存儲到外部數據庫中。
圖 3-4 添加信息參數屬性
Fig.3-4 Add information parameter properties
#3^性
參數類型
◎項目參數⑺
冋以出現在明細衷中，但是不能出現在標記中)
圖3-5 信息參數類型
Fig.3-5 Information parameter type
3.2.2 模型信息表達
通過上述方法可以在建立三維模型的基礎上，將工程設計信息進行集成。而 BIM 的特點是信息模型展示，在完成的 Revit 模型中有大量的信息需要表達出來。目前 水利水電工程模型的表達方式仍以紙質圖紙和文字表述，在 Revit 軟件平臺中通過 三維模型進行表達，模型的幾何信息是最基本的信息，可以在模型的各個視圖中查看 同時也通過添加參數方式保存到模型中。除了幾何信息以外，還有非幾何信息包括構 件名稱、 ID 、材料屬性等都可以通過參數方式添加保存到模型中。隨著設計信息的 不斷完善，需要將這些信息更完整方便的表達出來。
Revit 提供“屬性”功能將模型信息集成并存在于族文件的屬性欄中，便于查看 和修改。在 Revit 中模型信息通過視圖方式表達，三維視圖和二維平面視圖展示渡 槽設計信息，如結構形式、平面布置等，并且各個視圖之間相互聯系，改變任何參數， 所有視圖都自動更新，反映出對渡槽設計的修改。此外在 Revit 中明細表是信息的 又一種查看和表達方式。構件屬性中集成了渡槽的基本信息，明細表是以表格形式顯 示信息，這些信息從渡槽構件屬性中提取。當對模型參數進行修改會影響明細表時， 建立的明細表將自動更新以反映修改的結果。反過來，對明細表的修改也馬上關聯反 映到相應的視圖中，并且選擇明細表中某構件的單元時在模型中此構件高亮顯示，以 便更直觀查看模型信息，實現信息可視化。
3.3Revit 模型信息訪問途徑
隨著設計過程不斷完善， Revit 模型中信息越來越豐富，如何方便簡單地訪問 這些信息需要有合適的途徑，下面介紹兩種途徑，完成 Revit 模型中信息訪問。
3.3.1Revit 二次開發
Revit支持進行二次開發，Autodesk公司免費提供Revit SDK。SDK (Software Development Kit)即軟件開發工具包[58],是為了建立應用軟件需要的開發工具的集 合。SDK提供了一些文件，包括說明性文檔、開發參考文檔、制作安裝程序時需要 的文檔、制作用戶界面時需要的文檔、重要工具 Add -In Manager 等資源，為程序 設計語言提供應用程序接口 API 的文件。 SDK 還包含了進行調試后者用于其他功 能的實用工具，以及包括開發實例代碼、支持性的技術注釋。如圖3-6 所示。
Add-In Manager
Macro Samples
Revit Server SDK
Revit Structure
REX SDK
Samples
Structural Analysis SDK
■ Autodesk Icon Guidelines.pdf
Getting Started with the Revit API.docx 附 Read Me First.doc 哩J Revit Platform API Chang es and Additions.docx 留 RevitAddlnlltility.chm 留 RevitAPI.chm 電J RevitAPISDK_Eula.rtf
圖3-6 Revit SDK包含內容
Fig.3-6 Content of Revit SDK
Revit是BIM技術應用軟件，通過應用軟件高效快速地完成工程三維模型的創 建，并且能夠自動生成平面視圖，其中保存了海量的參數信息。在軟件開發時為 Revit 軟件封裝了 API 這類應用程序編程接口，方便對 Revit 進行二次開發，達到設計人 員想要實現的個性化需求。
二次開發技術在 Revit 軟件運用過程能夠實現以下功用［59-60］：
1） 利用程序編程完成軟件的編輯功能。
2） 通過編程實現在建模過程中，以簡單操作來完成本來復雜的建模程序。
3） 利用程序編輯功能實現模型參數信息的訪問。
4） 通過編輯程序完成函數設置，以便在模型的數據分析中采用。
5） 通過接口設置引用外部應用程序完成操作過程。
本節對Revit軟件進行二次開發,實現對水利水電工程構件模型屬性信息的訪問。
1.Revit 軟件開發需要的條件
Revit產品、Revit SDK工具包和Visual Studio開發環境是完成Revit軟件二次 開發必須具備的條件。另外，進行Revit二次開發之前，計算機系統中不僅需要安裝 Revit軟件和VS環境，還需要安裝Revit軟件的插件管理器 "Add-In Manager"以 實現自動加載和管理應用插件。該插件管理器成功安裝之后， Revit 軟件菜單欄中便 會增加“附加模塊”選項。而在Revit較新的版本中，“Add-In Manager”已經安裝完 成，若沒有安裝，可以按照“Add-In Manager”安裝提示完成安裝。如圖3-7是安裝 "Add-In Manager"后的 Revit 軟件界面。
圖3-7 Revit軟件界面
Fig.3-7 The association of detailed table and model
