工程數(shù)據(jù)數(shù)字化交付解決方案研究

蔡雨芳 嵇曉輝

(1.上海中沐勤建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200030； (2.上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司，上海 200041)

1 數(shù)字化交付及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)字化交付定義

工程數(shù)字化交付是將上游環(huán)節(jié)產(chǎn)生的工程信息交付給下游環(huán)節(jié)，用以支撐項(xiàng)目建設(shè)及管理，確保工程順利實(shí)施的活動(dòng)。工程數(shù)字化交付不僅僅是將工程項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)信息移交給業(yè)主，而且還將項(xiàng)目各參與方都視為數(shù)字化交付的主要發(fā)起人和受益人，通過(guò)交付行為提升項(xiàng)目整體的進(jìn)度、質(zhì)量和成本把控力度的一系列復(fù)雜過(guò)程[1]。

1.2 數(shù)字化交付內(nèi)容

工程數(shù)字化交付內(nèi)容包含工程單個(gè)階段的成果以及工程竣工時(shí)最終的整體成果，具體包括：①合同規(guī)定的工程各階段的相關(guān)成果，如設(shè)計(jì)、施工、竣工、運(yùn)維模型、協(xié)同平臺(tái)以及相關(guān)報(bào)告、材料、圖紙等； ②項(xiàng)目驗(yàn)收需提交的各類(lèi)工程管理和技術(shù)材料[2-3]。

1.3 數(shù)字化交付格式

數(shù)字化交付包含工程全生命期各個(gè)階段的成果，除了用于瀏覽的輕量化通用文檔格式外，一般還需要交付可編輯的原文件格式用于項(xiàng)目歸檔。BIM模型在交付時(shí)需要考慮建模軟件的時(shí)效性和共通性，除了提交原文件外，還應(yīng)提供國(guó)際通用格式的版本，例如IFC格式等。

1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院對(duì)美國(guó)相關(guān)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)、施工、供應(yīng)商、軟件商等70家企業(yè)進(jìn)行調(diào)研后，發(fā)布了《美國(guó)固定資產(chǎn)設(shè)施建設(shè)中相互協(xié)作不足所導(dǎo)致的成本分析》報(bào)告。報(bào)告數(shù)據(jù)表明在2002年，美國(guó)僅在固定資產(chǎn)建設(shè)這一領(lǐng)域，就因協(xié)作不足引起的158億美元的損失。指出提升項(xiàng)目參與單位間在工程全生命周期項(xiàng)目文檔數(shù)字化共享和業(yè)務(wù)流程管理能力至關(guān)重要[4]。美國(guó)是信息科技和計(jì)算機(jī)科技的先進(jìn)國(guó)，也是BIM平臺(tái)技術(shù)的主要引領(lǐng)國(guó)家。近年，隨著信息和計(jì)算機(jī)科技的快速發(fā)展，以建筑信息模型(BIM)平臺(tái)為代表的工程建設(shè)領(lǐng)域的信息技術(shù)革命給數(shù)字化交付帶來(lái)新的方式。

目前，國(guó)內(nèi)工程項(xiàng)目在各階段，大多通過(guò)紙質(zhì)、U盤(pán)、CD、郵件等方式，按照相關(guān)的流程實(shí)施文檔交付工作。由于工期緊張，相關(guān)參與方眾多，以及交付文檔量大、審核流程復(fù)雜容易造成交付質(zhì)量和效率低下的現(xiàn)象。2014年住建部在《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見(jiàn)》中指出國(guó)內(nèi)應(yīng)加速推進(jìn)工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化及BIM應(yīng)用。上海市在2014年完成《計(jì)算機(jī)審圖對(duì)策研究》課題后，于2016年率先推進(jìn)“白圖替代藍(lán)圖”試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)文件數(shù)字化交付”技術(shù)創(chuàng)新[5]。

綜上所述，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，政府、設(shè)計(jì)和施工單位都在積極推動(dòng)基于BIM平臺(tái)的工程數(shù)字化交付。利用BIM平臺(tái)進(jìn)行工程數(shù)字化交付已經(jīng)愈發(fā)成為一種行業(yè)趨勢(shì)。

1.5 數(shù)字化交付平臺(tái)

