基于BIM技术的农地整治项目协同运行框架

徐 雯

(华中农业大学 公共管理学院，湖北 武汉 430070)

农地整治是一项复杂的系统工程，包括农田水利工程、道路工程、田间工程及其他工程4个部分，分为前期可行性研究、规划设计、工程施工、后期管护等多个阶段，涉及大量地理信息和工程信息的获取、存储、分析、管理与应用。因此，基于“3S”技术、可视化、模拟仿真等土地信息技术的创新与应用，显著提高了农地整治的效率。此外，农地整治触及社会公众、中央政府、地方政府、项目业主、承包商、监理单位等多方主体利益。因而，在信息集成与信息共享基础上构建项目的协同运行，将有效提升农地整治项目的管理绩效。

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)概念由Eastman等于19世纪70年代首次提出[1]。BIM以三维数字技术为基础，模拟仿真工程项目所有真实信息，进行工程设计、建造和运营全过程的管理与优化。目前，BIM已被广泛应用于民用建筑、大型基础设施、区域规划、土地规划、交通规划、水利工程、海洋工程等各类学科或行业中[2-5]，但BIM在农地整治领域的运用还处于探索阶段。本文基于BIM强大的数据共享、分析功能及模拟可视化优势，分析了BIM在农地整治项目中的应用路径以提高农地整治效率，探讨了BIM的嵌入对农地整治项目运行模式的影响，为农地整治项目的协同运行与管理提供思路。

1 BIM技术的实现路径

“3S”技术是目前农地整治中常用的空间信息技术。近年来，GIS的数字地面模型、空间插值、空间叠加等分析技术在农地整治中得到了广泛应用，如借助GIS数据管理功能构建农地整理规划决策系统；以GIS为平台进行农地整治规划信息系统开发；联合RS提取农地整治区现状地物信息；基于GIS进行整治潜力和整治适应性的评价；运用GIS技术进行田面高程设计、土方工程量计算及调配等[6-8]。随着“3S”技术的集成与发展，农地整治中田、水、路、林、村等地理信息的空间特征得以体现，直观、动态地模拟整治后的地物场景成为可能，在农地整治中运用三维可视化技术将成为一种趋势。

1.1 BIM技术的优势

农地整治项目的建设对象涵盖渠道、管道、泵站、桥梁、涵洞、道路、变电站、农宅等建筑物与构筑物。以GIS为代表的“3S”技术从地理空间角度对建筑物或构筑物进行定义和模拟，其精度无法满足单体建筑工程规划、设计、施工和运营等环节的数字化要求，BIM则能丰富农地整治的信息技术手段：(1)空间尺度方面。与GIS搭建地理环境不同，BIM关注的是微观建筑单体。它将建筑物、构筑物的形体特征、内部结构、建筑构造等工程信息以三维模型方式加以呈现，并实现所有信息数据在空间上联动处理。(2)时间跨度方面。GIS的地理信息数据多用于农地整治的规划、设计阶段，而BIM三维模型形成的数据库储存了建筑物、构筑物从设计、施工到建成运营的全过程信息，且各阶段信息之间相互关联，能够保持信息不断更新并可提供访问。(3)功能实现方面。信息数据在空间和时间维度上的联动，使得BIM模型可以持续、及时地提供农地整治工程设计范围、进度以及成本等信息，这些信息完整可靠并且完全协调。此外，BIM模型还能实现农地整治工程的施工模拟、工程量计算、物料管理和虚拟漫游等功能。

1.2 BIM技术的可行性

基于上述分析，可以预见BIM-GIS将成为农地整治信息化、可视化的新路径。两者有效结合有助于农地整治项目全寿命周期内的信息传递、信息共享和多主体协同工作。农地整治项目BIM-GIS技术框架包含数据、模型、平台和应用4个层次，具体见图1。

