王欣南 李金龍 游 威
(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430052)
從2007年起我國(guó)就在“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目中啟動(dòng)了“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題。BIM技術(shù)在我國(guó)從研究階段開(kāi)始至今已經(jīng)發(fā)展了近13年,住建部最早于2007年推出《關(guān)于發(fā)布“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”課題申請(qǐng)指南的通知》,推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑工程軟件方面的研究性工作。
近年來(lái),工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域的BIM相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布,推動(dòng)了BIM技術(shù)在工程建設(shè)全生命期的應(yīng)用,總體應(yīng)用效率和效益都開(kāi)始逐步顯現(xiàn)。BIM技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的應(yīng)用起步較晚,2016年開(kāi)始交通運(yùn)輸部相繼出臺(tái)一系列的政策,大力推進(jìn)BIM技術(shù)在公路和水運(yùn)工程的推廣應(yīng)用。本文收集并整理了交通運(yùn)輸部近年來(lái)涉及BIM技術(shù)的相關(guān)政策文件,并提取了政策文件中BIM相關(guān)內(nèi)容,具體見(jiàn)表1。
表1 交通運(yùn)輸部BIM相關(guān)政策文件統(tǒng)計(jì)表
續(xù)表1
本文將上述文件的主要內(nèi)容部分利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)(NLP)進(jìn)行處理并剔除介詞、形容詞等無(wú)用詞后,得到詞頻統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2、圖1。
表2 交通運(yùn)輸部相關(guān)政策文件中標(biāo)準(zhǔn)詞頻統(tǒng)計(jì)表
圖1 交通運(yùn)輸部BIM相關(guān)政策詞頻統(tǒng)計(jì)圖
由圖1可見(jiàn),“BIM技術(shù)”“基礎(chǔ)設(shè)施”“智能”“協(xié)同”“數(shù)據(jù)”等詞匯出現(xiàn)頻率較高,說(shuō)明利用信息化領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)保障施工安全、通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工管理是一直以來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。隨著公路工程全生命期信息化管理水平的提升,“智慧公路““車路協(xié)同”等與智能駕駛相關(guān)的關(guān)鍵詞也經(jīng)常出現(xiàn),體現(xiàn)了技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
截止2019年6月,建筑信息模型的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制及發(fā)布的統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。
表3 建筑信息模型國(guó)標(biāo)發(fā)布情況統(tǒng)計(jì)表
為了更好地收集地方標(biāo)準(zhǔn)的編制情況,通過(guò)從互聯(lián)網(wǎng)等公開(kāi)資料采集到152條自2013年起與BIM相關(guān)的地方性標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)報(bào)道,并進(jìn)行詞頻分析得到結(jié)果見(jiàn)表4、圖2。
表4 地方BIM類標(biāo)準(zhǔn)詞頻統(tǒng)計(jì)表
圖2 地方BIM標(biāo)準(zhǔn)詞頻統(tǒng)計(jì)柱狀圖
由表4可見(jiàn),在地方性BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵詞中“信息”“模型”“推進(jìn)”等詞匯的頻率較高,說(shuō)明各省及直轄市在積極推動(dòng)相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)的編制工作,并規(guī)范BIM技術(shù)在當(dāng)?shù)毓饭こ讨袘?yīng)用的流程和成果。
2017年12月交通運(yùn)輸部印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程應(yīng)用BIM技術(shù)的指導(dǎo)意見(jiàn)》,文件中多次強(qiáng)調(diào)支持并鼓勵(lì)相關(guān)單位積極研究和應(yīng)用BIM技術(shù),將BIM技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)作為企業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)期戰(zhàn)略任務(wù),推動(dòng)BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用,并給予明確的政策支持。由此可見(jiàn),公路工程的BIM應(yīng)用勢(shì)在必行,且隨著應(yīng)用的不斷深入,將給公路工程行業(yè)帶來(lái)革命性的變化。
