工程数据数字化交付解决方案研究

2020-12-16蔡雨芳嵇晓辉

土木建筑工程信息技术 2020年4期

蔡雨芳嵇晓辉

(1.上海中沐勤建设发展有限公司，上海 200030； (2.上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海 200041)

1 数字化交付及发展现状

1.1 数字化交付定义

工程数字化交付是将上游环节产生的工程信息交付给下游环节，用以支撑项目建设及管理，确保工程顺利实施的活动。工程数字化交付不仅仅是将工程项目全生命周期的数据信息移交给业主，而且还将项目各参与方都视为数字化交付的主要发起人和受益人，通过交付行为提升项目整体的进度、质量和成本把控力度的一系列复杂过程[1]。

1.2 数字化交付内容

工程数字化交付内容包含工程单个阶段的成果以及工程竣工时最终的整体成果，具体包括：①合同规定的工程各阶段的相关成果，如设计、施工、竣工、运维模型、协同平台以及相关报告、材料、图纸等； ②项目验收需提交的各类工程管理和技术材料[2-3]。

1.3 数字化交付格式

数字化交付包含工程全生命期各个阶段的成果，除了用于浏览的轻量化通用文档格式外，一般还需要交付可编辑的原文件格式用于项目归档。BIM模型在交付时需要考虑建模软件的时效性和共通性，除了提交原文件外，还应提供国际通用格式的版本，例如IFC格式等。

1.4 国内外发展现状

美国国家标准与技术研究院对美国相关建设单位、设计、施工、供应商、软件商等70家企业进行调研后，发布了《美国固定资产设施建设中相互协作不足所导致的成本分析》报告。报告数据表明在2002年，美国仅在固定资产建设这一领域，就因协作不足引起的158亿美元的损失。指出提升项目参与单位间在工程全生命周期项目文档数字化共享和业务流程管理能力至关重要[4]。美国是信息科技和计算机科技的先进国，也是BIM平台技术的主要引领国家。近年，随着信息和计算机科技的快速发展，以建筑信息模型(BIM)平台为代表的工程建设领域的信息技术革命给数字化交付带来新的方式。

目前，国内工程项目在各阶段，大多通过纸质、U盘、CD、邮件等方式，按照相关的流程实施文档交付工作。由于工期紧张，相关参与方众多，以及交付文档量大、审核流程复杂容易造成交付质量和效率低下的现象。2014年住建部在《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》中指出国内应加速推进工程建设领域的信息化及BIM应用。上海市在2014年完成《计算机审图对策研究》课题后，于2016年率先推进“白图替代蓝图”试点，实现“设计文件数字化交付”技术创新[5]。

综上所述，无论在国内还是国外，政府、设计和施工单位都在积极推动基于BIM平台的工程数字化交付。利用BIM平台进行工程数字化交付已经愈发成为一种行业趋势。

1.5 数字化交付平台

作为数字化交付的重要载体，被称为数字工程的“最后一公里”的BIM数字化交付平台是目前行业发展的热点。数字化交付平台除了可以实现对交付标准和数据传递指南进行整合和定制外，还要具备交付文档合规性检验、存储、交付、共享、在线浏览、沟通协同等功能[6-7]。表1列举了数字化交付平台常见的一些功能。

表1 数字化交付平台功能

数字化交付平台的建设模式一般主要有三种方式，分别是：建设方主体建设、第三方主体建设和多方主体共建设。具体差异如下：

(1)建设方主体建设，由建设方主导搭建交付平台，并向项目各参与方提供平台入口实现文档的交付，本质上是各方对建设方的交付，不能较好支持项目各参与方间的协同工作。

(2)第三方主体建设，由建设方委托第三方公司或某一参与方为主建设交付平台，该第三方负责帮建设方收集交付资料，之后再转交给建设方。该方法适合建设方BIM能力较弱，直接采用第三方平台的情况。

(3)多方主体共建设，由建设方、设计方、总承包单位、资源单位、软件公司共同实施和建设共享BIM平台，各方共同维护和完善[8]。

2 数字化交付关键技术思考

2.1 数字化交付物审核

数字化交付物的质量高低将对项目后续工作产生重大影响，因此对各阶段交付物的质量管控尤为重要。工程交付文件要在交付前进行充分的校对和校审，确保交付材料质量合格，应有多级校对、校审机制。

