數(shù)字化技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用分析

李旺順

（中電建路橋集團(tuán)東部投資有限公司，山東濟(jì)南261400）

0 引言

隨著交通建設(shè)行業(yè)工業(yè)化改革、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的持續(xù)深化，高速鐵路數(shù)字化施工已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。目前，在數(shù)字化施工中應(yīng)用的技術(shù)，包括了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、BIM 技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等。

從目前的施工經(jīng)驗(yàn)來看，數(shù)字化技術(shù)不僅能夠改變?nèi)藗儗?duì)施工的認(rèn)知，更能在整體上提高施工效率。尤其在總項(xiàng)目施工、分部項(xiàng)目施工、子項(xiàng)目施工方面，可以選擇不同數(shù)字化技術(shù)的功能與多元化的應(yīng)用方式，形成“大系統(tǒng)+小系統(tǒng)”的應(yīng)用模式，對(duì)高速鐵路施工的全過程進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理，通過施工環(huán)節(jié)的數(shù)字化升級(jí)，提高在建項(xiàng)目的全要素生產(chǎn)率。下文將對(duì)其進(jìn)行具體分析。

1 數(shù)字化技術(shù)概述

1.1 內(nèi)涵

從概念界定來看，數(shù)字化技術(shù)（Digitization Technology）是指借助計(jì)算機(jī)設(shè)備、光纖設(shè)備、通信衛(wèi)星設(shè)備等載體，通過數(shù)字編碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)、采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理及利用的技術(shù)。它是信息化技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物，但是與信息化技術(shù)存在本質(zhì)差異。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，在現(xiàn)實(shí)的組織機(jī)構(gòu)中，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，可以較好的構(gòu)建動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型，并通過數(shù)據(jù)模型完成對(duì)組織機(jī)構(gòu)運(yùn)營中各類數(shù)據(jù)的管理。

1.2 特征

首先，數(shù)字化技術(shù)具有系統(tǒng)性特征。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以通過挖掘應(yīng)用對(duì)象的構(gòu)成要素、評(píng)估指標(biāo)、生成信息的數(shù)據(jù)共性特征，建立一個(gè)能夠進(jìn)行系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)化管理體系。其次，在基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)化管理體系中，通常以數(shù)據(jù)分析為核心，利用數(shù)據(jù)模型開展具體的數(shù)據(jù)化管理。雖然呈現(xiàn)了虛擬化特征，但卻能夠通過虛擬數(shù)據(jù)反映出現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的物質(zhì)存在，并使二者之間建立起一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而借助虛擬數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，輔助現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)的完成。最后，數(shù)字化技術(shù)體現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化、智慧化的特征，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)能夠呈現(xiàn)節(jié)約管理時(shí)間、提高工作效率等優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)字化技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 保障施工設(shè)計(jì)方案有效落實(shí)

目前，在高速鐵路工程中應(yīng)用了多種類型的數(shù)字化技術(shù)。例如，在高速鐵路工程生產(chǎn)建設(shè)中，可以利用BIM 技術(shù)完成對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的深化與優(yōu)化。將設(shè)計(jì)好的二維電子設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入3D Revit 軟件后，即可建立關(guān)于高速鐵路總項(xiàng)目、分部項(xiàng)目、子項(xiàng)目及各類構(gòu)件的模型。同時(shí)，通過應(yīng)用該軟件中的“族庫”功能，還能夠完成高速鐵路工程要素清單的制作，根據(jù)各類要素對(duì)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而借助幾何模型與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，開展查詢、檢查、分析等工作。

由于當(dāng)前高速鐵路工程實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、施工一體化，因而在應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)，能夠進(jìn)一步將Revit 模型導(dǎo)入4D Navisworks 軟件，實(shí)施在線可視化施工模擬，提前預(yù)測(cè)施工中潛在的風(fēng)險(xiǎn)并制定有效的解決方案。由此可見，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有利于保障施工設(shè)計(jì)方案的有效落實(shí)。

2.2 推動(dòng)施工建設(shè)與管理一體化

現(xiàn)代高速鐵路工程在完成工業(yè)化改革、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型后，劃分出了工程生產(chǎn)建設(shè)、生產(chǎn)管理兩大部分。在生產(chǎn)建設(shè)方面，按照產(chǎn)業(yè)鏈思維，構(gòu)建出了以高速鐵路工程研發(fā)、設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)維管理為基本內(nèi)容的產(chǎn)業(yè)鏈條。因而，在應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，即可開展系統(tǒng)性施工，使產(chǎn)業(yè)鏈條上的各個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到數(shù)字化施工目標(biāo)。尤其是在應(yīng)用項(xiàng)目管理技術(shù)后，可以對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈條上的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的專項(xiàng)化管理，從而提高生產(chǎn)管理效率。所以，在當(dāng)前的高速鐵路工程的生產(chǎn)、建設(shè)中運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，有利于推動(dòng)施工建設(shè)與施工管理向著一體化方向發(fā)展，擴(kuò)增施工效用[1]。