2.Revit 軟件二次開發的方式
實現Revit軟件的開發目前有兩種途徑，一種是通過設置外部應用來完成開發的 方式，另一種是通過創建外部命令來完成開發的方式。本文通過創建外部命令的方式， 以C#編程語言為例，完成Revit軟件二次開發，實現構件信息的訪問。通過建立外部 命令來進行開發時，首先用戶需要完成新建類，然后從IExternal Command的接口進 行生成，再完成載入 IExternal Command.Execute（） 這個方法，最后完成代碼編寫以便
達到實現命令的功能。使用外部命令方式開發流程，如圖 3-8 所示。
圖3-8 二次開發流程圖
Fig.3-8 The flowchart of Development mode
3.Revit 軟件二次開發程序 通過二次開發方式訪問構件屬性欄中的參數以及指定的參數，開發程序如下 [61-62]。
o
1） 首先啟動Visual Studio，進行新建項目，選擇Visual C#中的類庫，完成程序 名稱輸入。
2） 選擇項目中的添加引用選項，通過瀏覽，找到Revit軟件 安裝目錄下的 RevitAPIUI.dll 和 RevitAPI.dll 文件，將其添加到引用中。改變這兩個接口引用的復 制本地屬性，在其屬性欄中改為false，以便防止大量的引用文件復制到輸出目錄中。
3） 在程序的頂部進行命名空間的引用，同時為了要實現信息訪問功能的二次開 發，還需要完成窗體控件和數據流的引用，相應的引用代碼如下所示：
using System;
using Autodesk.Revit.UI;
using Autodesk.Revit.DB;
using Autodesk.Revit.Attributes;
using Autodesk.Revit.DB.Mechanical;
using Autodesk.Revit.UI.Selection;
using Autodesk.Revit.ApplicationServices;
using Autodesk.Revit.DB.Plumbing;
using Autodesk.Revit.DB.Structure;
using Autodesk.Revit.DB.ExtensibleStorage;
using Autodesk.Revit.DB.Architecture;
4)編寫程序的主體。如下所示：
namespace 訪問參數
{
//為命令類加屬性
[TransactionAttribute (TransactionMode.Manual)]
//新建類從 IExternalCommand 派生
public class Class1GetAllParameterValues : IExternalCommand
{
//使用 Execute 的輸入輸出參數
public Result Execute(ExternalCommandData commandData, ref string messages, ElementSet elements)
{
//獲得應用程序對象
UIApplication uiApp = commandData.Application;
Autodesk.Revit.ApplicationServices.Application app= uiApp. pplication;
//當前模型文檔
Document doc = uiApp.ActiveUIDocument.Document;
//選擇集
Selection sel = uiApp.ActiveUIDocument.Selection; sel.PickObject(ObjectType.Element, "Please select an element"); //存儲選中的對象
Element elempick = null;
//從選擇集中獲得選中的對象 foreach (Element elem in sel.Elements)
{
elempick = elem;
break;
}
//字符串存儲參數值
String StrParamInfo = null;
//遍歷選中對象，獲得取出參數值
foreach (Parameter param in elempick.Parameters)
{
if (param.AsValueString() != null) StrParamInfo += param.Definition.Name + "是 :" +
param.AsValueString() + "\n";
else
StrParamInfo += param.Definition.Name + "是 :" +
param.AsString()+ "\n";
}
TaskDialog.Show("Revit", StrParamInfo); return Result.Succeeded;
}
}
}
5)根據以上步驟，程序的編寫已完成。接著進行文件編譯，編譯成功之后，形成DLL 文件。將該文件加載到Revit軟件的外部程序中，如圖3-9所示。運行程序，查看結 果。
圖 3-9 文件加載
Fig.3-9 Loading File
