數字化技術在高速鐵路施工中的應用分析

李旺順

（中電建路橋集團東部投資有限公司，山東濟南261400）

0 引言

隨著交通建設行業工業化改革、產業化轉型的持續深化，高速鐵路數字化施工已經基本實現。目前，在數字化施工中應用的技術，包括了數據庫技術、BIM 技術、大數據技術、云計算技術等。

從目前的施工經驗來看，數字化技術不僅能夠改變人們對施工的認知，更能在整體上提高施工效率。尤其在總項目施工、分部項目施工、子項目施工方面，可以選擇不同數字化技術的功能與多元化的應用方式，形成“大系統+小系統”的應用模式，對高速鐵路施工的全過程進行數據化管理，通過施工環節的數字化升級，提高在建項目的全要素生產率。下文將對其進行具體分析。

1 數字化技術概述

1.1 內涵

從概念界定來看，數字化技術（Digitization Technology）是指借助計算機設備、光纖設備、通信衛星設備等載體，通過數字編碼對數據進行表達、采集、傳輸、存儲、處理及利用的技術。它是信息化技術發展到高級階段的產物，但是與信息化技術存在本質差異。數字化技術應用經驗表明，在現實的組織機構中，利用大數據技術、人工智能技術、區塊鏈技術、物聯網技術等，可以較好的構建動態數據模型，并通過數據模型完成對組織機構運營中各類數據的管理。

1.2 特征

首先，數字化技術具有系統性特征。在實際的應用中，可以通過挖掘應用對象的構成要素、評估指標、生成信息的數據共性特征，建立一個能夠進行系統控制的數據化管理體系。其次，在基于數字化技術創建的數據化管理體系中，通常以數據分析為核心，利用數據模型開展具體的數據化管理。雖然呈現了虛擬化特征，但卻能夠通過虛擬數據反映出現實場景中的物質存在，并使二者之間建立起一種對應關系，從而借助虛擬數據網絡，輔助現場任務的完成。最后，數字化技術體現了自動化、智能化、智慧化的特征，在應用該技術時能夠呈現節約管理時間、提高工作效率等優勢。

2 數字化技術在高速鐵路施工中的應用價值

2.1 保障施工設計方案有效落實

目前，在高速鐵路工程中應用了多種類型的數字化技術。例如，在高速鐵路工程生產建設中，可以利用BIM 技術完成對項目設計方案的深化與優化。將設計好的二維電子設計圖導入3D Revit 軟件后，即可建立關于高速鐵路總項目、分部項目、子項目及各類構件的模型。同時，通過應用該軟件中的“族庫”功能，還能夠完成高速鐵路工程要素清單的制作，根據各類要素對相應的技術指標進行設置，進而借助幾何模型與數據之間的對應關系，開展查詢、檢查、分析等工作。

由于當前高速鐵路工程實現了設計、施工一體化，因而在應用BIM 技術時，能夠進一步將Revit 模型導入4D Navisworks 軟件，實施在線可視化施工模擬，提前預測施工中潛在的風險并制定有效的解決方案。由此可見，數字化技術的應用有利于保障施工設計方案的有效落實。

2.2 推動施工建設與管理一體化

現代高速鐵路工程在完成工業化改革、產業化轉型后，劃分出了工程生產建設、生產管理兩大部分。在生產建設方面，按照產業鏈思維，構建出了以高速鐵路工程研發、設計、采購、施工、運維管理為基本內容的產業鏈條。因而，在應用數字化技術后，即可開展系統性施工，使產業鏈條上的各個環節達到數字化施工目標。尤其是在應用項目管理技術后，可以對產業鏈條上的所有環節進行對應的專項化管理，從而提高生產管理效率。所以，在當前的高速鐵路工程的生產、建設中運用數字化技術，有利于推動施工建設與施工管理向著一體化方向發展，擴增施工效用[1]。

2.3 提高施工生產建設的總體水平

現階段，我國高速鐵路工程規模大、功能復雜、工期長、投入成本多，因而在生產、建設過程中的風險也相應增加。

但是，在應用數字化技術后，不僅可以使業主、建設單位、施工單位、監理單位等實際參與工程生產、建設的各方，在統一的數據化平臺上實現信息交互與數據共享，也能夠通過數字化技術，對分部項目、子項目等開展同步數據化管理。尤其在數字化施工條件下，可將系統性管理、專項化管理相結合，將進度、施工、成本、環境、質量、文檔、資源、變更等管理方案，獨立貫徹到施工的全過程當中，同時還可以讓不同的管理小組之間，以數據化平臺為基礎，開展協同管理。