2.3 提高施工生產(chǎn)建設(shè)的總體水平

現(xiàn)階段，我國高速鐵路工程規(guī)模大、功能復(fù)雜、工期長(zhǎng)、投入成本多，因而在生產(chǎn)、建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。

但是，在應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，不僅可以使業(yè)主、建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等實(shí)際參與工程生產(chǎn)、建設(shè)的各方，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)化平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)信息交互與數(shù)據(jù)共享，也能夠通過數(shù)字化技術(shù)，對(duì)分部項(xiàng)目、子項(xiàng)目等開展同步數(shù)據(jù)化管理。尤其在數(shù)字化施工條件下，可將系統(tǒng)性管理、專項(xiàng)化管理相結(jié)合，將進(jìn)度、施工、成本、環(huán)境、質(zhì)量、文檔、資源、變更等管理方案，獨(dú)立貫徹到施工的全過程當(dāng)中，同時(shí)還可以讓不同的管理小組之間，以數(shù)據(jù)化平臺(tái)為基礎(chǔ)，開展協(xié)同管理。

因此，在現(xiàn)代高速鐵路工程中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，提高了施工生產(chǎn)建設(shè)的總體水平，呈現(xiàn)了傳統(tǒng)施工向數(shù)字化施工的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也推動(dòng)了“智慧工地”的有效落實(shí)。

3 數(shù)字化技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 數(shù)字化施工理念比較滯后

從整體來看，在高速鐵路施工中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，確實(shí)創(chuàng)建了數(shù)字化施工方案。但是，當(dāng)前部分企業(yè)卻并未意識(shí)到數(shù)字化技術(shù)背后的數(shù)字化思維，由此導(dǎo)致了實(shí)踐應(yīng)用水平提升了，但施工理念仍然比較滯后的現(xiàn)象。

例如，在數(shù)字化施工條件下，部分從事生產(chǎn)、建設(shè)的企業(yè)仍然沿用項(xiàng)目管理辦法，沒有對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈思維、數(shù)字化思維、系統(tǒng)性思維之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行充分開發(fā)與挖掘，由此造成了數(shù)字化技術(shù)在高速鐵路施工中應(yīng)用時(shí)，不能全面落實(shí)到產(chǎn)業(yè)鏈條上的各個(gè)環(huán)節(jié)中。同時(shí)，在施工管理方面，也沒有對(duì)施工前的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工后的運(yùn)維環(huán)節(jié)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從而弱化了數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)性應(yīng)用。

又如，數(shù)字化技術(shù)以數(shù)字化思維為先導(dǎo)，旨在通過深化互聯(lián)網(wǎng)思維，發(fā)掘互聯(lián)網(wǎng)思維中的“信息交互”特征，并將該特征與數(shù)字化思維中的“數(shù)據(jù)共享”特征聯(lián)合起來，進(jìn)行綜合應(yīng)用。具體來說，通過“互聯(lián)網(wǎng)+高速鐵路施工”改革獲得的成果，與當(dāng)前的數(shù)字化技術(shù)結(jié)合起來，在深度的理論層面、精度的指標(biāo)化層面、廣度的應(yīng)用范圍層面，深化高速鐵路施工建設(shè)與施工管理工作。可是，部分企業(yè)并未意識(shí)到這種深化的必要性，因此導(dǎo)致了本土市場(chǎng)轉(zhuǎn)型動(dòng)力不足、在全球同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中難以爭(zhēng)奪行業(yè)質(zhì)量體系管理標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)的情況。

3.2 數(shù)字化施工方案研發(fā)不足

近年來，受到工業(yè)設(shè)計(jì)思想的影響，高速鐵路工程生產(chǎn)、建設(shè)方式發(fā)生了較大變化。以裝配式生產(chǎn)、建設(shè)方式為例，一方面在應(yīng)用工業(yè)設(shè)計(jì)思想后實(shí)現(xiàn)了“預(yù)制件工廠化生產(chǎn)”“生產(chǎn)建設(shè)裝配化處理”，另一方面劃分出了預(yù)制梁場(chǎng)、施工現(xiàn)場(chǎng)板塊，并根據(jù)不同的板塊研發(fā)、設(shè)計(jì)專業(yè)化程度較高的數(shù)字化施工方案，利用數(shù)據(jù)化技術(shù)之間的功能連接、通訊關(guān)聯(lián)，使整個(gè)高速鐵路工程在宏觀上以工業(yè)化生產(chǎn)模式完成施工建設(shè)工作。目前，我國從事生產(chǎn)、建設(shè)的企業(yè)在數(shù)字化施工方案的研發(fā)、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，雖然加大了投資比重，但是受理論創(chuàng)新不足、對(duì)工業(yè)化思想研究較少、數(shù)字化施工中的專業(yè)分工不精準(zhǔn)等因素影響，數(shù)字化施工方案的研發(fā)水平較低。