然而大型工程项目的交付资料浩如烟海，审核人员的数量和精力有限，无法对每一个模型、图纸和文档都进行细致的检查，因此BIM数字化交付平台具有自动审核的功能就尤为重要了。

交付成果的自动审核可以分为文档审核以及BIM模型审核。文档审核相对简单，当用户上传文档后，由平台自动核对文档的格式、大小、命名编号等内容，这在市场上已经有比较成熟的技术。

而BIM模型的审核在技术上较为复杂，通常是将设计规范和BIM标准中规定的一些硬性条款转化为机器能够识别的语言来实现自动对模型的校核。目前这类软件工具在市场上还不多见，较为成熟的也大多为外国软件，与国内审核标准水土不服，比如芬兰的Solibri model checker、新加坡建设局的无纸化设计审批CORENET系统等。近期，湖南省住建厅针对施工图设计阶段的BIM模型开发了一套BIM审查系统，是国内为数不多的可以依据设计标准对BIM模型进行自动审核的软件工具。

交付平台自动化模型审核技术的应用有助于进行模型规范和工程规范审核，提升数字化交付质量。

2.2 BIM模型轻量化引擎

数字化交付物上传到BIM平台后，平台除了要能查看各类office文档和CAD图纸外，非常重要的一项功能就是BIM模型的轻量化浏览。

现在越来越多的BIM平台是基于B/S架构，用户在网页端就能直接访问平台并进行各项操作。BIM模型的网页端轻量化浏览是这类平台需要重点解决的技术难题。

BIM轻量化引擎一般是基于WebGL标准在网页端进行BIM模型的快速渲染和展示。模型轻量化的方案很多，比如可以将BIM模型通过平台专门的插件进行“瘦身”，形成大小只有原来十分之一甚至几十分之一的数据包，将该数据包上传到平台发布后即可在网页端利用算法进行拼装和加载，实现模型的轻量化浏览。

2.3 数据安全管理

数据安全对于数字化交付平台而言是重中之重。对于交付物的安全管理，可以从三个方面来进行管控。

首先是平台服务器部署方式的选择。平台的云端服务器一般有两种部署方式：公有云和私有云。私有云在数据安全上有很大的优势，但是价格较贵，且管理复杂，维护成本高。公有云搭建成本更低，部署灵活，后期维护简单，但是数据安全性上相对差些[9]。公有云的服务商很多，考虑到一些工程项目的数据保密要求，建议尽量采用国内的云服务供应商进行云平台的搭建。

第二点是平台人员权限管理。通过对各项目参与人员的操作权限进行严格区分和规定，保证交付物只能被选定的目标用户所接收和查阅，其他人员无权进行修改和删除等操作。

第三点是文档版本管理和版本回溯的功能。在平台使用过程中，每次上传的文件都应该由平台自动设置版本号进行记录和保存。如果用户出现误删文件的情况可以通过版本回溯的功能追回原来的文件，保证交付物数据的安全可控。

表2 数字化交付平台审核功能

3 基于BIM的工程数字化交付平台

基于BIM的工程项目数字化交付平台，除了能满足常规的文档合规性检验、存储、交付、共享、在线浏览、沟通协同等功能外，应注重易用性。确保平台用户不用经过繁杂的培训也能够轻易掌握在线查阅BIM模型，借助平台工具或浏览模型发现问题并与相关方进行沟通。

目前国内外已经有不少较为成熟的数字化交付平台。国外方面，比如BIMX、Aconex、Project Wise、Autodesk A360、Revizto等等。但是部分平台的功能还是局限在传统的文件管理协同和电子交付的功能上，对于三维BIM模型的展示能力不足。而Autodesk A360、Revizto等平台对基于Revit建模的BIM模型支持较好，但服务器在国外，不太满足国内项目对工程数据安全性的要求。国内方面，商业化的数字交付平台非常多，比如广联达的协筑云平台、鲁班BIM系统平台、大象云等等，除了这些专业的软件厂商外，很多建设单位、咨询公司、施工单位等都开发定制了适用于自己项目交付需求的BIM平台。总体来说，国内外的数字化交付平台的研究开发呈现出一种百花齐放的态势。

