市政设计行业数字化转型态势研究

李 洋

(沈阳市市政工程设计研究院有限公司 沈阳市 110015)

1 设计行业数字化转型背景

数字化的概念是伴随着电子信息技术以及互联网的发展而产生的。从1946年第一台计算机诞生至1969年因特网诞生至今历经七十余年，电子信息的记载、管理及传播技术取得了划时代的进步，给人类社会带来了深刻的变革，给世界上所有现代行业的信息管理技术带来了巨大改变。数字化技术，是指利用计算机软、硬件以及网络、通信技术，对描述的对象进行数字建模、存储、处理、传递、分析、综合优化，从而达到精确描述和科学决策的过程和方法，数字化技术具有精度高、可编辑、传递迅速、便于存储、转换和集成等特点，因此数字化技术为各个行业的技术进步和创新提供了十分有力的工具。毋庸置疑，以效率和质量为目的，运用数字化技术是企业的必然意愿，数字化转型也是二十一世纪企业发展的必然趋势。

我国市政行业的数字化技术应用开始于上世纪80年代，具有超大规模集成电路和独立操作系统的PC机进入国内商业应用领域，部分国内高等院校和科研机构将其运用于数据库存贮管理、理论模型离散化分析以及应用类软件开发使用，1982年，John Walker和Dan Drake及Greg Lutz分别为PC机编写出最初的AutoCAD1.0版本辅助绘图程序，经历数次版本升级，CAD技术开始步入实用化阶段，同时其面向PC机的商业数据统计分析软件和结构计算分析软件亦经不断完善开始进入工程技术实际应用领域，在上世纪80年代后期，随着硬件技术的迅速发展，计算机的成本大幅度下降，使得PC机和实用软件进入了更加广泛的市场，并触发了更多的软件开发需求，CAD技术进入高速发展阶段，到上世纪90年代初期，国内市政设计行业进入“甩掉绘图板”时代，市政设计单位积极推广实施CAD技术、有限元分析技术和数据库技术，改变传统的设计方法，设计师们陆续完成了从手工制图转向电子绘图，从手工计算转向计算机辅助建模乃至程序开发，设计生产效率和精确度大幅度提高，完成了设计产品在设计单位内部的初级数字化转型。从手工到电子自动化，是现代工程设计领域的第一次产业革命。

1994年，我国第一个全国性TCP/IP互联网CERNET建成，标志着我国数字技术正式进入互联网时代，互联网技术通过计算机网络的广域网使不同的设备相互连接，加快了信息的传输速度和拓宽信息的获取渠道，信息传播、知识资源分享突破了以往的诸多限制，其开放性、互动性、时效性赋予数字技术更为广泛的应用空间，我国互联网历经二十余年高速发展，已经成为国家新的经济发展引擎和战略性产业，并催生出网络通信设施、电子商务、网络社交、工业互联网、移动互联、云计算、人工智能应用等新兴行业。2020年国家十四五规划提出了发展数字经济、推进数字产业化和产业数字化、加强数字化智能化水平的战略要求。在此背景下，市政设计行业数字化技术的发展面临着更为广阔的前景，同时也面临着更加艰巨的任务和挑战。

2 我国市政设计行业数字化转型发展

2.1 初始阶段

在上世纪90年代开始，我国市政设计行业开始逐渐采用以计算机设备和工程技术类软件或办公类软件作为主要工具的设计工作模式，设计辅助绘图类软件(CAD)和工程专业技术类软件不断更新完善，CAD类软件面向工程师提供了设计基础层面的工作平台，借助二次开发工具，软件开发者们更为各个细分专业设计出定制化的功能，其仿真程度更高，数据统计分析更加便捷直观。如AutoCAD在1998年推出重要版本R14，正式由DOS平台转至Windows平台，新版本除了具备丰富的绘图功能，也具备了3D建模功能。同时，以CAE技术为核心为土木工程而研究开发的各类计算分析软件在商业市场也获得了成功，市政设计企业主要以各类结构仿真分析类软件、自动辅助绘图类软件、工程计价类软件以及办公类软件作为设计工具，在企业内部以单个设计产品为目标完成了初级数字化转型。此阶段的数字化工作存在几个较为突出的发展障碍：

(1)设计产品的数字化往往局限在企业内部，数据结构简单，信息数量较少，成品输出仍以纸质文件为主；

(2)大型设计项目缺少数字化协同管理，软件开发以提供人机交互形式解决了部分专业技术问题，但是数据协同管理、人人交互方面依然采用的是较为传统的方式；

(3)软件以及设计成果的数据标准和数据接口问题较为突出，由于不同设计进程的不同软件产生的数据往往不具备通读性，因此极易形成“信息孤岛”，其他人或其它软件较难通过输入文件或结果文件全面准确地识别和传递设计信息；

(4)由于互联网初始起步，数字信息传播效率较低，设计阶段的数据知识和数字成果的管理与分享方式十分有限。

2.2 探索成长阶段(数字业务拓展+数字化整体解决方案尝试)