6 ）程序執行結果如圖 3-10 （ a ）、（ b ）所示。
圖3-10 (b)訪問指定參數
Fig.3- 1 0(b) Get Specific Parameter Value
從運行結果可見，信息訪問結果直觀的表達出來，更方便查看。通過改變程序中 要訪問的參數名稱，就可以訪問不同的信息。但是以上的程序代碼對參數的類型有限 制，不能將存儲在Revit模型中的所有信息參數都訪問到。
3.3.2 模型設計信息導出
在Revit模型中不僅包含類型參數還包含實例參數，不同專業的設計信息同時在 模型中體現，查詢信息時需要切換不同的視圖來完成。為了實現方便的信息查詢、交 流,以及與工程其他階段信息進行集成。可以使用Revit信息導出功能，完整的Revit 模型項目可以導出到ODBC數據庫，在選擇數據源時選擇具有強大的結構化查詢功 能和簡單方便的數據管理功能的SQL Server數據庫，ODBC提供了一組對數據庫訪 問的標準API (應用程序接口)，形成開放數據庫互聯并為訪問不同種類的SQL數據 庫提供了通用接口，數據導出如圖3-11所示。
口薩義的SQL語旬創建臨肘存儲過程，并刪除諭績過程
◎只有當斷開肘(0)。
當斷開時和連結B捐樣適ft⑩。
回使用AHSI引用的標識符(U)。
④使用AHSI的空值、境充及警告4)。
廠若主SQL Server不可用，請使用故障轉移SQL 一 Server (?)。
K上一步仍||下一步an〉］ |~~~~j | 麗
圖3-11將模型數據保存到O DBC數據庫
Fig.3-11 Save the model data to the ODBC database
將Revit模型中的信息存儲到SQL Server數據庫中，數據庫中的信息通過構件名 稱及ID與模型構件進行關聯。在SQL Server數據庫中可以通過簡單的結構化語句查 詢、刪除、添加信息。Revit模型信息導入到SQL Server數據庫中，如圖3-12所示。
3.4小結
Revit軟件功能具有創意性地實現了三維模型信息化集成工作。基于Revit軟件平 臺創建了渡槽三維模型，并將信息進行分類和存儲。結合Revit軟件功能，應用明細 表與模型的相互關聯將信息進行可視化表達。同時通過二次開發拓展模型建立過程中 的應用功能，對模型信息進行訪問。最后將Revit模型中的信息導出，存儲到SQL Server數據庫中，通過簡單的結構化語句便可以進行模型信息的訪問，同時為與其他 階段信息集成做準備。
4基于 BIM 的渡槽信息管理系統的設計與實現
渡槽三維模型中集成了工程設計信息，形成BIM內部數據庫。但是在工程全壽 命周期過程中涉及的其他信息直接鏈接到三維模型可操作性不強，并且統一的數據庫 難以管理。建立BIM外部數據庫可以將這部分信息集成，并將模型中信息導出與之 融合，形成全壽命周期信息數據庫，進而設計用戶界面完成信息的存儲、提取和使用 等建立基于BIM的信息管理系統。
4.1外部數據庫
計算機技術和信息化不斷地發展，信息管理方式也隨著不斷更新。針對目前大型 渡槽工程運行維護階段管理的需要，建立基于 BIM 的管理信息系統［63-64］，可滿足渡 槽信息集成管理要求及全壽命周期管理要求。 BIM 建模軟件提供三維模型創建平臺， 并且以構件為基礎單元進行基礎信息集成實現信息可視化。外部數據庫的建立可以集 成施工階段質量檢測信息、安全監測信息以及維護記錄信息等渡槽壽命周期階段信 息，實現渡槽信息有效管理。
4.1.1外部數據庫的概念模型
通過 Revit 軟件平臺可以創建水利工程三維模型并對工程設計信息進行集成與 表達，對水利工程進行運行維護管理僅利用 Revit 模型基本信息是無法實現的，還 需要工程全壽命周期過程中其他信息為管理決策提供依據。這些數據脫離 Revit 模 型存儲于外部數據庫中，將 Revit 模型中信息與外部數據信息結合，實現信息有效 管理。建立外部數據庫，實現數據存儲格式多樣化，存儲和分享更加靈活可控，可以 使管理者方便隨時查詢想要的信息，以便進行工程信息管理。
BIM 建模平臺 Revit 軟件可以作為一個數據庫用來存儲模型構件的基本信息， 并且可以導出到外部數據庫中。因此為了保障數據的唯一性，避免數據重復存儲，在 設計外部數據庫時將不再進行模型構件基本信息數據表的設置。由于信息與模型構件 之間是多對多的關聯關系，在外部數據庫中通過構件名稱和ID將數據表與Revit模 型構件進行關聯。 Revit 模型信息可以導成 ODBC 格式的數據，將其作為該數據庫 的基礎數據，建立外部數據庫實現信息的錄入、查詢、添加是完成渡槽工程管理的首 要任務。
4.1.2外部數據庫的數據信息
SQL Server數據庫具有較強的結構化查詢功能并且能夠簡單方便地進行數據管 理。本文采用關系數據庫SQL Server 2008協同BIM平臺完成數據層建立。設計SQL Server數據庫作為數據管理的外部數據庫，只需通過簡單的程序語句，就可以進行數 據信息的管理操作，完成渡槽安全監測數據信息和運營維護記錄信息的查詢、存儲、 添加等工作。本文主要從工程設計信息、施工質量檢測信息、安全設備監測信息、運 營維護記錄信息管理等方面進行數據庫設計，包含內容如下：
1.設計信息
