淺談企業(yè)設(shè)計(jì)施工一體化應(yīng)用發(fā)展之路

文｜藺志剛

30年前，AutoCAD的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)出圖方式；2003年，歐特克公司發(fā)表了題為“Building Information Modeling”白皮書后，BIM概念被廣泛提及，以BIM技術(shù)為代表的工程建設(shè)技術(shù)日益進(jìn)入優(yōu)化時(shí)代；如今，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM技術(shù)已經(jīng)不僅僅是工程技術(shù)上的革新，基于互聯(lián)網(wǎng)+BIM的技術(shù)更是工程建設(shè)業(yè)務(wù)流程上的革新。

對(duì)于水利行業(yè)而言，整個(gè)行業(yè)信息化發(fā)展歷經(jīng)幾十年，取得了一些成績(jī)，但面對(duì)未來(lái)的發(fā)展之路還有很多的不確定因素。

行業(yè)背景

BIM是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維模型信息集成技術(shù)，是對(duì)建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)。BIM能夠應(yīng)用于工程項(xiàng)目規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各階段，實(shí)現(xiàn)建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)共享，支持各專業(yè)協(xié)同工作、項(xiàng)目的虛擬建造和精細(xì)化管理。

目前，各行各業(yè)都在推進(jìn)BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用，制造業(yè)因其標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，已經(jīng)能夠在設(shè)備制造、安裝全工藝過(guò)程應(yīng)用BIM技術(shù)。而水利工程規(guī)模大、專業(yè)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)、參建方眾多、標(biāo)準(zhǔn)化程度底，對(duì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境影響大等特點(diǎn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用還處于過(guò)渡階段。

近年來(lái)，建筑行業(yè)經(jīng)歷了持續(xù)多年的高速發(fā)展，技術(shù)水平和管理水平不斷進(jìn)步，但是整個(gè)建筑業(yè)的低效率、高浪費(fèi)現(xiàn)象依然嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在：業(yè)主需要更快的資金周轉(zhuǎn)、更短的工期；施工技術(shù)、質(zhì)量和安全管理難度大；三邊工程、圖紙問(wèn)題多、容易返工；工程復(fù)雜、技術(shù)難度大；成本管理復(fù)雜程度高；參建方眾多，項(xiàng)目協(xié)同產(chǎn)品很多問(wèn)題，一方面，設(shè)計(jì)方案可施工性存在問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更頻繁；另一方面，設(shè)計(jì)缺陷和施工失誤帶來(lái)的責(zé)權(quán)劃分不清，容易引起糾紛；傳統(tǒng)以文檔、圖紙等為媒介傳遞信息的方式，使得信息分散，各單位信息孤島難以組成整體，這些問(wèn)題直接導(dǎo)致了工程建設(shè)生產(chǎn)效率低，造成資源、成本的極大浪費(fèi)。

圖1 企業(yè)集成環(huán)境平臺(tái)

如何讓工程設(shè)計(jì)更加精細(xì)化、施工管理更加信息化、運(yùn)維管理更加智能化、信息服務(wù)更加便捷化，是需要整個(gè)行業(yè)認(rèn)真面對(duì)的問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)階段的BIM設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)的信息傳遞到施工階段，并最終實(shí)現(xiàn)在運(yùn)維階段的應(yīng)用，是企業(yè)設(shè)計(jì)延伸、拓展業(yè)務(wù)板塊的必由之路。

設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

法國(guó)達(dá)索公司的3DE體驗(yàn)平臺(tái)是采用云服務(wù)的儲(chǔ)存和計(jì)算方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)級(jí)協(xié)同管理。該平臺(tái)適合水利水電工程BIM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與項(xiàng)目管理應(yīng)用，并可擴(kuò)展至后期運(yùn)行維護(hù)。平臺(tái)具有專門的土木工程模塊，符合土木行業(yè)BIM設(shè)計(jì)要求；采用云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)和云計(jì)算，有利于拓展到全生命周期管理。通過(guò)鎖定、解鎖、轉(zhuǎn)移所有權(quán)、更改負(fù)責(zé)人、訪問(wèn)權(quán)限控制、合作區(qū)權(quán)限控制等方法可有效完成多專業(yè)協(xié)同，并通過(guò)更改成熟度、修訂版、衍生版、概念分支等方法，可有效完成項(xiàng)目的多階段、多方案的控制和比選工作。

