全過程樁基礎P-BIM 軟件的研究與開發(fā)

童慧波 焦 柯

(1.深圳市廣廈軟件有限公司，深圳 518028;2.廣東省建筑設計研究院，廣州 510010)

1 前言

目前BIM 在建筑結構領域的實施有兩種思路，一種是全生命周期各環(huán)節(jié)信息在同一個核心軟件上集成，這需要相關專業(yè)軟件公司將其軟件在此核心軟件上重新開發(fā);另一種是大體上不改變工程師原有的使用習慣，將已有專業(yè)軟件BIM 化，以達到BIM 實施的要求。這方面的首倡者是中國建筑科學研究院黃強研究員，并把它命名為P－BIM。

上述兩種思路類似軟件設計行業(yè)的兩種開發(fā)思路，前者對應自頂向下的開發(fā)流程，其思路是一開始設計好軟件的各個組成部分，然后再逐步完成各個部分的開發(fā)。但對于基于BIM 的這樣龐大信息的軟件，核心軟件要及時適應多專業(yè)的需求是不可能的(有些需求的滿足可能會導致核心軟件的架構做重大調(diào)整)。

同時，將多個專業(yè)軟件需求集成在一起，軟件性能將難以保證，而且信息過分集中，對使用者反而是個障礙。

后者對應自底向上的開發(fā)流程(例如敏捷建模過程)，其思路是承認人們對事物的認識是逐步增強的。在這個過程中，變是常態(tài)，但通過小步迭代的過程保證變化穩(wěn)定可控。通過多次的迭代使得已有軟件滿足BIM 的要求。P－BIM 認為BIM 的本質是“聚合信息，為我所用”:由代表本專業(yè)的軟件向上游軟件索取信息，可保證信息量的最有效化;同時變信息在核心軟件上的大聚合為在各個已有專業(yè)軟件上的接口上流動。在當前我們努力實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)實時流動是很方便的。當數(shù)據(jù)流動起來后，將會變化出新的軟件需求，經(jīng)過多輪軟件迭代，最后實現(xiàn)BIM 的目標。

基于這種思想，本文以灌注樁基礎為例子，開發(fā)了一套灌注樁從設計到施工全過程的原型軟件。本文研究內(nèi)容是中國建筑科學研究院主持的《BIM技術在地基基礎工程建設標準實施與監(jiān)督中的應用研究》的一部分。

2 樁基礎P-BIM 軟件的設計流程

為了充分研究數(shù)據(jù)在接口上的流動，我們將樁基礎P-BIM 軟件劃分為足夠細的模塊，每一個模塊可單獨成一套軟件，供不同工種工程師使用，也可多模塊合并使用。在圖1 所示的軟件流程圖中，軟件被分為12 個模塊。其中圓角框和方框代表軟件模塊;箭頭表示數(shù)據(jù)的流向;箭頭上的數(shù)字表示流動數(shù)據(jù)的索引號。下面就模塊內(nèi)容和數(shù)據(jù)內(nèi)容做逐一說明:

圖1 軟件實現(xiàn)流程圖

2.1 軟件模塊

1)廣廈AutoCAD 基礎軟件，為已發(fā)布軟件?？勺霆毩⒒A、樁基礎、彈性地基梁和筏板基礎整體設計。該軟件設計好的樁數(shù)據(jù)可導入到樁基設計模塊;

2)勘測軟件，采用理正勘測軟件，讀入勘測信息;

3)樁基設計軟件，完成樁身承載力、鋼筋、裂縫、軟弱層驗算等設計內(nèi)容;

4)樁基深化設計軟件，計算鋼筋籠、焊縫、焊料，可統(tǒng)計材料用量和工程量;

5)樁基施工組織設計軟件，計劃樁基施工過程，統(tǒng)計施工時間;

6)樁基施工項目部管理軟件，分配施工任務，匯總手機上傳的施工成果，形成竣工模型，并與深化設計得到的合同模型做比較;