2017年開(kāi)始,交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的各大設(shè)計(jì)院積極響應(yīng)政策號(hào)召,相繼組建BIM中心或相關(guān)團(tuán)隊(duì),開(kāi)展BIM相關(guān)技術(shù)在公路工程中的研發(fā)應(yīng)用工作,各省、自治區(qū)以及直轄市的交通行業(yè)主管部門都在積極推進(jìn)公路BIM應(yīng)用示范工程的建設(shè)。中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院BIM應(yīng)用推廣中心承擔(dān)了交通運(yùn)輸部第一批公路BIM技術(shù)應(yīng)用示范項(xiàng)目中的2項(xiàng),分別為貴州都勻至安順高速公路項(xiàng)目和京滬高速公路萊蕪至臨沂(魯蘇界)段改擴(kuò)建工程。同時(shí)中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院BIM應(yīng)用推廣中心作為主要編寫單位之一,也承擔(dān)了交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《公路工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》及《公路工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》的制定工作。
根據(jù)中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院近年來(lái)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié),本文提出BIM技術(shù)在公路工程中應(yīng)用發(fā)展將經(jīng)歷3個(gè)階段,即起步階段、高速發(fā)展階段和成熟階段。要真正實(shí)現(xiàn)公路工程設(shè)計(jì)行業(yè)由目前基于圖紙的二維設(shè)計(jì)向基于BIM模型的三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變絕非易事,需要一代科研人員,用10年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)平臺(tái)的研發(fā)和技術(shù)儲(chǔ)備,才能完成公路工程行業(yè)管理模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
BIM技術(shù)為公路工程項(xiàng)目信息化和全生命期數(shù)據(jù)的共享與傳遞提供工具與平臺(tái),將為公路工程建設(shè)行業(yè)帶來(lái)革命性變革的趨勢(shì)是不可逆轉(zhuǎn)的,各公路勘察設(shè)計(jì)研究院要積極順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì),在不同發(fā)展階段積極探索解決方案,為行業(yè)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。本文將重點(diǎn)分析BIM技術(shù)在公路工程中不同應(yīng)用階段的特點(diǎn)和相應(yīng)階段應(yīng)重點(diǎn)解決的相關(guān)問(wèn)題。
本階段公路行業(yè)內(nèi)的大型設(shè)計(jì)單位均較重視本單位三維設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的建設(shè),設(shè)計(jì)院內(nèi)部相繼成立BIM中心或組建BIM團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)相關(guān)BIM課題的研發(fā)與工程實(shí)踐。但由于此階段公路工程行業(yè)內(nèi)的質(zhì)量控制仍以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范為主,而且設(shè)計(jì)成果的交付形式以設(shè)計(jì)文件為主,只有部分示范工程要求提交數(shù)字化成果,實(shí)現(xiàn)公路BIM模型的數(shù)字化交付。綜上所述,本階段公路工程設(shè)計(jì)行業(yè)總體呈現(xiàn)二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)并存、二維設(shè)計(jì)為主的顯著特點(diǎn)。公路BIM模型在設(shè)計(jì)階段更多的是起輔助設(shè)計(jì)作用,設(shè)計(jì)單位充分利用BIM模型的可視化優(yōu)勢(shì),在項(xiàng)目前期階段促進(jìn)工程各參與方理解設(shè)計(jì)方案,提高總體設(shè)計(jì)質(zhì)量,減少施工圖設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)大的設(shè)計(jì)方案變更,有效控制設(shè)計(jì)周期。
本階段公路工程BIM模型相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)缺失或不完善,BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用屬于初級(jí)階段,公路工程信息模型的創(chuàng)建工具和建模平臺(tái)尚不成熟,道路、橋梁及隧道工程建模效率不高,大型設(shè)計(jì)院都在積極探索自動(dòng)化快速建模的解決方案,部分中小型設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員需要依靠主流建模平臺(tái)手工完成建模等相關(guān)工作。
本階段應(yīng)重點(diǎn)解決公路BIM模型快速化創(chuàng)建的問(wèn)題,有自主研發(fā)能力的設(shè)計(jì)單位應(yīng)基于主流BIM建模平臺(tái)二次開(kāi)發(fā),大幅度提高公路BIM模型的建模效率,使公路工程設(shè)計(jì)人員逐步習(xí)慣利用公路BIM模型輔助設(shè)計(jì)方案的核查和路橋隧主要專業(yè)間的設(shè)計(jì)協(xié)同,有效提升公路工程總體設(shè)計(jì)質(zhì)量。