作為數(shù)字化交付的重要載體，被稱(chēng)為數(shù)字工程的“最后一公里”的BIM數(shù)字化交付平臺(tái)是目前行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。數(shù)字化交付平臺(tái)除了可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交付標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳遞指南進(jìn)行整合和定制外，還要具備交付文檔合規(guī)性檢驗(yàn)、存儲(chǔ)、交付、共享、在線瀏覽、溝通協(xié)同等功能[6-7]。表1列舉了數(shù)字化交付平臺(tái)常見(jiàn)的一些功能。

表1 數(shù)字化交付平臺(tái)功能

數(shù)字化交付平臺(tái)的建設(shè)模式一般主要有三種方式，分別是：建設(shè)方主體建設(shè)、第三方主體建設(shè)和多方主體共建設(shè)。具體差異如下：

(1)建設(shè)方主體建設(shè)，由建設(shè)方主導(dǎo)搭建交付平臺(tái)，并向項(xiàng)目各參與方提供平臺(tái)入口實(shí)現(xiàn)文檔的交付，本質(zhì)上是各方對(duì)建設(shè)方的交付，不能較好支持項(xiàng)目各參與方間的協(xié)同工作。

(2)第三方主體建設(shè)，由建設(shè)方委托第三方公司或某一參與方為主建設(shè)交付平臺(tái)，該第三方負(fù)責(zé)幫建設(shè)方收集交付資料，之后再轉(zhuǎn)交給建設(shè)方。該方法適合建設(shè)方BIM能力較弱，直接采用第三方平臺(tái)的情況。

(3)多方主體共建設(shè)，由建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、總承包單位、資源單位、軟件公司共同實(shí)施和建設(shè)共享BIM平臺(tái)，各方共同維護(hù)和完善[8]。

2 數(shù)字化交付關(guān)鍵技術(shù)思考

2.1 數(shù)字化交付物審核

數(shù)字化交付物的質(zhì)量高低將對(duì)項(xiàng)目后續(xù)工作產(chǎn)生重大影響，因此對(duì)各階段交付物的質(zhì)量管控尤為重要。工程交付文件要在交付前進(jìn)行充分的校對(duì)和校審，確保交付材料質(zhì)量合格，應(yīng)有多級(jí)校對(duì)、校審機(jī)制。

然而大型工程項(xiàng)目的交付資料浩如煙海，審核人員的數(shù)量和精力有限，無(wú)法對(duì)每一個(gè)模型、圖紙和文檔都進(jìn)行細(xì)致的檢查，因此BIM數(shù)字化交付平臺(tái)具有自動(dòng)審核的功能就尤為重要了。

交付成果的自動(dòng)審核可以分為文檔審核以及BIM模型審核。文檔審核相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)用戶(hù)上傳文檔后，由平臺(tái)自動(dòng)核對(duì)文檔的格式、大小、命名編號(hào)等內(nèi)容，這在市場(chǎng)上已經(jīng)有比較成熟的技術(shù)。

而B(niǎo)IM模型的審核在技術(shù)上較為復(fù)雜，通常是將設(shè)計(jì)規(guī)范和BIM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一些硬性條款轉(zhuǎn)化為機(jī)器能夠識(shí)別的語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)模型的校核。目前這類(lèi)軟件工具在市場(chǎng)上還不多見(jiàn)，較為成熟的也大多為外國(guó)軟件，與國(guó)內(nèi)審核標(biāo)準(zhǔn)水土不服，比如芬蘭的Solibri model checker、新加坡建設(shè)局的無(wú)紙化設(shè)計(jì)審批CORENET系統(tǒng)等。近期，湖南省住建廳針對(duì)施工圖設(shè)計(jì)階段的BIM模型開(kāi)發(fā)了一套BIM審查系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的可以依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BIM模型進(jìn)行自動(dòng)審核的軟件工具。

交付平臺(tái)自動(dòng)化模型審核技術(shù)的應(yīng)用有助于進(jìn)行模型規(guī)范和工程規(guī)范審核，提升數(shù)字化交付質(zhì)量。

2.2 BIM模型輕量化引擎

數(shù)字化交付物上傳到BIM平臺(tái)后，平臺(tái)除了要能查看各類(lèi)office文檔和CAD圖紙外，非常重要的一項(xiàng)功能就是BIM模型的輕量化瀏覽。

