市政設(shè)計(jì)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型態(tài)勢(shì)研究

李 洋

(沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 沈陽市 110015)

1 設(shè)計(jì)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景

數(shù)字化的概念是伴隨著電子信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而產(chǎn)生的。從1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生至1969年因特網(wǎng)誕生至今歷經(jīng)七十余年，電子信息的記載、管理及傳播技術(shù)取得了劃時(shí)代的進(jìn)步，給人類社會(huì)帶來了深刻的變革，給世界上所有現(xiàn)代行業(yè)的信息管理技術(shù)帶來了巨大改變。數(shù)字化技術(shù)，是指利用計(jì)算機(jī)軟、硬件以及網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，對(duì)描述的對(duì)象進(jìn)行數(shù)字建模、存儲(chǔ)、處理、傳遞、分析、綜合優(yōu)化，從而達(dá)到精確描述和科學(xué)決策的過程和方法，數(shù)字化技術(shù)具有精度高、可編輯、傳遞迅速、便于存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換和集成等特點(diǎn)，因此數(shù)字化技術(shù)為各個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新提供了十分有力的工具。毋庸置疑，以效率和質(zhì)量為目的，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)是企業(yè)的必然意愿，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是二十一世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

我國市政行業(yè)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用開始于上世紀(jì)80年代，具有超大規(guī)模集成電路和獨(dú)立操作系統(tǒng)的PC機(jī)進(jìn)入國內(nèi)商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，部分國內(nèi)高等院校和科研機(jī)構(gòu)將其運(yùn)用于數(shù)據(jù)庫存貯管理、理論模型離散化分析以及應(yīng)用類軟件開發(fā)使用，1982年，John Walker和Dan Drake及Greg Lutz分別為PC機(jī)編寫出最初的AutoCAD1.0版本輔助繪圖程序，經(jīng)歷數(shù)次版本升級(jí)，CAD技術(shù)開始步入實(shí)用化階段，同時(shí)其面向PC機(jī)的商業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件亦經(jīng)不斷完善開始進(jìn)入工程技術(shù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，在上世紀(jì)80年代后期，隨著硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的成本大幅度下降，使得PC機(jī)和實(shí)用軟件進(jìn)入了更加廣泛的市場，并觸發(fā)了更多的軟件開發(fā)需求，CAD技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段，到上世紀(jì)90年代初期，國內(nèi)市政設(shè)計(jì)行業(yè)進(jìn)入“甩掉繪圖板”時(shí)代，市政設(shè)計(jì)單位積極推廣實(shí)施CAD技術(shù)、有限元分析技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)師們陸續(xù)完成了從手工制圖轉(zhuǎn)向電子繪圖，從手工計(jì)算轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助建模乃至程序開發(fā)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率和精確度大幅度提高，完成了設(shè)計(jì)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)單位內(nèi)部的初級(jí)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。從手工到電子自動(dòng)化，是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的第一次產(chǎn)業(yè)革命。

1994年，我國第一個(gè)全國性TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)CERNET建成，標(biāo)志著我國數(shù)字技術(shù)正式進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣域網(wǎng)使不同的設(shè)備相互連接，加快了信息的傳輸速度和拓寬信息的獲取渠道，信息傳播、知識(shí)資源分享突破了以往的諸多限制，其開放性、互動(dòng)性、時(shí)效性賦予數(shù)字技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用空間，我國互聯(lián)網(wǎng)歷經(jīng)二十余年高速發(fā)展，已經(jīng)成為國家新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展引擎和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，并催生出網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)社交、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、人工智能應(yīng)用等新興行業(yè)。2020年國家十四五規(guī)劃提出了發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、加強(qiáng)數(shù)字化智能化水平的戰(zhàn)略要求。在此背景下，市政設(shè)計(jì)行業(yè)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展面臨著更為廣闊的前景，同時(shí)也面臨著更加艱巨的任務(wù)和挑戰(zhàn)。

2 我國市政設(shè)計(jì)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展

2.1 初始階段

在上世紀(jì)90年代開始，我國市政設(shè)計(jì)行業(yè)開始逐漸采用以計(jì)算機(jī)設(shè)備和工程技術(shù)類軟件或辦公類軟件作為主要工具的設(shè)計(jì)工作模式，設(shè)計(jì)輔助繪圖類軟件(CAD)和工程專業(yè)技術(shù)類軟件不斷更新完善，CAD類軟件面向工程師提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)層面的工作平臺(tái)，借助二次開發(fā)工具，軟件開發(fā)者們更為各個(gè)細(xì)分專業(yè)設(shè)計(jì)出定制化的功能，其仿真程度更高，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析更加便捷直觀。如AutoCAD在1998年推出重要版本R14，正式由DOS平臺(tái)轉(zhuǎn)至Windows平臺(tái)，新版本除了具備豐富的繪圖功能，也具備了3D建模功能。同時(shí)，以CAE技術(shù)為核心為土木工程而研究開發(fā)的各類計(jì)算分析軟件在商業(yè)市場也獲得了成功，市政設(shè)計(jì)企業(yè)主要以各類結(jié)構(gòu)仿真分析類軟件、自動(dòng)輔助繪圖類軟件、工程計(jì)價(jià)類軟件以及辦公類軟件作為設(shè)計(jì)工具，在企業(yè)內(nèi)部以單個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品為目標(biāo)完成了初級(jí)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。此階段的數(shù)字化工作存在幾個(gè)較為突出的發(fā)展障礙：

