面向多源数据库的施工工艺精准创建技术研究

(中国建筑第八工程局有限公司,上海市 200122)

1 引言

近几年，BIM在中国得到了飞速发展，深入到了工程建设行业的各方面。动态施工模拟的概念依托BIM技术提出至今，已在越来越多的建筑工程中被广泛应用起来，业内人员已普遍接受此类直观、高效的可视化施工模拟技术。

从80年代以文字表述施工工艺，90年代以序列图展示，再到21世纪初利用静态展示法展示，每个阶段对施工工艺的展示都存在着相应的问题。例如文字表述依赖人工，因而效率低；序列图法因为是断点展示，所以工作量大，空间性差；而静态展示法则同设计脱节，精准度较低，数据也难以共享。所以，在建筑行业的CAD时代，虽然利用3DS Max也可以实现三维动态展示，但基本都是对于项目的外观效果展示，效果虽华丽，但缺乏真实性和对部件信息的可利用性。此外，当时创建施工工艺的门槛也高，施工工艺视频的复用率也低。

为了能进一步提升企业原有施工工艺的普适性，改变由于原来分散存储导致的重复创建，提高成果在现场、在企业内部的共享、流转和集中管控。我们整合了标准规范化的动态施工工艺，在施工阶段，让各类人员从虚拟样板引路到技术交底再至施工工艺模拟、优化上一目了然，极大地提升了人员对项目的理解力及精准度。大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

2 总体思路

从实践中发现，基于BIM 技术的施工工艺展示应用在工程建设行业主要集中在施工阶段。在虚拟样板引路、技术交底、施工方案模拟及优化上，使用动态施工工艺展示占据着主要地位。因此，我们通过对文字、序列、静态展示、动态展示、BIM模型等在施工工艺展示中的技术优劣势进行分析，结合多源数据的共享这一角度，实现“文字 + 图片 + BIM 模型 + 视频”四位一体施工工艺大数据库的精准创建。

3 实现方法

3.1 梳理企业施工工艺规范

企业施工工艺的先进性和规范性是施工工艺大数据库创建的基础，也是创建的规范依据。我们以企业《绿色施工手册》为准，以施工工艺的先进性、复用性高为原则，梳理出多专业的施工工艺目录，如图1所示：

图1 施工工艺目录

3.2 编制文字交底样板

依据整理好地施工工艺目录，进行文字交底样板的编制。在编制的过程中，研究人员依据各类施工标准、施工各阶段准备、相应地工艺流程、合理的施工方法、质量要求及保障措施，以及各类施工注意事项、成品保护、 安全文明施工等各个方面的规定进行文字交底样板的编制，形成文字交底样板库。文字交底样板及文字交底样板库如图2、图3所示。

图 2 文字交底样板

图3 文字交底样板库

3.3 提炼施工材料、机械图片

文字交底样板库组建以后，研究人员分专业对各类施工工艺交底文件中进行常用的施工材料、施工机械分析总结并且归类，最终形成施工材料图片库和施工机械图片库,如图4所示。

图4 施工材料、机械图片库

3.4 制定族样板文件和BIM模型样板文件

我们制定了针对不同专业的BIM 模型细度规定，并利用我单位开发的基于Revit软件的企业自有族库系统，围绕施工工艺大数据库的创建依据，进行 BIM 模型样板、BIM 族文件样板的创建，方便企业全体人员下载使用，提高施工工艺制作的效率，降低制作门槛的高度。BIM组文件样板和BIM模型样板如图5、6所示。

图5 BIM 族文件样板 (场地布置)

图6 BIM 模型样板 (给排水专业)

3.5 形成视频库

在对施工工艺交底的文字、BIM样板等的进行分析、总结、提炼后，基于Suite工作流的多源数据参数共享实现方法，以 BIM 模型为基础信息，进行基于 BIM 技术的施工工艺的创建，最终形成视频库。 基于 BIM 技术的施工工艺创建流程包括前期准备、视频创建、故事脚本、后期创建4个环节。视屏库如图7所示。

图 7 视频库

4 价值分析

我们从虚拟样板引路、技术交底、施工方案模拟及优化的角度，对多源数据在施工工艺精准创建中的价值进行分析。

4.1 多源数据在虚拟样板引路中的价值分析

传统方式下，实体样板的制作工艺和制作材料往往是高标准、严要求的，制作过程更是“验收、修改、再验收”的多次反复过程，其间的人、机、料投入成本巨大；同时，传统方式下，工程建设结束后，非工程部位的实体样板通常会被拆除，成为建筑垃圾。 造成人工费、材料费的2次消耗，这种资源浪费更是同工程建设行业所倡导的绿色建造理念背道而驰。

