基于BIM技術(shù)的農(nóng)地整治項目協(xié)同運(yùn)行框架

徐 雯

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070)

農(nóng)地整治是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括農(nóng)田水利工程、道路工程、田間工程及其他工程4個部分，分為前期可行性研究、規(guī)劃設(shè)計、工程施工、后期管護(hù)等多個階段，涉及大量地理信息和工程信息的獲取、存儲、分析、管理與應(yīng)用。因此，基于“3S”技術(shù)、可視化、模擬仿真等土地信息技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，顯著提高了農(nóng)地整治的效率。此外，農(nóng)地整治觸及社會公眾、中央政府、地方政府、項目業(yè)主、承包商、監(jiān)理單位等多方主體利益。因而，在信息集成與信息共享基礎(chǔ)上構(gòu)建項目的協(xié)同運(yùn)行，將有效提升農(nóng)地整治項目的管理績效。

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)概念由Eastman等于19世紀(jì)70年代首次提出[1]。BIM以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，模擬仿真工程項目所有真實信息，進(jìn)行工程設(shè)計、建造和運(yùn)營全過程的管理與優(yōu)化。目前，BIM已被廣泛應(yīng)用于民用建筑、大型基礎(chǔ)設(shè)施、區(qū)域規(guī)劃、土地規(guī)劃、交通規(guī)劃、水利工程、海洋工程等各類學(xué)科或行業(yè)中[2-5]，但BIM在農(nóng)地整治領(lǐng)域的運(yùn)用還處于探索階段。本文基于BIM強(qiáng)大的數(shù)據(jù)共享、分析功能及模擬可視化優(yōu)勢，分析了BIM在農(nóng)地整治項目中的應(yīng)用路徑以提高農(nóng)地整治效率，探討了BIM的嵌入對農(nóng)地整治項目運(yùn)行模式的影響，為農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行與管理提供思路。

1 BIM技術(shù)的實現(xiàn)路徑

“3S”技術(shù)是目前農(nóng)地整治中常用的空間信息技術(shù)。近年來，GIS的數(shù)字地面模型、空間插值、空間疊加等分析技術(shù)在農(nóng)地整治中得到了廣泛應(yīng)用，如借助GIS數(shù)據(jù)管理功能構(gòu)建農(nóng)地整理規(guī)劃決策系統(tǒng)；以GIS為平臺進(jìn)行農(nóng)地整治規(guī)劃信息系統(tǒng)開發(fā)；聯(lián)合RS提取農(nóng)地整治區(qū)現(xiàn)狀地物信息；基于GIS進(jìn)行整治潛力和整治適應(yīng)性的評價；運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行田面高程設(shè)計、土方工程量計算及調(diào)配等[6-8]。隨著“3S”技術(shù)的集成與發(fā)展，農(nóng)地整治中田、水、路、林、村等地理信息的空間特征得以體現(xiàn)，直觀、動態(tài)地模擬整治后的地物場景成為可能，在農(nóng)地整治中運(yùn)用三維可視化技術(shù)將成為一種趨勢。

1.1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

農(nóng)地整治項目的建設(shè)對象涵蓋渠道、管道、泵站、橋梁、涵洞、道路、變電站、農(nóng)宅等建筑物與構(gòu)筑物。以GIS為代表的“3S”技術(shù)從地理空間角度對建筑物或構(gòu)筑物進(jìn)行定義和模擬，其精度無法滿足單體建筑工程規(guī)劃、設(shè)計、施工和運(yùn)營等環(huán)節(jié)的數(shù)字化要求，BIM則能豐富農(nóng)地整治的信息技術(shù)手段：(1)空間尺度方面。與GIS搭建地理環(huán)境不同，BIM關(guān)注的是微觀建筑單體。它將建筑物、構(gòu)筑物的形體特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)造等工程信息以三維模型方式加以呈現(xiàn)，并實現(xiàn)所有信息數(shù)據(jù)在空間上聯(lián)動處理。(2)時間跨度方面。GIS的地理信息數(shù)據(jù)多用于農(nóng)地整治的規(guī)劃、設(shè)計階段，而BIM三維模型形成的數(shù)據(jù)庫儲存了建筑物、構(gòu)筑物從設(shè)計、施工到建成運(yùn)營的全過程信息，且各階段信息之間相互關(guān)聯(lián)，能夠保持信息不斷更新并可提供訪問。(3)功能實現(xiàn)方面。信息數(shù)據(jù)在空間和時間維度上的聯(lián)動，使得BIM模型可以持續(xù)、及時地提供農(nóng)地整治工程設(shè)計范圍、進(jìn)度以及成本等信息，這些信息完整可靠并且完全協(xié)調(diào)。此外，BIM模型還能實現(xiàn)農(nóng)地整治工程的施工模擬、工程量計算、物料管理和虛擬漫游等功能。