7)樁基手機實施軟件，通過現(xiàn)場錄入樁基數(shù)據(jù)、現(xiàn)場拍照，將施工過程實時回饋，輸入實際工程量和材料用量;

8)樁基監(jiān)理管理軟件，填寫檢測報告，顯示檢測結果;

9～12)為各種管理軟件，事實上可能遠不止四個。

2.2 數(shù)據(jù)內(nèi)容

1)導入GS、PK 模型上部結構柱墻定位，柱墻內(nèi)力;

2)承臺與樁的編號、定位和尺寸信息;

3)樁內(nèi)力;

4)土層資料和土層設計參數(shù);

5)樁設計信息:詳細尺寸、樁鋼筋等;

6)樁施工進度計劃;

7)樁基檢測報告;

8)實際施工進度計劃、實際工程量;施工日志;

9)實測樁位、尺寸、沉降;

10)補樁信息;

11)修正土層資料;

12)工程基本資料;

13)業(yè)主資料、施工方資料;

14)場地信息;

15)計劃工程量;

16)鋼筋焊接、分段，焊料，套筒信息。

從圖1 可看出，樁基施工項目部管理成為了施工階段的一個數(shù)據(jù)中心。在具體實施時可把此部分數(shù)據(jù)上傳到云端，方便其它各種管理軟件獲取數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)交換內(nèi)容

數(shù)據(jù)內(nèi)容是P-BIM 實施的關鍵。數(shù)據(jù)可分為全過程流動的基本數(shù)據(jù)、已經(jīng)明確需求的專業(yè)數(shù)據(jù)和需求尚不明確的專業(yè)數(shù)據(jù)。例如樁的定位和尺寸為基本數(shù)據(jù)。明確需求的專業(yè)數(shù)據(jù)盡量要具備前瞻性，例如，在樁身鋼筋的設計中，鋼筋根數(shù)在不同斷面有可能是不一樣的，因此這類數(shù)據(jù)應盡量用數(shù)組表示。第三類需求雖不明確，但有可能是同類軟件的競爭優(yōu)勢所在，因此在數(shù)據(jù)標準中要允許第三方數(shù)據(jù)擴展。獲得一致公認的第三類需求可作為數(shù)據(jù)標準的升級依據(jù)。關于P－ BIM 的樁基標準，可參考《地基基礎設計P－BIM 軟件技術與信息交換標準》征求意見稿。

4 數(shù)據(jù)交換格式

數(shù)據(jù)格式應支持元數(shù)據(jù)描述。所謂元數(shù)據(jù)是指描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。以可擴展標記語言XML 格式的一個片段為例:

＜樁長 3米 /樁長＞

其中，“樁長”描述了“3 米”的具體意義，“樁長”即元數(shù)據(jù)。有了它以后，軟件在讀取數(shù)據(jù)時可根據(jù)元數(shù)據(jù)讀取或者忽略某個數(shù)據(jù)。例如上游廠商增加了某個數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)可幫助下游廠商獲得某個效果。但下游廠商不是要馬上升級這個數(shù)據(jù)接口，它不修改代碼即可忽略這個數(shù)據(jù)，原有的軟件照樣運行。在多個廠商參與的P-BIM 軟件的多輪迭代中，保持軟件一定的穩(wěn)定性十分重要。同時，廠商獨立增加的數(shù)據(jù)可以幫助廠商立即得到更好的軟件，而不需要等待數(shù)據(jù)標準的更新。

支持元數(shù)據(jù)描述的數(shù)據(jù)格式有很多，基于文本的XML 冗余度太大，可壓縮后傳輸。P-BIM 目前推薦的是ACCESS 數(shù)據(jù)庫的MDB 格式，但因為手機系統(tǒng)目前支持的數(shù)據(jù)庫是sqlite，可能這是個更好的選擇。

