基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺研究及應(yīng)用

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

隨著工程建設(shè)水平的不斷提升，BIM技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)的普及程度也愈加廣泛。大量工程實(shí)踐顯示：BIM技術(shù)為工程建設(shè)行業(yè)賦予了全新的科技生命力[1]。

2016年，在國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主導(dǎo)編制的《中國建筑行業(yè)信息化發(fā)展報告》中，面向工程建設(shè)行業(yè)針對BIM技術(shù)的“應(yīng)用覆蓋程度”和“應(yīng)用價值受認(rèn)可程度”進(jìn)行了廣泛調(diào)研，調(diào)研結(jié)果顯示：BIM技術(shù)在施工工藝展示中的應(yīng)用是目前工程建設(shè)行業(yè)“應(yīng)用覆蓋程度最廣”、“應(yīng)用價值受認(rèn)可程度最高”的應(yīng)用內(nèi)容[2]。

在工程實(shí)踐中，傳統(tǒng)的施工工藝展示多以“靜態(tài)展示”為主，這一展示方式存在著一定的技術(shù)不足。如：展示的維度不足，“靜態(tài)展示”難以全面反映施工工藝中的技術(shù)、質(zhì)量管控要點(diǎn)，對于施工工藝中蘊(yùn)含的豐富而復(fù)雜的邏輯順序、穿插時機(jī)等核心要素更是無法全面反映。在這一背景下，以3Ds Max為代表的“視頻展示”逐漸成為施工工藝展示的主流方式。

隨著工程實(shí)踐的深入：“視頻展示”在工程建造中發(fā)揮了日益顯著的輔助建造作用； 但同時，這一展示方式在應(yīng)用過程中也存在著如下的技術(shù)瓶頸，如：“視頻展示”的創(chuàng)建技術(shù)門檻較高、“視頻展示”成果的集成管理難度大、復(fù)用程度低，尤其是“視頻展示”成果往往同BIM數(shù)據(jù)相分離，造成這一展示方式在工程實(shí)踐中的應(yīng)用受限[3]。

因此，如何將“靜態(tài)展示”和“動態(tài)展示”深度融合，充分發(fā)揮二者的技術(shù)優(yōu)勢； 如何基于現(xiàn)代信息技術(shù)，在降低“視頻展示”的創(chuàng)建技術(shù)門檻的同時，實(shí)現(xiàn)施工工藝的集成管理和廣泛復(fù)用，已經(jīng)成為工程建設(shè)行業(yè)的新需求。

2 多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)研究

參數(shù)共享是BIM技術(shù)的顯著技術(shù)特征，也是BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過程得以充分發(fā)揮其輔助建造作用的基礎(chǔ)[4]。

基于工程實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)：多源數(shù)據(jù)之間的參數(shù)共享能力不足，是造成基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺發(fā)展緩慢的主要技術(shù)制約。

針對這一技術(shù)難題，我們對基于Suite工作流的施工工藝參數(shù)共享技術(shù)進(jìn)行了研究，從前端數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的角度，探索出一條適合于基于BIM技術(shù)的施工工藝創(chuàng)建的多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享途徑，為基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺研究及應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。

(1)基本原理

研究中我們以BIM數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，以3Ds Max數(shù)據(jù)為目標(biāo)數(shù)據(jù)，以Suite工作流為參數(shù)共享媒介，通過參數(shù)導(dǎo)出和傳遞，實(shí)現(xiàn)二者之間的參數(shù)共享。

(2)實(shí)現(xiàn)流程

在實(shí)現(xiàn)流程上，基于Suite工作流的多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 實(shí)現(xiàn)流程

(3)實(shí)現(xiàn)方法

在具體實(shí)現(xiàn)上，基于Suite工作流的多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)包括如下步驟：

1)Suite工作流的創(chuàng)建

Suite工作流是Autodesk提供的一種直接內(nèi)嵌在Autodesk產(chǎn)品中的參數(shù)共享媒介。在使用過程中，Suite工作流將隨著Autodesk產(chǎn)品自動安裝，Suite工作流可以在版本相同的Autodesk產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)參數(shù)共享。

2)參數(shù)導(dǎo)出

第2步是參數(shù)導(dǎo)出。Revit環(huán)境下的參數(shù)導(dǎo)出包括：源數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)之間鏈接關(guān)系的導(dǎo)出； 鏈接關(guān)系導(dǎo)出的意義在于：當(dāng)源數(shù)據(jù)中的參數(shù)發(fā)生變化時，Suite工作流會將這一變化傳遞到目標(biāo)數(shù)據(jù)。

此外，Revit環(huán)境下的參數(shù)導(dǎo)出還包括材質(zhì)屬性、燈光屬性、相機(jī)屬性的導(dǎo)出。

3)參數(shù)傳遞

第3步是參數(shù)傳遞。3Ds Max環(huán)境下的參數(shù)傳遞用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)從源數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)的傳遞。

