土木類多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中的分工與協(xié)作

蔣杰　劉紅勇

摘? ? 要：基于BIM技術(shù)的土木類多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種針對(duì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的探索，旨在模擬實(shí)際工程項(xiàng)目流程，以解決傳統(tǒng)模式下存在的閉門(mén)造車(chē)、缺乏溝通等問(wèn)題。聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中的分工協(xié)作主要產(chǎn)生于工程設(shè)計(jì)、施工和投資造價(jià)管理之中，其中施工組織設(shè)計(jì)扮演著承上啟下的作用，一方面需要以工程設(shè)計(jì)圖紙為施工的依據(jù)，要在三維BIM模型的基礎(chǔ)上開(kāi)展方案選擇和施工模擬，與工程造價(jià)專業(yè)的工作協(xié)調(diào)形成控制性投資計(jì)劃;另一方面則通過(guò)以上模擬來(lái)發(fā)現(xiàn)各種問(wèn)題，將其反饋到設(shè)計(jì)之中進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)這一過(guò)程形成工程項(xiàng)目的全過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)作。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì);BIM技術(shù);施工組織設(shè)計(jì);多專業(yè)協(xié)同

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2022）06-0086-03

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)過(guò)程最后階段采用的一種總結(jié)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。土木類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)一般以結(jié)合工程實(shí)際的工作為主，一般情況下按照一人一題、指導(dǎo)教師為學(xué)生擬定題目的方式進(jìn)行。這樣的模式便于指導(dǎo)教師全程掌握學(xué)生的完成進(jìn)度及質(zhì)量，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行各階段的考核管理，按照教學(xué)大綱的要求保證畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量[2]。

傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)模式暴露出了以下明顯的問(wèn)題。一是閉門(mén)造車(chē)，缺乏信息交流。二是缺少協(xié)調(diào)與交流。

為了解決以上問(wèn)題，自2017年起，西南石油大學(xué)土木工程與測(cè)繪學(xué)院就聯(lián)合土木工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、工程管理、測(cè)繪工程等專業(yè)的師生開(kāi)始了面向行業(yè)變革、順應(yīng)信息化發(fā)展潮流、結(jié)合數(shù)字建造、基于BIM的跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐。

對(duì)美國(guó)高校土木類專業(yè)的調(diào)查結(jié)果可以看出，幾乎所有的專業(yè)課程都有BIM技術(shù)的應(yīng)用，其中奧本大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)運(yùn)用了BIM 技術(shù)、科羅拉多州立大學(xué)也開(kāi)設(shè)了BIM技術(shù)多專業(yè)聯(lián)合課程等[3]。國(guó)內(nèi)各高校根據(jù)各自的特點(diǎn)決定所采取的方式，如清華大學(xué)軟件學(xué)院的BIM 標(biāo)準(zhǔn)研究課題和同濟(jì)大學(xué)的BIM技術(shù)研究項(xiàng)目、哈爾濱工業(yè)大學(xué)首次開(kāi)設(shè)的“BIM 技術(shù)應(yīng)用短課”和華南理工大學(xué)開(kāi)設(shè)的“BIM 工程師培訓(xùn)課程”[4]。高校應(yīng)充分利用BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，抓住畢業(yè)設(shè)計(jì)這一時(shí)間充裕、能夠?qū)で蟮脚c工程實(shí)踐結(jié)合的寶貴機(jī)會(huì)，來(lái)提高BIM人才培養(yǎng)質(zhì)量，同時(shí)也加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)效果。

一、基于BIM的跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的可行性

在擁有了BIM技術(shù)這一信息平臺(tái)之后，多專業(yè)針對(duì)同一項(xiàng)目進(jìn)行聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)擁有了可行性。高?？梢詫㈨?xiàng)目全壽命周期中涉及的各階段設(shè)計(jì)工作進(jìn)行有效拆分，并分別安排給不同專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，整個(gè)過(guò)程完全模擬工程實(shí)踐操作程序。其具體分工如下。

1.土木工程專業(yè)：負(fù)責(zé)完成結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)工程建模工作;設(shè)計(jì)成果傳遞給其他專業(yè)用于后期工作。

2.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)：負(fù)責(zé)完成空調(diào)暖通系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)及建模、給排水系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)及建模工作;設(shè)計(jì)成果傳遞給工程管理專業(yè)用于安裝工程部分的施工方案編制和工程計(jì)量。