1.2 BIM技術(shù)的可行性

基于上述分析，可以預(yù)見BIM-GIS將成為農(nóng)地整治信息化、可視化的新路徑。兩者有效結(jié)合有助于農(nóng)地整治項目全壽命周期內(nèi)的信息傳遞、信息共享和多主體協(xié)同工作。農(nóng)地整治項目BIM-GIS技術(shù)框架包含數(shù)據(jù)、模型、平臺和應(yīng)用4個層次，具體見圖1。

圖1 農(nóng)地整治項目BIM-GIS技術(shù)框架

1.2.1 數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層包括項目區(qū)地形、土地利用現(xiàn)狀等二維圖形數(shù)據(jù)，遙感影像(航片和衛(wèi)星圖片)圖像數(shù)據(jù)，三維數(shù)字地形數(shù)據(jù)，項目區(qū)社會、經(jīng)濟(jì)、資源現(xiàn)狀等文字?jǐn)?shù)據(jù)，建筑工程CAD和BIM數(shù)據(jù)?？蚣軕?yīng)用OGC組織定義的服務(wù)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，開展地理空間數(shù)據(jù)和建筑工程信息的CAD/GIS/BIM在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與共享[9]。

1.2.2 模型層 三維GIS模型進(jìn)行整治區(qū)域的地理環(huán)境信息分析，實現(xiàn)室外地形地貌、建筑物和構(gòu)筑物的空間展示。BIM模型進(jìn)行整治區(qū)域地表的建筑物、構(gòu)筑物的模型信息分析，實現(xiàn)人工設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)?；贑ityGML對BIM模型展開輕量化處理[10]，可將BIM模型加載到三維GIS模型中。

1.2.3 平臺層 BIM-GIS可視化平臺，滿足從宏觀地理場景到微觀構(gòu)筑物單體的不同尺度三維可視化要求，滿足從項目選址規(guī)劃到項目運(yùn)維管理的全壽命周期三維可視化要求。BIM-GIS管理平臺，采用C/S和B/S相結(jié)合的系統(tǒng)構(gòu)架，將項目BIM-GIS模型和管理信息通過網(wǎng)絡(luò)推送至各級管理者，以實現(xiàn)相關(guān)主體對項目的協(xié)同管理。

1.2.4 應(yīng)用層 BIM-GIS技術(shù)可在傳統(tǒng)3D模型基礎(chǔ)上疊加時間參數(shù)和資源信息。3D模型模擬農(nóng)地整治完成后的項目場景，實現(xiàn)全景展示、單體漫游等整治結(jié)果的可視功能；疊加時間參數(shù)后得到4D模型，可模擬整治過程中項目場景的變化進(jìn)程，實現(xiàn)施工模擬、進(jìn)度管理等整治過程的可視功能；疊加資源信息后得到5D模型，可自動統(tǒng)計任意時間點的工程量及資源消耗情況，實現(xiàn)物資動態(tài)管理、成本實時監(jiān)控等功能。

簡言之，BIM-GIS技術(shù)可滿足農(nóng)地整治項目全壽命周期的動態(tài)可視化要求，滿足整治過程中任意節(jié)點察看進(jìn)度、資源、資金、成本的功能要求，從而為整治項目的技術(shù)方案推演、施工管理、提前規(guī)避技術(shù)問題、多主體參與協(xié)調(diào)等提供有效的信息平臺。

2 BIM技術(shù)下的協(xié)同運(yùn)行

在農(nóng)地產(chǎn)權(quán)細(xì)碎化、農(nóng)民利益分化的背景下，農(nóng)地整治不僅是一項工程建設(shè)項目，而且更是一項協(xié)調(diào)利益關(guān)系的治理工作。一方面，發(fā)揮基層組織自治功能、促進(jìn)公眾參與是化解矛盾沖突的有效治理手段。另一方面，技術(shù)要素的更新將帶動項目運(yùn)行模式的優(yōu)化，提升項目協(xié)同管理水平，也可為農(nóng)地整治項目的治理創(chuàng)新提供路徑。