圖2 Revit環(huán)境下Suite工作流的創(chuàng)建

圖3 參數(shù)導(dǎo)出

圖4 參數(shù)傳遞

至此，完成了基于Suite工作流的多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享全過程。

(4)性能分析

目前，除基于Suite工作流的方法之外，常用的多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)還包括基于中間媒介(DWG、FBX)的方法和基于直接鏈接第方法。

這里，將從參數(shù)共享效果、工作效率2個角度對基于Suite工作流、基于中間媒介(DWG、FBX)、基于直接鏈接這三種多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)的性能進(jìn)行分析。

1)參數(shù)共享效果分析

工程實(shí)踐中，我們基于100余個BIM數(shù)據(jù)和3Ds Max參數(shù)共享樣例，對上述3種參數(shù)共享技術(shù)的效果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

表1 參數(shù)共享效果分析

從表1中可以看出：基于Suite工作流、基于中間媒介(DWG、FBX)、基于直接鏈接這三種多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)均可以將BIM數(shù)據(jù)中的構(gòu)件類型、構(gòu)件數(shù)量、構(gòu)件尺寸傳遞到3Ds Max數(shù)據(jù)中； 但在工藝視頻繼承方面，只有Suite工作流能夠?qū)崿F(xiàn)工藝視頻繼承，也就是說，和其它3種參數(shù)共享技術(shù)相比，Suite工作流在提升BIM模型的復(fù)用程度方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

2)工作效率分析

目前，從源數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)之間的參數(shù)共享包括BIM數(shù)據(jù)整理、轉(zhuǎn)換設(shè)置、3Ds Max數(shù)據(jù)整理、材質(zhì)添加四個環(huán)節(jié)。這里，將從上述四個環(huán)節(jié)所花費(fèi)的時間，對基于Suite工作流、基于中間媒介(DWG、FBX)、基于直接鏈接這3種多源數(shù)據(jù)參數(shù)共享技術(shù)的性能進(jìn)行分析。

圖5 4個環(huán)節(jié)的工作效率分析

圖6 各種參數(shù)共享方式的整體工作效率分析

從圖5～6中可以看出，無論是整體工作效率還是四個環(huán)節(jié)的工作效率，和其它三種參數(shù)共享技術(shù)相比，Suite工作流在降低參數(shù)共享所耗費(fèi)的時間、提升技術(shù)人員的工作效率方面顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

3 基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺研究及應(yīng)用

自2013年開始，我們面向各子企業(yè)，陸續(xù)舉辦了多期基于BIM數(shù)據(jù)和3Ds Max數(shù)據(jù)的施工工藝展示培訓(xùn)班，對施工工藝展示在在建工程中的創(chuàng)新應(yīng)用、普適性應(yīng)用進(jìn)行了探索。隨著工作的持續(xù)深入，我們發(fā)現(xiàn)：一方面，各子企業(yè)均不同程度的創(chuàng)建、積累了一批基于BIM數(shù)據(jù)和3Ds Max數(shù)據(jù)的施工工藝成果； 另一方面，由于BIM技術(shù)發(fā)展的不平衡性、由于業(yè)務(wù)領(lǐng)域的多元化，各子企業(yè)所創(chuàng)建、積累的基于BIM數(shù)據(jù)和3Ds Max數(shù)據(jù)的施工工藝成果存在著如下的特征：第一，成果的創(chuàng)建水平具有較大的差異，標(biāo)準(zhǔn)化程度不一； 第二，各子企業(yè)存在著相當(dāng)程度的重復(fù)創(chuàng)建的現(xiàn)象； 第三，成果的存儲方式為“離散存儲”，不利于成果在現(xiàn)場之間、在企業(yè)內(nèi)部的共享、流轉(zhuǎn)和集中管控。針對上述問題，我們將對基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)施工工藝的集成管理和廣泛復(fù)用[5-6]。

(1)基本原理

研究中，我們以Java為程序設(shè)計(jì)語言，從企業(yè)集中管控的角度，對基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)全局成果的集成管理和廣泛復(fù)用。

(2)實(shí)現(xiàn)流程

實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示。

圖7 基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的施工工藝管理平臺實(shí)現(xiàn)流程

(3)實(shí)現(xiàn)方法

1)施工工藝數(shù)據(jù)創(chuàng)建

在具體實(shí)現(xiàn)上，施工工藝數(shù)據(jù)創(chuàng)建包括如下步驟：

①邀請現(xiàn)場的技術(shù)人員，依據(jù)施工工藝的先進(jìn)性、復(fù)用性梳理出多專業(yè)的施工工藝目錄。

圖8 施工工藝目錄

②依據(jù)施工工藝目錄，進(jìn)行文字交底樣板的編制。在編制的過程中，注重“依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、施工準(zhǔn)備、工藝流程、施工方法、質(zhì)量要求及保障措施、注意事項(xiàng)、成品保護(hù)、安全文明施工”方面的規(guī)定，研發(fā)團(tuán)隊(duì)依據(jù)上述規(guī)定進(jìn)行文字交底樣板的編制，形成文字庫。

