數(shù)字技術(shù)助力工程建設(shè)行業(yè)模式創(chuàng)新

近年來，以BIM（建筑信息模型）技術(shù)為代表的建筑信息化新型技術(shù)，在我國建筑領(lǐng)域的應(yīng)用正逐步興起，也得到業(yè)內(nèi)眾多人士的認(rèn)可。新形勢下，應(yīng)充分利用數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)，在工程生態(tài)價值鏈條重組中占得先機(jī)，早已成為業(yè)界的共識。BIM正向設(shè)計、設(shè)計施工一體化、數(shù)字集成交付、裝配式建筑等，既是未來工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的重要方向，也是工程建設(shè)行業(yè)未來發(fā)展的必然要求。但是，BIM在發(fā)展中還普遍存在著一些問題，如BIM模型的全過程延用存在較大困難；BIM技術(shù)的信息化特性未被有效認(rèn)識，等等。本文分析了當(dāng)前BIM技術(shù)面臨的應(yīng)用困境以及工程建設(shè)企業(yè)面臨的轉(zhuǎn)型壓力，提出了轉(zhuǎn)型的建議和潛在的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方向，以期為行業(yè)轉(zhuǎn)型創(chuàng)新提供參考。

企業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型沒有回頭路

近年來，BIM技術(shù)在政策環(huán)境、市場環(huán)境、理論研究、項(xiàng)目實(shí)踐等方面都有了較大的發(fā)展，BIM技術(shù)應(yīng)用逐漸常態(tài)化，其價值已得到社會的公認(rèn)，BIM技術(shù)已成為一種通用的工程建設(shè)技術(shù)[1]。隨著信息時代的到來，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)對各行業(yè)改造逐漸深入，工程建設(shè)行業(yè)作為信息化程度偏低的行業(yè)，信息技術(shù)對其的改造已提上日程。信息技術(shù)不只是打通上下游的關(guān)系，而是顛覆、重構(gòu)工程建設(shè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條和信息組織方式，通過對各個環(huán)節(jié)的改造達(dá)到了提升效率、優(yōu)化資源配置、優(yōu)化流程的目的。信息技術(shù)的發(fā)展給工程建設(shè)行業(yè)的各參與單位帶來了新的機(jī)遇。新形勢下，企業(yè)轉(zhuǎn)型、商業(yè)模式重構(gòu)，成為工程建設(shè)行業(yè)相關(guān)企業(yè)迫切需要思考的問題。

企業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型不僅沒有回頭路，而且是當(dāng)前工程建設(shè)企業(yè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)對建筑行業(yè)的變革已經(jīng)開始，而且這場變革是深入的、徹底的[2]。將信息技術(shù)與工程建設(shè)行業(yè)充分結(jié)合，盡早占領(lǐng)業(yè)務(wù)新領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)行業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型的有效手段。在企業(yè)轉(zhuǎn)型和商業(yè)模式重構(gòu)過程中，應(yīng)以合理利益分享為基礎(chǔ)建立企業(yè)價值觀，與上下游企業(yè)形成緊密的業(yè)務(wù)鏈條和清晰的利益鏈條，在行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中找到自身的生存空間；充分利用數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)，全面實(shí)施信息化管理，依據(jù)實(shí)時經(jīng)營狀況及時決策，建立快速響應(yīng)、決策機(jī)制，提升企業(yè)管理和工程項(xiàng)目建設(shè)管理效率。在企業(yè)轉(zhuǎn)型過程中，以企業(yè)整體利益最大化為唯一目標(biāo)和核心考核指標(biāo)，鼓勵圍繞差異性核心競爭力的技術(shù)與模式創(chuàng)新，從資本角度而非經(jīng)營考核角度，獎勵企業(yè)經(jīng)營的“個人英雄”，都是行業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型過程中應(yīng)該考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。

工程建設(shè)企業(yè)轉(zhuǎn)型面臨的問題與困惑

雖然BIM技術(shù)在各領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)的重要性在工程建設(shè)行業(yè)內(nèi)部也得到廣泛的認(rèn)可，但工程建設(shè)企業(yè)轉(zhuǎn)型仍面臨一些BIM技術(shù)應(yīng)用方面的問題與困惑。

