面向多源數據庫的施工工藝精準創建技術研究

(中國建筑第八工程局有限公司,上海市 200122)

1 引言

近幾年，BIM在中國得到了飛速發展，深入到了工程建設行業的各方面。動態施工模擬的概念依托BIM技術提出至今，已在越來越多的建筑工程中被廣泛應用起來，業內人員已普遍接受此類直觀、高效的可視化施工模擬技術。

從80年代以文字表述施工工藝，90年代以序列圖展示，再到21世紀初利用靜態展示法展示，每個階段對施工工藝的展示都存在著相應的問題。例如文字表述依賴人工，因而效率低；序列圖法因為是斷點展示，所以工作量大，空間性差；而靜態展示法則同設計脫節，精準度較低，數據也難以共享。所以，在建筑行業的CAD時代，雖然利用3DS Max也可以實現三維動態展示，但基本都是對于項目的外觀效果展示，效果雖華麗，但缺乏真實性和對部件信息的可利用性。此外，當時創建施工工藝的門檻也高，施工工藝視頻的復用率也低。

為了能進一步提升企業原有施工工藝的普適性，改變由于原來分散存儲導致的重復創建，提高成果在現場、在企業內部的共享、流轉和集中管控。我們整合了標準規范化的動態施工工藝，在施工階段，讓各類人員從虛擬樣板引路到技術交底再至施工工藝模擬、優化上一目了然，極大地提升了人員對項目的理解力及精準度。大大減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。

2 總體思路

從實踐中發現，基于BIM 技術的施工工藝展示應用在工程建設行業主要集中在施工階段。在虛擬樣板引路、技術交底、施工方案模擬及優化上，使用動態施工工藝展示占據著主要地位。因此，我們通過對文字、序列、靜態展示、動態展示、BIM模型等在施工工藝展示中的技術優劣勢進行分析，結合多源數據的共享這一角度，實現“文字 + 圖片 + BIM 模型 + 視頻”四位一體施工工藝大數據庫的精準創建。

3 實現方法

3.1 梳理企業施工工藝規范

企業施工工藝的先進性和規范性是施工工藝大數據庫創建的基礎，也是創建的規范依據。我們以企業《綠色施工手冊》為準，以施工工藝的先進性、復用性高為原則，梳理出多專業的施工工藝目錄，如圖1所示：

圖1 施工工藝目錄

3.2 編制文字交底樣板

依據整理好地施工工藝目錄，進行文字交底樣板的編制。在編制的過程中，研究人員依據各類施工標準、施工各階段準備、相應地工藝流程、合理的施工方法、質量要求及保障措施，以及各類施工注意事項、成品保護、 安全文明施工等各個方面的規定進行文字交底樣板的編制，形成文字交底樣板庫。文字交底樣板及文字交底樣板庫如圖2、圖3所示。

圖 2 文字交底樣板

圖3 文字交底樣板庫

3.3 提煉施工材料、機械圖片

文字交底樣板庫組建以后，研究人員分專業對各類施工工藝交底文件中進行常用的施工材料、施工機械分析總結并且歸類，最終形成施工材料圖片庫和施工機械圖片庫,如圖4所示。

圖4 施工材料、機械圖片庫

3.4 制定族樣板文件和BIM模型樣板文件

我們制定了針對不同專業的BIM 模型細度規定，并利用我單位開發的基于Revit軟件的企業自有族庫系統，圍繞施工工藝大數據庫的創建依據，進行 BIM 模型樣板、BIM 族文件樣板的創建，方便企業全體人員下載使用，提高施工工藝制作的效率，降低制作門檻的高度。BIM組文件樣板和BIM模型樣板如圖5、6所示。

圖5 BIM 族文件樣板 (場地布置)

圖6 BIM 模型樣板 (給排水專業)

3.5 形成視頻庫

在對施工工藝交底的文字、BIM樣板等的進行分析、總結、提煉后，基于Suite工作流的多源數據參數共享實現方法，以 BIM 模型為基礎信息，進行基于 BIM 技術的施工工藝的創建，最終形成視頻庫。 基于 BIM 技術的施工工藝創建流程包括前期準備、視頻創建、故事腳本、后期創建4個環節。視屏庫如圖7所示。

圖 7 視頻庫

4 價值分析

我們從虛擬樣板引路、技術交底、施工方案模擬及優化的角度，對多源數據在施工工藝精準創建中的價值進行分析。

4.1 多源數據在虛擬樣板引路中的價值分析

傳統方式下，實體樣板的制作工藝和制作材料往往是高標準、嚴要求的，制作過程更是“驗收、修改、再驗收”的多次反復過程，其間的人、機、料投入成本巨大；同時，傳統方式下，工程建設結束后，非工程部位的實體樣板通常會被拆除，成為建筑垃圾。 造成人工費、材料費的2次消耗，這種資源浪費更是同工程建設行業所倡導的綠色建造理念背道而馳。

