基于BIM技术的施工工艺管理平台研究及应用
2018-10-13
(中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122)
1 引言
随着工程建设水平的不断提升，BIM技术在工程建设行业的普及程度也愈加广泛。大量工程实践显示：BIM技术为工程建设行业赋予了全新的科技生命力[1]。
2016年，在国家住房和城乡建设部主导编制的《中国建筑行业信息化发展报告》中，面向工程建设行业针对BIM技术的“应用覆盖程度”和“应用价值受认可程度”进行了广泛调研，调研结果显示：BIM技术在施工工艺展示中的应用是目前工程建设行业“应用覆盖程度最广”、“应用价值受认可程度最高”的应用内容[2]。
在工程实践中，传统的施工工艺展示多以“静态展示”为主，这一展示方式存在着一定的技术不足。如：展示的维度不足，“静态展示”难以全面反映施工工艺中的技术、质量管控要点，对于施工工艺中蕴含的丰富而复杂的逻辑顺序、穿插时机等核心要素更是无法全面反映。在这一背景下，以3Ds Max为代表的“视频展示”逐渐成为施工工艺展示的主流方式。
随着工程实践的深入：“视频展示”在工程建造中发挥了日益显著的辅助建造作用； 但同时，这一展示方式在应用过程中也存在着如下的技术瓶颈，如：“视频展示”的创建技术门槛较高、“视频展示”成果的集成管理难度大、复用程度低，尤其是“视频展示”成果往往同BIM数据相分离，造成这一展示方式在工程实践中的应用受限[3]。
因此，如何将“静态展示”和“动态展示”深度融合，充分发挥二者的技术优势； 如何基于现代信息技术，在降低“视频展示”的创建技术门槛的同时，实现施工工艺的集成管理和广泛复用，已经成为工程建设行业的新需求。
2 多源数据参数共享技术研究
参数共享是BIM技术的显著技术特征，也是BIM技术在工程建设全过程得以充分发挥其辅助建造作用的基础[4]。
基于工程实践我们发现：多源数据之间的参数共享能力不足，是造成基于BIM技术的施工工艺管理平台发展缓慢的主要技术制约。
针对这一技术难题，我们对基于Suite工作流的施工工艺参数共享技术进行了研究，从前端数据准备的角度，探索出一条适合于基于BIM技术的施工工艺创建的多源数据参数共享途径，为基于BIM技术的施工工艺管理平台研究及应用夯实基础。
(1)基本原理
研究中我们以BIM数据为源数据，以3Ds Max数据为目标数据，以Suite工作流为参数共享媒介，通过参数导出和传递，实现二者之间的参数共享。
(2)实现流程
在实现流程上，基于Suite工作流的多源数据参数共享实现流程如图1所示。
图1 实现流程
(3)实现方法
在具体实现上，基于Suite工作流的多源数据参数共享技术包括如下步骤：
1)Suite工作流的创建
Suite工作流是Autodesk提供的一种直接内嵌在Autodesk产品中的参数共享媒介。在使用过程中，Suite工作流将随着Autodesk产品自动安装，Suite工作流可以在版本相同的Autodesk产品之间实现参数共享。
2)参数导出
第2步是参数导出。Revit环境下的参数导出包括：源数据和目标数据之间链接关系的导出； 链接关系导出的意义在于：当源数据中的参数发生变化时，Suite工作流会将这一变化传递到目标数据。
此外，Revit环境下的参数导出还包括材质属性、灯光属性、相机属性的导出。
3)参数传递
第3步是参数传递。3Ds Max环境下的参数传递用于实现参数从源数据到目标数据的传递。
图2 Revit环境下Suite工作流的创建
图3 参数导出
图4 参数传递
至此，完成了基于Suite工作流的多源数据参数共享全过程。
(4)性能分析
目前，除基于Suite工作流的方法之外，常用的多源数据参数共享技术还包括基于中间媒介(DWG、FBX)的方法和基于直接链接第方法。
这里，将从参数共享效果、工作效率2个角度对基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这三种多源数据参数共享技术的性能进行分析。
1)参数共享效果分析
工程实践中，我们基于100余个BIM数据和3Ds Max参数共享样例，对上述3种参数共享技术的效果进行分析，分析结果如下：
表1 参数共享效果分析
从表1中可以看出：基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这三种多源数据参数共享技术均可以将BIM数据中的构件类型、构件数量、构件尺寸传递到3Ds Max数据中； 但在工艺视频继承方面，只有Suite工作流能够实现工艺视频继承，也就是说，和其它3种参数共享技术相比，Suite工作流在提升BIM模型的复用程度方面具有显著的技术优势。
2)工作效率分析
目前，从源数据到目标数据之间的参数共享包括BIM数据整理、转换设置、3Ds Max数据整理、材质添加四个环节。这里，将从上述四个环节所花费的时间，对基于Suite工作流、基于中间媒介(DWG、FBX)、基于直接链接这3种多源数据参数共享技术的性能进行分析。
