淺談企業設計施工一體化應用發展之路

文｜藺志剛

30年前，AutoCAD的出現改變了傳統出圖方式；2003年，歐特克公司發表了題為“Building Information Modeling”白皮書后，BIM概念被廣泛提及，以BIM技術為代表的工程建設技術日益進入優化時代；如今，借助互聯網技術的飛速發展，BIM技術已經不僅僅是工程技術上的革新，基于互聯網+BIM的技術更是工程建設業務流程上的革新。

對于水利行業而言，整個行業信息化發展歷經幾十年，取得了一些成績，但面對未來的發展之路還有很多的不確定因素。

行業背景

BIM是在計算機輔助設計（CAD）等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。BIM能夠應用于工程項目規劃、勘察、設計、施工、運營維護等各階段，實現建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎上的數據共享，支持各專業協同工作、項目的虛擬建造和精細化管理。

目前，各行各業都在推進BIM技術的研究和應用，制造業因其標準化程度較高，已經能夠在設備制造、安裝全工藝過程應用BIM技術。而水利工程規模大、專業多、結構復雜、建設周期長、參建方眾多、標準化程度底，對社會、生態環境影響大等特點，BIM技術的應用還處于過渡階段。

近年來，建筑行業經歷了持續多年的高速發展，技術水平和管理水平不斷進步，但是整個建筑業的低效率、高浪費現象依然嚴重，主要表現在：業主需要更快的資金周轉、更短的工期；施工技術、質量和安全管理難度大；三邊工程、圖紙問題多、容易返工；工程復雜、技術難度大；成本管理復雜程度高；參建方眾多，項目協同產品很多問題，一方面，設計方案可施工性存在問題，導致設計變更頻繁；另一方面，設計缺陷和施工失誤帶來的責權劃分不清，容易引起糾紛；傳統以文檔、圖紙等為媒介傳遞信息的方式，使得信息分散，各單位信息孤島難以組成整體，這些問題直接導致了工程建設生產效率低，造成資源、成本的極大浪費。

圖1 企業集成環境平臺

如何讓工程設計更加精細化、施工管理更加信息化、運維管理更加智能化、信息服務更加便捷化，是需要整個行業認真面對的問題。通過設計階段的BIM設計，將設計的信息傳遞到施工階段，并最終實現在運維階段的應用，是企業設計延伸、拓展業務板塊的必由之路。

設計階段應用

法國達索公司的3DE體驗平臺是采用云服務的儲存和計算方法，進行數據級協同管理。該平臺適合水利水電工程BIM設計數據與項目管理應用，并可擴展至后期運行維護。平臺具有專門的土木工程模塊，符合土木行業BIM設計要求；采用云平臺，實現云存儲和云計算，有利于拓展到全生命周期管理。通過鎖定、解鎖、轉移所有權、更改負責人、訪問權限控制、合作區權限控制等方法可有效完成多專業協同，并通過更改成熟度、修訂版、衍生版、概念分支等方法，可有效完成項目的多階段、多方案的控制和比選工作。

以此平臺為例，首先，在企業內部應實現各個專業的項目級應用，并提升到企業級應用。企業級的應用相當于把所有的資源都共享，把環境資源、信息資源、業務流程、活動、協同以及交付標準集成在里面，通過調用相應的資源，實現規范化操作、協作化運行、知識化決策、規模化生產,從而提高效率，達到企業級資源的最大化利用。如圖1。

另外，應積極將規范與經驗融入設計過程，定制符合企業設計流程的系統。可以通過二次開發形成基于BIM的流程化設計方法，指導設計人員完成產品創新，體現最佳設計實踐，達到減少設計失誤，實現自動設計，獲得最高生產效率。比如，以標準水閘流程為基礎進行可視化界面設計，方便操作使用；參數的有效傳遞，水力學計算結果傳遞給模型，模型參數傳遞給穩定計算；以模板裝配的形式搭建模型，實現流程與BIM的有機結合。如圖2。

將設計模型的設計信息有效整合，開發出獨立運行、實用高效、可視互動、界面友好的交付平臺。提升設計產品的整體品質，減少交付過程中的溝通障礙，使設計產品供工程全生命周期不同階段使用。

3DE平臺上建立完整的項目管理流程，通過專業軟件的雙向對接，構建數字化協同設計平臺，進行流程化設計、碰撞分析、計算仿真、工程出圖等應用實踐，并拓展應用到方案模擬、工藝仿真、虛擬現實、多維可視化管理等方面。綜合集成工程項目數據源，搭建統一的項目數據中心，為工程項目全生命周期的高效化、精細化管理提供有效支撐。