以此平臺(tái)為例，首先，在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)的項(xiàng)目級(jí)應(yīng)用，并提升到企業(yè)級(jí)應(yīng)用。企業(yè)級(jí)的應(yīng)用相當(dāng)于把所有的資源都共享，把環(huán)境資源、信息資源、業(yè)務(wù)流程、活動(dòng)、協(xié)同以及交付標(biāo)準(zhǔn)集成在里面，通過(guò)調(diào)用相應(yīng)的資源，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化操作、協(xié)作化運(yùn)行、知識(shí)化決策、規(guī)?；a(chǎn),從而提高效率，達(dá)到企業(yè)級(jí)資源的最大化利用。如圖1。

另外，應(yīng)積極將規(guī)范與經(jīng)驗(yàn)融入設(shè)計(jì)過(guò)程，定制符合企業(yè)設(shè)計(jì)流程的系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)二次開(kāi)發(fā)形成基于BIM的流程化設(shè)計(jì)方法，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員完成產(chǎn)品創(chuàng)新，體現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐，達(dá)到減少設(shè)計(jì)失誤，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)，獲得最高生產(chǎn)效率。比如，以標(biāo)準(zhǔn)水閘流程為基礎(chǔ)進(jìn)行可視化界面設(shè)計(jì)，方便操作使用；參數(shù)的有效傳遞，水力學(xué)計(jì)算結(jié)果傳遞給模型，模型參數(shù)傳遞給穩(wěn)定計(jì)算；以模板裝配的形式搭建模型，實(shí)現(xiàn)流程與BIM的有機(jī)結(jié)合。如圖2。

將設(shè)計(jì)模型的設(shè)計(jì)信息有效整合，開(kāi)發(fā)出獨(dú)立運(yùn)行、實(shí)用高效、可視互動(dòng)、界面友好的交付平臺(tái)。提升設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體品質(zhì)，減少交付過(guò)程中的溝通障礙，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品供工程全生命周期不同階段使用。

3DE平臺(tái)上建立完整的項(xiàng)目管理流程，通過(guò)專業(yè)軟件的雙向?qū)?，?gòu)建數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行流程化設(shè)計(jì)、碰撞分析、計(jì)算仿真、工程出圖等應(yīng)用實(shí)踐，并拓展應(yīng)用到方案模擬、工藝仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、多維可視化管理等方面。綜合集成工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)源，搭建統(tǒng)一的項(xiàng)目數(shù)據(jù)中心，為工程項(xiàng)目全生命周期的高效化、精細(xì)化管理提供有效支撐。

施工階段應(yīng)用

在施工交付方面，由于形成的設(shè)計(jì)模型并不能直接應(yīng)用于施工階段，因此需要按照項(xiàng)目進(jìn)度和施工工法對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行拆解和細(xì)化得到施工模型。把模型和信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)掛接，利用模塊化編程技術(shù)，快速完成施工管理平臺(tái)的搭建。

質(zhì)量驗(yàn)評(píng)管理系統(tǒng)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)手持移動(dòng)設(shè)備可以完整、輕松地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)不同情況的移動(dòng)質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定工作?？梢愿鶕?jù)業(yè)主需求定制不同的管理模塊，全方位為現(xiàn)場(chǎng)管理提供現(xiàn)代化的管理手段。

質(zhì)量驗(yàn)評(píng)管理系統(tǒng)應(yīng)至少具有四大功能，一是空表的下載、編輯---表格搜索、下載和在線編寫功能，并依據(jù)角色分配讀寫權(quán)限。二是手寫簽名---在驗(yàn)收評(píng)定表簽名處直接手寫簽名。三是搜索查看---按人員搜索、掃描二維碼，查看已上傳驗(yàn)收文件。四是統(tǒng)計(jì)分析---單元工程、時(shí)間對(duì)驗(yàn)收評(píng)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如圖3。

施工進(jìn)度管理。通過(guò)計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)采集，使數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，同時(shí)用數(shù)據(jù)和模型展示進(jìn)度及進(jìn)度偏差，當(dāng)進(jìn)度滯后時(shí)調(diào)整資源，根據(jù)邊界條件重新計(jì)算工期，形成新的方案，計(jì)算完成之后對(duì)新方案進(jìn)行進(jìn)度模擬。

選擇整個(gè)工程或者某些工程部位，對(duì)計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行模擬，按不同的時(shí)間周期進(jìn)行模擬，比如按月、周或者日進(jìn)行模擬。通過(guò)反復(fù)的施工過(guò)程模擬，讓在施工階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，并提前制定應(yīng)對(duì)措施，使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案最優(yōu)。計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度都可進(jìn)行虛擬建造。

