基于Omniclass的城市地下空间设施编码研究_鲁斌.pdf

第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码研究鲁斌1,方钰2,张梦霞1(1.上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092;2.同济大学 电子与信息工程学院,上海 200092)摘要:近年来,城市建设与管理进入智慧化新阶段,建筑信息模型(BIM)技术已成为城市地下空间设施规划、设计、施工和运营等全生命周期过程的核心技术之一。但是目前城市地下空间设施标准中,仍缺乏基于设施全生命周期的统一编码体系,导致设施数据较难在 BIM 环境下互联互通。本文分析了国内外相关行业的编码研究成果,提出基于 Omniclass 的城市地下空间设施分类及编码体系,并结合现有城市地下空间设施编码标准,提出 Omniclass 与现有编码的映射规则,形成一套基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码系统方法,并对其中的部分设施作了编码示例。本文提出的编码方法,可为城市地下空间设施数据在 BIM 环境下的应用提供理论支撑,利于地下空间数据在全生命周期中的高效传递。关键词:建筑信息模型;Omniclass;地下空间设施;分类与编码中图分类号:TU92文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-0537-06Research on Urban Underground Facilities Coding Based on OmniclassLu Bin1,Fang Yu2,Zhang Mengxia1(1.Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200092,P.R.China;2.School of Electronic and Information Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,P.R.China)Abstract:In recent years,urban construction and management have entered a new stage of intelligence.BIM technology has become one of the core technologies in the whole life cycle process of urban underground space facilities planning,design,construction and operation.However,the current standards for urban underground space facilities still lack a unified coding system based on the full life cycle of facilities,which makes it difficult for facility data to be interconnected in the BIM environment.This paper analyzes the coding research results of relevant industries at home and abroad,and puts forward the classification and coding system of urban underground space facilities based on Omniclass.Combined with the existing coding standards of urban underground space facilities,this paper puts forward the mapping rules between Omniclass and existing codes,so as to form a set of coding system method of urban underground space facilities based on Omniclass,and gives some coding examples of some facilities.The coding method proposed in this paper can provide theoretical support for the application of urban underground space facility data in the BIM environment,and is conducive to the efficient transmission of underground space data in the whole life cycle.Keywords:BIM;Omniclass;underground facilitie;classification and coding收稿日期:2022-08-04(修改稿)作者简介:鲁斌(1987),男,上海人,博士,高级工程师,主要从事交通运输与管理、地下空间等领域的科研工作。