3.工程管理專業(yè)：負(fù)責(zé)完成項(xiàng)目統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、施工組織設(shè)計(jì)、工程計(jì)量、計(jì)價(jià)工作。

4.測(cè)繪工程專業(yè)：負(fù)責(zé)完成影像獲取、GIS建模、模型修飾、模型整合工作。

每個(gè)專業(yè)在完成各自負(fù)責(zé)的工作之外，還必須充分考慮與其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)。以施工圖設(shè)計(jì)為例，土木工程專業(yè)給出建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，并將其傳遞給建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)進(jìn)行暖通空調(diào)和給排水工程設(shè)計(jì)，同時(shí)也提供給工程管理專業(yè)進(jìn)行三維建模、碰撞檢測(cè)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)和工程管理專業(yè)在工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的各種問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)與管道的碰撞，或者提出更為優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，并將意見(jiàn)反饋給土木工程專業(yè)，進(jìn)行圖紙的調(diào)整和優(yōu)化。

這一多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)模式之所以能夠得以實(shí)施，關(guān)鍵在于BIM技術(shù)構(gòu)建了整個(gè)工程項(xiàng)目的信息交互平臺(tái)，能夠在項(xiàng)目協(xié)調(diào)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“一模到底”，各個(gè)專業(yè)都可以在統(tǒng)一的BIM模型上開(kāi)展工作，并及時(shí)傳遞信息。BIM模型的三維可視化效果可以讓不同專業(yè)在空間的視角下開(kāi)展設(shè)計(jì)，從而有效避免了平面圖紙上容易出現(xiàn)的構(gòu)件碰撞現(xiàn)象，減少了后期工作可能遇到的返工情況。模型的實(shí)時(shí)計(jì)量和BIM5D的應(yīng)用，也能夠直觀輸出項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，成為對(duì)設(shè)計(jì)方的有效反饋。

二、基于BIM的施工組織設(shè)計(jì)

可以看出，工程管理專業(yè)所負(fù)責(zé)的工作在整個(gè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中占有中心地位，而施工組織設(shè)計(jì)工作則在工程管理專業(yè)的工作中有著承上啟下的作用?；贐IM技術(shù)開(kāi)展的施工組織設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多實(shí)踐與探索，對(duì)其工作內(nèi)容進(jìn)行歸納，有利于分析其在整個(gè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中所起到的作用，以及與其他各專業(yè)工作之間的分工協(xié)作關(guān)系。

單位工程施工組織設(shè)計(jì)是以單位工程為對(duì)象，由承包商根據(jù)施工圖紙及其他有關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，編制對(duì)單位工程的施工過(guò)程起指導(dǎo)和制約作用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)文件。單位工程施工組織設(shè)計(jì)的編制視工程的規(guī)模大小、復(fù)雜程度及用途（投標(biāo)用或?qū)嵤┯茫┞杂胁煌?。BIM技術(shù)在施工組織設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用主要集中在施工進(jìn)度控制、施工模擬和資源管理3個(gè)方面，其主要的應(yīng)用方式和作用如下。

（一）施工進(jìn)度控制

將BIM三維模型關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃信息，就能形成以BIM模型為基礎(chǔ)、WBS工作分解為核心、進(jìn)度計(jì)劃為擴(kuò)展的4D信息模型。然后，基于BIM5D軟件完成4D信息模型的集成，在完成3D模型、場(chǎng)布模型和進(jìn)度計(jì)劃模型的創(chuàng)建后可以集成4D信息模型。

在4D信息模型集成后，就可以在其基礎(chǔ)上完成施工進(jìn)度控制。利用BIM5D軟件，項(xiàng)目管理者可以完成對(duì)施工場(chǎng)地布置和施工進(jìn)度的可視化模擬，同時(shí)也能對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度、資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

（二）施工模擬

BIM5D軟件打破了傳統(tǒng)項(xiàng)目管理模式，在4D信息模型集成的條件下，為項(xiàng)目管理者提供了更強(qiáng)大的施工模擬功能。通過(guò)使用施工模擬功能，管理者能夠隨時(shí)查看不同施工時(shí)間和區(qū)間的三維動(dòng)態(tài)圖像，隨時(shí)獲取場(chǎng)地布置情況、項(xiàng)目進(jìn)展情況和資源消耗情況，并且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化項(xiàng)目中存在的不合理方案，真正做到前期指導(dǎo)施工、過(guò)程把控施工、結(jié)果校對(duì)施工的精細(xì)化項(xiàng)目管理。