2.1 傳統(tǒng)運(yùn)行模式的弊端

在傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，農(nóng)地整治項目面臨著組織協(xié)調(diào)困境：作為行政代理人的基層政府和組織常常置身于具體工作之外；作為市場代理人的專業(yè)技術(shù)單位采取自利行為，引發(fā)各種代理問題；作為核心利益主體的農(nóng)民被排斥在項目決策和管理之外；作為業(yè)主的縣級土地整治中心則難以真正履行項目法人的職責(zé)。究其原因，信息交流的效率和有效性是其中不可忽視的技術(shù)因素。

傳統(tǒng)農(nóng)地整治項目多為自上而下運(yùn)行，包含兩層多級委托代理關(guān)系，涉及多個參與主體。項目信息在傳遞、交換和使用時常常出現(xiàn)以下3種情況：(1)信息割裂，不連貫。各參與主體在創(chuàng)建和交換信息時采用的方式不同，運(yùn)用的技術(shù)和工具各異，使得不同階段、不同主體間的信息相互割裂，無法有效集成，甚至成為“信息孤島”。(2)信息延誤、流失。各參與主體的工作時段和空間位置不同，所用信息交換方式較為分散，常用方式如紙質(zhì)文件、電子郵件、會議、傳真等，在處理空間數(shù)據(jù)和工程信息時難免表現(xiàn)得雜亂且效率不高，使得項目信息傳遞速度慢、成本高，在銜接處容易發(fā)生信息遺漏和信息失真。(3)信息不對稱。項目業(yè)主具有項目的管理信息優(yōu)勢，設(shè)計、施工及監(jiān)理等專業(yè)單位具有項目的技術(shù)信息優(yōu)勢，農(nóng)民具有項目的鄉(xiāng)土信息優(yōu)勢?？陀^上，各參與主體的認(rèn)知水平存在差異，在一定程度上造成了信息交流困難。主觀上，各參與主體間存在利益沖突，使得他們不愿共享信息，甚至不同程度的隱藏行為，這必然導(dǎo)致信息的不對稱。目前，所運(yùn)用的信息技術(shù)還無法滿足農(nóng)地整治項目協(xié)同運(yùn)行需要，不利于主體間的協(xié)調(diào)溝通，在一定程度上增加了項目的管理難度。因此，有必要通過技術(shù)更新來優(yōu)化項目運(yùn)行模式，創(chuàng)新項目治理結(jié)構(gòu)，以提升農(nóng)地整治項目的管理績效。

2.2 基于BIM的協(xié)同運(yùn)行模式

協(xié)同思想由德國物理學(xué)家哈肯提出，他認(rèn)為在一定條件下系統(tǒng)可以由其內(nèi)部自身組織起來，使具有相對獨立、自治和自利能力的各個子系統(tǒng)相互默契協(xié)同工作，實現(xiàn)共同的終極目標(biāo)[11]。構(gòu)建農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行旨在：以信息為基礎(chǔ)，創(chuàng)建協(xié)同信息流實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效集成與共享；以模型為核心，構(gòu)建農(nóng)地整治項目BIIM-GIS信息模型實現(xiàn)項目可視化、模擬化；以協(xié)同為功能，構(gòu)建決策、設(shè)計、施工、管護(hù)等階段集成化協(xié)同工作流[12]，充分發(fā)揮所有參與者的潛力，實現(xiàn)知識共享、協(xié)同決策。農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行框架如圖2所示。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)交互平臺 該平臺要求參與主體創(chuàng)建協(xié)調(diào)一致的項目數(shù)字信息和文本信息，并賦予各參與主體不同的權(quán)限。在項目運(yùn)行過程中，各參與主體可基于各自權(quán)限在技術(shù)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)中瀏覽、提取、輸入、更新或修改項目信息。在無法統(tǒng)一工作地點的情況下，該平臺還支持視頻會議、模型同步瀏覽等。

圖2 農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行框架

2.2.2 信息技術(shù) 信息技術(shù)涵蓋前文所構(gòu)建的BIM-GIS技術(shù)框架中的內(nèi)容，是整個協(xié)同運(yùn)行模式的技術(shù)核心。其中，農(nóng)地整治項目信息模型將與項目實體同時交付給業(yè)主。該模型集成了設(shè)計和施工階段項目實體的空間信息和物理信息，可為項目后期管護(hù)提供信息支持，與RFID技術(shù)聯(lián)合還可實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)地整治項目動態(tài)管理。