將 Revit 模型包含設計信息，通過導出 ODBC 格式數據方式，保存到 SQL Server數據庫中。在數據庫中可以按照構件的名稱或者ID號對渡槽各構件進行基本 信息的查詢，包括模型基本屬性信息，幾何尺寸信息，材料的屬性信息等。管理者可 以運用該功能了解渡槽工程的基本信息。
2.施工質量檢測信息
Revit 平臺完成三維模型建立之后，可以通過 Navisworks 軟件完成漫游、碰撞檢 測以及施工仿真模擬等工作。在可視化施工動態模擬中可以完成施工計劃、進度控制、 資源分配等信息的管理［35］。但是在施工過程中施工質量管理尤為重要，因此質檢人員 檢測的質量信息要進行記錄保存，在模型信息基礎上以構件為單元進行集成，以便相 關人員進行審閱反饋結論。
3.安全監測信息
安全監測中最主要的內容是監測數據的分析，實現監測數據的有效整合和可視化 顯示。監測數據按儀器類型和儀器編號分別存儲到數據表中。大量的監測信息可以通 過管理系統進行查詢和統計，這些安全監測信息為渡槽工程的后期管理提供基礎數據 依據，以便管理者做出管理決策。
4.運行維護信息
渡槽工程在運行過程中需要不斷的檢測維修，維護的信息同樣需要記錄，包括維 修的時間、維修方法、維修費用等，這些信息保存到 Excel 中，作為信息管理系統中 的數據資源。并且工程運行過程中信息不斷增加，在數據庫中信息需要及時添加，記 錄的維修信息也為工程的維修計劃提供依據。
4.2界面設計
界面是人與軟件之間互動的媒介，實現建立的渡槽信息管理系統的功能首先需要 為用戶設計方便的鏈接數據的界面。通過界面設計，讓渡槽工程管理者通過操作實現 管理目標。
4.2.1 數據連接
為管理者方便查詢渡槽工程信息，設計友好用戶界面。通過建立 Windows 窗口 與數據庫鏈接，實現信息管理，為渡槽工程全壽命周期管理提供基礎信息及管理依據。
1、 Visual Studio2010 開發環境視圖
繼Visual Studio.NET版本7之后，集成開發環境（IDE）均可編譯C#程序。除 此之外Visual Studio2010還提供了豐富的工具和編程環境，其中包含創建各種C#項 目所需的全部功能。成功安裝Visual Studio2010后，打開桌面上生成的Visual Studio2010快捷圖標，進入軟件界面，如圖4-1所示。將Visual Studio2010平臺與C#
的強大功能相配合，能夠更加迅速、便捷地完成應用程序的開發。 .NET 體系中具備 一種開發圖形接口(GUI)的窗口設計體系 Windows Forms (Windows窗體)。在 建立 Windows 窗體應用程序之前，需要新建項目，如圖 4-2 所示。
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Visual Studio12010 旗艦版
圖 4-1 Visual Studio2010 軟件界面
Fig.4-1 Software interface of Visual Studio 2010
擁項目
聯
Silverlight 應用程序 Visual C#
圖 4-2 Visual Studio2010 新建窗體項目
Fig.4-2 New form project in Visual Studio 2010
2、數據連接程序
在設計窗口之前，新建類，如圖所示，通過C#語言編程將SQL Server2008數據 庫中渡槽模型的數據信息鏈接到Windows窗體應用程序中，以便通過界面命令提取
信息。c#語言程序如下：
( 1)連接外部數據庫
public static int executeCommand(string sqlStr)
{
SqlConnectionsqlConnection1=newSqlConnection("server=localhost;database=渡槽 integrated security=SSPI");
sqlConnection1.Open();
SqlCommand sqlCommand1 = new SqlCommand(sqlStr, sqlConnection1);
int Succnum = sqlCommand1.ExecuteNonQuery();
return Succnum;
}
以上程序將系統界面與SQL Server數據庫連接，并且打開數據庫連接，同時加 入執行SQL命令語句。
( 2)查詢指定的單個數據記錄
public static string query Data(string sqlStr)
{
SqlConnectionsqlConnection1=newSqlConnection("server=localhost;database= 渡 槽 integrated security=SSPI");
SqlDataAdapter sqlDataAdapter1 = new SqlDataAdapter(sqlStr, sqlConnection1); DataSet dataSet1 = new DataSet();
sqlDataAdapter1.Fill(dataSet1)；
return dataSet1.Tables[0].Rows[0]["列名"].ToString();
}
本程序段創建了數據集對象，執行查詢，并將查詢結果存放在數據集里，通過界 面顯示出來。
