浅谈企业设计施工一体化应用发展之路

文｜蔺志刚

30年前，AutoCAD的出现改变了传统出图方式；2003年，欧特克公司发表了题为“Building Information Modeling”白皮书后，BIM概念被广泛提及，以BIM技术为代表的工程建设技术日益进入优化时代；如今，借助互联网技术的飞速发展，BIM技术已经不仅仅是工程技术上的革新，基于互联网+BIM的技术更是工程建设业务流程上的革新。

对于水利行业而言，整个行业信息化发展历经几十年，取得了一些成绩，但面对未来的发展之路还有很多的不确定因素。

行业背景

BIM是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。BIM能够应用于工程项目规划、勘察、设计、施工、运营维护等各阶段，实现建筑全生命期各参与方在同一多维建筑信息模型基础上的数据共享，支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理。

目前，各行各业都在推进BIM技术的研究和应用，制造业因其标准化程度较高，已经能够在设备制造、安装全工艺过程应用BIM技术。而水利工程规模大、专业多、结构复杂、建设周期长、参建方众多、标准化程度底，对社会、生态环境影响大等特点，BIM技术的应用还处于过渡阶段。

近年来，建筑行业经历了持续多年的高速发展，技术水平和管理水平不断进步，但是整个建筑业的低效率、高浪费现象依然严重，主要表现在：业主需要更快的资金周转、更短的工期；施工技术、质量和安全管理难度大；三边工程、图纸问题多、容易返工；工程复杂、技术难度大；成本管理复杂程度高；参建方众多，项目协同产品很多问题，一方面，设计方案可施工性存在问题，导致设计变更频繁；另一方面，设计缺陷和施工失误带来的责权划分不清，容易引起纠纷；传统以文档、图纸等为媒介传递信息的方式，使得信息分散，各单位信息孤岛难以组成整体，这些问题直接导致了工程建设生产效率低，造成资源、成本的极大浪费。

图1 企业集成环境平台

如何让工程设计更加精细化、施工管理更加信息化、运维管理更加智能化、信息服务更加便捷化，是需要整个行业认真面对的问题。通过设计阶段的BIM设计，将设计的信息传递到施工阶段，并最终实现在运维阶段的应用，是企业设计延伸、拓展业务板块的必由之路。

设计阶段应用

法国达索公司的3DE体验平台是采用云服务的储存和计算方法，进行数据级协同管理。该平台适合水利水电工程BIM设计数据与项目管理应用，并可扩展至后期运行维护。平台具有专门的土木工程模块，符合土木行业BIM设计要求；采用云平台，实现云存储和云计算，有利于拓展到全生命周期管理。通过锁定、解锁、转移所有权、更改负责人、访问权限控制、合作区权限控制等方法可有效完成多专业协同，并通过更改成熟度、修订版、衍生版、概念分支等方法，可有效完成项目的多阶段、多方案的控制和比选工作。

以此平台为例，首先，在企业内部应实现各个专业的项目级应用，并提升到企业级应用。企业级的应用相当于把所有的资源都共享，把环境资源、信息资源、业务流程、活动、协同以及交付标准集成在里面，通过调用相应的资源，实现规范化操作、协作化运行、知识化决策、规模化生产,从而提高效率，达到企业级资源的最大化利用。如图1。

另外，应积极将规范与经验融入设计过程，定制符合企业设计流程的系统。可以通过二次开发形成基于BIM的流程化设计方法，指导设计人员完成产品创新，体现最佳设计实践，达到减少设计失误，实现自动设计，获得最高生产效率。比如，以标准水闸流程为基础进行可视化界面设计，方便操作使用；参数的有效传递，水力学计算结果传递给模型，模型参数传递给稳定计算；以模板装配的形式搭建模型，实现流程与BIM的有机结合。如图2。

将设计模型的设计信息有效整合，开发出独立运行、实用高效、可视互动、界面友好的交付平台。提升设计产品的整体品质，减少交付过程中的沟通障碍，使设计产品供工程全生命周期不同阶段使用。

3DE平台上建立完整的项目管理流程，通过专业软件的双向对接，构建数字化协同设计平台，进行流程化设计、碰撞分析、计算仿真、工程出图等应用实践，并拓展应用到方案模拟、工艺仿真、虚拟现实、多维可视化管理等方面。综合集成工程项目数据源，搭建统一的项目数据中心，为工程项目全生命周期的高效化、精细化管理提供有效支撑。