E-mail:binlu.transport 基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFB2101600);上海市住房和城乡建设管理委员会科研项目(沪建科 2021-002-033)0引言经过近几年的快速发展,我国城市地下空间开发规模已整体处于平稳发展期,如 2020 年城市地下空间人均规模为 3.03 m2,与 2019 年人均 3.07 m2基本持平1。同时,地下空间开发更加注重“质”的提升,充分、科学地进行城市地下空间开发利用,是“转变城市发展方式”,解决“城市病”的主要着力点2。但城市地下空间设施功能类型多样,设计与施工较为复杂3,地下空间的高效开发面临着挑战。近年来随着智慧城市的发展,以建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)为代表的数字化技术逐渐应用于地下空间开发中,可实现城市地下空间设施多专业、多部门统筹开发与高效管理。然而,BIM 技术在地下空间中的应用起步较晚,目前尚缺乏基于地下空间设施全生命周期的统一编码体系,难以实现 BIM 与城市地下空间设施的数据互联,从而对 BIM 技术在城市地下空间设施中的应用产生一定限制。Omniclass 目 前 为 BIM 领 域 的 主 要 编 码 标准4,该编码采用混合分类法,适用于特征复杂、多样的城市地下空间设施,既可包含具有线状特征的市政管线、地下道路等设施类型,又可包含具有点状特征的地下泵站、检查井等设施类型。本文提出基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码方法,其数据信息分类表可定义城市地下空间设施全生命周期,有利于城市地下空间设施与 BIM 技术实现数据互联,推进地下空间行业内数据统一和标准化。在相关工程设施编码体系和标准方面,国内外已有一定的研究成果。美国针对软件技术和工业实施两方面,出版国家 BIM 标准(NBIMS-US),确立了 BIM 标准体系,包括引用标准、数据交换标准和 BIM 实施实用文件,其中引用标准包括工业基础类(IFC)、可扩展标记语言(XML)、建筑信息分类体系 Omniclass 和国际数据字典框架库(IFD Library)5。同时,美国已 形 成 多 种 编 码 体 系,包 括 美 国 建 筑 规 范 学会(CSI)制定的 Master Format 体系、Uniformat体系和 OCCS 体 系 等。欧 洲 也 形 成 了 SFB 体 系、CI/SFB 体系和 SMM7 等编码体系。国际化标准组织(ISO)提出 ISO/DIS I2006-2 建筑信息分类框架,国外编码体系均以此框架为基础,保证了分类方法的科学性6。郭士博等7提出需要建立标准化的地下空间代码与分类系统来规范地下空间的统一管理,研究了各国城市地下空间设施管理与分类特点,基于我国地下空间现状,提出了国标地下空间设施代码与分类 的建议性框架。张峰等8研究了国内外分类与编码的标准体系框架,分析了分类与编码的理论基础,并结合公路工程的项目特点,研究了公路工程项目全生命周期对象的分类方法,并对部分分类表进行了编码。卓鹏飞4对比了 Omniclass和 KKS 等不同编码体系,并针对现有水利工程的KKS 编码方式,建立了 Omniclass 和 KKS 编码的映射规则,将现有 KKS 编码转译成 BIM 可用的信息编码方式,提出了基于 Omniclass 的唯一编码结构,最后研究以 LOD 为数据模板,应用新编码于水利工程 BIM 管理平台和数据集成交付。中国国家标准化管理委员会等发布了国家标准城市地下空间设施分类与代码9,标准采用线分类法,提出了包含功能代码、主特征代码和实体类代码的三级代码结构,对 17 类地下空间设施进行编码。总体而言,欧美、日本等国已形成较为成熟且彼此互联的 BIM 编码标准体系。国内已有学者对其本行业中基于 BIM 的编码方法进行了研究。但在地下空间专业领域,目前仍仅采用线分类方法的城市地下空间设施编码标准,缺乏 BIM 中基于Omniclass 的编码规则,对 BIM 技术在城市地下空间中的应用产生较大限制。BIM 作为建筑信息全生命周期数字化应用的重要技术,可在地下空间的规划、设计、建设及运维等阶段,实现地下空间建筑物、元素和项目等对象之间的数据互联,对地下空间发展具有重大意义。而地下空间 BIM 编码标准的缺乏,则易造成在实际应用中,不同的使用者需自定义数据编码体系,导致不同体系间无法融合、数据重复或隔离,无法发挥 BIM 技术在数据互通方面的核心优势。本研究基于国内外研究现状,针对目前编码标准缺乏的问题,提出基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码标准,在继承并延续现有编码的同时,对城市地下空间设施进行系统性分类和拓展,以期制定统一的编码规则,实现地下空间分类编码在BIM 中的统一和标准化。