2.2.3 管理手段 管理手段包括：(1)目標(biāo)/決策。要求協(xié)同團(tuán)隊成員共同制定項目造價、工期、質(zhì)量等目標(biāo)，聯(lián)合參與各項論證、評審與決策，充分利用各方的專業(yè)知識和技能，以保證目標(biāo)和決策的科學(xué)性，并最大限度地兼顧各主體的合理利益訴求，激發(fā)各主體參與積極性。(2)多方合同。傳統(tǒng)工程合同框架下，參與主體關(guān)注自身利益，缺乏相互合作動力，項目無法實現(xiàn)整體最優(yōu)。協(xié)同運(yùn)行模式要求根據(jù)項目條件，由核心參與主體代表即協(xié)同團(tuán)隊成員共同簽訂多方合同，約束各方共同對成本、工期、質(zhì)量負(fù)責(zé)，使之成為風(fēng)險共擔(dān)、利益共享的共同體。(3)團(tuán)隊關(guān)系。根據(jù)項目特點靈活調(diào)整參與主體角色，構(gòu)建適宜的組織構(gòu)架與領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系。團(tuán)隊關(guān)系建設(shè)中尤其要注重激發(fā)基層政府積極性，使其在團(tuán)隊中充分發(fā)揮上傳下達(dá)功能，將農(nóng)民個體利益集合為集體利益向上表達(dá)，使項目目標(biāo)與實際需求有效對接。(4)工作制度。一是各方盡早參與，各方應(yīng)在概念化階段介入項目的討論與決策，以便基于可視化、模擬化提前完成部分設(shè)計變更。二是統(tǒng)一工作地點，協(xié)同團(tuán)隊成員需在同一辦公地點面對面進(jìn)行頻繁的討論與交流，以提高交流效率。三是公開財務(wù)，這既是合同對參與各方的約束條件，也是增加參與各方之間信任的手段。

2.2.4 協(xié)同團(tuán)隊 該團(tuán)隊由各參與主體的代表組成，與參與主體簽訂多方協(xié)議，是具有共同目標(biāo)的責(zé)任實體，在進(jìn)行項目決策和糾紛處理時能更好地兼顧各方利益，吸收各方知識。協(xié)同團(tuán)隊運(yùn)用信息技術(shù)和管理手段組織項目協(xié)同工作流的運(yùn)行，控制關(guān)鍵性工作的進(jìn)展，具有實際的決策權(quán)。構(gòu)建協(xié)同團(tuán)隊對于促進(jìn)農(nóng)民有效參與具有重要意義。傳統(tǒng)模式下有限的知識水平會影響農(nóng)民對項目的認(rèn)知，降低其與技術(shù)人員的交流效率，導(dǎo)致其參與行為普遍趨于形式化。在協(xié)同模式下，農(nóng)民借助可視化模擬技術(shù)充分理解項目的實施意圖，經(jīng)由協(xié)同團(tuán)隊與設(shè)計人員進(jìn)行有效的信息交流，進(jìn)而利用其鄉(xiāng)土知識優(yōu)勢有效參與項目的決策與管理，使農(nóng)地整治項目與農(nóng)民實際需求準(zhǔn)確對接。

2.2.5 協(xié)同信息流與協(xié)同工作流 BIM-GIS數(shù)據(jù)中心收集、整合各主體提供的數(shù)據(jù)和信息，允許各主體在權(quán)限范圍內(nèi)瀏覽、調(diào)用其他主體信息，提供多專業(yè)協(xié)同的信息共享服務(wù)，使得數(shù)據(jù)和信息得以集結(jié)并在各主體間流動傳遞，形成貫穿于各階段的協(xié)同信息流；BIM-GIS平臺集結(jié)項目各階段的實踐活動，使主體間合作關(guān)系由“一對多”或“多對多”的關(guān)聯(lián)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸鄬σ弧钡膮f(xié)同模式，各項工作的運(yùn)行也由離散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛谕恍畔⒛Ｐ偷臄U(kuò)展與應(yīng)用，從而形成完整、有序的協(xié)同工作流。

3 結(jié)論與建議

本文基于BIM特點、協(xié)同思想以及兩者的契合關(guān)系，對農(nóng)地整治中的BIM應(yīng)用路徑與農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行進(jìn)行了研究，指出BIM與GIS聯(lián)合是提升農(nóng)地整治效率的重要技術(shù)手段，并設(shè)計了BIM-GIS技術(shù)框架；提出以信息為基礎(chǔ)，模型為核心，協(xié)同為功能的農(nóng)地整治項目協(xié)同運(yùn)行構(gòu)想，并系統(tǒng)分析了協(xié)同運(yùn)行的要素與流程。BIM的推行需克服技術(shù)、團(tuán)隊、業(yè)務(wù)流程、法律和合同等諸多困難[13]，加之農(nóng)地整治涉及利益主體多、利益關(guān)系復(fù)雜，因而構(gòu)建BIM協(xié)同運(yùn)行模式必然面臨諸多障礙。本文提出以下建議以期為推進(jìn)農(nóng)地整治項目的協(xié)同運(yùn)行提供參考。