虚拟样板引路在施工过程中的意义在于：在确保工程质量达到相关标准及规范需求的同时，显著减少乃至避免因大面积拆改、返工所造成的工期、质量、成本方面的损失。

多源数据在虚拟样板引路中的价值在于：虚拟样板的制作具有资源投入少、综合成本低、周转率高、资源消耗少的技术优势，能从根本上解决实体样板引路在资源上的消耗和浪费，为施工质量样板引路开辟了一条全新的途径。图8、9分别是模板支撑架虚拟样板和屋面虚拟样板示例。

4.2 多源数据在技术交底中的价值分析

传统方式下，现场的技术人员依据一系列二维图纸结合文字和图片进行技术交底，技术交底方案晦涩难懂，对现场技术人员、劳务人员个人能力要求高，不同水平的人员可能引发技术交底不彻底，造成施工过程无法达到预期的效果。

图8 模板支撑架虚拟样板

图9 屋面虚拟样板

技术交底在施工过程中的意义在于：使现场的技术人员对工程中的技术要求、质量要求、安全要求、施工做法产生精准的认知和理解，以便科学、合理、优化的组织施工，避免技术、质量、安全事故的发生。

基于多源数据，在计算机环境下进行技术交底方案的创建，能够对技术交底方案中涉及的各施工步骤、施工工序之间的逻辑时序关系进行全面剖析和展示；同时，配合传统的文字和图片描述，在降低现场的技术人员、劳务人员对技术交底方案的认知和理解难度的同时，进一步确保了技术交底方案的科学、合理和优化。图10、11分别是脚手架技术交底电子书和钢筋技术交底电子书示例。

图10 脚手架技术交底电子书

图11 钢筋技术交底电子书

4.3 多源数据在施工方案模拟及优化中的价值分析

传统方式下，现场的技术人员依据一系列二维设计图纸，结合文字进行和施工方案的编制，不利于现场的技术人员、 劳务人员对上述新技术、新工艺、新材料、新设备的认知和理解。

施工方案模拟及优化对施工过程有着重要的意义，一个科学、合理和优化的施工方案模拟能够确保工程的可实施性。

基于多源数据，在计算机环境下进行施工方案模拟及优化，能够对施工方案中涉及的新技术、新工艺、新材料、新设备之间的逻辑时序关系进行全面剖析和展示；同时，配合传统的文字和图片描述，在降低现场的技术人员、劳务人员对施工方案的认知和理解难度的同时，进一步确保了施工方案的科学、合理和优化。不同工作方式下施工方案模拟及优化的及时特征分析如表1所示。图12、13分别为钢结构和土建专业的施工方案模拟示例。

表1 不同工作方式下施工方案模拟及优化的技术特征分析

图12 施工方案模拟 (钢结构专业)

图13 施工方案模拟 (土建专业)

5 性能分析

我们从易用性和工作效率的角度对面向多源数据的施工工艺精准创建技术的性能进行分析。

5.1 易用性分析

工程实践显示：面向多源数据的施工工艺精准创建技术对工程实践的普适性体现在：

(1) 文字库的创建显著提升了现场的技术人员对施工工艺交底资料的编制精准程度；

(2) 图片库、BIM 模型库的创建显著降低了现场的技术人员对施工工艺交底资料的编制工作强度；

(3) 视频库的创建显著提升了现场的技术人员、劳务人员对标准流程、工序的认知、理解程度。

5.2 工作效率分析

基于传统工作方式以及基于四位一体施工工艺大数据方式进行施工工艺编制的工作效率分析如图14、15所示。

从施工工艺编制所包括的“文字交底、规范、机械查找、BIM 模型创建以及视频创建”4个环节看，文字交底和规范、机械查找方面，同传统方式相比，四位一体施工工艺大数据库节省了约 25%～33%的工作时间，随着施工工艺大数据库中样板的持续补充，这一工作效率的提升还将更加显著；BIM 模型创建(静态展示)方面，同传统方式相比，四位一体施工工艺大数据库节省了约75%的工作时间；视频创建(动态展示)方面，同传统方式相比，四位一体施工工艺大数据库节省了约79%的工作时间。从整体工作效率分析来说，四位一体的工艺大数据库方式同传统方式相比，也有着明显的优势，显示出了良好的性能。

图14 各环节的工作效率分析

图15 整体工作效率分析

6 结论

综上所述，基于四位一体的工艺大数据库方式能提高成果在现场、在企业内部的共享、流转和集中管控。在施工阶段，对施工单位的技术人员和劳务人员都有着直观、简单、清晰的认知帮助，极大地提升了人员对施工技术的理解力及精准度，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。同时四位一体施工工艺大数据库的创建也为新员工提供了一个便捷的资源库，对他们专业理论和实际的理解上有着很直观的帮助。但我们也清楚的认识到，多源数据库的实现，要求企业以BIM技术为核心制定相应的业务流程，并依次建立与之配套的BIM资源和其相应的标准规范为基础，才能使多源大数据库更好地应用于实践。