現(xiàn)在越來(lái)越多的BIM平臺(tái)是基于B/S架構(gòu)，用戶(hù)在網(wǎng)頁(yè)端就能直接訪問(wèn)平臺(tái)并進(jìn)行各項(xiàng)操作。BIM模型的網(wǎng)頁(yè)端輕量化瀏覽是這類(lèi)平臺(tái)需要重點(diǎn)解決的技術(shù)難題。

BIM輕量化引擎一般是基于WebGL標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行BIM模型的快速渲染和展示。模型輕量化的方案很多，比如可以將BIM模型通過(guò)平臺(tái)專(zhuān)門(mén)的插件進(jìn)行“瘦身”，形成大小只有原來(lái)十分之一甚至幾十分之一的數(shù)據(jù)包，將該數(shù)據(jù)包上傳到平臺(tái)發(fā)布后即可在網(wǎng)頁(yè)端利用算法進(jìn)行拼裝和加載，實(shí)現(xiàn)模型的輕量化瀏覽。

2.3 數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)安全對(duì)于數(shù)字化交付平臺(tái)而言是重中之重。對(duì)于交付物的安全管理，可以從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行管控。

首先是平臺(tái)服務(wù)器部署方式的選擇。平臺(tái)的云端服務(wù)器一般有兩種部署方式：公有云和私有云。私有云在數(shù)據(jù)安全上有很大的優(yōu)勢(shì)，但是價(jià)格較貴，且管理復(fù)雜，維護(hù)成本高。公有云搭建成本更低，部署靈活，后期維護(hù)簡(jiǎn)單，但是數(shù)據(jù)安全性上相對(duì)差些[9]。公有云的服務(wù)商很多，考慮到一些工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)保密要求，建議盡量采用國(guó)內(nèi)的云服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行云平臺(tái)的搭建。

第二點(diǎn)是平臺(tái)人員權(quán)限管理。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)目參與人員的操作權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分和規(guī)定，保證交付物只能被選定的目標(biāo)用戶(hù)所接收和查閱，其他人員無(wú)權(quán)進(jìn)行修改和刪除等操作。

第三點(diǎn)是文檔版本管理和版本回溯的功能。在平臺(tái)使用過(guò)程中，每次上傳的文件都應(yīng)該由平臺(tái)自動(dòng)設(shè)置版本號(hào)進(jìn)行記錄和保存。如果用戶(hù)出現(xiàn)誤刪文件的情況可以通過(guò)版本回溯的功能追回原來(lái)的文件，保證交付物數(shù)據(jù)的安全可控。

表2 數(shù)字化交付平臺(tái)審核功能

3 基于BIM的工程數(shù)字化交付平臺(tái)

基于BIM的工程項(xiàng)目數(shù)字化交付平臺(tái)，除了能滿(mǎn)足常規(guī)的文檔合規(guī)性檢驗(yàn)、存儲(chǔ)、交付、共享、在線瀏覽、溝通協(xié)同等功能外，應(yīng)注重易用性。確保平臺(tái)用戶(hù)不用經(jīng)過(guò)繁雜的培訓(xùn)也能夠輕易掌握在線查閱BIM模型，借助平臺(tái)工具或?yàn)g覽模型發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并與相關(guān)方進(jìn)行溝通。

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有不少較為成熟的數(shù)字化交付平臺(tái)。國(guó)外方面，比如BIMX、Aconex、Project Wise、Autodesk A360、Revizto等等。但是部分平臺(tái)的功能還是局限在傳統(tǒng)的文件管理協(xié)同和電子交付的功能上，對(duì)于三維BIM模型的展示能力不足。而Autodesk A360、Revizto等平臺(tái)對(duì)基于Revit建模的BIM模型支持較好，但服務(wù)器在國(guó)外，不太滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)項(xiàng)目對(duì)工程數(shù)據(jù)安全性的要求。國(guó)內(nèi)方面，商業(yè)化的數(shù)字交付平臺(tái)非常多，比如廣聯(lián)達(dá)的協(xié)筑云平臺(tái)、魯班BIM系統(tǒng)平臺(tái)、大象云等等，除了這些專(zhuān)業(yè)的軟件廠商外，很多建設(shè)單位、咨詢(xún)公司、施工單位等都開(kāi)發(fā)定制了適用于自己項(xiàng)目交付需求的BIM平臺(tái)。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外的數(shù)字化交付平臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出一種百花齊放的態(tài)勢(shì)。