BIM模型的全過程延用存在較大困難

BIM技術(shù)價值的最大化在于全過程應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)信息從設(shè)計到施工，再到后期運(yùn)維的有效傳遞[3]。目前，設(shè)計、施工BIM的一體化實(shí)施還存在較大困難，施工到運(yùn)維的模型傳遞仍處于探索階段。設(shè)計階段的BIM模型是以建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)為建模對象，設(shè)計BIM模型創(chuàng)建的目的是為了高效表達(dá)設(shè)計理念及各專業(yè)之間的關(guān)系；而施工階段的BIM模型以土方開挖、底板澆筑、主體結(jié)構(gòu)施工等分部分項(xiàng)工程為建模對象，旨在保證各分部分項(xiàng)工程順利建設(shè)完成；運(yùn)維BIM模型以空間、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等運(yùn)維專項(xiàng)為建模對象，目的是滿足空間管理、設(shè)備管理、應(yīng)急處理等業(yè)務(wù)管理的需要。設(shè)計、施工、運(yùn)維三個階段的BIM模型的建模對象、應(yīng)用目的存在較大的差異，目前，這種需求差異給設(shè)計、施工、運(yùn)維的全過程BIM應(yīng)用帶來了較大困難。（表1）

BIM技術(shù)的信息化特性未被有效認(rèn)識

BIM技術(shù)本質(zhì)上是一種信息化技術(shù)，BIM技術(shù)在解決工程技術(shù)問題的同時，應(yīng)更多地利用模型附帶的信息發(fā)揮BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中的價值，通過非幾何信息的傳遞和共享，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過程的優(yōu)化和流程再造[4]。信息化思維的核心在于信息的生產(chǎn)、傳遞、共享和使用，工程項(xiàng)目全過程信息傳遞的方式還遠(yuǎn)未形成。多數(shù)情況下，BIM只被看作工程建設(shè)的一種輔助技術(shù)，而沒有從信息產(chǎn)生、信息流轉(zhuǎn)、信息應(yīng)用的角度去認(rèn)識BIM，沒有形成工程項(xiàng)目信息化管理思維。

目前，運(yùn)維階段對施工階段的信息要求，以及施工階段對設(shè)計階段的信息要求是不明確的，基本的信息標(biāo)準(zhǔn)是缺失的，導(dǎo)致后續(xù)階段對前序階段的信息要求不清，無法形成有效的信息繼承和傳遞需求。信息化的價值在于推動工程建設(shè)行業(yè)從傳統(tǒng)建造到精確建造再到智慧建造的轉(zhuǎn)變、打破時空限制，實(shí)現(xiàn)信息流程的優(yōu)化和重組。在傳統(tǒng)工程建設(shè)流程中，后續(xù)環(huán)節(jié)信息的前置以及前序環(huán)節(jié)信息的后置的信息共享模式還未形成，迫切需要建立基于“BIM+信息化”的工程項(xiàng)目智慧建管新模式。

BIM技術(shù)的未來創(chuàng)新應(yīng)用

在新階段，工程建設(shè)企業(yè)轉(zhuǎn)型應(yīng)充分利用數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)，從信息傳遞、信息交互、信息共享的角度實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

BIM正向設(shè)計及設(shè)計施工一體化是大勢所趨

目前，工程建設(shè)行業(yè)對BIM技術(shù)的認(rèn)識還未統(tǒng)一，有人認(rèn)為BIM就是模型；有人認(rèn)為BIM是設(shè)計工具；有人認(rèn)為BIM是工程信息的載體；還有人將BIM技術(shù)作為工程項(xiàng)目建設(shè)管理的方法[5]。從其基礎(chǔ)來看，BIM首先是一種先進(jìn)的設(shè)計工具，在設(shè)計環(huán)節(jié)和原始數(shù)據(jù)創(chuàng)建環(huán)節(jié)為工程項(xiàng)目提供了一項(xiàng)新工具[6]。從信息、數(shù)據(jù)高效傳遞和利用的角度來看，正向設(shè)計日益成為業(yè)主對設(shè)計單位的一項(xiàng)新技術(shù)要求，BIM正向設(shè)計將是未來項(xiàng)目設(shè)計的發(fā)展目標(biāo)。

BIM正向設(shè)計從方案設(shè)計到成果交付均采用BIM三維模型完成，實(shí)現(xiàn)設(shè)計信息參數(shù)化、專業(yè)協(xié)同、計算與模型結(jié)合、設(shè)計成果自動輸出等，具有一模多用的特點(diǎn)。正向設(shè)計的關(guān)鍵在于對設(shè)計信息高效識別、無障礙傳遞和準(zhǔn)確表達(dá)，可以極大地提高工程設(shè)計效率、提升設(shè)計品質(zhì)，加強(qiáng)設(shè)計信息的傳遞和延用（圖1）。

