建筑工程全過程數字化協同設計管理平臺研究與實踐

李嘉軍

(上海現代建筑設計(集團)有限公司，上海200041)

1 前言

在建筑設計行業，以“藍圖”為核心設計成果交付以及歸檔的模式根深蒂固。然而，隨著企業對設計過程質量管控的不斷提升和企業越發注重知識的積累重用，以及公眾環境保護意識的不斷增強，“藍圖”的弊端越發顯現。[1][2][3]與此同時，隨著計算機輔助設計的普及和協同設計技術發展和成熟，以數字化設計流程管理為核心的生產模式已成為可能。歐美等發達國家多年前已經大范圍應用無紙化技術，大大降低了圖紙交付響應時間，減少打印與運輸成本，完善電子化生產管理流程，提高協同設計效率，同時大大促進了建筑業的節能減排。[4][5][6]

上海現代建筑設計集團自2005年開始大力推進基于數字化生產和管理的協同設計平臺，2012年進一步研究基于協同設計的全過程數字化管理模式，與協同設計無縫結合起來，大大提升協同設計的水平，為建筑設計技術全面走向“無紙化”、“三維化”和“移動化”奠定了基礎。

2 全過程數字化管理涵義及價值

2.1 全過程數字化管理涵義

從概念上來說，建筑設計行業的“全過程數字化管理”是更加強調先進的數字化技術在工程咨詢行業生產中的應用，實現建筑工程設計的全過程電子化流程管理，開展無紙化生產和交付。

近年來，勘察設計行業在“藍轉白”的研究發展過程中，大多數的研究和試點工作都圍繞檔案的介質問題來展開，取得了很多研究及試點成果，同時專家們也提出不能停留在檔案介質替換的層面，應進一步研究實現數字化設計生產，提高工程建設行業的生產力，增強行業可持續發展的能力。建筑工程行業正在經歷新的信息技術革命，“無紙化”、“三維化”和“移動化”是未來的發展趨勢(圖1)，“無紙化”是這場信息技術革命的基礎，因此建筑設計企業的全過程數字化管理工作要更加注重項目全過程的數字化設計與管理，即無紙化設計。

建筑設計企業的主要生產成果為圖紙及相關說明文檔，工程設計圖紙的生命周期包括立項、策劃、設計、提資、校審、出圖、簽名、變更、出版、檔案、銷毀等環節，設計生產過程中，由于有關法規、個人工作習慣等原因，存在紙質和電子版并存及交互使用的問題(見圖2)，這種交互使用為設計流程的管理造成效率降低和質量失控的風險。為了有效提升設計生產力，設計企業必須利用電子文件直接印制出版為圖紙，實現圖紙生產及交付全過程的數字化管理。

2.2 全過程數字化管理的價值

全過程數字化管理對于行業和企業來說，都蘊藏著巨大的價值，具體來說可以分為以下四個方面:

(1)提高生產質量，提升服務水平

建筑設計實現全過程數字化管理工作模式后，將檔案管理與質量管理前移，充分結合企業現有信息系統資源(比如CAD協同設計平臺)，基于工程設計流程，主動在工程圖紙及過程文件等設計文檔的產生源頭實施采集和控制，打通了設計文檔的電子化歸檔流程，基本解決了設計文檔的及時性、完整性、一致性問題，從而達到質量管理的目的。

同時在設計全過程中，設計團隊通過數字化管理平臺進行協同設計，實現資料和信息的實時共享，大大提高了團隊的溝通效率，項目信息的貢獻和協同也提高了設計過程的透明有序，隨時監控設計進展和質量，使設計服務過程和能力提升至新的臺階。

(2)降低集成難度，提高管理效率

從圖紙生產成本、簽署時間與管理成本、物流成本等方面來說，全過程數字化管理都可有效降低企業綜合成本，提高管理效率。據美國JE Dunn和Gray Construction工程公司統計，可降低交付響應時間的60%，減少打印與運輸成本50%，通過無紙化工作，完善電子化生產流程管理，可以提高管理能級，存在更大的經濟效益。[7]

全過程數字化管理平臺實施后，將與企業現有的各類管理應用系統進行集成，實時共享集成各類信息諸如項目、合同、人力資源、項目進展、收費、完成百分比等，都將為建筑設計企業帶來完整的全新管理視角，從而大大提升管理能級(表1)。另外收集工程設計全過程中形成的各類圖紙和文件，可以及時整合各類數據資源，形成完整的檔案信息庫，為知識的沉淀和積累打下基礎。

(3)檔案源頭采集，減少檔案存儲空間

全過程數字化管理的流程中檔案管理采取源頭數字化采集方式，“哪里產生哪里采集”保證了檔案的即時性和完整性，而且由于是數字化采集這些檔案在項目組內通過系統實現共享，改變了傳統的紙質檔案保管模式，提高了檔案管理的效率，同時又提高了檔案重復利用的價值可行性，也大大緩解了困擾檔案部門的漲庫的難題。傳統紙質檔案(包括藍圖和白圖)存放具有各種的限制條件，通常要求恒溫恒濕、防霉、防蛀、防火的環境，而且需要大量的圖紙架和存放空間，各企業和政府相關管理部門都需要投入大量資金來實現長時間的保存。如此相比，電子檔案則相對容易便捷，投入也大大減少(表2)。