因此，在現代高速鐵路工程中應用數字化技術，提高了施工生產建設的總體水平，呈現了傳統施工向數字化施工的轉型升級，也推動了“智慧工地”的有效落實。

3 數字化技術在高速鐵路施工中的應用現狀

3.1 數字化施工理念比較滯后

從整體來看，在高速鐵路施工中應用數字化技術后，確實創建了數字化施工方案。但是，當前部分企業卻并未意識到數字化技術背后的數字化思維，由此導致了實踐應用水平提升了，但施工理念仍然比較滯后的現象。

例如，在數字化施工條件下，部分從事生產、建設的企業仍然沿用項目管理辦法，沒有對產業鏈思維、數字化思維、系統性思維之間的對應關系進行充分開發與挖掘，由此造成了數字化技術在高速鐵路施工中應用時，不能全面落實到產業鏈條上的各個環節中。同時，在施工管理方面，也沒有對施工前的設計環節、施工后的運維環節進行關聯分析，從而弱化了數字化技術的系統性應用。

又如，數字化技術以數字化思維為先導，旨在通過深化互聯網思維，發掘互聯網思維中的“信息交互”特征，并將該特征與數字化思維中的“數據共享”特征聯合起來，進行綜合應用。具體來說，通過“互聯網+高速鐵路施工”改革獲得的成果，與當前的數字化技術結合起來，在深度的理論層面、精度的指標化層面、廣度的應用范圍層面，深化高速鐵路施工建設與施工管理工作?？墒?，部分企業并未意識到這種深化的必要性，因此導致了本土市場轉型動力不足、在全球同行業競爭中難以爭奪行業質量體系管理標準制定權的情況。

3.2 數字化施工方案研發不足

近年來，受到工業設計思想的影響，高速鐵路工程生產、建設方式發生了較大變化。以裝配式生產、建設方式為例，一方面在應用工業設計思想后實現了“預制件工廠化生產”“生產建設裝配化處理”，另一方面劃分出了預制梁場、施工現場板塊，并根據不同的板塊研發、設計專業化程度較高的數字化施工方案，利用數據化技術之間的功能連接、通訊關聯，使整個高速鐵路工程在宏觀上以工業化生產模式完成施工建設工作。目前，我國從事生產、建設的企業在數字化施工方案的研發、設計環節，雖然加大了投資比重，但是受理論創新不足、對工業化思想研究較少、數字化施工中的專業分工不精準等因素影響，數字化施工方案的研發水平較低。

例如，在高速鐵路施工方案的研發、設計過程中，以ERP 模式為主，施工方案的設計與施工均由同一個總承包方來完成。而在完成施工總方案的研發、設計后，總承包方往往并不會運用工業設計思想對預制梁場、施工現場做進一步分析，所以，盡管預制梁施工達到了工廠化的生產目標，但預制梁場、施工現場之間卻沒有完成工廠化生產的閉環建設。從表面看，產生這一問題的原因是，總承包方在劃分出預制件生產、運輸、裝配施工后，沒有按照工業設計思想對各個部分進行精細化分析與專業化分工。而根本原因，則是總承包方沒有使各個環節的數據，實現全面關聯與實時動態化分析。

所以，當總承包方在對數字化技術應用不足時，就會造成施工方案研發不足的連鎖反應。反過來，當施工方案的研發、設計過程中缺少了對工業設計思想的科學運用，也會使數字化技術的應用受到限制。

3.3 數字化施工效用相對較低

與傳統施工方式相比，信息化施工可以提高施工效率。而與信息化施工相比，數字化施工則可以擴增施工效用。當前，多數從事生產、建設的企業結合數字化技術發展趨勢，應用了適用性較強的數字化技術。然而，在應用數字化技術后，仍然有部分企業抱怨不能達到預期的施工效果。簡單講，就是數字化施工效果相對較低。根據現階段的研討結果來看，這主要是企業對數字化技術的功能應用、協同應用不合理所致。

例如，在應用BIM 技術時，有的企業只注重在深化設計方面的功能，有的企業則更關注BIM 技術中的可視化模擬功能、碰撞檢查功能。多數企業已經建立了信息化管理系統，但在應用BIM 技術時，卻未能建立基于BIM 技術的數據管理平臺，因而造成信息管理系統、Revit 軟件、Navisworks 軟件之間功能關聯不足，進一步導致了信息管理系統數據、軟件中的數據之間不能有效進行數據對比、分析的問題。