基于BIM平台的工程数字化交付加强了不同专业和不同参与方之间的协同，使得交付更加顺畅高效。本章以上海现代建设咨询公司研发的AEC-BIM交付平台为例，通过其在徐汇区某新建中学项目中的使用情况来展示基于BIM的工程数字化交付平台的一些典型应用。

3.1 合规性核验

传统工程交付的成果多为纸质图纸和报告等内容。交付文档的审核要点主要有三点，分别是完整性、准确性、合规性。BIM模型存储的信息更加详尽，其逻辑关联性更明显，审核的工作量和难度都有所增加，表2展示了BIM平台在某学校项目中的合规性审查的具体审核内容及审核过程中BIM模型常见的一些问题，具体如下：

一是模型规范审核方面，BIM平台提供交付文档的标准模版和指南，涵盖命名、内容、范围、精细度、信息属性等具体规定。用户在进行成果交付时，平台可以根据用户的角色来判断交付文档的名称、内容、信息量和精细度的正确性，并给予相关提示。

二是工程规范审核方面，平台可以支持部分标准自动审核，如提交的材料不符合相关技术要求，系统会进行提示，该标准在获得管理员同意的情况下可以进行定制和调整。

3.2 存储、交付与共享

项目从前期规划设计、施工到运营，相关方很多，不同主体间的项目文档如图纸、报告、照片等，提资和共享往往需要通过建设方来协调，将图纸、报告、文档等数据信息传递给其他单位时，容易产生项目信息沟通不及时，沟通信息成本高等问题[10]。

BIM平台可实现各类工程资料的汇总、分类、存储和共享，可根据每个项目参与方的职责设立专属的文档目录，各方可以自由查阅和修改自己所属的文件夹资料，其他参与方查阅时需要得到管理授权才能以只读的方式查阅，这样既保证了文档的安全性，又能实现了工程数据的交付和共享。

图1展示了BIM平台在某学校项目的数据成果交付过程中的应用情况。在该项目中，各参与方每阶段的工作成果都通过BIM交付平台进行成果存储和交付。平台自带文件版本管理的功能，可以追溯同一文件的历史版本，保障了在实际项目中文档数据的安全。此外，在文件共享方面，利用平台人员权限管理的功能，保证有权限的用户才能访问和分享相关的文件。

图1 存储、交付与共享

3.3 在线浏览

BIM平台应该支持在线查阅DOC、PDF、AVI、DWF、MP4、BIM轻量格式文件。单机平台的BIM对计算机软硬件要求相对比较高，涉及软件版权和操作培训等问题，不利于在工程中大面积推广使用。BIM交付平台则支持基于B/S浏览器进行轻量化模型查阅，让交付的模型审阅变得简单，可大幅规避排查交付文档中的“错、碰、漏、缺”问题，减少后期的变更。

图2展示了BIM平台的模型轻量化浏览功能。平台通过算法将原来BIM模型的体积进行压缩和瘦身，保证用户可以在网页端流畅地浏览模型并进行操作互动。用户在平台上既可以查看模型构件信息，也能使用剖切框查看建筑物内部情况，便于项目各参与方对交付成果的快速查看和审核。

图2 在线浏览

3.4 沟通和协同

当代工程项目规模和复杂性逐渐提升，通过传统CAD图纸和纸媒图纸检查问题对技术人员的技术和人力投入要求都很高，部分问题需要多人商议解决，人员受时空制约因素大；借助BIM交付平台可以辅助项目各方快速协调解决交付过程及交付成果中发现的问题。一般根据问题复杂程度可以分为两种情况：一是简单问题，可采用讨论组的方式在线进行小范围问题讨论，讨论不仅可以通过文字还可以通过模型和文件的视图以工作任务发送给相关工程师，由相关工程师负责解决和答复问题，讨论的过程和记录将被保存下来，后期可以回溯。二是相对比较复杂的问题，可借助BIM平台的问题表单应用，将发现的问题通过标准报表发送到平台中，报表中将明确责任方、参与方以及问题整改时间节点；问题相关方可在BIM平台上对就提出的问题进行讨论，并最终将整改措施及整改结果发布在平台上。问题发起人对整改结果进行复核，通过后可进行问题闭环并归档。