基于BIM平臺(tái)的工程數(shù)字化交付加強(qiáng)了不同專(zhuān)業(yè)和不同參與方之間的協(xié)同，使得交付更加順暢高效。本章以上?，F(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)公司研發(fā)的AEC-BIM交付平臺(tái)為例，通過(guò)其在徐匯區(qū)某新建中學(xué)項(xiàng)目中的使用情況來(lái)展示基于BIM的工程數(shù)字化交付平臺(tái)的一些典型應(yīng)用。

3.1 合規(guī)性核驗(yàn)

傳統(tǒng)工程交付的成果多為紙質(zhì)圖紙和報(bào)告等內(nèi)容。交付文檔的審核要點(diǎn)主要有三點(diǎn)，分別是完整性、準(zhǔn)確性、合規(guī)性。BIM模型存儲(chǔ)的信息更加詳盡，其邏輯關(guān)聯(lián)性更明顯，審核的工作量和難度都有所增加，表2展示了BIM平臺(tái)在某學(xué)校項(xiàng)目中的合規(guī)性審查的具體審核內(nèi)容及審核過(guò)程中BIM模型常見(jiàn)的一些問(wèn)題，具體如下：

一是模型規(guī)范審核方面，BIM平臺(tái)提供交付文檔的標(biāo)準(zhǔn)模版和指南，涵蓋命名、內(nèi)容、范圍、精細(xì)度、信息屬性等具體規(guī)定。用戶(hù)在進(jìn)行成果交付時(shí)，平臺(tái)可以根據(jù)用戶(hù)的角色來(lái)判斷交付文檔的名稱(chēng)、內(nèi)容、信息量和精細(xì)度的正確性，并給予相關(guān)提示。

二是工程規(guī)范審核方面，平臺(tái)可以支持部分標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)審核，如提交的材料不符合相關(guān)技術(shù)要求，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行提示，該標(biāo)準(zhǔn)在獲得管理員同意的情況下可以進(jìn)行定制和調(diào)整。

3.2 存儲(chǔ)、交付與共享

項(xiàng)目從前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)，相關(guān)方很多，不同主體間的項(xiàng)目文檔如圖紙、報(bào)告、照片等， 提資和共享往往需要通過(guò)建設(shè)方來(lái)協(xié)調(diào)，將圖紙、報(bào)告、文檔等數(shù)據(jù)信息傳遞給其他單位時(shí)，容易產(chǎn)生項(xiàng)目信息溝通不及時(shí)，溝通信息成本高等問(wèn)題[10]。

BIM平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)工程資料的匯總、分類(lèi)、存儲(chǔ)和共享，可根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目參與方的職責(zé)設(shè)立專(zhuān)屬的文檔目錄，各方可以自由查閱和修改自己所屬的文件夾資料，其他參與方查閱時(shí)需要得到管理授權(quán)才能以只讀的方式查閱，這樣既保證了文檔的安全性，又能實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)的交付和共享。

圖1展示了BIM平臺(tái)在某學(xué)校項(xiàng)目的數(shù)據(jù)成果交付過(guò)程中的應(yīng)用情況。在該項(xiàng)目中，各參與方每階段的工作成果都通過(guò)BIM交付平臺(tái)進(jìn)行成果存儲(chǔ)和交付。平臺(tái)自帶文件版本管理的功能，可以追溯同一文件的歷史版本，保障了在實(shí)際項(xiàng)目中文檔數(shù)據(jù)的安全。此外，在文件共享方面，利用平臺(tái)人員權(quán)限管理的功能，保證有權(quán)限的用戶(hù)才能訪問(wèn)和分享相關(guān)的文件。

圖1 存儲(chǔ)、交付與共享

3.3 在線瀏覽

BIM平臺(tái)應(yīng)該支持在線查閱DOC、PDF、AVI、DWF、MP4、BIM輕量格式文件。單機(jī)平臺(tái)的BIM對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件要求相對(duì)比較高，涉及軟件版權(quán)和操作培訓(xùn)等問(wèn)題，不利于在工程中大面積推廣使用。BIM交付平臺(tái)則支持基于B/S瀏覽器進(jìn)行輕量化模型查閱，讓交付的模型審閱變得簡(jiǎn)單，可大幅規(guī)避排查交付文檔中的“錯(cuò)、碰、漏、缺”問(wèn)題，減少后期的變更。