施工阶段应用

在施工交付方面，由于形成的设计模型并不能直接应用于施工阶段，因此需要按照项目进度和施工工法对设计模型进行拆解和细化得到施工模型。把模型和信息通过数据库挂接，利用模块化编程技术，快速完成施工管理平台的搭建。

质量验评管理系统。随着移动互联网技术的快速发展，通过手持移动设备可以完整、轻松地进行现场不同情况的移动质量验收评定工作。可以根据业主需求定制不同的管理模块，全方位为现场管理提供现代化的管理手段。

质量验评管理系统应至少具有四大功能，一是空表的下载、编辑---表格搜索、下载和在线编写功能，并依据角色分配读写权限。二是手写签名---在验收评定表签名处直接手写签名。三是搜索查看---按人员搜索、扫描二维码，查看已上传验收文件。四是统计分析---单元工程、时间对验收评定结果进行统计分析。如图3。

施工进度管理。通过计划和实际进度数据采集，使数据驱动模型，同时用数据和模型展示进度及进度偏差，当进度滞后时调整资源，根据边界条件重新计算工期，形成新的方案，计算完成之后对新方案进行进度模拟。

选择整个工程或者某些工程部位，对计划进度和实际进度进行模拟，按不同的时间周期进行模拟，比如按月、周或者日进行模拟。通过反复的施工过程模拟，让在施工阶段可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，并提前制定应对措施，使进度计划和施工方案最优。计划进度和实际进度都可进行虚拟建造。

图2 水闸流程化设计软件

图3 移动端质量验评

结合物联网技术，通过读取施工期监测仪器的数据，每个仪器模型对应其监测数据，通过条件查询分析各工程部位的安全性。也可以将施工工艺和施工图纸放入数据库，并与相关模型关联，点击模型可查看相关工艺和图纸。如图4。

以某典型项目为例，根据业主需求进行了定制化开发，主要功能包括总览及文件管理、3D基础BIM数据、4D/5DBIM管理，以及施工质量验收评定管理、危险源管理。如图5。

充分利用建模软件的优势和特点，并结合水电工程三维应用的经验，建模过程中采用骨架设计、参数化模板搭建、标准库零件调用、流程化建模、协同环境创建等技术，辅以规范化编码与结构表述等措施，隐性信息显性化表现等手段，快速形成工程模型，并方便后期修改与管理。

系统实现BIM与项目管理信息的有效融合，系统主要由远程网络服务器和电脑端、移动端组成，即采用移动端与电脑端相结合模式，进行验收评定管理和危险源管理的联合开发。同时，根据工程图纸，按照合同及实施方案的相关技术要求，对地形地质、隧洞、道路及营地等各种建筑物，分别采用CATIA（参数化强）和revit（族库较丰富）软件，建立不同细节层级要求的模型，模型满足后期信息赋予、进度控制及施工模拟等要求。通过自行开发3D BIM程序，将模型进行整装，实现对BIM模型进行全角度查看，和对设计、施工信息的全方位查询，这也是综合管理平台开发的基础数据。如图6。

图4 施工进度模拟

图5 平台架构

图6 3D BIM平台

图7 信息化管理平台

总结及展望

信息化对促进建筑施工行业及企业的管理水平，提升企业竞争力的成效是非常明显的。企业应当建立符合自身特点的信息化管理平台，通过BIM技术应用，跨越障碍；通过自主开发，实现快速决策、工程结算、数字化档案管理等方面的深入应用，优化设计施工一体化的设计管理及施工过程管理。完善BIM标准化平台和流程化建造，实现信息组织、信息搜索、知识管理等数字资产的智能化管理，并将数字化归档与后期的运维相结合。

作为传统企业，应深入推进垂直行业的 “行业+BIM”研发应用，由于以前完全靠CAD二维制图，信息不对称并存在孤岛；现在加入BIM技术后，使整个行业信息化水平明显提高。客观讲，“BIM+行业”是一条新的产业链，许多信息互联网及软件公司实际上是利用软件自身的优势，不断地融入这个行业，对行业的深度挖掘能力依然不足；而“行业+BIM”对企业来说，更容易构建出行业壁垒。通过信息采集传感器、通信技术（NW-IOT）等技术的发展，基于BIM的大数据收集是下一轮企业竞争的焦点所在，企业只有具备了大数据的思维，才能在行业竞争中立于不败之地。