例如，在高速鐵路施工方案的研發(fā)、設(shè)計(jì)過程中，以ERP 模式為主，施工方案的設(shè)計(jì)與施工均由同一個(gè)總承包方來完成。而在完成施工總方案的研發(fā)、設(shè)計(jì)后，總承包方往往并不會(huì)運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)思想對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)、施工現(xiàn)場(chǎng)做進(jìn)一步分析，所以，盡管預(yù)制梁施工達(dá)到了工廠化的生產(chǎn)目標(biāo)，但預(yù)制梁場(chǎng)、施工現(xiàn)場(chǎng)之間卻沒有完成工廠化生產(chǎn)的閉環(huán)建設(shè)。從表面看，產(chǎn)生這一問題的原因是，總承包方在劃分出預(yù)制件生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配施工后，沒有按照工業(yè)設(shè)計(jì)思想對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行精細(xì)化分析與專業(yè)化分工。而根本原因，則是總承包方?jīng)]有使各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全面關(guān)聯(lián)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化分析。

所以，當(dāng)總承包方在對(duì)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用不足時(shí)，就會(huì)造成施工方案研發(fā)不足的連鎖反應(yīng)。反過來，當(dāng)施工方案的研發(fā)、設(shè)計(jì)過程中缺少了對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)思想的科學(xué)運(yùn)用，也會(huì)使數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用受到限制。

3.3 數(shù)字化施工效用相對(duì)較低

與傳統(tǒng)施工方式相比，信息化施工可以提高施工效率。而與信息化施工相比，數(shù)字化施工則可以擴(kuò)增施工效用。當(dāng)前，多數(shù)從事生產(chǎn)、建設(shè)的企業(yè)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用了適用性較強(qiáng)的數(shù)字化技術(shù)。然而，在應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，仍然有部分企業(yè)抱怨不能達(dá)到預(yù)期的施工效果。簡(jiǎn)單講，就是數(shù)字化施工效果相對(duì)較低。根據(jù)現(xiàn)階段的研討結(jié)果來看，這主要是企業(yè)對(duì)數(shù)字化技術(shù)的功能應(yīng)用、協(xié)同應(yīng)用不合理所致。

例如，在應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)，有的企業(yè)只注重在深化設(shè)計(jì)方面的功能，有的企業(yè)則更關(guān)注BIM 技術(shù)中的可視化模擬功能、碰撞檢查功能。多數(shù)企業(yè)已經(jīng)建立了信息化管理系統(tǒng)，但在應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)，卻未能建立基于BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，因而造成信息管理系統(tǒng)、Revit 軟件、Navisworks 軟件之間功能關(guān)聯(lián)不足，進(jìn)一步導(dǎo)致了信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、軟件中的數(shù)據(jù)之間不能有效進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比、分析的問題。

又如，高速鐵路施工時(shí)，通常要成立專項(xiàng)管理小組，在施工過程中，各個(gè)管理小組還要借助數(shù)字化技術(shù)開展協(xié)同管理。然而，部分從事生產(chǎn)、建設(shè)的企業(yè)并沒有區(qū)分清楚信息化管理、數(shù)據(jù)化管理之間的本質(zhì)區(qū)別，在應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)時(shí)，只應(yīng)用信息化管理方法，只依賴獨(dú)立的功能，而沒有充分聯(lián)動(dòng)不同的數(shù)字化技術(shù)。以BIM 技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用為例，大數(shù)據(jù)技術(shù)是為了即時(shí)獲取分部項(xiàng)目、子項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目同步管理。而BIM 技術(shù)的重點(diǎn)則集中在設(shè)計(jì)與施工一體化的條件下，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)各方的信息交互。所以，在當(dāng)前的高速鐵路施工時(shí)，仍然需要將信息交互、數(shù)據(jù)共享結(jié)合起來，才能為協(xié)同管理提供必要的條件。