(3)查詢指定的多行多列數據記錄，并填充到界面數據控件DataGridView中 publicstatic void queryDataToGrid(string sqlStr, DataGridView dataGridView1)
{
Console.WriteLine(sqlStr)；
SqlConnectionsqlConnection1=newSqlConnection("server=localhost;database= 渡槽 integrated security=SSPI");
sqlConnection1.Open()；
SqlDataAdapter sqlDataAdapter1 = new SqlDataAdapter(sql Str,sqlConnection 1 )； DataSet dataSet1 = new DataSet()；
sqlDataAdapter1.Fill(dataSet1)；
Console.WriteLine("tables:" + dataSet1.Tables)；
Console.WriteLine("grid:" + dataGridView1)；
dataGridView1.DataSource = dataSet1.Tables[0] ；
sqlConnection1.Close()
}
利用已創建好的sqlConnection1，創建數據適配器sqlDataAdapter1，同時創建數 據集對象，把查詢的結果存放在數據集里，綁定到界面的 DataGridView1 中，以便界 面展示。圖 4-3 為程序編寫視圖。
oo渡槽信身首理-Microsoft Visual Stud io(昔理員)
文件(E) 錨匡)視圖M 重構遲)項目(E)生成⑻ 調試團隊(M)數據色)TMCD 體鯛構9)測試⑸ 分析㈣ 窗口璽)軽助(H)
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類視圖 FormJC.cs FrmPicture.cs [i§i+] FormJC.cs
executeCommandfstring sqlStr)
-!using System;
using System. Collect ions. Generic;
using System. Linq;
using System. Text;
using System. Data. SqlClient://用于SQL Sewer數據訪問的命名空間 using System. Data： //DataSet類的命名空間
using System. Windows. Forms; //DataGridView控件類的命名空間
E- namespace渡槽信息管理
class Connect SQL
{ t
100 % ▼，匚 —jn一
圖 4-3 程序編寫視圖
Fig.4-3 Program writing view
4.2.2 系統界面顯示
根據渡槽信息管理要求以及渡槽模型信息的分類，在VS2010集成化的開發平 臺中對系統界面進行模塊設計。經過研究，系統界面從基礎信息管理、施工質量檢測 信息管理、安全監測信息管理、運營維護信息管理等模塊進行設計。系統登錄界面如 圖 4-4，由此進入信息管理。
圖 4-4 渡槽信息管理系統登錄界面
Fig.4-4 The login interface of the aqueduct information management system
本系統主要為工程管理人員提供設計信息、施工質量檢測、安全監測信息、運行 維護信息的查詢、添加和使用。管理者通過構件名稱查詢其對應的信息，以便進行分 析。
(1)設計渡槽信息管理系統能夠對工程數據信息進行有效利用和管理。工程的 基礎信息是工程管理的基礎依據，管理者可以通過系統添加、查詢、修改項目工程基 礎信息，信息從數據庫中直接提取。如想要查詢構件設計信息，登錄系統之后，選擇 查詢的模型構件名稱或者選擇Revit模型中構件對應的ID號，再選擇要查詢的信息 內容，則查詢的信息結果就能夠顯示到界面中，方便管理者了解工程設計情況。例如 查詢構件尺寸信息，執行程序后，結果顯示如圖 4-5。
執行的程序段：
{
string sqlStr= "select 長度，高度，翼緣寬,翼緣厚度 from 常規模型 where 構件名稱='"+ comboBoxGJ.Text.Trim() + "'";
ConnectSQL.queryDataToGrid(sqlStr, dateGridView1);
}
圖 4-5 幾何尺寸查詢界面
Fig.4-5 Interface of querying geometric size
（2）施工質量檢測是能否完成竣工驗收的一項重要工作，也是保證工程正常安 全運行的重要環節。工程的質量需要質檢單位進行檢測，若發現質量問題，相關單位 需要進行研究并做出處理措施，以便達到工程驗收要求。若沒有解決影響工程安全使 用和工程正常運行的質量問題，是不能夠完成竣工驗收的。工程質量要求是工程質量 控制的基礎，而工程規定的質量標準以及技術規范標準等都屬于工程質量檢測時需要 參考的關鍵要求內容，但是這些內容只是依靠管理人員的記憶是不能夠全部掌握的。 為了減輕管理人員的工作負擔，方便在工作中查找這些資料，應當在信息管理系統中 設置錄入質量要求標準管理模塊，如圖4-6 所示構件外觀質量檢測要求標準。依據質 量要求對工程質量進行檢測，若發現存在任何質量問題，必須及時采取有效措施進行 修補，而這些檢測信息、評定結果以及做過的修補措施同樣需要詳細記錄，方便管理 者查閱同時為后期的管理提供信息。