图1 农地整治项目BIM-GIS技术框架

1.2.1 数据层 数据层包括项目区地形、土地利用现状等二维图形数据，遥感影像(航片和卫星图片)图像数据，三维数字地形数据，项目区社会、经济、资源现状等文字数据，建筑工程CAD和BIM数据。框架应用OGC组织定义的服务和数据标准，开展地理空间数据和建筑工程信息的CAD/GIS/BIM在线数据转换与共享[9]。

1.2.2 模型层 三维GIS模型进行整治区域的地理环境信息分析，实现室外地形地貌、建筑物和构筑物的空间展示。BIM模型进行整治区域地表的建筑物、构筑物的模型信息分析，实现人工设施物理和功能特性的数字表达。基于CityGML对BIM模型展开轻量化处理[10]，可将BIM模型加载到三维GIS模型中。

1.2.3 平台层 BIM-GIS可视化平台，满足从宏观地理场景到微观构筑物单体的不同尺度三维可视化要求，满足从项目选址规划到项目运维管理的全寿命周期三维可视化要求。BIM-GIS管理平台，采用C/S和B/S相结合的系统构架，将项目BIM-GIS模型和管理信息通过网络推送至各级管理者，以实现相关主体对项目的协同管理。

1.2.4 应用层 BIM-GIS技术可在传统3D模型基础上叠加时间参数和资源信息。3D模型模拟农地整治完成后的项目场景，实现全景展示、单体漫游等整治结果的可视功能；叠加时间参数后得到4D模型，可模拟整治过程中项目场景的变化进程，实现施工模拟、进度管理等整治过程的可视功能；叠加资源信息后得到5D模型，可自动统计任意时间点的工程量及资源消耗情况，实现物资动态管理、成本实时监控等功能。

简言之，BIM-GIS技术可满足农地整治项目全寿命周期的动态可视化要求，满足整治过程中任意节点察看进度、资源、资金、成本的功能要求，从而为整治项目的技术方案推演、施工管理、提前规避技术问题、多主体参与协调等提供有效的信息平台。

2 BIM技术下的协同运行

在农地产权细碎化、农民利益分化的背景下，农地整治不仅是一项工程建设项目，而且更是一项协调利益关系的治理工作。一方面，发挥基层组织自治功能、促进公众参与是化解矛盾冲突的有效治理手段。另一方面，技术要素的更新将带动项目运行模式的优化，提升项目协同管理水平，也可为农地整治项目的治理创新提供路径。

2.1 传统运行模式的弊端

在传统运行模式下，农地整治项目面临着组织协调困境：作为行政代理人的基层政府和组织常常置身于具体工作之外；作为市场代理人的专业技术单位采取自利行为，引发各种代理问题；作为核心利益主体的农民被排斥在项目决策和管理之外；作为业主的县级土地整治中心则难以真正履行项目法人的职责。究其原因，信息交流的效率和有效性是其中不可忽视的技术因素。

传统农地整治项目多为自上而下运行，包含两层多级委托代理关系，涉及多个参与主体。项目信息在传递、交换和使用时常常出现以下3种情况：(1)信息割裂，不连贯。各参与主体在创建和交换信息时采用的方式不同，运用的技术和工具各异，使得不同阶段、不同主体间的信息相互割裂，无法有效集成，甚至成为“信息孤岛”。(2)信息延误、流失。各参与主体的工作时段和空间位置不同，所用信息交换方式较为分散，常用方式如纸质文件、电子邮件、会议、传真等，在处理空间数据和工程信息时难免表现得杂乱且效率不高，使得项目信息传递速度慢、成本高，在衔接处容易发生信息遗漏和信息失真。(3)信息不对称。项目业主具有项目的管理信息优势，设计、施工及监理等专业单位具有项目的技术信息优势，农民具有项目的乡土信息优势。客观上，各参与主体的认知水平存在差异，在一定程度上造成了信息交流困难。主观上，各参与主体间存在利益冲突，使得他们不愿共享信息，甚至不同程度的隐藏行为，这必然导致信息的不对称。目前，所运用的信息技术还无法满足农地整治项目协同运行需要，不利于主体间的协调沟通，在一定程度上增加了项目的管理难度。因此，有必要通过技术更新来优化项目运行模式，创新项目治理结构，以提升农地整治项目的管理绩效。