835地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷1基于 Omniclass 的城市地下空间设施分类与编码体系1.1分类体系1.1.1分类方法概述信息分类是城市地下空间设施编码的前提。信息分类是指根据信息的属性或特征,将其内容按一定的原则和方法进行区分和归类,并建立起一定的分类体系和排列顺序10。地下空间内物理空间、设施设备等种类多样,需依据科学性、系统性、可扩延性、兼容性和综合实用性,根据不同属性或特征,形成不同的类目。该类目下包含符合该属性或特征的所有城市地下空间设施,如地下燃气设施类目下,包含燃气的管线、储气罐和其他所有燃气配套设施。信息分类有线分类法、面分类法和混合分类法3 种分类方法。线分类法是将对象按线性逐层展开,整体并排形成逐次的,有层级的编码。面分类法 则 是 将 对 象 按 属 性 分 为 并 列 且 互 不 交 叉 的“面”,如功能、形态等,每个“面”下为彼此独立的类目,将各个“面”下的类目进行组合,可同时描述对象的多种属性。混合分类法则是将面分类法与线分类法进行组合,如 Omniclass 即以面分类法为主,在各个“面”下采用线分类法将对象再进行逐层分类,既表达了对象的多样性特征,又可继承和扩展对象的原有编码。1.1.2城市地下空间设施分类体系现状现有地下空间编码标准9采用线分类法对地下空间设施进行分类。标准中地下空间设施分类体系为 3 层结构。第一层为功能代码,以功能为依据,将设施分为地下电力设施、地下信息与通信设施和地下给水设施等 17 类;第二层为主特征代码,以各类设施中的功能主特征为依据,如地下电力设施以埋设方式为特征,分为直埋供电设施、沟槽供电设施和排管供电设施等;第三层为实体类代码,如直埋供电设施可分为 110kV(66 kV)及以下的直埋供电管线和 220 kV 的直埋供电管线等。现有标准在一定程度上满足了地下空间设施的数据结构统一要求,但该分类结构仅为单一的纵向分类,无法满足 BIM 中对地下空间设施全生命周期的协同作业要求。1.1.3基于 Omniclass 的城市地下空间设施分类体系国家 BIM 标准建筑信息模型分类和编码标准11以 Omniclass 为分类方法,涵盖行业广泛,扩展性强,其 2017 年修订版已广泛应用于各类工程的 BIM 中。本文所研究的基于 Omniclass 的城市地下空间设施分类体系与国家 BIM 标准建筑信息模型分类和编码标准保持一致,所涵盖的地下空间设施编码将在国标基础上进行引用和扩展,有利于跨专业 BIM 数据标准的统一与数据之间的互联互通。基于 Omniclass 的城市地下空间设施的分类包括建设成果、建设进程、建设资源、建设属性和其他信息。建设成果包括按功能分建筑物、按形态分建筑物、按功能分建筑空间、按形态分建筑空间、元素和工作成果;建设进程包括工程建设项目阶段、行为和专业领域;建设资源包括建筑产品和组织角色同时也包括工具和信息;建设属性包括材质和属性。由于国标分类覆盖专业较广,分类无法全面涵盖城市地下空间设施内容,可在国标分类基础上对类目进行扩展,新增地下空间专业化的分类,包括地下空间设施元素、地下空间设施工作成果、地下空间设施行为和地理信息等,与国标分类结合使用,如表 1。表 1地下空间设施信息模型信息分类Table 1Information classification of underground space facility information model表代码分类名称10按功能分建筑物11按形态分建筑物12按功能分建筑空间13按形态分建筑空间14元素15工作成果20工程建设项目阶段21行为22专业领域30建筑产品31组织角色32工具33信息40材质41属性16地下空间设施元素17地下空间设施工作成果23地下空间设施行为42地理信息9352022 年增刊 2鲁斌,等:基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码研究1.2编码体系1.2.1信息编码概述信息编码是将编码对象赋予具有一定规律、易于计算机和人识别处理的符号,并形成代码元素集合。将对象进行分类,且赋予名称后,则形成一个类目,每一类目均有代码,每个代码按照线分类法,由分层级的代码及唯一的流水号组成;如果对象可按面分类法分类,在多个“面”中有相关的代码,则采用运算符号联合每个面中的代码,形成完整的描述对象的代码。1.2.2地下空间设施编码规则地下空间设施的编码以信息分类和编码的基本原则与方法10为设计依据,在格式上继承建筑信息模型分类和编码标准,并增加了流水号。地下空间设施编码结构由 6 个部分组成,包括表代码、大类代码、中类代码、小类代码、细类代码和流水码,所有代码与代码名称形成一条类目,如图 1。图 1基于 Omniclass 的地下空间设施类目编码结构Fig.1Category coding structure of underground space facilities based on Omniclass各级代码有相应的数字,且层级所包含的设施分类越多,则位数越多。表代码、大类代码、中类代码、小类代码和细类代码均为 2 位数字;流水号中,大类、中类流水号为 2 位数字,小类、细类数量较多,为 4 位数字。一个“”代表数字“0 9”。