施工階段應用

在施工交付方面，由于形成的設計模型并不能直接應用于施工階段，因此需要按照項目進度和施工工法對設計模型進行拆解和細化得到施工模型。把模型和信息通過數據庫掛接，利用模塊化編程技術，快速完成施工管理平臺的搭建。

質量驗評管理系統。隨著移動互聯網技術的快速發展，通過手持移動設備可以完整、輕松地進行現場不同情況的移動質量驗收評定工作。可以根據業主需求定制不同的管理模塊，全方位為現場管理提供現代化的管理手段。

質量驗評管理系統應至少具有四大功能，一是空表的下載、編輯---表格搜索、下載和在線編寫功能，并依據角色分配讀寫權限。二是手寫簽名---在驗收評定表簽名處直接手寫簽名。三是搜索查看---按人員搜索、掃描二維碼，查看已上傳驗收文件。四是統計分析---單元工程、時間對驗收評定結果進行統計分析。如圖3。

施工進度管理。通過計劃和實際進度數據采集，使數據驅動模型，同時用數據和模型展示進度及進度偏差，當進度滯后時調整資源，根據邊界條件重新計算工期，形成新的方案，計算完成之后對新方案進行進度模擬。

選擇整個工程或者某些工程部位，對計劃進度和實際進度進行模擬，按不同的時間周期進行模擬，比如按月、周或者日進行模擬。通過反復的施工過程模擬，讓在施工階段可能出現的問題在模擬的環境中提前發生，并提前制定應對措施，使進度計劃和施工方案最優。計劃進度和實際進度都可進行虛擬建造。

圖2 水閘流程化設計軟件

圖3 移動端質量驗評

結合物聯網技術，通過讀取施工期監測儀器的數據，每個儀器模型對應其監測數據，通過條件查詢分析各工程部位的安全性。也可以將施工工藝和施工圖紙放入數據庫，并與相關模型關聯，點擊模型可查看相關工藝和圖紙。如圖4。

以某典型項目為例，根據業主需求進行了定制化開發，主要功能包括總覽及文件管理、3D基礎BIM數據、4D/5DBIM管理，以及施工質量驗收評定管理、危險源管理。如圖5。

充分利用建模軟件的優勢和特點，并結合水電工程三維應用的經驗，建模過程中采用骨架設計、參數化模板搭建、標準庫零件調用、流程化建模、協同環境創建等技術，輔以規范化編碼與結構表述等措施，隱性信息顯性化表現等手段，快速形成工程模型，并方便后期修改與管理。

系統實現BIM與項目管理信息的有效融合，系統主要由遠程網絡服務器和電腦端、移動端組成，即采用移動端與電腦端相結合模式，進行驗收評定管理和危險源管理的聯合開發。同時，根據工程圖紙，按照合同及實施方案的相關技術要求，對地形地質、隧洞、道路及營地等各種建筑物，分別采用CATIA（參數化強）和revit（族庫較豐富）軟件，建立不同細節層級要求的模型，模型滿足后期信息賦予、進度控制及施工模擬等要求。通過自行開發3D BIM程序，將模型進行整裝，實現對BIM模型進行全角度查看，和對設計、施工信息的全方位查詢，這也是綜合管理平臺開發的基礎數據。如圖6。

圖4 施工進度模擬

圖5 平臺架構

圖6 3D BIM平臺

圖7 信息化管理平臺

總結及展望

信息化對促進建筑施工行業及企業的管理水平，提升企業競爭力的成效是非常明顯的。企業應當建立符合自身特點的信息化管理平臺，通過BIM技術應用，跨越障礙；通過自主開發，實現快速決策、工程結算、數字化檔案管理等方面的深入應用，優化設計施工一體化的設計管理及施工過程管理。完善BIM標準化平臺和流程化建造，實現信息組織、信息搜索、知識管理等數字資產的智能化管理，并將數字化歸檔與后期的運維相結合。

作為傳統企業，應深入推進垂直行業的 “行業+BIM”研發應用，由于以前完全靠CAD二維制圖，信息不對稱并存在孤島；現在加入BIM技術后，使整個行業信息化水平明顯提高。客觀講，“BIM+行業”是一條新的產業鏈，許多信息互聯網及軟件公司實際上是利用軟件自身的優勢，不斷地融入這個行業，對行業的深度挖掘能力依然不足；而“行業+BIM”對企業來說，更容易構建出行業壁壘。通過信息采集傳感器、通信技術（NW-IOT）等技術的發展，基于BIM的大數據收集是下一輪企業競爭的焦點所在，企業只有具備了大數據的思維，才能在行業競爭中立于不敗之地。