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BIM与公路工程设计建造仍处于两张皮状态

来源:桥梁杂志

近年来,在国家的大力倡导下,BIM技术的应用不断掀起高潮,然而,表面的热闹背后,却是一系列的困惑,BIM技术应该如何应用?发展方向是什么?笔者在此抛砖引玉,希望能够引发从业者对推进BIM技术在公路行业应用的进一步思考。

为什么要推进BIM技术应用

不断利用最先进的信息技术改进我们的工作,早已是一种自觉的行为,计算机技术、信息传输技术、信息存储技术、图形展示技术的每一次进步,都已经被我们利用,其最新进展还将继续为我们所利用。

BIM技术是计算机技术、信息传输技术、图形展示技术与传统土木工程相结合的一种新兴技术,目前正在高速发展阶段,还远没有达到成熟的程度。BIM技术在其发展过程中,在各方面的不断尝试,已经显露了强大的优势和无数可能。其直观立体地展示设计成果及其相互关系、在同一平台下协同工作、利用其协同工作能力提升管理水平和效益,是我们一直追求的目标。未来成熟的BIM技术,将释放出更为强大的效果,因此,我们现在就要不断尝试应用这一技术,发现问题、提出需求、推动其成熟,才能享受成熟后的成果。

BIM应用过程的“两张皮”现象

当前BIM技术应用中的主要瓶颈,直观表现是:BIM技术仍然是信息孤岛,与设计、质量控制等总体上还处于两张皮状态,能够被施工利用的数据也不多,海量的施工数据的存储、利用尚未变成现实,在提升养护管理水平上也还没有实质性的进展。

目前,BIM技术的应用仍然没有形成正向收益,需要不断烧钱来支撑。形成这种困难的根本原因,是高高在上的IT技术与脚踏实地的土木工程之间,仍然未达到一种协调的状态:一是目前的BIM技术更适合于创作性设计,单件式作品,在用于低水平的重复化设计时,同传统CAD相比,效率明显偏低;二是对于土木工程师来说,用二维投影表述物体往往更准确,BIM技术最大的优势——可视化反而是劣势;三是施工检测数据与安全耐久性还未能建立直接的关系,不知道存储哪些施工数据、用什么形式索引这些施工数据;四是当前的养护模型并不需要BIM模型作为支撑;五是想象的一个模型从可研一直到施工的瓶颈仍然未被攻破,需要多次重复建立模型;六是同传统的图纸相比,现场的携带和使用仍然有很多不够方便之处。

离开了BIM技术,我们仍然能够完成土木工程的设计、建造、运营、养护任务,而且完成得很好。如果BIM技术没有实质性的进步,不能真正融入公路工程设计建造之中,那么应用的困难可能永远无法克服。

发展方向及机遇

困难就是机遇,看明白了发展方向,机遇也就摆在有能力者眼前了。一项技术的存在和发展,必然要具有不可替代的作用,并创造出额外价值,形成正向收益。这里的正向收益并不一定从技术本身直接获得,也可以体现为整个体系其他方面收益的增加。如果始终不能形成正向收益,其结果只能是被淘汰。

技术的优势在于不可替代性,而不是无缺陷,一项技术的缺点,完全可以由技术应用环境、技术体系弥补。而平淡、全面、无缺点、也无突出优点的技术,则会因为缺乏比较优势而被淘汰。

今天,信息化、数字化是不可阻挡的趋势,BIM技术的优点,一是可视化展示,二是数字化的成果。依托这种得天独厚的优势,扬长避短,建立上下游的解决和应用方案,就可以弥补存在的不足,应用就会大幅度推进。一系列局部解决方案的累加、整合,就会成为系统的解决方案。在当前的技术水平下,以点带面,稳扎稳打,分段逐步推进,避免盲目的全面开花,可以更加有效地推进BIM技术的成熟和应用。

如果把目光收缩到点,可以找到大量有效应用的场景,目前很多都已经应用得很好。这里举几个可以作为发展方向,但目前仍在起步阶段的例子。

特大桥等结构复杂的单点工程

技术复杂的特殊结构大桥,都属于创作性设计,设计成果难以被拷贝利用。为做好一座结构复杂的特大桥的设计,当前需要完成包括但不限于以下的工作:一是完成方案研究(可行性研究)阶段相应深度的三维展示模型,二是完成初步设计阶段相应深度的三维展示模型,三是完成施工图阶段相应深度的三维展示模型,四是完成复杂部件、复杂部位的三维展示,五是进行各种配筋、管道、构件的交叉碰撞检验和预拼设计,六是在审查、论证阶段的无数次修改,七是提供模板、钢筋、管道的加工图和安装图,八是出版各阶段的设计图,九是各种预料外的要求。

使用传统的手段,一遍又一遍地深化、修改,而且需要多图协调,往往容易遗忘或版本混乱,此时BIM的三维设计和协同工作能力的优势得以显现,而传统手段设计常规桥梁时可不断复制借鉴的优势不复存在。选什么,高下立判。