图5 4个环节的工作效率分析
图6 各种参数共享方式的整体工作效率分析
从图5～6中可以看出，无论是整体工作效率还是四个环节的工作效率，和其它三种参数共享技术相比，Suite工作流在降低参数共享所耗费的时间、提升技术人员的工作效率方面显著的技术优势。
3 基于BIM技术的施工工艺管理平台研究及应用
自2013年开始，我们面向各子企业，陆续举办了多期基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺展示培训班，对施工工艺展示在在建工程中的创新应用、普适性应用进行了探索。随着工作的持续深入，我们发现：一方面，各子企业均不同程度的创建、积累了一批基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺成果； 另一方面，由于BIM技术发展的不平衡性、由于业务领域的多元化，各子企业所创建、积累的基于BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺成果存在着如下的特征：第一，成果的创建水平具有较大的差异，标准化程度不一； 第二，各子企业存在着相当程度的重复创建的现象； 第三，成果的存储方式为“离散存储”，不利于成果在现场之间、在企业内部的共享、流转和集中管控。针对上述问题，我们将对基于BIM技术的施工工艺管理平台进行研发，实现施工工艺的集成管理和广泛复用[5-6]。
(1)基本原理
研究中，我们以Java为程序设计语言，从企业集中管控的角度，对基于BIM技术的施工工艺管理平台进行研发，实现全局成果的集成管理和广泛复用。
(2)实现流程
实现流程如图7所示。
图7 基于网络架构的施工工艺管理平台实现流程
(3)实现方法
1)施工工艺数据创建
在具体实现上，施工工艺数据创建包括如下步骤：
①邀请现场的技术人员，依据施工工艺的先进性、复用性梳理出多专业的施工工艺目录。
图8 施工工艺目录
②依据施工工艺目录，进行文字交底样板的编制。在编制的过程中，注重“依据标准、施工准备、工艺流程、施工方法、质量要求及保障措施、注意事项、成品保护、安全文明施工”方面的规定，研发团队依据上述规定进行文字交底样板的编制，形成文字库。
图9 文字类数据的创建
③对于常用的施工材料、施工机械进行总结，形成施工材料图片库、施工机械图片库。
④集中各子企业的BIM技术骨干进行BIM模型样板、BIM族文件样板的创建。在创建的过程中，注重软件对样板的支撑作用，在此基础上，研发团队依据上述规定进行BIM模型、BIM族文件的创建。
⑤以BIM数据为源数据，进行基于BIM技术的动态施工工艺的创建，形成动态工艺库。
至此，完成各类施工工艺数据的创建。在此基础上，将对施工工艺管理平台进行研发，实现对各类施工工艺数据的集成管理。
(2)施工工艺管理平台功能介绍
依据面向对象的软件研发方法，我们以Java为程序语言，以BIM和3Ds Max为基础数据，进行施工工艺管理平台的研发[7-8]。
启动界面如图15～16所示。施工工艺管理平台，满足网页端、PC端、移动端三种使用方式。
图10 文字类数据的创建
图11 图片类数据的创建
图12 企业BIM族库
图13 BIM类数据的创建
图14 动态视频库
图15 启动界面 图16 整体功能
图17 各类施工工艺数据 图18 文字类施工工艺数据
施工工艺管理平台以“文字+图片+BIM数据+动态视频”相结合为技术特征，从上述四大类数据资源相融合的角度，进行施工工艺数据的集中管控。
数据统计和分析功能如图17～22所示。基于这一功能，能够随时对用户的分布区域、各类施工工艺数据的下载数量等指标进行动态统计。基于数据统计和分析的结果，有针对性地确定后续的研发重点。
图19 图片类施工工艺数据 图20 BIM数据类施工工艺数据
图21 动态视频类施工工艺数据 图22 数据统计和分析
图23 权限管理 图24 权限管理
图25 施工工艺平台应用在青岛新机场项目中的应用 图26 施工工艺平台应用在重庆来福士项目中的应用
图27 施工工艺平台应用在柬埔寨国家 体育场项目中的应用
基于授权码和员工编号，通过局总部和子企业2级认证审核机制，确保本子任务研发成果的数据安全。如图23～24所示。
4 工程实践
目前，阶段性的研发成果面向各子企业进行广泛的培训、试用和推广，并依据现场应用情况对研发成果进行修正。
本文以青岛新机场、重庆来福士、柬埔寨体育场项目为列，先后在40余个项目进行工程实践。如图25～27所示。
工程实践显示：无论是投标阶段还是建造阶段，无论是面向企业员工的业务技能提升，还是面向劳务班组的精准交底，本成果均发挥了显著的辅助功效和推广应用前景，受到了工程各参与方的普遍好评。
5 结论
本文从工程实践的需求出发，基于Suite工作流实现了BIM数据和3Ds Max数据的施工工艺参数共享和数据复用。在此基础上，自主研发了基于BIM技术的施工工艺管理平台。工程实践显示：基于BIM技术的施工工艺管理平台能够实现施工工艺的集成管理和广泛复用，具有极好的应用前景。