公路BIM模型的數(shù)字化交付也是本階段的研究熱點(diǎn),隨著工程項(xiàng)目交付需求的增加,不同單位研發(fā)的數(shù)字化交付平臺(tái)接踵而來(lái),但功能同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重,行業(yè)內(nèi)重復(fù)建設(shè),造成社會(huì)資源浪費(fèi)。與此同時(shí),公路工程大體量模型的輕量化展示及BIM與GIS技術(shù)的融合與集成等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題有待完善。
本文統(tǒng)計(jì)了目前階段常用的創(chuàng)建公路BIM模型的相關(guān)系統(tǒng),其主要功能見(jiàn)表5。
表5 公路BIM模型快速化創(chuàng)建的系統(tǒng)功能調(diào)研表
由表5可見(jiàn),目前的相關(guān)系統(tǒng)均已具備路線設(shè)計(jì)的功能,BIM+GIS集成、協(xié)同設(shè)計(jì)建模平臺(tái),以及常規(guī)碰撞檢查等主要功能,系統(tǒng)各有千秋,符合目前市場(chǎng)上建模平臺(tái)均不成熟的現(xiàn)狀,需要大量的二次開(kāi)發(fā)工作才能滿足設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求。
本階段公路行業(yè)內(nèi)各省級(jí)公路勘察設(shè)計(jì)院均具備了一定的三維設(shè)計(jì)生產(chǎn)力,有技術(shù)儲(chǔ)備的大型設(shè)計(jì)單位開(kāi)始在部分工程項(xiàng)目中探索實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計(jì),有更多的輔助工具幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)基于三維模型生成二維的設(shè)計(jì)圖紙。各單位的BIM中心逐步由科研單位向管理單位轉(zhuǎn)型,開(kāi)始制定企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),管控三維設(shè)計(jì)的工作流程和質(zhì)量。公路BIM模型的數(shù)字化交付平臺(tái)較為成熟,市場(chǎng)內(nèi)會(huì)形成2~3家成熟的平臺(tái)類產(chǎn)品,大型公路工程項(xiàng)目的建設(shè)單位在設(shè)計(jì)招標(biāo)階段,會(huì)明確要求設(shè)計(jì)單位實(shí)現(xiàn)實(shí)物工程和數(shù)字工程的雙產(chǎn)品交付。公路BIM模型基本實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)階段向施工階段交付,有效避免了施工階段重新翻模的現(xiàn)象,減少了大量重復(fù)勞動(dòng)和社會(huì)資源的浪費(fèi)。
本階段公路工程行業(yè)的信息模型相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已成熟,部分基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)已正式發(fā)布,并有效指導(dǎo)工程實(shí)踐。公路工程行業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)成果的交付形式逐步過(guò)渡為以三維模型為主,二維設(shè)計(jì)圖紙為輔。大多數(shù)的公路工程要求提交數(shù)字化成果。二維的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)階段更多的是輔助說(shuō)明的作用。大型設(shè)計(jì)單位充分利用三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),開(kāi)展全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì),搭建公共數(shù)據(jù)環(huán)境,協(xié)同工作方式逐漸由基于文件的協(xié)同開(kāi)始向基于數(shù)據(jù)的協(xié)同轉(zhuǎn)變。設(shè)計(jì)單位的三維設(shè)計(jì)能力逐步提升,部分單位形成核心競(jìng)爭(zhēng)力,設(shè)計(jì)行業(yè)優(yōu)勝劣汰的趨勢(shì)更加明顯,部分中小型設(shè)計(jì)企業(yè)逐漸被市場(chǎng)淘汰。
本階段應(yīng)重點(diǎn)解決基于公路BIM模型的全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的研發(fā),有能力的設(shè)計(jì)單位應(yīng)研發(fā)適應(yīng)企業(yè)內(nèi)部管控流程的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),打造并形成企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力?;贐IM模型生成工程設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)輔助工具也是研發(fā)熱點(diǎn),更多基于主流BIM建模平臺(tái)的輔助建模工具日趨成熟,促進(jìn)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)習(xí)慣的轉(zhuǎn)變,更多的設(shè)計(jì)人員開(kāi)始適應(yīng)正向設(shè)計(jì)的思路。應(yīng)用公路BIM模型匯報(bào)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路成為常態(tài),公路工程行業(yè)的總體設(shè)計(jì)質(zhì)量得到顯著提升。