编号时,在国标上扩展的类目可延续国标编号,国标中已规定的类目名称和编码应保持不变,扩展类目和编码不能与国标重复;新建分类表中的类目,可按一定的间隔规律编号,如间隔 2 或 5 个数字编号,为地下空间设施未来的扩展预留空间;截止某一级代码的类目,后续层级的代码以数字“0”补齐,如图 2。图 2基于 Omniclass 的地下空间设施编码结构Fig.2Coding structure of underground space facilities based on Omniclass各个代码之间以不同符号连接,用以描述复杂的对象。表代码与各层级代码之间以“-”连接,各层级代码内部以“.”连接,各层级代码与流水码之间以“#”连接。不同类目的代码以运算符号连接,其中,“+”表示两个或两个以上不同类目代码形成组合,表示不同含义的集合;“/”用于将同一个表中的类目代码联合,形成一个连续的代码区间;“”则将不同类目的代码联合,表示符号两侧代码的主次关系,开口正对的代码是主代码,开口背对的代码隶属于主代码。1.3编码映射已有的城市地下空间设施代码可通过编码映射规则转化为 Ominiclass 代码。已有的地下空间设施代码按顺序分为功能代码、主特征代码和实体类代码三层,可分别对应 Ominiclass 代码中的大类代码、中类代码和小类代码;细类代码无对应代码,需进一步扩展类目;流水码则在后续应用中对具体设施进行编号。已有的地下空间设施可按分类表进行归类,如公用供电设施及其下属的公共交通供电设施和轨道交通供电设施等类目可归于按功能分建筑物,地下公共服务设施中的商贸场所和餐饮场所等类目可归于按功能分建筑空间等,映射规则及实例如表 2、表 3。表 2已有的地下空间设施代码与 Ominiclass代码映射规则Table 2Mapping rules between existing underground space facility codes and Omniclass codes已有的地下空间设施代码Ominiclass 代码功能代码大类代码主特征代码中类代码实体类代码小类代码表 3已有的地下空间设施代码与 Ominiclass代码映射实例Table 3Mapping examples of existing underground space facility codes and Omniclass codes类目中文Ominiclass 代码已有的地下空间设施代码地下公共服务设施10-60.11.00310000商业服务设施10-60.11.01310100商贸场所10-60.11.01.01310101餐饮场所10-60.11.01.03310102045地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷2基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码应用2.1城市地下空间设施编码结构(1)表代码城市地下空间设施分类与代码的第一层代码以产业功能为分类依据,将地下空间设施分为17 个以上的大类,而每类设施可作为单独建设的建筑物,各设施之间互相独立,因此可与 Ominiclass代码中的“按功能分建筑”分类对应,表代码为 10。(2)大类代码建筑信息模型分类和编码标准的“按功能分建筑”分类表已编有 1 25 的大类编码,为避免与其他专业编码冲突,并延续编码,暂以 60 作为基于 Omniclass 的城市地下空间设施大类代码,与之对应的 17 类设施的大类代码如表 4。表 4基于 Ominiclass 的 17 类城市地下空间设施大类代码Table 4Code of 17 categories of urban underground space facilities based on omniclass编码类目中文10-60.00.00城市地下空间设施10-60.01.00地下电力设施10-60.02.00地下信息与通信设施10-60.03.00地下给水设施10-60.04.00地下排水设施10-60.05.00地下燃气设施10-60.06.00地下热力设施10-60.07.00地下工业管道设施10-60.08.00地下输油管道设施10-60.09.00地下综合管沟(廊)设施10-60.10.00地下固体废弃物输送设施10-60.11.00地下公共服务设施10-60.12.00地下工业及仓储设施10-60.13.00地下防灾减灾设施10-60.14.00地下交通设施10-60.15.00地下基础10-60.16.00地下居住设施(3)中类、小类代码地下空间设施的中类、小类代码则可分别与城市地下空间设施分类与代码中既有的第二层代码主特征代码、第三层代码实体类代码对应。(4)细类代码城市地下空间设施分类与代码 中仅采用 3层代码,缺乏 Omniclass 编码结构中的细类代码。在地下空间行业实际工作中,通过对设施构造与构件进行进一步细分,可增加该层代码,提升地下空间设施数据在 BIM 应用中的精细化程度。(5)流水号根据实际工程中各类地下空间设施的数量确定各级代码的流水号,作为实体设施赋予唯一编号,可通过流水号对同类型设施进行区分,便于BIM 中地下空间设施的管理。