又如，高速鐵路施工時，通常要成立專項管理小組，在施工過程中，各個管理小組還要借助數字化技術開展協同管理。然而，部分從事生產、建設的企業并沒有區分清楚信息化管理、數據化管理之間的本質區別，在應用數字化技術時，只應用信息化管理方法，只依賴獨立的功能，而沒有充分聯動不同的數字化技術。以BIM 技術與大數據技術的聯合應用為例，大數據技術是為了即時獲取分部項目、子項目的數據，實現多項目同步管理。而BIM 技術的重點則集中在設計與施工一體化的條件下，實現工程建設各方的信息交互。所以，在當前的高速鐵路施工時，仍然需要將信息交互、數據共享結合起來，才能為協同管理提供必要的條件。

4 數字化技術在高速鐵路施工中的應用建議

4.1 運用數字化思維，深化數字化施工認知

首先，應該對數字化技術背后的數字化思維進行提煉，并按照數字化思維，梳理出施工建設要素、施工管理指標、施工信息的數據共性特征，從而深化對數字化技術的理解。其次，應該將產業鏈思維、數字化思維、系統性思維關聯起來，一方面劃分出高速鐵路工程產業鏈條，并結合“大系統+小系統”的應用模式，解析施工中的產業鏈環節，從而利用數字化思維，將預制梁場生產、運輸、施工現場的裝配施工統一到數據化管理體系中，并通過對總項目的系統性管理、分部項目與子項目的專項化管理，提高數字化施工建設與施工管理的效率。簡單來說，就是將施工建設環節與施工管理流程對應起來，利用系統性管理與專項化管理相結合的方式，構建出一個以數字化技術為核心的高速鐵路數字化施工模式[2]。

4.2 開發數字化功能，研發數字化施工方案

建議對高速鐵路施工中常用的BIM 技術、數據庫技術、大數據技術進行功能開發，從而在擴大功能應用的基礎上，促進數字化施工方案研發水平的提高。具體來說，應該將BIM 建模、族庫設置、可視化模擬、碰撞檢查、平臺化管理、設計與施工、管理一體化等功能進行全面解析，按照構建BIM 數據平臺、應用相關功能的思路，研發數字化施工方案。例如，在高速鐵路工業設計思想已經確立的前提下，將預制梁場生產、預制件運輸、鐵路裝配的施工現場統一到平臺，開展針對施工全過程的數據化管理，從而使各方根據信息交互、數據共享的實際情況，調整各自的施工進度，優化施工方案。

4.3 實施聯合化運用，擴增數字化施工效用

數字化技術的應用重點應集中在功能對接方面，高速鐵路施工應注重各工種的協同合作。因此，實施數字化技術聯合應用，既符合數字化技術特征，也能滿足施工需要。建議在聯合應用時，一方面根據施工建設需求選擇數字化技術，如在工種協同施工方面，應選擇BIM 技術搭建平臺，同時利用大數據技術實時分析施工情況，并根據分析報告指導各工種協同施工。另一方面，在施工管理中應該按照“三步走”的方式，先制作施工要素清單、施工管理指標，再利用數據庫技術搭建要素庫、數據庫，并使各部門之間實現數據庫關聯，最后借助大數據技術中的智能化分析功能，保障數據的采集、傳輸、存儲、抽取、分析以及生成報告、分發和分析報告、調整施工管理方案的落實，進而達到擴增數字化施工效用的目標。

5 結語

總之，在新時期我國高速鐵路工程高質量發展階段，數字化技術施工已經發揮了較大作用，它有利于細化施工要素、完善施工技術指標體系、提高施工信息管理水平。

通過以上的初步分析可以看出，數字化技術的應用范圍相對增加，其功能獲得了較好開發與挖掘。但是，在數字化技術的應用過程中，由于人們缺乏對數字化技術背后的數字化思維的研討，沒有深入區分不同數字化技術的獨立應用、協同應用的優勢，所以產生了應用效應不高的現象。因此，建議在當前階段，應盡可能結合高速鐵路數字化施工的實際情況，運用數字化思維深化數字化施工認知，通過開發數字化功能來研發數字化施工方案，實施數字化技術聯合應用，擴增數字化施工的效用。