建设管理系统

当前所谓基于BIM技术的建设管理系统是最广泛的应用场景,但目前仍然处于费力不讨好的阶段——建设品质没有实质性提高,管理成本、管理流程、管理人员有明显的增加。只能说使用了BIM模型,但没有发挥出BIM技术的优势。为什么?当前的建造管理模式,是基于传统的信息传递和协作方式形成的,在管理模式没有改变的情况下,叠加BIM技术,就形成了两张皮,外面是绚丽的三维模型,内核仍然是传统的割裂式专项管理的堆砌。

利用BIM技术提升管理,要基于BIM的协同工作能力,围绕更好地发挥人的主观能动性、改进制约机制、降低协调成本等要求,重塑管理方式,突破现有施工、监理、业主单位的信息界面,形成管理工作的协同联动,建立基于信任、互相监督的扁平化管理体制,提高效率,有效降低施工、监理、业主的重复工作量,减少管理层辅助人员,从实质上降低管理成本。

在探索阶段,可以在有特殊性、需要管理创新的项目中,首先研究提出新的管理模式,通过多个项目的实践、改进,以及成熟经验的推广,最终建立适应信息化时代的管理模式,推动基于BIM技术的建设管理从表象到实质的转变。

养护检测数据的管理和利用

养护检测数据融入模型,将是BIM技术发展的一个分支方向。例如,目前我国已经建立起了桥梁定期检测制度,但目前应用了BIM模型的养护管理系统,仅能提供照片和表格索引的能力,从数据管理和使用来说,并没有实质性的提升。然而,如果我们能够将各种检测到的数据,特别是结构裂缝、损伤、锈蚀等缺陷与模型融为一体,直观表现出结构的状态及发展变化情况,数据就活了起来,可以让管理者更好地了解结构的实际状况,判断缺陷发展规律。如果再能够与结构分析软件融合,分析出结构应力状况及变化,将形成更大的价值。

以上仅仅是比较典型、易于推进的示例,类似的应用场景还有很多。技术的发展往往是需求牵引的结果,在实际应用中,跳出既有的“菜单”,提出需求,解决需求,才能带动BIM技术多方向全面发展和不断成熟,形成BIM技术广泛应用的局面。

推进数据存储格式统一

前面设想了一些BIM应用的发展方向,使这些发展方向变为现实,需要建立统一的数据存储格式和应用软件生态系统。统一了数据存储格式,就意味着具备了实现全寿命期项目信息传递、建立一整套BIM软件生态系统成为可能,进而释放数字化的整体优势。这一结果可能带来的进步,将远远超过今天我们的想象能力。

笔者用“一模各表”来描述这种生态系统。“模”即模型,指存储建筑信息的数据库;“表”即表述(应用),指的是针对数据库的各种应用程序,包括用于展示或检查设计成果、管理项目、收集施工(养护)信息、指导决策等各种可以想象出来的软件系统。

理想的“模”是一种开源的数据存储标准,但目前国际性标准组织形成的通用标准,往往需要迁就各成员单位的要求,影响标准的先进性和实用性,难以承担这种任务。软件公司或公益性社团,反而可能抢先完成数据标准的制定,就如同Android系统的发展路径。更多的BIM相关企业或团队,将围绕如何更有效地利用数据,提升设计、建造、管理水平,开发专用的软件,根据需要调用、轻量化模型,满足实际使用对功能、展示效果等各方面的要求。

应用体系建立任重道远

BIM技术是基于现代信息技术、计算机技术不断发展的一件软件工具,需要努力用好,但不能被其束缚,作为工程技术人员,永远不要忘记应用BIM技术,只是应用信息技术改进工程建造和管理的手段。

要形成BIM技术的全面应用和推广,需要逐步建立起BIM技术应用的体系和应用环境,通过应用和需求促进BIM技术的发展和成熟,同时用BIM技术改进工程建造和管理。BIM技术的成熟和广泛应用,将是公路基础设施建造管理迈上新台阶的标志之一。届时,将会至少体现出以下特征——

一是创作性设计成为设计的主流模式。利用BIM技术进行设计,通过所见即所得的手段,精细优化细部设计,可以更容易地设计出精致的作品。

二是工业化建造的普遍应用。BIM成果数据可以与构造建造、施工放样、设备操作实现对接,减少转换环节和人为误差。

三是重建了优秀的技术工人队伍。BIM形成的更高品质的设计,还需要通过技术工人的手变成现实。

四是建立基于新的信息系统的建设管理模式。现代化不仅仅是应用了一些新的设备和软件,更重要的是建立新的相互关系和组织架构,利用基于BIM技术重新构建的建设管理体系(过程仍然是渐变为主)的时机,构建现代化的管理模式将事半功倍。

本文刊载 /《桥梁 · BIM视界》杂志 2019年 第3期 总第10期

作者 / 张冬青

作者单位 / 交通运输部公路局


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