2.2城市地下空间设施编码应用本章选择部分地下空间设施现有编码,运用Omniclass 规则进行编码。以地下综合管沟(廊)设施和地下电力设施为例,已有的地下空间设施标准中,地下综合管沟(廊)设施类目按主次层级划分,可归于按功能分建筑物分类表中,部分类目如表 5。表 5地下综合管沟(廊)设施编码表(部分)Table 5Code list of underground comprehensive pipe trench(gallery)facilities(part)编码类目中文10-60.00.00城市地下空间设施10-60.09.00地下综合管沟(廊)设施10-60.09.01干线综合管沟(廊)设施10-60.09.01.01干线综合管沟(廊)10-60.09.01.03干线综合管沟(廊)附属设施10-60.09.01.05其他干线综合管沟(廊)附属设施10-60.09.03支线综合管沟(廊)设施10-60.09.03.01支线综合管沟(廊)10-60.09.03.03支线综合管沟(廊)附属设施10-60.09.03.05其他支线综合管沟(廊)附属设施已有地下电力设施类目属于元素表,但目前涵盖的工程构件较少,BIM 应用中难以详细描述构件,可扩展表中的类目,部分类目如表 6。1452022 年增刊 2鲁斌,等:基于 Omniclass 的城市地下空间设施编码研究表 6地下电力设施编码表(部分)Table 6Code list of underground power facilities(part)编码类目中文14-60.01.00地下电力设施构件14-60.01.01箱变14-60.01.01.01箱式变电站14-60.01.01.03线缆、线管与线槽14-60.01.01.05其他14-60.01.03变配电系统14-60.01.03.01变压器14-60.01.03.03高压开关柜14-60.01.03.05低压开关柜14-60.01.03.07线缆、线管与线槽14-60.01.03.09其他需描述某一详细构件时,可用符号连接编码,用流水号描述设施唯一编号。以某地下综合管廊中的变压器工程为例,取第 3 号干线综合管廊内 2号变配电系统的 3 号变压器,采用 Ominiclass 编码可表示为“10-60.09.01.01#01.01.0001.0003+14-60.01.03#01.01.0002+14-60.01.03.01#01.01.0002.0003”。3结论(1)通过分析国内外相关行业的信息编码研究成果,发现现状尚缺乏可应用于 BIM 全生命周期的城市地下空间设施编码标准,因此,构建了一套基于 Omniclass 编码规则的城市地下空间设施分类及编码体系。(2)分类体系以国家标准建筑信息模型分类和编码标准 为基础,提出包括按功能分建筑物、按形态分建筑和地下空间设施元素等分类表。编码体系包括表代码、大类代码、中类代码、小类代码、细类代码和流水码,并制定了符号连接规则和与原地下空间设施编码的映射规则。最后提出基于 Ominiclass 的 17 类城市地下空间设施大类代码表,并以地下综合管沟(廊)设施中的地下电力设施为例进行了编码展示。(3)城市地下空间设施中,工程模型、数据、构件、实体、流程和管理等全生命周期的管理对象数量众多,在确定分类及编码体系后,需进一步通过调研行业和参考相关标准,补充地下空间设施详细类目,推进 BIM 在地下空间设施中的应用。参考文献(References)1中国工程院战略咨询中心,中国岩石力学与工程学会地下空间分会,等.2021 中国城市地下空间发展蓝皮 书 DB/OL.http:/ GIS+BIM 技术的中心型轨道站点地下空间设计J.地下空间与工程学报,2020,16(增 2):517-526.4卓鹏飞.基于 Omniclass 的唯一编码及水利工程 BIM集成交付J.人民长江,2020,51(3):199-204.5李华良,杨绪坤,王长进,等.中国铁路 BIM 标准体系框架研究J.铁路技术创新,2014(2):12-17.6王晶.房屋建筑和市政基础设施建设工程项目分类的研究D 南京:东南大学,2008.7郭士博,钱建固,吕玺琳.城市地下空间标准化与分类代码J.地下空间与工程学报,2011,7(2):214-218,245.8张峰,刘向阳,戈普塔.公路工程信息模型分类与编码研究J.公路,2017,62(10):180-184.9中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.城市地下空间设施分类与代码(GB/T 28590-2012)S.北京:中国标准出版社,2012.10 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.信息分类和编码的基本原则与方法(GB/T 7027-2002)S.北京:中国标准出版社,2002.11 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑信息模型分类和编码标准(GB/T 51269-2017)S.北京:中国建筑工业出版社,2017.245地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