圖9 文字類數(shù)據(jù)的創(chuàng)建

③對于常用的施工材料、施工機(jī)械進(jìn)行總結(jié)，形成施工材料圖片庫、施工機(jī)械圖片庫。

④集中各子企業(yè)的BIM技術(shù)骨干進(jìn)行BIM模型樣板、BIM族文件樣板的創(chuàng)建。在創(chuàng)建的過程中，注重軟件對樣板的支撐作用，在此基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)依據(jù)上述規(guī)定進(jìn)行BIM模型、BIM族文件的創(chuàng)建。

⑤以BIM數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于BIM技術(shù)的動態(tài)施工工藝的創(chuàng)建，形成動態(tài)工藝庫。

至此，完成各類施工工藝數(shù)據(jù)的創(chuàng)建。在此基礎(chǔ)上，將對施工工藝管理平臺進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)對各類施工工藝數(shù)據(jù)的集成管理。

(2)施工工藝管理平臺功能介紹

依據(jù)面向?qū)ο蟮能浖邪l(fā)方法，我們以Java為程序語言，以BIM和3Ds Max為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行施工工藝管理平臺的研發(fā)[7-8]。

啟動界面如圖15～16所示。施工工藝管理平臺，滿足網(wǎng)頁端、PC端、移動端三種使用方式。

圖10 文字類數(shù)據(jù)的創(chuàng)建

圖11 圖片類數(shù)據(jù)的創(chuàng)建

圖12 企業(yè)BIM族庫

圖13 BIM類數(shù)據(jù)的創(chuàng)建

圖14 動態(tài)視頻庫

圖15 啟動界面 圖16 整體功能

圖17 各類施工工藝數(shù)據(jù) 圖18 文字類施工工藝數(shù)據(jù)

施工工藝管理平臺以“文字+圖片+BIM數(shù)據(jù)+動態(tài)視頻”相結(jié)合為技術(shù)特征，從上述四大類數(shù)據(jù)資源相融合的角度，進(jìn)行施工工藝數(shù)據(jù)的集中管控。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能如圖17～22所示?；谶@一功能，能夠隨時對用戶的分布區(qū)域、各類施工工藝數(shù)據(jù)的下載數(shù)量等指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)統(tǒng)計(jì)?；跀?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析的結(jié)果，有針對性地確定后續(xù)的研發(fā)重點(diǎn)。

圖19 圖片類施工工藝數(shù)據(jù) 圖20 BIM數(shù)據(jù)類施工工藝數(shù)據(jù)

圖21 動態(tài)視頻類施工工藝數(shù)據(jù) 圖22 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

圖23 權(quán)限管理 圖24 權(quán)限管理

圖25 施工工藝平臺應(yīng)用在青島新機(jī)場項(xiàng)目中的應(yīng)用 圖26 施工工藝平臺應(yīng)用在重慶來福士項(xiàng)目中的應(yīng)用

圖27 施工工藝平臺應(yīng)用在柬埔寨國家 體育場項(xiàng)目中的應(yīng)用

基于授權(quán)碼和員工編號，通過局總部和子企業(yè)2級認(rèn)證審核機(jī)制，確保本子任務(wù)研發(fā)成果的數(shù)據(jù)安全。如圖23～24所示。

4 工程實(shí)踐

目前，階段性的研發(fā)成果面向各子企業(yè)進(jìn)行廣泛的培訓(xùn)、試用和推廣，并依據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況對研發(fā)成果進(jìn)行修正。

本文以青島新機(jī)場、重慶來福士、柬埔寨體育場項(xiàng)目為列，先后在40余個項(xiàng)目進(jìn)行工程實(shí)踐。如圖25～27所示。

工程實(shí)踐顯示：無論是投標(biāo)階段還是建造階段，無論是面向企業(yè)員工的業(yè)務(wù)技能提升，還是面向勞務(wù)班組的精準(zhǔn)交底，本成果均發(fā)揮了顯著的輔助功效和推廣應(yīng)用前景，受到了工程各參與方的普遍好評。

5 結(jié)論

本文從工程實(shí)踐的需求出發(fā)，基于Suite工作流實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)和3Ds Max數(shù)據(jù)的施工工藝參數(shù)共享和數(shù)據(jù)復(fù)用。在此基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺。工程實(shí)踐顯示：基于BIM技術(shù)的施工工藝管理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)施工工藝的集成管理和廣泛復(fù)用，具有極好的應(yīng)用前景。