(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)字化往往局限在企業(yè)內(nèi)部，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，信息數(shù)量較少，成品輸出仍以紙質(zhì)文件為主；

(2)大型設(shè)計(jì)項(xiàng)目缺少數(shù)字化協(xié)同管理，軟件開發(fā)以提供人機(jī)交互形式解決了部分專業(yè)技術(shù)問題，但是數(shù)據(jù)協(xié)同管理、人人交互方面依然采用的是較為傳統(tǒng)的方式；

(3)軟件以及設(shè)計(jì)成果的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)接口問題較為突出，由于不同設(shè)計(jì)進(jìn)程的不同軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往不具備通讀性，因此極易形成“信息孤島”，其他人或其它軟件較難通過輸入文件或結(jié)果文件全面準(zhǔn)確地識(shí)別和傳遞設(shè)計(jì)信息；

(4)由于互聯(lián)網(wǎng)初始起步，數(shù)字信息傳播效率較低，設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)知識(shí)和數(shù)字成果的管理與分享方式十分有限。

2.2 探索成長階段(數(shù)字業(yè)務(wù)拓展+數(shù)字化整體解決方案嘗試)

從上世紀(jì)90年代后期至2010年，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始在我國迅速普及，2010年底我國網(wǎng)民規(guī)模已達(dá)4.57億人，IPv4地址數(shù)達(dá)2.78億個(gè)，域名總數(shù)866萬個(gè)，國際出口帶寬由1997年的25.4Mbps增至1098957Mbps，互聯(lián)網(wǎng)以其技術(shù)應(yīng)用的開放性、交互性、自主性等特點(diǎn)大大改變了人類以往的生產(chǎn)方式和交流方式，以其創(chuàng)新和滲透的特性極大推動(dòng)了社會(huì)各領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，同一時(shí)期，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)也獲得了長足發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通訊速度和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備容量在10余年間獲得了幾何倍數(shù)式增長，使得海量數(shù)據(jù)的工程技術(shù)類設(shè)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸、整合分析以及數(shù)字產(chǎn)品商業(yè)化具備了現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場景。

市政行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)與城市公共服務(wù)設(shè)施建設(shè)和管理高度相關(guān)的系統(tǒng)工程，2000年我國科研機(jī)構(gòu)開始針對(duì)數(shù)字城市開展研究，部分試點(diǎn)城市陸續(xù)開展數(shù)字城市的規(guī)劃和實(shí)踐工作，同時(shí)快速發(fā)展起來的以GIS技術(shù)為核心的數(shù)字地理信息技術(shù)，極大推動(dòng)了城市地理空間信息化的建設(shè)，許多城市已建立起商業(yè)應(yīng)用級(jí)的地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息庫并運(yùn)用于土地管理、資源開發(fā)、城市規(guī)劃以及交通等相關(guān)領(lǐng)域，市政道路交通、地鐵、地下管網(wǎng)等專業(yè)設(shè)計(jì)通過分享GIS信息并將工程建設(shè)信息反饋，初步實(shí)現(xiàn)了與城市測繪、規(guī)劃或市政設(shè)施運(yùn)維企業(yè)間的數(shù)據(jù)接駁。

軟件商繼續(xù)拓展細(xì)分市場，市政行業(yè)幾乎所有專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)都有為設(shè)計(jì)而開發(fā)的應(yīng)用軟件，在建筑和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，為了使設(shè)計(jì)產(chǎn)品能夠具有更多的前置功能和更高的使用價(jià)值，許多國家政府和軟件商積極推動(dòng)為建筑電子模型信息制定新的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，1995年國際協(xié)同工作聯(lián)盟(IAI)推出關(guān)于建筑全生命周期和全產(chǎn)業(yè)鏈的IFC標(biāo)準(zhǔn)，是全球首個(gè)面向?qū)I(yè)拆分、構(gòu)件命名、族庫編制、材質(zhì)分類、文件命和軟硬件標(biāo)準(zhǔn)等不同的對(duì)象層面而制定的建筑信息模型(BIM)建模標(biāo)準(zhǔn)。2002年Autodesk公司發(fā)布了BIM白皮書，加速了BIM產(chǎn)業(yè)的軟件戰(zhàn)略布局，Autodesk認(rèn)為CAD系統(tǒng)植根于圖形，難以充分創(chuàng)建和管理建筑信息，因此通過收購及整合發(fā)展出與CAD平行的BIM產(chǎn)品線，2004年BIM建模軟件Revit進(jìn)入中國并開始在設(shè)計(jì)企業(yè)推廣，市政行業(yè)開始嘗試BIM概念設(shè)計(jì)。