5 軟件功能及應用

本系統(tǒng)的實施分為設計和施工兩個階段。設計部分做到深化設計和施工組織設計為止，深化設計的目的是提供合約模型。施工階段需要在施工項目部架設無線網(wǎng)絡，施工項目經(jīng)理在施工項目部管理軟件中將施工任務分配到負責每根樁對應的工長的手機上，工長負責將每天的施工進程用手機回報給施工項目部，形成實施模型，實施過程中發(fā)生的問題由施工項目部分發(fā)數(shù)據(jù)給各個相關部門。實施過程的最終模型就是竣工模型，這種操作過程對施工人員是簡便易行的。

5.1 PC 端軟件功能

圖2 中軟件界面分為功能區(qū)(上面菜單欄)、圖形操作區(qū)、樁屬性修改區(qū)(右側)。其中菜單顯示了多個模塊，可通過參數(shù)控制拆分其為獨立的軟件。各模塊軟件的功能說明見本文第2 節(jié)。

其它管理軟件，軟件內(nèi)嵌了百度地圖(圖3)，在上面可以展示工地的位置。點擊工地標簽，則會切換到標簽標示工地的樁基施工詳細情況。

5.2 移動端軟件功能

手機端軟件可記錄樁基施工的全過程，并最終建立竣工模型。手機端軟件的主要功能包括:通過對比竣工模型和深化設計提供的合約模型，企業(yè)可分析計劃費用和實際費用的區(qū)別;設計院可及時幫助解決施工中發(fā)生的問題;監(jiān)管部門可準確、有效地監(jiān)管工地的質量和安全情況。手機端軟件的主要界面如圖4 所示。

圖4(a)為初始工作狀態(tài)，可用手指放大縮小樁平面圖;點擊其中一根樁，可彈出圖4(b)樁修改界面，界面左邊豎條為樁工作進度，右邊可填寫實際發(fā)生工程量，以及類似微信的日志流;點擊樁工作進度條，可彈出圖4(c)的樁狀態(tài)輸入界面;圖4(d)為樁平面圖顯示的樁進度概要。

圖2 樁基P-BIMPC 端原型軟件的界面

6 P-BIM 應用的優(yōu)越性

通過本文研究和開發(fā)工作，可總結出以下PBIM 的特點和優(yōu)越性:

1)采用由下游軟件(需求方)向上游軟件提需求的方法，使各專業(yè)只按需求去獲取信息，而不是自己在一個匯總數(shù)據(jù)庫中去查找，這種分而治之的思路更具現(xiàn)實可操作性;

2)通過業(yè)務的分層達到數(shù)據(jù)的分層，最后再得出頂層數(shù)據(jù)庫所需要的基本數(shù)據(jù)，在頂層數(shù)據(jù)庫中處理各專業(yè)的協(xié)調(diào)問題;

3)把現(xiàn)有專業(yè)軟件充分利用起來，對現(xiàn)有軟件稍加改造，即可滿足BIM 所需要的功能，將大大節(jié)省開發(fā)成本;在此基礎上迭代軟件，更新BIM 標準，以達到最優(yōu)的狀態(tài);

4)本文開發(fā)的P-BIM 軟件可得到樁施工的即時算量，方便控制工程成本，減少施工浪費;施工方可及時將樁施工中出現(xiàn)的問題與甲方、設計方溝通，甲方和設計方可直接接入上傳的數(shù)據(jù)獲取當前施工狀態(tài)，甚至不需要到達現(xiàn)場就能解決問題;

5)政府各監(jiān)管部門也可即時獲得樁施工的狀態(tài)，不必到達現(xiàn)場就能即時了解或發(fā)現(xiàn)樁施工過程中的質量和安全問題，起到更有效的監(jiān)督作用。

［1］葉凌.P-BIM 推動中國BIM 應用落地［J］.工程建設標準化，2014(4):22-27.

［2］楊國平，馮金志，崔年治.理正勘察設計階段P-BIM 應用系統(tǒng)研究［J］.中國勘察設計，2015(4):92-97.

［3］張建平，余芳強，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技術研究［J］.土木建筑工程信息技術，2012，4(1):6-8.