3.1 探索BIM在農(nóng)地整治領(lǐng)域的應(yīng)用

科技進(jìn)步對農(nóng)地整治具有巨大推動作用。BIM和GIS的集成作為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的前沿技術(shù)，已在建筑工程、橋梁工程、數(shù)字城市、軌道交通等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了協(xié)同應(yīng)用。農(nóng)地整治中GIS的應(yīng)用已趨成熟，其進(jìn)一步與BIM聯(lián)合將成為農(nóng)地整治行業(yè)技術(shù)革新的新方向。目前，兩項技術(shù)的發(fā)展水平存在差異，因此建議先行探索BIM的獨立運(yùn)用，待技術(shù)成熟、功能完善、價值顯現(xiàn)后再開展BIM-GIS的聯(lián)合運(yùn)用。農(nóng)地整治工程通常結(jié)構(gòu)單一、施工風(fēng)險低、工程數(shù)據(jù)較為簡單，研發(fā)和運(yùn)用相關(guān)BIM技術(shù)的難度較小，加之可借鑒其他工程領(lǐng)域BIM的研究成果和實踐經(jīng)驗，因而在農(nóng)地整治領(lǐng)域推行BIM具有明顯的后發(fā)優(yōu)勢。

3.2 推進(jìn)農(nóng)地整治項目的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

BIM運(yùn)行的關(guān)鍵在于“信息”的集成與共享，這就需要通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范來約束各參與主體的技術(shù)行為，以確保信息交換和專業(yè)協(xié)作的順利進(jìn)行。根據(jù)農(nóng)地整治項目的運(yùn)行現(xiàn)狀，要實現(xiàn)基于BIM的協(xié)同運(yùn)行需要：(1)開展農(nóng)地整治項目數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)的研究，以實現(xiàn)BIM與GIS集成下的信息交互。(2)開展農(nóng)地整治項目信息化標(biāo)準(zhǔn)的研究，以探索行業(yè)自身的BIM發(fā)展路徑。(3)開展農(nóng)地整治項目多主體群決策的研究，為協(xié)同團(tuán)隊制定項目目標(biāo)、解決突發(fā)問題、科學(xué)決策提供技術(shù)支持。(4)修訂農(nóng)地整治項目規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、預(yù)算定額等系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)BIM技術(shù)的特征和要求，為農(nóng)地整治項目提供切實可行的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 創(chuàng)新農(nóng)地整治項目的管理制度

協(xié)同運(yùn)行將是農(nóng)地整治項目治理的新方向。BIM為協(xié)同運(yùn)行提供了必要的技術(shù)保障，但相關(guān)管理制度的建設(shè)仍是協(xié)同運(yùn)行成敗的關(guān)鍵。因此：(1)考慮信息化對主體認(rèn)知水平的要求，需完善農(nóng)地整治項目招投標(biāo)制度，逐步提高設(shè)計和施工企業(yè)準(zhǔn)入門檻，同時建立農(nóng)地整治技術(shù)農(nóng)民培訓(xùn)制度，提高農(nóng)民的認(rèn)知水平和參與能力。(2)制定設(shè)計變更管理制度，充分利用BIM的可視化和模擬功能減少設(shè)計變更的發(fā)生。(3)改革現(xiàn)有項目驗收管理制度，除了項目實體的驗收備案，農(nóng)地整治項目信息模型也應(yīng)納入驗收、交付的范圍。(4)根據(jù)項目協(xié)同運(yùn)行框架，制定協(xié)同團(tuán)隊工作制度，形成多主體治理結(jié)構(gòu)，落實農(nóng)地整治共同責(zé)任。(5)以協(xié)同團(tuán)隊為基礎(chǔ)，進(jìn)一步創(chuàng)新和完善農(nóng)地整治項目的治理結(jié)構(gòu)，真正形成“政府主導(dǎo)、國土搭臺、部門聯(lián)動、群眾參與、整合資源、整體推進(jìn)”的工作機(jī)制。