圖 4-6 外觀質量檢測要求查詢界面
Fig.4-6 Interface of querying requirements for inspection of appearance quality
(3)為了全面加強對渡槽工程的安全監測，在渡槽工程中放置了應變計、溫度 計、滲壓計等檢測儀器。準確、及時地掌握運營期內建筑物的健康狀況，順利完成對 渡槽工程健康的監測和預警工作，并且能夠采取必要措施有效應對突發的情況，這是 為了保障渡槽工程在壽命期內正常安全運行，管理者需要完成的工作任務。但是渡槽 工程的監測信息量巨大，存儲相對分散，管理者在管理過程中遇到重重困難，工作量 與日俱增，管理工作效率不高。數據信息處理技術和三維可視化技術都正在高速發展， 基于兩種技術的聯合，開發出一種適用于傳統安全監測管理工作的系統。對渡槽工程 安全監測信息管理不僅具有重要的理論意義和學術價值，而且具有廣泛的應用發展空 間。在渡槽信息管理系統界面中查詢監測儀器的監測數據，管理者可以查詢不同時間 段的數據，進行監測數據分析，通過分析可以及時準確地發現建筑物結構劣化位置和 程度，深入了解建筑物運行的情況，以便采取合理的管理措施。
程序編碼的片段如下：
{
string strConn = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;" + "Data
Source=" + Path + ";" + "Extended Properties=Excel 8.0;";
OleDbConnection conn = new OleDbConnection(strConn); conn.Open();
string strExcel = "";
OleDbDataAdapter myCommand = null;
DataSet ds = null;
strExcel = "select * from [jianceshuju$]";
myCommand = new OleDbDataAdapter(strExcel, strConn);
ds = new DataSet();
myCommand.Fill(ds, " jianceshuju ");
return ds;
}
查詢結果界面如圖 4-7 所示。
□5*妄全監測信息
圖 4-7 構件監測數據查詢界面
Fig.4-7 Interface of querying component monitoring Data
（4）工程的運行維護信息對工程的后期管理至關重要，水利工程投資巨大，但 是在其常年運行過程中不可避免地會出現老化、功能減退等現象，若沒有及時地采取 合理的維修措施，對工程進行修復和加固，將會影響工程效益的正常發揮，而且渡槽 工程要求有較長的安全運行壽命，那么如何進行維修管理，需要基礎數據信息和維護 情況信息作為決策依據，來制定維修計劃。并且前期的維修方法對后期維修計劃產生 影響，所以運行過成中需要進行維修信息記錄，以便制定后期維修計劃。在渡槽信息 管理系統中，通過BIM技術和信息管理技術相結合將運營維護信息進行集成，方便 管理者查詢分析。同時，維護管理隨運行過程不斷進行，保證工程安全運行，因此維 護信息在不斷增加，這就需要信息能夠隨時添加到系統保存，系統可通過 SQL 語言 INSERT 語句將信息不斷的添加，以便為后期管理提供依據。
4.3小結
渡槽信息管理的系統開發基于BIM技術和數據信息處理技術，應用Revit軟件將 渡槽工程信息集成，結合 SQLServer 數據庫將渡槽設計信息、施工質量標準和檢測 結果、安全監測信息、維修記錄信息等進行存儲管理，形成信息系統。通過 Visual Studio2010集成化的開發平臺設計Windows窗體界面，應用C#語言進行信息管理程 序編程，為管理者提供方便友好的人機交互界面。
5工程應用實例
南水北調中線干線某大型渡槽工程設計、施工、工程監測、巡視及維修信息均以 圖紙、檔案資料及數據的形式保存，較為分散，不利于管理者集中系統查詢管理。作 為本文研究的工程應用，初步建立基于 BIM 技術的大型渡槽全壽命周期信息管理系 統。
5.1 工程概況
南水北調中線工程從丹江口水庫取水，在工程渠首丹江口水庫東岸河南省淅川縣 九重鎮境內開挖干渠，沿著華北平原中西部邊緣開挖渠道，并在滎陽內經隧道穿過黃 河進行北上，最終流入北京頤和園團城湖。南水北調中線工程輸水干渠跨越天津、北 京、河北、河南 4個省/直轄市，沿線的受水區域包括了這 4個省/直轄市內的 14 座大、 中型城市。中線工程的建立使調水沿線地區經濟結構進行了戰略性調整，促進節水型 工業、農業和節水型社會的建立。并且工程建成后，在干旱年份或者季節里一些城市 也不會出現嚴重缺水現象。中線工程將從根本上改善沿線城市居民和當地農民的飲水 質量，數百萬農民曾長期飲用苦咸水以及其他含有害物質的深層地下水，調水工程的 建成保證了他們的飲水安全。因此必須做好工程全壽命周期管理，尤其是在當前的運 營階段，保證其安全、高效運行，為國家和人民創造更長遠的效益。