从上世纪90年代后期至2010年，互联网技术开始在我国迅速普及，2010年底我国网民规模已达4.57亿人，IPv4地址数达2.78亿个，域名总数866万个，国际出口带宽由1997年的25.4Mbps增至1098957Mbps，互联网以其技术应用的开放性、交互性、自主性等特点大大改变了人类以往的生产方式和交流方式，以其创新和渗透的特性极大推动了社会各领域的技术进步，同一时期，计算机硬件技术也获得了长足发展，网络通讯速度和数据存储设备容量在10余年间获得了几何倍数式增长，使得海量数据的工程技术类设计产品的数据传输、整合分析以及数字产品商业化具备了现实的应用场景。

市政行业数字化转型是一项与城市公共服务设施建设和管理高度相关的系统工程，2000年我国科研机构开始针对数字城市开展研究，部分试点城市陆续开展数字城市的规划和实践工作，同时快速发展起来的以GIS技术为核心的数字地理信息技术，极大推动了城市地理空间信息化的建设，许多城市已建立起商业应用级的地理基础数据信息库并运用于土地管理、资源开发、城市规划以及交通等相关领域，市政道路交通、地铁、地下管网等专业设计通过分享GIS信息并将工程建设信息反馈，初步实现了与城市测绘、规划或市政设施运维企业间的数据接驳。

软件商继续拓展细分市场，市政行业几乎所有专业领域内都有为设计而开发的应用软件，在建筑和结构领域，为了使设计产品能够具有更多的前置功能和更高的使用价值，许多国家政府和软件商积极推动为建筑电子模型信息制定新的数据标准，1995年国际协同工作联盟(IAI)推出关于建筑全生命周期和全产业链的IFC标准，是全球首个面向专业拆分、构件命名、族库编制、材质分类、文件命和软硬件标准等不同的对象层面而制定的建筑信息模型(BIM)建模标准。2002年Autodesk公司发布了BIM白皮书，加速了BIM产业的软件战略布局，Autodesk认为CAD系统植根于图形，难以充分创建和管理建筑信息，因此通过收购及整合发展出与CAD平行的BIM产品线，2004年BIM建模软件Revit进入中国并开始在设计企业推广，市政行业开始尝试BIM概念设计。

办公自动化(OA)是将现代化办公和计算机信息管理技术结合起来的一种新型的办公方式,互联网的发展普及，使利用OA技术实现工程设计项目管理的电子化协同成为可能，除文字处理、档案管理、文件共享、公告板和BBS等初级用途之外，软件开发者尝试为设计企业定制项目管理、文印、人力和财务等个性化较高的子系统模块，并建设集成管理平台，不过由于各子系统间的数据协同不甚完善以及复杂的管理框架和工作界面，早期的集成式OA系统大多存在子系统开放度较差、程式化流程无法完全实现真实工作模式中的多样化和人性化需求等问题。

2.3 快速发展阶段(多模式+智慧化)

2011年之后，我国移动互联网进入快速发展阶段，2012年手机上网用户数已超过台式电脑用户数。移动互联技术给设计行业的工作和管理模式带来了巨大改变，同时，人工智能经过历年积累，也进入大规模工业化阶段，形成了具备基础数据库、感知、学习和决策分析功能的综合技术体系，为设计行业的产业升级提供了新的动能。

云技术利用高速互联网、分布式海量数据存储和管理技术，创造了新的物理资源和数据资源的管理模式，在市政设计行业，已有大型仿真分析类软件和三维模型类软件将部分需要海量数据处理的功能模块放置在云端，解决了个人终端在超强算力和巨量数据存储方面的弱点。云技术也大大降低了应用软件对终端设备的配置要求，工程技术类的移动端应用市场近年来成长迅速，越来越多的专业设计软件、知识查询平台、城市大数据管理平台、OA管理平台等都推出手机版应用(APP)，极大改善了设计数据信息使用的扩展性和协同性。

国内BIM技术应用在2012年后开始爆发，科研机构与建筑企业联合成立BIM发展联盟，并积极研究制定我国BIM技术标准、探索BIM发展路线和产业实践，住建部2015年颁布了《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，提出了设计单位和施工企业在新建工程项目中集成应用BIM技术的框架性指导意见，部分地方省市也根据自身区域发展特点出台了相应的标准和指导文件，市政设计行业进入BIM技术深化和落地应用阶段，新签BIM应用项目数及应用面积迅速增长，产业规模从2012年起保持平均35%以上的年增长率，2019年全国建筑市场BIM产业规模已超过58亿元。不过设计行业BIM技术快速发展的阶段也面临着一些较为急迫的工作，一是需要强化市政行业BIM成果交付标准(如数据架构标准、模型深度标准)的通配性，令设计企业可以将BIM成果作为正式设计产品替代现阶段电子化二维图纸，并且设计阶段BIM成果在后续建设周期内仍具有使用价值；二是解决以BIM主导的设计工作模式与传统工作模式上的冲突，在设计阶段充分发挥BIM的预演功能，融入更多建造阶段和运维阶段的需求，在设计企业内部，建立BIM模式下的人员岗位要求和作业标准，并建立与之相应的质量管控制度。

3 结语

数字化技术对市政行业的发展影响深刻，国家十四五规划提出了加快数字化发展的目标，给市政设计行业的数字化转型工作带来了新的机遇和挑战，相信随着大数据、物联网、云计算、虚拟现实、人工智能等新技术形态的不断成熟，随着人们逐步确立数字化的战略发展理念，市政设计行业一定会进入规范化、集成化、智能化的数字建造新发展阶段。