4 數(shù)字化技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用建議

4.1 運(yùn)用數(shù)字化思維，深化數(shù)字化施工認(rèn)知

首先，應(yīng)該對(duì)數(shù)字化技術(shù)背后的數(shù)字化思維進(jìn)行提煉，并按照數(shù)字化思維，梳理出施工建設(shè)要素、施工管理指標(biāo)、施工信息的數(shù)據(jù)共性特征，從而深化對(duì)數(shù)字化技術(shù)的理解。其次，應(yīng)該將產(chǎn)業(yè)鏈思維、數(shù)字化思維、系統(tǒng)性思維關(guān)聯(lián)起來，一方面劃分出高速鐵路工程產(chǎn)業(yè)鏈條，并結(jié)合“大系統(tǒng)+小系統(tǒng)”的應(yīng)用模式，解析施工中的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，從而利用數(shù)字化思維，將預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工現(xiàn)場(chǎng)的裝配施工統(tǒng)一到數(shù)據(jù)化管理體系中，并通過對(duì)總項(xiàng)目的系統(tǒng)性管理、分部項(xiàng)目與子項(xiàng)目的專項(xiàng)化管理，提高數(shù)字化施工建設(shè)與施工管理的效率。簡(jiǎn)單來說，就是將施工建設(shè)環(huán)節(jié)與施工管理流程對(duì)應(yīng)起來，利用系統(tǒng)性管理與專項(xiàng)化管理相結(jié)合的方式，構(gòu)建出一個(gè)以數(shù)字化技術(shù)為核心的高速鐵路數(shù)字化施工模式[2]。

4.2 開發(fā)數(shù)字化功能，研發(fā)數(shù)字化施工方案

建議對(duì)高速鐵路施工中常用的BIM 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行功能開發(fā)，從而在擴(kuò)大功能應(yīng)用的基礎(chǔ)上，促進(jìn)數(shù)字化施工方案研發(fā)水平的提高。具體來說，應(yīng)該將BIM 建模、族庫設(shè)置、可視化模擬、碰撞檢查、平臺(tái)化管理、設(shè)計(jì)與施工、管理一體化等功能進(jìn)行全面解析，按照構(gòu)建BIM 數(shù)據(jù)平臺(tái)、應(yīng)用相關(guān)功能的思路，研發(fā)數(shù)字化施工方案。例如，在高速鐵路工業(yè)設(shè)計(jì)思想已經(jīng)確立的前提下，將預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)、預(yù)制件運(yùn)輸、鐵路裝配的施工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一到平臺(tái)，開展針對(duì)施工全過程的數(shù)據(jù)化管理，從而使各方根據(jù)信息交互、數(shù)據(jù)共享的實(shí)際情況，調(diào)整各自的施工進(jìn)度，優(yōu)化施工方案。

4.3 實(shí)施聯(lián)合化運(yùn)用，擴(kuò)增數(shù)字化施工效用

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)應(yīng)集中在功能對(duì)接方面，高速鐵路施工應(yīng)注重各工種的協(xié)同合作。因此，實(shí)施數(shù)字化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，既符合數(shù)字化技術(shù)特征，也能滿足施工需要。建議在聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，一方面根據(jù)施工建設(shè)需求選擇數(shù)字化技術(shù)，如在工種協(xié)同施工方面，應(yīng)選擇BIM 技術(shù)搭建平臺(tái)，同時(shí)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)時(shí)分析施工情況，并根據(jù)分析報(bào)告指導(dǎo)各工種協(xié)同施工。另一方面，在施工管理中應(yīng)該按照“三步走”的方式，先制作施工要素清單、施工管理指標(biāo)，再利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)搭建要素庫、數(shù)據(jù)庫，并使各部門之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，最后借助大數(shù)據(jù)技術(shù)中的智能化分析功能，保障數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、抽取、分析以及生成報(bào)告、分發(fā)和分析報(bào)告、調(diào)整施工管理方案的落實(shí)，進(jìn)而達(dá)到擴(kuò)增數(shù)字化施工效用的目標(biāo)。

5 結(jié)語

總之，在新時(shí)期我國高速鐵路工程高質(zhì)量發(fā)展階段，數(shù)字化技術(shù)施工已經(jīng)發(fā)揮了較大作用，它有利于細(xì)化施工要素、完善施工技術(shù)指標(biāo)體系、提高施工信息管理水平。

通過以上的初步分析可以看出，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)增加，其功能獲得了較好開發(fā)與挖掘。但是，在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用過程中，由于人們?nèi)狈?duì)數(shù)字化技術(shù)背后的數(shù)字化思維的研討，沒有深入?yún)^(qū)分不同數(shù)字化技術(shù)的獨(dú)立應(yīng)用、協(xié)同應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，所以產(chǎn)生了應(yīng)用效應(yīng)不高的現(xiàn)象。因此，建議在當(dāng)前階段，應(yīng)盡可能結(jié)合高速鐵路數(shù)字化施工的實(shí)際情況，運(yùn)用數(shù)字化思維深化數(shù)字化施工認(rèn)知，通過開發(fā)數(shù)字化功能來研發(fā)數(shù)字化施工方案，實(shí)施數(shù)字化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，擴(kuò)增數(shù)字化施工的效用。