（三）進(jìn)度、資源管理

在對(duì)3D模型、進(jìn)度計(jì)劃模型和場(chǎng)布模型集成后，BIM5D軟件為管理者提供了多種進(jìn)度、資源管理功能，能夠形象直觀地反映出項(xiàng)目進(jìn)展情況和資源消耗情況。

1.進(jìn)度形象管理、進(jìn)度對(duì)比、進(jìn)度跟蹤

在BIM5D軟件中，模型會(huì)用不同的顏色表示不同的任務(wù)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度的形象對(duì)比，并直觀地看到一項(xiàng)工作延誤對(duì)后續(xù)工作及總工期的影響。同時(shí)，在實(shí)際進(jìn)度發(fā)生偏差時(shí)，還可以通過(guò)進(jìn)度跟蹤功能對(duì)進(jìn)度問(wèn)題及時(shí)上報(bào)并進(jìn)行調(diào)整和實(shí)時(shí)跟蹤。

2.工程量動(dòng)態(tài)查詢、資源動(dòng)態(tài)查詢、實(shí)際與計(jì)劃資源對(duì)比管理

在4D模型中每個(gè)構(gòu)件都關(guān)聯(lián)了時(shí)間信息，因而可以按時(shí)間進(jìn)度和工程模型范圍兩種方式查詢構(gòu)件工程量，查詢結(jié)果可按構(gòu)件類型、流水段、樓層、規(guī)格型號(hào)4種方式匯總。4D模型也具有資源消耗量信息，BIM5D軟件可以在統(tǒng)計(jì)構(gòu)件工程量的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)模型相關(guān)的資源消耗量。此外，若在進(jìn)度計(jì)劃中選中任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)，即可查看該時(shí)間段內(nèi)所需的人工和材料資源用量，在具備條件的工程項(xiàng)目中，可用于與實(shí)際資源消耗量的對(duì)比，并生成S曲線。

由上可見(jiàn)，施工組織設(shè)計(jì)工作細(xì)致繁多，需要大量基礎(chǔ)資料作為支撐，其設(shè)計(jì)成果又會(huì)反饋給其他專業(yè)，作為其他專業(yè)工作協(xié)調(diào)優(yōu)化的基礎(chǔ)。在BIM技術(shù)這一平臺(tái)上，信息傳遞變得高效化，更需要關(guān)注在分工協(xié)作中的信息流程和權(quán)限分配。

三、施工組織設(shè)計(jì)與其他專業(yè)工作之間的信息傳遞

施工組織設(shè)計(jì)工作的整個(gè)流程都在頻繁地與其他專業(yè)工作進(jìn)行大量的信息傳遞，具體分析如下。

（一）施工組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)類工作

在聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的流程中，土木工程專業(yè)要完成建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，建筑環(huán)境和能源應(yīng)用工程專業(yè)要完成給排水和暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)圖紙正是施工組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料。施工組織設(shè)計(jì)編制第一步工作就是要熟悉、審查圖紙，發(fā)現(xiàn)、修改其中的錯(cuò)誤，并收集相關(guān)資料。

設(shè)計(jì)類工作同樣是確定施工方案的前提條件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了鋼筋混凝土工程的施工順序和方法;建筑設(shè)計(jì)決定了門(mén)窗、屋面、防水保溫等工程的施工方法和細(xì)節(jié);給排水和暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)決定了各種管道、水電線路的施工方法和細(xì)節(jié)。施工組織設(shè)計(jì)正是要把圖紙?jiān)O(shè)計(jì)變?yōu)榭梢詫?shí)際指導(dǎo)施工的具體方案，而在多專業(yè)協(xié)同的過(guò)程中，又必將會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的不合理之處，如空間沖突等，這些發(fā)現(xiàn)又可以反饋給設(shè)計(jì)方，并提前進(jìn)行改進(jìn)，以避免未來(lái)實(shí)際施工過(guò)程中的返工。

設(shè)計(jì)圖紙還決定了施工平面和空間的布置，建筑物的總平面設(shè)計(jì)決定了施工臨時(shí)設(shè)施可以利用的場(chǎng)所的位置和大小，對(duì)于繪制施工總平面布置圖，并選定設(shè)備類型、制定材料采購(gòu)計(jì)劃表等都有參考作用。

（二）施工組織設(shè)計(jì)與工程造價(jià)工作的同步協(xié)調(diào)

在聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中，施工組織設(shè)計(jì)和工程造價(jià)工作都由工程管理專業(yè)負(fù)責(zé)完成，單純根據(jù)圖紙進(jìn)行的工程計(jì)量計(jì)價(jià)工作是簡(jiǎn)單且缺乏實(shí)際意義的，因此在聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行的工程造價(jià)工作與施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)同步進(jìn)行，并相互協(xié)調(diào)。造價(jià)專業(yè)計(jì)算出的工程量將作為施工組織設(shè)計(jì)中編制進(jìn)度計(jì)劃、制定材料采購(gòu)計(jì)劃和設(shè)備選型的基礎(chǔ)。結(jié)合施工組織設(shè)計(jì)中編制的進(jìn)度計(jì)劃產(chǎn)生出BIM5D模型，把控整個(gè)工程的資金需求，從而對(duì)投資者可能面對(duì)的資金壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)，并最終與實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比。

（三）施工組織設(shè)計(jì)與BIM拓展應(yīng)用之間的關(guān)系

在BIM技術(shù)中，拓展應(yīng)用是體現(xiàn)信息化優(yōu)勢(shì)的重要內(nèi)容。在多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中，同樣安排了多方面的BIM技術(shù)拓展，如VR應(yīng)用、GIS空間信息處理、工序節(jié)點(diǎn)施工模擬等，這些工作都屬于施工組織設(shè)計(jì)工作在某一方面的延伸。

四、聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

基于BIM技術(shù)的土木類多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一個(gè)項(xiàng)目綜合信息平臺(tái)，在解決了大量傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題的同時(shí)，也帶來(lái)了許多新的問(wèn)題。近幾年，BIM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程施工實(shí)踐，已經(jīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用。多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一種新的模式，也進(jìn)行了一些實(shí)踐和探索。不可避免的是，新的方法總會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，具體來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面。

（一）時(shí)間安排的沖突

從聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)整體流程，以及前文所分析的各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)可以看出，多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)是在盡可能地模擬實(shí)際工程項(xiàng)目的整個(gè)流程，從設(shè)計(jì)到施工是有一個(gè)先后順序關(guān)系的，大型工程項(xiàng)目往往要花費(fèi)數(shù)月時(shí)間在施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)上。如前所述，設(shè)計(jì)圖紙是后續(xù)一系列工作的基礎(chǔ)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作時(shí)間只有一個(gè)學(xué)期，不可能讓后續(xù)工作等待工程設(shè)計(jì)的完成再進(jìn)行開(kāi)展。目前采用的辦法是，先提供已有工程圖紙，讓聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)工作得以同步推進(jìn)，再利用各專業(yè)的協(xié)調(diào)能力對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)整，但是無(wú)論如何，已有圖紙必然會(huì)對(duì)工程設(shè)計(jì)造成影響，與實(shí)際工程從無(wú)到有的過(guò)程不符。

（二）學(xué)生運(yùn)用BIM技術(shù)的能力瓶頸

多專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及4個(gè)專業(yè)，且是針對(duì)一個(gè)大型工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，要完成這么多的工作內(nèi)容，必須要組建一個(gè)大型的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，而團(tuán)隊(duì)成員對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用能力必然存在參差不齊的情況。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在每個(gè)專業(yè)都設(shè)置了“領(lǐng)頭”學(xué)生保障專業(yè)能力，但是部分學(xué)生的能力不足，制約著設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提高。

（三）多專業(yè)信息協(xié)調(diào)效果未達(dá)預(yù)期

在聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)多專業(yè)之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)，以達(dá)到最大程度的模擬工程實(shí)踐過(guò)程，擺脫畢業(yè)設(shè)計(jì)閉門(mén)造車(chē)痼疾。但是在實(shí)踐過(guò)程中，由于學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，雖然有BIM這一信息工具，但是卻未能達(dá)到預(yù)期效果，主要是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)于哪些信息需要傳遞、哪些工作需要協(xié)調(diào)的判斷并不準(zhǔn)確，這些都需要指導(dǎo)教師投入大量精力進(jìn)行指導(dǎo)。

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編輯∕丁俊玲

收稿日期：2021-05-06? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?修回日期：2021-06-07

作者簡(jiǎn)介：蔣杰（1982—），男，四川宜賓人，西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院講師，研究方向：工程項(xiàng)目管理、BIM技術(shù)應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：2018—2020 年四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項(xiàng)目“面向行業(yè)變革，結(jié)合數(shù)字建造的跨專業(yè)聯(lián)合畢業(yè)設(shè)計(jì)探索與實(shí)踐”（JG2018-385）