表1 設(shè)計、施工和運(yùn)維階段BIM模型創(chuàng)建和應(yīng)用

BIM正向設(shè)計是項(xiàng)目設(shè)計的新方法、新模式，必將形成項(xiàng)目設(shè)計的新格局。由圖1可知，正向設(shè)計的工作量可以分為兩個階段：在可研和初設(shè)階段，正向設(shè)計（含建庫）的工作量要高于常規(guī)建模工作量，但在初設(shè)之后的階段，正向設(shè)計的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，在施工圖、施工深化、現(xiàn)場管控等階段的BIM正向設(shè)計明顯更具優(yōu)勢。由于正向設(shè)計的信息繼承和延用特性，其工作量平穩(wěn)增加，但常規(guī)建模的工作量急劇增加。設(shè)計單位通過大量正向設(shè)計項(xiàng)目實(shí)踐，積累形成構(gòu)件庫，降低正向設(shè)計的工作量。正向設(shè)計實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)的高效協(xié)同，避免了設(shè)計師和建模人員的信息溝通損失，避免由圖紙反復(fù)修改帶來的巨大模型修改工作量，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計階段和施工階段的有效銜接。從企業(yè)經(jīng)營的角度看，BIM正向設(shè)計明顯更符合企業(yè)運(yùn)營和市場的要求。

兼顧運(yùn)維需求的集成數(shù)字交付是設(shè)計企業(yè)無法回避的發(fā)展趨勢

面向工程全生命周期的全過程咨詢是設(shè)計企業(yè)的未來，而基于BIM的運(yùn)維服務(wù)是其價值體現(xiàn)的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付已成為工程建設(shè)行業(yè)對設(shè)計單位的新要求。設(shè)計階段作為工程建設(shè)的龍頭，需考慮BIM模型和信息在建筑全生命期的應(yīng)用需求。在交付階段實(shí)現(xiàn)集成數(shù)字交付，形成以模型為核心的交付成果組織形式，設(shè)計成果充分考慮施工階段和建筑運(yùn)維需要，包含必要的施工信息和運(yùn)維階段的基本信息。

集成數(shù)字交付，是信息社會發(fā)展、快速城鎮(zhèn)化和全球氣候變暖時代的客觀要求?？焖俪擎?zhèn)化和氣候變暖則需要更多地采用裝配式建造方式，需要更多的綠色建筑、綠色施工，這些都需要以BIM、信息技術(shù)、數(shù)字交付為基礎(chǔ)。時代發(fā)展推動集成數(shù)字交付，成為工程建設(shè)行業(yè)的新要求。集成數(shù)字交付將極大簡化項(xiàng)目交付流程，重組建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條，催生新的工程建設(shè)角色和要求，提供新的就業(yè)崗位和商業(yè)機(jī)會，推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方基于信息技術(shù)的協(xié)同，提升工程建設(shè)行業(yè)整體信息化水平和行業(yè)競爭力。

集成數(shù)字交付的實(shí)現(xiàn)大致需要經(jīng)歷以下3個階段：

第一，以BIM設(shè)計交付為主的初級階段。BIM是工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)集成數(shù)字交付的基礎(chǔ)，利用BIM開展協(xié)同設(shè)計、模擬分析、設(shè)計優(yōu)化等工作，形成以BIM為主的設(shè)計成果交付。

第二，虛擬設(shè)計和建造階段。將設(shè)計BIM交付成果延伸到施工階段，實(shí)現(xiàn)信息傳遞和協(xié)同建設(shè)，利用BIM虛擬建造減少項(xiàng)目建造中的錯誤和潛在風(fēng)險、優(yōu)化施工方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)計BIM成果向建筑實(shí)體的轉(zhuǎn)化。

第三，集成數(shù)字交付階段。集成數(shù)字交付不只是交付BIM模型，而是完整價值鏈的實(shí)時工程建設(shè)數(shù)據(jù)。以工程建設(shè)管理結(jié)果為導(dǎo)向，通過無線互聯(lián)、云計算、信息平臺等匯集工程建設(shè)各維度數(shù)據(jù)，形成工程建設(shè)數(shù)字檔案，建立基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)字信息技術(shù)的工程生態(tài)價值鏈，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)行業(yè)整體的產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進(jìn)步。

集成數(shù)字交付是未來工程建設(shè)行業(yè)的必然要求，其實(shí)現(xiàn)不可一蹴而就，需要政府、協(xié)會、企業(yè)、高校、科研院所等多方的共同努力，從政策引導(dǎo)、理論研究、項(xiàng)目實(shí)踐等不同的方面共同推動，特別是政府部門的前瞻性及科學(xué)合理的引導(dǎo)、推動、助力對集成數(shù)字交付的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的價值。