圖2展示了BIM平臺(tái)的模型輕量化瀏覽功能。平臺(tái)通過(guò)算法將原來(lái)BIM模型的體積進(jìn)行壓縮和瘦身，保證用戶(hù)可以在網(wǎng)頁(yè)端流暢地瀏覽模型并進(jìn)行操作互動(dòng)。用戶(hù)在平臺(tái)上既可以查看模型構(gòu)件信息，也能使用剖切框查看建筑物內(nèi)部情況，便于項(xiàng)目各參與方對(duì)交付成果的快速查看和審核。

圖2 在線瀏覽

3.4 溝通和協(xié)同

當(dāng)代工程項(xiàng)目規(guī)模和復(fù)雜性逐漸提升，通過(guò)傳統(tǒng)CAD圖紙和紙媒圖紙檢查問(wèn)題對(duì)技術(shù)人員的技術(shù)和人力投入要求都很高，部分問(wèn)題需要多人商議解決，人員受時(shí)空制約因素大； 借助BIM交付平臺(tái)可以輔助項(xiàng)目各方快速協(xié)調(diào)解決交付過(guò)程及交付成果中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。一般根據(jù)問(wèn)題復(fù)雜程度可以分為兩種情況：一是簡(jiǎn)單問(wèn)題，可采用討論組的方式在線進(jìn)行小范圍問(wèn)題討論，討論不僅可以通過(guò)文字還可以通過(guò)模型和文件的視圖以工作任務(wù)發(fā)送給相關(guān)工程師，由相關(guān)工程師負(fù)責(zé)解決和答復(fù)問(wèn)題，討論的過(guò)程和記錄將被保存下來(lái)，后期可以回溯。二是相對(duì)比較復(fù)雜的問(wèn)題，可借助BIM平臺(tái)的問(wèn)題表單應(yīng)用，將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表發(fā)送到平臺(tái)中，報(bào)表中將明確責(zé)任方、參與方以及問(wèn)題整改時(shí)間節(jié)點(diǎn)； 問(wèn)題相關(guān)方可在BIM平臺(tái)上對(duì)就提出的問(wèn)題進(jìn)行討論，并最終將整改措施及整改結(jié)果發(fā)布在平臺(tái)上。問(wèn)題發(fā)起人對(duì)整改結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，通過(guò)后可進(jìn)行問(wèn)題閉環(huán)并歸檔。

圖3 溝通與協(xié)同

圖3展示了在某學(xué)校項(xiàng)目中問(wèn)題閉環(huán)的流程圖。在BIM交付平臺(tái)部署初期便將這些事先規(guī)劃好的工作流程內(nèi)置到平臺(tái)當(dāng)中，保證在成果交付時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，即有標(biāo)準(zhǔn)的解決流程供各方參照和遵循。

3.5 大數(shù)據(jù)整理分析

工程項(xiàng)目全生命周期要生成巨量的信息和數(shù)據(jù)，基于BIM的工程數(shù)據(jù)交付平臺(tái)可以對(duì)上述的各項(xiàng)應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目分階段、分層級(jí)、分專(zhuān)業(yè)的分析，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過(guò)圖表、表格的形式進(jìn)行直觀的反映，并實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)情勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，通過(guò)科學(xué)數(shù)據(jù)指導(dǎo)未來(lái)其他類(lèi)似項(xiàng)目的實(shí)施和決策。

4 總結(jié)

在過(guò)去粗放式發(fā)展模式下，工程建設(shè)各相關(guān)企業(yè)交付行為形式化嚴(yán)重，導(dǎo)致工程全過(guò)程中大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)無(wú)法采集、積累和共享。而隨著基于BIM平臺(tái)的數(shù)字化交付方式的逐步推廣和普及，將在很大程度上幫助項(xiàng)目管理者解決項(xiàng)目管理層面繁雜、各方信息孤島嚴(yán)重、項(xiàng)目建設(shè)信息管控滯后等問(wèn)題。

無(wú)需質(zhì)疑，基于BIM平臺(tái)的工程數(shù)字化交付必將成為工程項(xiàng)目建設(shè)的主流趨勢(shì)。在促進(jìn)建筑信息化的同時(shí)，幫助工程建設(shè)的各參與方實(shí)現(xiàn)多階段、多層級(jí)、多專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目精細(xì)化管理，提高工程整體數(shù)字化交付質(zhì)量和效率。