南水北調中線某渡槽工程，槽身段總長達到240 m，單跨長度30 m，總共8跨; 基礎支撐為摩擦樁基礎，樁徑1.2 m，樁身最長33.8 m，下部結構采用實體墩，墩高 4.0 m。該渡槽實際工程如圖5-1所示。
圖 5-1 某渡槽外觀
Fig.5-1 The appearance of aqueduct
該渡槽是南水北調中線總干渠上的一座特大型交叉水工建筑物，是南水北調中線 關鍵性工程。目前渡槽已運行多年，工程信息涉及設計、施工和運行管理各個階段。
5.2渡槽模型創建
該渡槽為已建工程，通過查看其設計圖紙，將其平面模型轉換為三維模型。依據 第三章建模方法，將渡槽主體分為邊墻、中墻、底板、邊底肋、中底肋、拉桿、槽墩 以及欄桿各構件，并以構件類型為單位分別創建族文件，在新建項目文件中將各族文 件載入并建立整體模型。渡槽（一跨）建成后的三維模型效果圖 5-2如下。
圖 5-2 渡槽模型
Fig.5-2 The model of aqueduct
在渡槽工程項目文件中，渡槽三維模型建成之后，其平面圖、立面圖、剖面圖便 會自動生成，可隨時切換查看。模型中每個構件圖元按其所在跨和構件類型進行順序 命名并生成唯一 ID號，構件的名稱和ID號成為信息集成聯系的字段，方便下面信息 的管理。在模型中某渡槽各構件的結構尺寸信息、材料屬性信息以及創建時間等基本 屬性信息以參數形式存儲在模型中。建立渡槽明細表，將模型中的信息統計，并與模 型構件關聯實現可視化信息查詢，如圖 5-3 所示。然而在工程運行維護階段進行工程 各部分維護管理不僅需要通過設計信息了解工程結構等基本信息，還需要施工階段信 息以及目前構件的運行狀態。因此，對工程的維護管理需要工程全壽命周期內的信息 作為決策依據。
渡槽運行至今，在運行過程中有大量的儀器監測數據和人員巡視檢查記錄。這些 信息目前無法簡單的、直接的保存到模型中，需要建立外部數據庫，將其基于 Revit 模型設計信息集成到 SQL Server 數據庫中，更加方便管理者查詢、添加、刪除、修 改等，為實施運行維護管理決策做好信息準備工作。
圖 5-3 明細表與模型相互關聯
Fig.5-3 The association of detailed table and model
5.3信息管理系統應用
渡槽信息模型將全壽命周期信息集成，在工程設計、施工階段依據信息完成工作 任務，同時在工作過程生成新的信息，工程不斷完善，信息不斷積累，直到工程施工 完成，交付使用。工程進入運行維護階段，還有安全監測信息和維修加固信息記錄， 如何利用系統和集成的信息做好運行維護管理，使工程保持健康安全的運行狀態甚至 延長壽命周期，是一項重要工作。要做好運行維護階段的管理，不能脫離前期集成的 信息提供數據支持。渡槽管理信息系統中包括Revit模型中集成的基礎信息和監測儀 檢測到的由計算機監測軟件直接導入SQL Server數據庫中的信息，以及渡槽維修加 固的歷史記錄信息等。管理人員可從管理信息系統中提取這些信息，為工程運營階段 的維護管理提供重要的決策支持。
渡槽工程在運行過程中，結構性能隨著運行時間的增長會不斷出現劣化現象。因 此，如何降低渡槽工程壽命周期的維修成本，又保證其能夠高效、安全的運行，這是 當今的工程管理者考慮的共性、主要問題。渡槽今后也會面臨同樣的問題，解決這個 問題需要大量的信息作為支撐，而目前工程管理處進行全壽命周期信息提取不方便， 而本文建立的渡槽信息管理系統可以為管理者提供基礎數據。
碳化是導致混凝土渡槽構件劣化的主要因素之一。雖然一般情況下，混凝土性能 不會隨著碳化下降，相反的會提高混凝土抗化學腐蝕的能力，增強混凝土的強度和密 實性。但是不斷碳化會造成混凝土的堿性下降，當混凝土碳化到某種深度時，會損壞 鋼筋表層的保護膜，在某種環境條件下導致鋼筋產生銹蝕，影響工程的結構性能。因 此，對碳化情況的監測是必要的，碳化深度的數據信息對管理者進行碳化程度的分析 具有至關重要的作用。管理者可通過信息管理系統查詢功能查詢渡槽構件的碳化深 度，通過構件名稱查詢有關此構件的信息。例如查詢第二跨側墻2的碳化深度信息如 圖 5-4 所示，更直觀的看到構件碳化情況。這時管理者還需要了解該構件的混凝土保 護層的厚度，對該構件的正常使用壽命進行預測。而保護層厚度信息存儲于設計模型 中，通過系統界面查詢功能，鏈接到工程設計信息，查詢構件的混凝土保護層厚度， 如圖5-5所示。同時構件的材料屬性等信息都可以查詢，供決策者做出維修加固計劃。 而在施工階段，該構件的質量檢測結果是否符合質量要求，如外形是否有缺陷，構件 表面層是否有掉皮、麻面、起砂等現象，對構件運行過程中質量產生影響;并且是否 采取過修補措施，管理者都需要進行了解才能做出最合適的管理決策，信息查詢如圖 5-6 所示。通過對構件設計、施工以及目前狀態的詳細了解，業內專家依據信息系統 提供的圖像和數據進行分析預測，提出是否需要維護及選擇合適的維修方法。當制定 好維修計劃，在維修過程中的信息如維修時間、維修方法、維修費用等管理者可以錄 入到系統中，將信息保存，為以后管理提供歷史記錄，如圖 5-7 所示。