2.2 基于BIM的协同运行模式

协同思想由德国物理学家哈肯提出，他认为在一定条件下系统可以由其内部自身组织起来，使具有相对独立、自治和自利能力的各个子系统相互默契协同工作，实现共同的终极目标[11]。构建农地整治项目的协同运行旨在：以信息为基础，创建协同信息流实现数据信息的高效集成与共享；以模型为核心，构建农地整治项目BIIM-GIS信息模型实现项目可视化、模拟化；以协同为功能，构建决策、设计、施工、管护等阶段集成化协同工作流[12]，充分发挥所有参与者的潜力，实现知识共享、协同决策。农地整治项目的协同运行框架如图2所示。

2.2.1 网络交互平台 该平台要求参与主体创建协调一致的项目数字信息和文本信息，并赋予各参与主体不同的权限。在项目运行过程中，各参与主体可基于各自权限在技术系统和管理系统中浏览、提取、输入、更新或修改项目信息。在无法统一工作地点的情况下，该平台还支持视频会议、模型同步浏览等。

图2 农地整治项目的协同运行框架

2.2.2 信息技术 信息技术涵盖前文所构建的BIM-GIS技术框架中的内容，是整个协同运行模式的技术核心。其中，农地整治项目信息模型将与项目实体同时交付给业主。该模型集成了设计和施工阶段项目实体的空间信息和物理信息，可为项目后期管护提供信息支持，与RFID技术联合还可实现基于物联网的农地整治项目动态管理。

2.2.3 管理手段 管理手段包括：(1)目标/决策。要求协同团队成员共同制定项目造价、工期、质量等目标，联合参与各项论证、评审与决策，充分利用各方的专业知识和技能，以保证目标和决策的科学性，并最大限度地兼顾各主体的合理利益诉求，激发各主体参与积极性。(2)多方合同。传统工程合同框架下，参与主体关注自身利益，缺乏相互合作动力，项目无法实现整体最优。协同运行模式要求根据项目条件，由核心参与主体代表即协同团队成员共同签订多方合同，约束各方共同对成本、工期、质量负责，使之成为风险共担、利益共享的共同体。(3)团队关系。根据项目特点灵活调整参与主体角色，构建适宜的组织构架与领导关系。团队关系建设中尤其要注重激发基层政府积极性，使其在团队中充分发挥上传下达功能，将农民个体利益集合为集体利益向上表达，使项目目标与实际需求有效对接。(4)工作制度。一是各方尽早参与，各方应在概念化阶段介入项目的讨论与决策，以便基于可视化、模拟化提前完成部分设计变更。二是统一工作地点，协同团队成员需在同一办公地点面对面进行频繁的讨论与交流，以提高交流效率。三是公开财务，这既是合同对参与各方的约束条件，也是增加参与各方之间信任的手段。

2.2.4 协同团队 该团队由各参与主体的代表组成，与参与主体签订多方协议，是具有共同目标的责任实体，在进行项目决策和纠纷处理时能更好地兼顾各方利益，吸收各方知识。协同团队运用信息技术和管理手段组织项目协同工作流的运行，控制关键性工作的进展，具有实际的决策权。构建协同团队对于促进农民有效参与具有重要意义。传统模式下有限的知识水平会影响农民对项目的认知，降低其与技术人员的交流效率，导致其参与行为普遍趋于形式化。在协同模式下，农民借助可视化模拟技术充分理解项目的实施意图，经由协同团队与设计人员进行有效的信息交流，进而利用其乡土知识优势有效参与项目的决策与管理，使农地整治项目与农民实际需求准确对接。