辦公自動(dòng)化(OA)是將現(xiàn)代化辦公和計(jì)算機(jī)信息管理技術(shù)結(jié)合起來的一種新型的辦公方式,互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展普及，使利用OA技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理的電子化協(xié)同成為可能，除文字處理、檔案管理、文件共享、公告板和BBS等初級(jí)用途之外，軟件開發(fā)者嘗試為設(shè)計(jì)企業(yè)定制項(xiàng)目管理、文印、人力和財(cái)務(wù)等個(gè)性化較高的子系統(tǒng)模塊，并建設(shè)集成管理平臺(tái)，不過由于各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)協(xié)同不甚完善以及復(fù)雜的管理框架和工作界面，早期的集成式OA系統(tǒng)大多存在子系統(tǒng)開放度較差、程式化流程無法完全實(shí)現(xiàn)真實(shí)工作模式中的多樣化和人性化需求等問題。

2.3 快速發(fā)展階段(多模式+智慧化)

2011年之后，我國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，2012年手機(jī)上網(wǎng)用戶數(shù)已超過臺(tái)式電腦用戶數(shù)。移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)給設(shè)計(jì)行業(yè)的工作和管理模式帶來了巨大改變，同時(shí)，人工智能經(jīng)過歷年積累，也進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化階段，形成了具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、感知、學(xué)習(xí)和決策分析功能的綜合技術(shù)體系，為設(shè)計(jì)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了新的動(dòng)能。

云技術(shù)利用高速互聯(lián)網(wǎng)、分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)，創(chuàng)造了新的物理資源和數(shù)據(jù)資源的管理模式，在市政設(shè)計(jì)行業(yè)，已有大型仿真分析類軟件和三維模型類軟件將部分需要海量數(shù)據(jù)處理的功能模塊放置在云端，解決了個(gè)人終端在超強(qiáng)算力和巨量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的弱點(diǎn)。云技術(shù)也大大降低了應(yīng)用軟件對(duì)終端設(shè)備的配置要求，工程技術(shù)類的移動(dòng)端應(yīng)用市場近年來成長迅速，越來越多的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件、知識(shí)查詢平臺(tái)、城市大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、OA管理平臺(tái)等都推出手機(jī)版應(yīng)用(APP)，極大改善了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息使用的擴(kuò)展性和協(xié)同性。

國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用在2012年后開始爆發(fā)，科研機(jī)構(gòu)與建筑企業(yè)聯(lián)合成立BIM發(fā)展聯(lián)盟，并積極研究制定我國BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、探索BIM發(fā)展路線和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，住建部2015年頒布了《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，提出了設(shè)計(jì)單位和施工企業(yè)在新建工程項(xiàng)目中集成應(yīng)用BIM技術(shù)的框架性指導(dǎo)意見，部分地方省市也根據(jù)自身區(qū)域發(fā)展特點(diǎn)出臺(tái)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)文件，市政設(shè)計(jì)行業(yè)進(jìn)入BIM技術(shù)深化和落地應(yīng)用階段，新簽BIM應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)及應(yīng)用面積迅速增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模從2012年起保持平均35%以上的年增長率，2019年全國建筑市場BIM產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過58億元。不過設(shè)計(jì)行業(yè)BIM技術(shù)快速發(fā)展的階段也面臨著一些較為急迫的工作，一是需要強(qiáng)化市政行業(yè)BIM成果交付標(biāo)準(zhǔn)(如數(shù)據(jù)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、模型深度標(biāo)準(zhǔn))的通配性，令設(shè)計(jì)企業(yè)可以將BIM成果作為正式設(shè)計(jì)產(chǎn)品替代現(xiàn)階段電子化二維圖紙，并且設(shè)計(jì)階段BIM成果在后續(xù)建設(shè)周期內(nèi)仍具有使用價(jià)值；二是解決以BIM主導(dǎo)的設(shè)計(jì)工作模式與傳統(tǒng)工作模式上的沖突，在設(shè)計(jì)階段充分發(fā)揮BIM的預(yù)演功能，融入更多建造階段和運(yùn)維階段的需求，在設(shè)計(jì)企業(yè)內(nèi)部，建立BIM模式下的人員崗位要求和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并建立與之相應(yīng)的質(zhì)量管控制度。

3 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)對(duì)市政行業(yè)的發(fā)展影響深刻，國家十四五規(guī)劃提出了加快數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo)，給市政設(shè)計(jì)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，相信隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)形態(tài)的不斷成熟，隨著人們逐步確立數(shù)字化的戰(zhàn)略發(fā)展理念，市政設(shè)計(jì)行業(yè)一定會(huì)進(jìn)入規(guī)范化、集成化、智能化的數(shù)字建造新發(fā)展階段。