圖2 水閘流程化設(shè)計(jì)軟件

圖3 移動(dòng)端質(zhì)量驗(yàn)評(píng)

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)讀取施工期監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)，每個(gè)儀器模型對(duì)應(yīng)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)條件查詢分析各工程部位的安全性。也可以將施工工藝和施工圖紙放入數(shù)據(jù)庫(kù)，并與相關(guān)模型關(guān)聯(lián)，點(diǎn)擊模型可查看相關(guān)工藝和圖紙。如圖4。

以某典型項(xiàng)目為例，根據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行了定制化開(kāi)發(fā)，主要功能包括總覽及文件管理、3D基礎(chǔ)BIM數(shù)據(jù)、4D/5DBIM管理，以及施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定管理、危險(xiǎn)源管理。如圖5。

充分利用建模軟件的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，并結(jié)合水電工程三維應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，建模過(guò)程中采用骨架設(shè)計(jì)、參數(shù)化模板搭建、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)零件調(diào)用、流程化建模、協(xié)同環(huán)境創(chuàng)建等技術(shù)，輔以規(guī)范化編碼與結(jié)構(gòu)表述等措施，隱性信息顯性化表現(xiàn)等手段，快速形成工程模型，并方便后期修改與管理。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)BIM與項(xiàng)目管理信息的有效融合，系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和電腦端、移動(dòng)端組成，即采用移動(dòng)端與電腦端相結(jié)合模式，進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)定管理和危險(xiǎn)源管理的聯(lián)合開(kāi)發(fā)。同時(shí)，根據(jù)工程圖紙，按照合同及實(shí)施方案的相關(guān)技術(shù)要求，對(duì)地形地質(zhì)、隧洞、道路及營(yíng)地等各種建筑物，分別采用CATIA（參數(shù)化強(qiáng)）和revit（族庫(kù)較豐富）軟件，建立不同細(xì)節(jié)層級(jí)要求的模型，模型滿足后期信息賦予、進(jìn)度控制及施工模擬等要求。通過(guò)自行開(kāi)發(fā)3D BIM程序，將模型進(jìn)行整裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM模型進(jìn)行全角度查看，和對(duì)設(shè)計(jì)、施工信息的全方位查詢，這也是綜合管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如圖6。

圖4 施工進(jìn)度模擬

圖5 平臺(tái)架構(gòu)

圖6 3D BIM平臺(tái)

圖7 信息化管理平臺(tái)

總結(jié)及展望

信息化對(duì)促進(jìn)建筑施工行業(yè)及企業(yè)的管理水平，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的成效是非常明顯的。企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立符合自身特點(diǎn)的信息化管理平臺(tái)，通過(guò)BIM技術(shù)應(yīng)用，跨越障礙；通過(guò)自主開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策、工程結(jié)算、數(shù)字化檔案管理等方面的深入應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工一體化的設(shè)計(jì)管理及施工過(guò)程管理。完善BIM標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)和流程化建造，實(shí)現(xiàn)信息組織、信息搜索、知識(shí)管理等數(shù)字資產(chǎn)的智能化管理，并將數(shù)字化歸檔與后期的運(yùn)維相結(jié)合。

作為傳統(tǒng)企業(yè)，應(yīng)深入推進(jìn)垂直行業(yè)的 “行業(yè)+BIM”研發(fā)應(yīng)用，由于以前完全靠CAD二維制圖，信息不對(duì)稱并存在孤島；現(xiàn)在加入BIM技術(shù)后，使整個(gè)行業(yè)信息化水平明顯提高?？陀^講，“BIM+行業(yè)”是一條新的產(chǎn)業(yè)鏈，許多信息互聯(lián)網(wǎng)及軟件公司實(shí)際上是利用軟件自身的優(yōu)勢(shì)，不斷地融入這個(gè)行業(yè)，對(duì)行業(yè)的深度挖掘能力依然不足；而“行業(yè)+BIM”對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，更容易構(gòu)建出行業(yè)壁壘。通過(guò)信息采集傳感器、通信技術(shù)（NW-IOT）等技術(shù)的發(fā)展，基于BIM的大數(shù)據(jù)收集是下一輪企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)所在，企業(yè)只有具備了大數(shù)據(jù)的思維，才能在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。