2.2.5 协同信息流与协同工作流 BIM-GIS数据中心收集、整合各主体提供的数据和信息，允许各主体在权限范围内浏览、调用其他主体信息，提供多专业协同的信息共享服务，使得数据和信息得以集结并在各主体间流动传递，形成贯穿于各阶段的协同信息流；BIM-GIS平台集结项目各阶段的实践活动，使主体间合作关系由“一对多”或“多对多”的关联模式转变为“多对一”的协同模式，各项工作的运行也由离散状态转变为基于同一信息模型的扩展与应用，从而形成完整、有序的协同工作流。

3 结论与建议

本文基于BIM特点、协同思想以及两者的契合关系，对农地整治中的BIM应用路径与农地整治项目的协同运行进行了研究，指出BIM与GIS联合是提升农地整治效率的重要技术手段，并设计了BIM-GIS技术框架；提出以信息为基础，模型为核心，协同为功能的农地整治项目协同运行构想，并系统分析了协同运行的要素与流程。BIM的推行需克服技术、团队、业务流程、法律和合同等诸多困难[13]，加之农地整治涉及利益主体多、利益关系复杂，因而构建BIM协同运行模式必然面临诸多障碍。本文提出以下建议以期为推进农地整治项目的协同运行提供参考。

3.1 探索BIM在农地整治领域的应用

科技进步对农地整治具有巨大推动作用。BIM和GIS的集成作为学术界和工业界的前沿技术，已在建筑工程、桥梁工程、数字城市、轨道交通等多个领域实现了协同应用。农地整治中GIS的应用已趋成熟，其进一步与BIM联合将成为农地整治行业技术革新的新方向。目前，两项技术的发展水平存在差异，因此建议先行探索BIM的独立运用，待技术成熟、功能完善、价值显现后再开展BIM-GIS的联合运用。农地整治工程通常结构单一、施工风险低、工程数据较为简单，研发和运用相关BIM技术的难度较小，加之可借鉴其他工程领域BIM的研究成果和实践经验，因而在农地整治领域推行BIM具有明显的后发优势。

3.2 推进农地整治项目的标准化建设

BIM运行的关键在于“信息”的集成与共享，这就需要通过技术标准、技术规范来约束各参与主体的技术行为，以确保信息交换和专业协作的顺利进行。根据农地整治项目的运行现状，要实现基于BIM的协同运行需要：(1)开展农地整治项目数据模型标准的研究，以实现BIM与GIS集成下的信息交互。(2)开展农地整治项目信息化标准的研究，以探索行业自身的BIM发展路径。(3)开展农地整治项目多主体群决策的研究，为协同团队制定项目目标、解决突发问题、科学决策提供技术支持。(4)修订农地整治项目规划、设计、建设、预算定额等系列相关标准，以适应BIM技术的特征和要求，为农地整治项目提供切实可行的应用标准。

3.3 创新农地整治项目的管理制度

协同运行将是农地整治项目治理的新方向。BIM为协同运行提供了必要的技术保障，但相关管理制度的建设仍是协同运行成败的关键。因此：(1)考虑信息化对主体认知水平的要求，需完善农地整治项目招投标制度，逐步提高设计和施工企业准入门槛，同时建立农地整治技术农民培训制度，提高农民的认知水平和参与能力。(2)制定设计变更管理制度，充分利用BIM的可视化和模拟功能减少设计变更的发生。(3)改革现有项目验收管理制度，除了项目实体的验收备案，农地整治项目信息模型也应纳入验收、交付的范围。(4)根据项目协同运行框架，制定协同团队工作制度，形成多主体治理结构，落实农地整治共同责任。(5)以协同团队为基础，进一步创新和完善农地整治项目的治理结构，真正形成“政府主导、国土搭台、部门联动、群众参与、整合资源、整体推进”的工作机制。