虛擬樣板引路在施工過程中的意義在于：在確保工程質量達到相關標準及規范需求的同時，顯著減少乃至避免因大面積拆改、返工所造成的工期、質量、成本方面的損失。

多源數據在虛擬樣板引路中的價值在于：虛擬樣板的制作具有資源投入少、綜合成本低、周轉率高、資源消耗少的技術優勢，能從根本上解決實體樣板引路在資源上的消耗和浪費，為施工質量樣板引路開辟了一條全新的途徑。圖8、9分別是模板支撐架虛擬樣板和屋面虛擬樣板示例。

4.2 多源數據在技術交底中的價值分析

傳統方式下，現場的技術人員依據一系列二維圖紙結合文字和圖片進行技術交底，技術交底方案晦澀難懂，對現場技術人員、勞務人員個人能力要求高，不同水平的人員可能引發技術交底不徹底，造成施工過程無法達到預期的效果。

圖8 模板支撐架虛擬樣板

圖9 屋面虛擬樣板

技術交底在施工過程中的意義在于：使現場的技術人員對工程中的技術要求、質量要求、安全要求、施工做法產生精準的認知和理解，以便科學、合理、優化的組織施工，避免技術、質量、安全事故的發生。

基于多源數據，在計算機環境下進行技術交底方案的創建，能夠對技術交底方案中涉及的各施工步驟、施工工序之間的邏輯時序關系進行全面剖析和展示；同時，配合傳統的文字和圖片描述，在降低現場的技術人員、勞務人員對技術交底方案的認知和理解難度的同時，進一步確保了技術交底方案的科學、合理和優化。圖10、11分別是腳手架技術交底電子書和鋼筋技術交底電子書示例。

圖10 腳手架技術交底電子書

圖11 鋼筋技術交底電子書

4.3 多源數據在施工方案模擬及優化中的價值分析

傳統方式下，現場的技術人員依據一系列二維設計圖紙，結合文字進行和施工方案的編制，不利于現場的技術人員、 勞務人員對上述新技術、新工藝、新材料、新設備的認知和理解。

施工方案模擬及優化對施工過程有著重要的意義，一個科學、合理和優化的施工方案模擬能夠確保工程的可實施性。

基于多源數據，在計算機環境下進行施工方案模擬及優化，能夠對施工方案中涉及的新技術、新工藝、新材料、新設備之間的邏輯時序關系進行全面剖析和展示；同時，配合傳統的文字和圖片描述，在降低現場的技術人員、勞務人員對施工方案的認知和理解難度的同時，進一步確保了施工方案的科學、合理和優化。不同工作方式下施工方案模擬及優化的及時特征分析如表1所示。圖12、13分別為鋼結構和土建專業的施工方案模擬示例。

表1 不同工作方式下施工方案模擬及優化的技術特征分析

圖12 施工方案模擬 (鋼結構專業)

圖13 施工方案模擬 (土建專業)

5 性能分析

我們從易用性和工作效率的角度對面向多源數據的施工工藝精準創建技術的性能進行分析。

5.1 易用性分析

工程實踐顯示：面向多源數據的施工工藝精準創建技術對工程實踐的普適性體現在：

(1) 文字庫的創建顯著提升了現場的技術人員對施工工藝交底資料的編制精準程度；

(2) 圖片庫、BIM 模型庫的創建顯著降低了現場的技術人員對施工工藝交底資料的編制工作強度；

(3) 視頻庫的創建顯著提升了現場的技術人員、勞務人員對標準流程、工序的認知、理解程度。

5.2 工作效率分析

基于傳統工作方式以及基于四位一體施工工藝大數據方式進行施工工藝編制的工作效率分析如圖14、15所示。

從施工工藝編制所包括的“文字交底、規范、機械查找、BIM 模型創建以及視頻創建”4個環節看，文字交底和規范、機械查找方面，同傳統方式相比，四位一體施工工藝大數據庫節省了約 25%～33%的工作時間，隨著施工工藝大數據庫中樣板的持續補充，這一工作效率的提升還將更加顯著；BIM 模型創建(靜態展示)方面，同傳統方式相比，四位一體施工工藝大數據庫節省了約75%的工作時間；視頻創建(動態展示)方面，同傳統方式相比，四位一體施工工藝大數據庫節省了約79%的工作時間。從整體工作效率分析來說，四位一體的工藝大數據庫方式同傳統方式相比，也有著明顯的優勢，顯示出了良好的性能。

圖14 各環節的工作效率分析

圖15 整體工作效率分析

6 結論

綜上所述，基于四位一體的工藝大數據庫方式能提高成果在現場、在企業內部的共享、流轉和集中管控。在施工階段，對施工單位的技術人員和勞務人員都有著直觀、簡單、清晰的認知幫助，極大地提升了人員對施工技術的理解力及精準度，大大減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。同時四位一體施工工藝大數據庫的創建也為新員工提供了一個便捷的資源庫，對他們專業理論和實際的理解上有著很直觀的幫助。但我們也清楚的認識到，多源數據庫的實現，要求企業以BIM技術為核心制定相應的業務流程，并依次建立與之配套的BIM資源和其相應的標準規范為基礎，才能使多源大數據庫更好地應用于實踐。