表1 藍圖模式與無紙化模式比較

表2 紙質檔案與電子檔案存放方式對比

(4)減少環境污染，保障人身健康

全過程數字化管理的最終生產產品是白圖甚至是電子圖，所以可大大減少傳統生產方式對環境的污染與危害，美國William A.Berry＆Son工程公司在單個項目中應用全過程數字化管理方式工作，項目圖紙量達到4.2萬張，節約706KG的CO2排放，并幫助項目獲得LEED認證。美國綠色建筑委員會(USGBC)估計，若LEED認證中采用采用“無紙化”工作，則每年可為節省美國2500萬噸CO2排放，我國的工程建設規模遠遠超過美國，因此通過全過程數字化管理來幫助建筑業節能減排將具有巨大效益。

另外，藍圖散發氮氣、一氧化物、碳、甲醇、乙醇、三硝基甘油、三氯乙烯，刺激眼睛、呼吸道粘膜，導致或加重慢性呼吸道疾病，全過程數字化管理可減少辦公區污染源，減少對圖紙使用者的二次污染。

3 協同設計發展歷程及趨勢

在工程咨詢領域，協同設計是指為了完成特定的工程設計目標，由多專業、多組織的參與人員，通過高效的信息共享、交換和協同機制，分別以不同的設計任務共同完成共同的設計目標。協同設計包含參與人員、產品、流程、組織和信息這五個要素，每個要素必須協調一致地工作，才能發揮協同的效率。目前，藍圖交付模式使得企業設計成果的管理中“重紙質，輕電子”，阻礙了協同設計的進一步發展。

協同設計包含的領域，涉及設計企業生產活動的方方面面，包括CAD、CAE、BIM、知識管理(KM)、質量管理(QM)、圖文檔管理(DM)、檔案管理(AM)、項目及流程管理(PM)等。上海現代設計集團的協同設計平臺自2005年初步建成，歷經9年的建設、完善和推廣，平均每天超過1 600人登陸，11家分子公司全面覆蓋，終端超過2 500個。累計項目數超過800個，服務器上超過200萬張圖紙，關鍵技術獲得“2011年上海市科技進步三等獎”。經統計，協同設計提高生產效率超過20%，縮短工期超過20%，減少設計質量方面的問題超過40%，取得了巨大的效益和成果，成為企業核心生產力之一。

4 全過程數字化管理平臺實施

現代設計集團自2011年以來一直在研究基于協同設計的全過程數字化管理平臺模式，并取得了一定的成果。希望通過實現建筑工程設計全過程數字化管理來實現無紙化協同設計。

4.1 基于圖紙等企業內容的數據管理平臺

設計咨詢企業最大量的數據內容包括圖紙、計算書、質量文檔、收發文等，數據產生的來源有Auto-CAD/Office/計算軟件等，為了實現無紙化流程管理，能夠全面管控這些企業內容的數據管理平臺極其工具集成是平臺建設的基礎。

無紙化協同設計平臺是將無紙化技術嵌入協同設計流程，實現全過程數字化管理工作模式。通過企業內容集成的方式建立一個完善的數據管理平臺(圖4)，組織協調各專業內、專業間、跨部門、跨企業的數據協同管理，提高數據在設計全流程的協同性和流程操作的便利性，通過權限管理、記錄追蹤、電子簽名和條碼標識確保平臺的安全性，同時通過關鍵流程節點的控制，保證歸檔數據和信息的準確性，歸檔圖紙的可利用性也將被大大增強(圖5)。

現代設計集團的無紙化協同設計平臺中，除了CAD參照模式的協同工作模塊外，主要新增了電子出圖流程、數字簽名認證中心、企業管理數據集成、數字檔案館及相關CAD工具，后臺通過企業內容管理系統實現企業文檔、信息、知識等數據的集中管理。

圖6 無紙化協同設計平臺文檔操作界面

圖7 圖紙電子簽名樣例

電子出圖流程主要包含CAD設計流程、CAD圖紙電子校審流程、CAD圖紙電子發布流程，由于現代設計集團不同分子公司的圖框信息存在一定差異，平臺通過模塊定制的方式，為不同分子公司制定不同的模板。在協同設計和校審流程中，平臺提供了紅線批閱、批注統計、質量表單填寫、版本比較等功能(圖6)，以提高協作的效率。

根據國家發布的《電子簽名法》的要求，現代設計集團建立了企業內部的數字簽名認證中心，電子簽名支持DWG/PDF/OFFICE等多種常用文檔格式，簽名樣例(圖7)，企業發放CA證書、數字簽名和UKEY，支持智能手機等移動設備的電子簽名操作。為了提供協同設計平臺的無紙化工作效率，平臺自主開了與CAD設計軟件集成的工具，包括標準化的套圖框工具(圖8)、圖紙二維碼標識及圖框信息校驗等功能。