渡槽工程運行過程中，構件中設置的監測儀器輸出大量的監測數據，管理者需要 進行查看及分析，如圖 5-8。同時巡視組通過日常檢查發現構件存在的問題和缺陷， 并記錄到系統數據庫中。管理者通過查詢記錄，如圖 5-9，針對出現的問題，進行維 修加固以減緩渡槽構件劣化速度，提高構件性能，保證構件正常運行。
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圖 5-4 碳化深度查詢結果
Fig.5-4 The result of querying carbonization depth
圖 5-5 混凝土保護層厚度
Fig.5-5 Thickness of concrete protective layer
珂查詢結果
圖 5-6 施工質量檢測信息
Fig.5-6 The information of construction quality inspection
圖 5-7 維修信息記錄
Fig.5-7 Recording information of Maintenance
圖 5-8 應變計監測數據查詢結果
Fig.5-8 Result of querying strain gauge monitoring Data
圖 5-9 問題信息記錄
Fig.5-9 Recording information of the problem
通過渡槽信息管理系統，工程管理者完成工程信息錄入、查詢、修改、使用等過 程更加方便，而且能夠實現工程全壽命周期信息管理。在工程設計、施工過程中，會 出現工程變更等現象，信息也會隨著不斷更新，而這些變更可以實時反映到模型中， 從而使真實、準確的信息傳遞到信息管理系統中。同樣工程運行過程中維修加固等信 息也實時地、真實地保存于數據庫中，保證了信息的完整性，為管理者提供決策依據。
5.4小結
將渡槽信息管理系統應用于南水北調中線某渡槽工程實例。首先建立渡槽三維模 型，將其設計信息集成到三維模型中，實現其可視化表達，完成模型層的建立。通過 舉例對構件碳化管理運用系統查詢構件信息，驗證信息管理系統的實用性，為運營階 段采取維護管理措施提供基礎數據依據，解決管理過程中信息提取不便等問題。
6結論
6.1 結論
水利水電工程投資大，產生的效益高，是我國的基礎性工程。南水北調工程在現 實意義上，從水資源角度來看，可以緩解我國北方地區所面臨的水資源危機的問題， 從經濟的角度來看，可以實現我國南北地域經濟的共同發展。隨著當今信息化技術的 不斷發展以及水利工程信息化管理水平的不斷提高，基于BIM技術進行水利水電工 程全壽命周期信息管理是必然的發展趨勢。BIM技術被提出后在建筑行業迅速發展, 在水利水電工程領域也漸漸被業界人士推廣應用。BIM技術以數字信息為基礎，以 建筑物構件為研究基礎，將工程全壽命周期過程中的不同階段的各種信息集成，以便 信息管理。通過對BIM技術理論的研究學習，建立基于BIM技術的大型渡槽全壽命 周期信息管理系統，在此過程中得到了以下幾點結果：
（1）基于 Revit 軟件平臺建立渡槽三維模型。通過 Revit 軟件中“族”功能，可 以實現水利水電工程三維模型的建立，并且參數化建模改變了工程傳統二維設計方 式，既提高了設計效率也提升了設計的準確性。
（2） 在三維模型的基礎上以構件為單元將設計信息集成保存，Revit模型中不僅 包含建筑物的結構尺寸信息描述，還包括構件名稱、材料屬性、設計人員和時間等設 計基本信息，彌補了傳統二維設計圖紙中信息形式單一等缺點，使水利水電工程信息 集成化水平進一步提高。
（3） 基于Revit模型信息建立外部數據庫，將工程施工質量檢測信息、安全監 測信息、運營維護信息集成管理，改變了水利工程在各階段信息分層獨立管理的方式， 避免信息缺失，保證信息的連續性及完整性，完成工程全壽命周期信息管理。實現模 型設計信息與施工、運行維護階段信息結合并作為信息數據源。
（4） 通過C#語言編程設計界面并與數據鏈接，建立基于BIM技術的渡槽全壽 命周期信息管理系統，為管理者提供了方便地提取信息的途徑，實現渡槽工程信息的 查詢和有效利用。在管理者進行工程管理過程中，快速方便地提取所需信息，為工程 管理決策提供信息依據，提高了水利水電工程管理信息化水平。
（5） BIM模型能夠實時反映出工程實際情況，本文基于BIM技術建立的信息管 理系統，為管理者提供了真實、準確的信息，以便提出合理的管理決策。
6.2展望
（1）目前主要完成了信息的集成存儲以及簡單數據處理，可進一步對管理系統 進行開發，與其他應用軟件進行連接實現數據統計、預測等不同功能。并且進行全壽 命周期成本分析，對未來的維修管理計劃，比如何時進行維修加固，采取什么維修方 法等，提供決策支持。
（ 2）目前主要對設計信息、施工質量檢測信息、運營維護記錄信息進行了集成 管理，在以后的研究中進一步完成全壽命周期各個階段不同形式信息的管理。
（3）在今后的研究中進一步完成以三維模型為核心，工程全壽命周期各階段信
息融合，在信息查詢時可以直接提取三維模型，實現信息的可視化。
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