通過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研,整理分析現(xiàn)有的已正式發(fā)布的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)產(chǎn)品類見(jiàn)表6,根據(jù)調(diào)研結(jié)果目前尚未有公路工程行業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)產(chǎn)品正式發(fā)布。已發(fā)布的相關(guān)產(chǎn)品均起步于工業(yè)與民用建筑行業(yè),國(guó)外的產(chǎn)品應(yīng)用早且較成熟,近年來(lái),國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出來(lái)了中設(shè)數(shù)字CBIM平臺(tái)等國(guó)產(chǎn)平臺(tái),在工程建設(shè)行業(yè)也有大量的成熟應(yīng)用案例,隨著B(niǎo)IM技術(shù)在公路工程行業(yè)的應(yīng)用逐步成熟,公路工程行業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)研發(fā)和應(yīng)用將成為行業(yè)內(nèi)的研發(fā)熱點(diǎn)。
表6 已發(fā)布的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)產(chǎn)品表
通過(guò)十多年的信息技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步,公路工程信息化的水平得到了高速發(fā)展。公路行業(yè)內(nèi)各大中型設(shè)計(jì)企業(yè)均具備正向設(shè)計(jì)能力,二維設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠こ淘O(shè)計(jì)行業(yè)已消失殆盡。各單位的BIM中心已完成歷史使命,逐漸退出歷史舞臺(tái)。設(shè)計(jì)院內(nèi)部均已建設(shè)完備的基于三維正向設(shè)計(jì)的QHSE管理體系。公路BIM模型的數(shù)字化交付平臺(tái)成熟規(guī)范,中國(guó)數(shù)字化高速公路網(wǎng)已搭建完成并初具規(guī)模。大型公路工程項(xiàng)目在招投標(biāo)階段,對(duì)數(shù)字化工程建設(shè)均已提出明確的要求,設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行全生命期的規(guī)劃,充分考慮運(yùn)維階段的信息需求,國(guó)內(nèi)的大型公路設(shè)計(jì)單位,均已構(gòu)建完備的企業(yè)級(jí)公路工程構(gòu)件庫(kù),形成企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。具備三維正向協(xié)同設(shè)計(jì)能力的設(shè)計(jì)企業(yè),將大幅度提升公路工程行業(yè)的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。
本階段公路工程行業(yè)的數(shù)字化工程標(biāo)準(zhǔn)體系已成熟,三維正向設(shè)計(jì)已成為行業(yè)內(nèi)的新常態(tài)。公路工程行業(yè)實(shí)現(xiàn)全生命期的數(shù)字化交付,設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠饭こ探ㄔO(shè)中逐步退出歷史舞臺(tái),基于電子簽名的數(shù)字化設(shè)計(jì)成果具備了法律效力可以指導(dǎo)公路工程建設(shè)實(shí)踐。由于設(shè)計(jì)效率的大幅提升,國(guó)內(nèi)的大型公路設(shè)計(jì)企業(yè)逐漸向工程總承包和高端工程咨詢集團(tuán)轉(zhuǎn)型,只有具備三維協(xié)同正向設(shè)計(jì)能力的企業(yè),才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)。
本階段應(yīng)重點(diǎn)研究公路工程信息模型從建設(shè)階段向運(yùn)維階段交付,實(shí)現(xiàn)工程信息全生命期的共享和傳遞?;诠稡IM模型的高速公路運(yùn)維階段的需求被激發(fā),數(shù)字化的智慧公路成為研究熱點(diǎn)。隨著無(wú)人駕駛及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí),人們的公路交通出行方式發(fā)生革命性的變化。
文中對(duì)BIM技術(shù)在公路工程中的研發(fā)應(yīng)用及發(fā)展路徑進(jìn)行了研究、總結(jié)并對(duì)未來(lái)發(fā)展階段進(jìn)行了展望;在行業(yè)內(nèi)首次提出了公路工程BIM技術(shù)應(yīng)用三階段發(fā)展路徑,對(duì)不同階段的發(fā)展特征進(jìn)行了描述,并對(duì)每個(gè)階段的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了展望和規(guī)劃。
產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化是公路行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),數(shù)據(jù)賦能產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的腳步不會(huì)停歇,由于主流建模平臺(tái)的不成熟,大體量公路BIM模型輕量化交付,以及BIM+GIS技術(shù)融合等技術(shù)瓶頸的限制,公路工程行業(yè)整體水平仍將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于起步階段。但借鑒制造業(yè)和工程建筑行業(yè)的BIM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),我們可以預(yù)見(jiàn)數(shù)字化智慧公路的時(shí)代即將到來(lái)。