BIM是裝配式建筑整體解決方案的基礎(chǔ)

像造汽車一樣造房子，一直是工程建設(shè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，提升工程建設(shè)行業(yè)的建筑工業(yè)化和信息化水平，實(shí)現(xiàn)“兩化”融合是當(dāng)前建筑行業(yè)的重要任務(wù)，建筑工業(yè)化是未來建筑發(fā)展的必然趨勢[7]。裝配式建筑以其施工周期短、靈活簡便、施工質(zhì)量高、污染小、節(jié)能、節(jié)人、節(jié)材等特點(diǎn)，在工程建設(shè)行業(yè)越來越得到廣泛關(guān)注和快速發(fā)展，裝配式建筑也是工程建設(shè)行業(yè)落實(shí)“兩化”融合的重要方式，推動我國建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展[8]。裝配式建筑通過工廠預(yù)制加工，運(yùn)送到現(xiàn)場進(jìn)行組裝、拼裝實(shí)現(xiàn)建筑建造。在裝配式建筑實(shí)施過程中，BIM技術(shù)是其基礎(chǔ)，數(shù)字化模型是構(gòu)件拆分、工廠加工、現(xiàn)場組裝模擬的基礎(chǔ)，發(fā)揮著基礎(chǔ)支撐作用（圖2）。

圖2 基于BIM的裝配式建筑整體解決方案

在建筑設(shè)計階段，BIM技術(shù)通過三維建?？梢孕蜗蟮卣故窘ㄖЧ瑥某杀?、運(yùn)維、安裝等角度以最優(yōu)方式對建筑構(gòu)件進(jìn)行拆分；基于拆分的構(gòu)件，工廠進(jìn)行預(yù)制加工，生產(chǎn)完成實(shí)體構(gòu)件，并粘貼二維碼進(jìn)行構(gòu)件跟蹤；在構(gòu)件運(yùn)輸中，利用BIM技術(shù)不僅可以優(yōu)化臨時道路和運(yùn)輸路線，而且可以最大限度地減少二次運(yùn)輸?shù)目赡苄?；在現(xiàn)場施工中，基于BIM可以模擬構(gòu)件堆放、模擬吊裝安裝工序等，有效保證施工質(zhì)量。裝配式建筑的核心是集成，信息化是整合的基礎(chǔ)。BIM技術(shù)在裝配式建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，BIM、數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)是裝配式高質(zhì)量實(shí)施的基礎(chǔ)。

原創(chuàng)新材料+BIM技術(shù)+合理的商業(yè)運(yùn)作模式是裝配式建筑的核心競爭力。在BIM技術(shù)充分應(yīng)用的基礎(chǔ)上，裝配式材料的創(chuàng)新顯得尤為重要。在裝配式建筑材料選型中，太空板（發(fā)泡水泥復(fù)合板）具有支持大跨度、節(jié)能環(huán)保、承載能力強(qiáng)、隔聲隔熱、耐火、使用壽命長等特點(diǎn)，逐漸成為裝配式建筑的一種主要材料[9]。BIM+太空板的組合模式為裝配式建筑建造提供了高效解決方案。

總結(jié)與展望

本文對BIM技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，分析了新形勢下工程建設(shè)企業(yè)面臨的轉(zhuǎn)型壓力和轉(zhuǎn)型方向，從互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)角度重新認(rèn)識BIM技術(shù)，突出數(shù)字技術(shù)對行業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)作用。

數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展使得工程建設(shè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型迫在眉睫，傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目建設(shè)管理方式已不能滿足信息時代的建設(shè)要求。工程建設(shè)行業(yè)企業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新發(fā)展是唯一出路，而且沒有回頭路。

隨著信息時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)化是工程建設(shè)行業(yè)必須經(jīng)歷的階段，需要用產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維重新認(rèn)識工程建設(shè)行業(yè)。正向設(shè)計、設(shè)計施工一體化、數(shù)字交付，是未來BIM技術(shù)應(yīng)用的重要方向，BIM技術(shù)的本質(zhì)是信息化技術(shù)，是信息的繼承、傳遞和集成，需要從信息生產(chǎn)、流轉(zhuǎn)和使用的角度形成一體化的工程建設(shè)管理新模式。

裝配式建造在未來工程建設(shè)行業(yè)中將大有所為。工業(yè)化與信息化的融合是工程建設(shè)行業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展需求，裝配式建造可以極大地提升工程建設(shè)效率、降低工程建設(shè)的社會總成本、減少污染，是工程建設(shè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。