圖8 標準化套圖框工具

4.2 數字化管理平臺與企業管理應用系統的集成

設計咨詢企業的管理應用系統主要包括企業資源計劃管理(人力資源、財務、項目管理等)、質量管理、知識管理、檔案管理，其中項目管理是關鍵，在新時期市場競爭格局和發展要求下，精細化的項目管理已具備條件執行，同時也是企業精細化管理的必然需求。

協同平臺實現了企業資源計劃管理系統(EBM/ERP)與協同平臺的集成應用，平臺中的項目信息、人員信息、數字認證信息均來源于企業資源計劃系統。現代設計集團的項目精細化管理以企業EBM(電子商務系統)系統深化實施和應用為目標，在原有人力資源、財務和項目管理基礎上，與協同平臺深度結合，設計項目團隊和人員從項目策劃、任務劃分、人力調配、進度預測、完工匯報、成果審核、項目報銷、項目變更等方面管理全部在協同平臺中錄入數據，通過系統集成的方式，數據匯入企業資源計劃管理系統，統計結果提交給相關管理部門，提供決策依據，實現全過程電子化的精細化項目管理，其中的各項流程審批由全過程數字化管理系統所在的企業內容管理系統來承載和執行。

基于全過程數字化管理流程的協同平臺與質量管理、知識管理也實現了數據集成。設計質量管理所需的ISO表單全部嵌入在流程管理過程中，以系統自動填充為主、人員手動輸入為輔的方式，在設計流程管理過程中錄入質量管理表單，在設、校、審的關鍵節點處自動審查和驗證表單信息，保證設計質量的可靠性。另外，平臺中所有的數據采用“主數據(文檔)+元數據(屬性)”的組織方式，實現數據信息的標簽化，便于檢索和重用，實現數據積累的知識化，大大提高信息查找的效率。

根據檔案管理的特點和要求，建立數字檔案館(見圖9)，實現協同平臺中圖紙電子會簽后即自動歸檔，歸檔內容還包含了與圖紙相關的信息，支持多種形式的圖紙查詢和調閱。

圖9 數字檔案館界面

5 全過程數字化管理的試點應用

2013年上海現代設計集團選擇兩個試點項目開展示范應用，兩個項目分別為都市設計院的福緣灣商業文化項目和華東院的上海動物園綜合客運交通樞紐項目。參與試點的項目組成員超過70人，包括設計及校審人員，覆蓋建筑、結構、給排水、暖通、電氣5個專業，項目管理人員包括項目經理、設計總負責人以及各類簽章的管理人員，涉及的電子簽名種類有設計人員簽名章、執業注冊章、出圖章、公司章和歸檔章，每個項目試點工程圖紙超過300張。

經過試點看出平臺可以承載無紙化協同設計工作，并計劃在2014年開展更大規模的試點應用。現代設計集團無紙化協同設計平臺能夠實現自動批量簽署電子簽名，一定程度上把設計人員從繁瑣的簽名工作中解放了出來，同時電子簽名與企業數字簽名認證中心的捆綁，保障了簽名的合法性、安全性以及電子化圖紙的知識產權;文檔和圖紙自動歸檔，也減輕了設計人員歸檔的工作量;多個系統的集成，減輕了管理人員重復輸入項目信息數據的工作量，并最終提高了工作效率。流程中多環節多節點的質量管控，提升了項目的整體質量。另外，電子化圖紙歸檔代替以前的紙質圖紙歸檔，減輕了庫房壓力，減少了環境壓力，節省了社會成本，帶來了一定的社會效益。

6 小結

建筑設計行業正在走向“無紙化”、“三維化”和“移動化”的新技術階段，“無紙化”是新的信息技術得到應用的基礎。本文結合上海現代建筑設計集團近兩年開展的全過程數字化管理平臺研究和試點工程情況，提出完整的建筑工程全過程數字化協同設計管理的流程和平臺建設中的關鍵問題和解決方案，為行業全過程數字化管理的發展提供參考。

[1]張煒，工程圖紙白圖替代藍圖的思考[J].電力勘測設計，2010(1):73-76.

[2]劉翀，李嘉軍，仇王城.白圖替代藍圖在設計行業的應用探索[J].土木建筑工程信息技術，2013，5(2):70-74.

[3]王亞清，建筑設計圖紙檔案管理中白圖替代藍圖方案分析[J].工程建設與設計，2011(11):154-155.

[4] Dai，W.Drogemuller，R.Collaborative framework for building design.1999 IEEE International Conference.1999(4):23-32.

[5] Robby Soetanto;Mark Childs，etc.Virtual collaborative learning for building design.Proceedings of the ICE-Management，Procurement and Law，2014，167(1):25-34.

[6]Yoders，Jeff.Bluebeam and Adapx cut AEC paper workflows.Building Design＆Construction.2009(50)

[7]William A.Berry＆Son Announces Paperless Construction Project Results.BusinessWire.2009.