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  • 论文摘要

     

    BIM技术作为建筑行业创新发展的重要技术手段,自引入工程领域以来,不仅给建设各方主体带来了巨大机遇,也对建筑业转型升级产生了重大影响。本期栏目特别邀请中国建筑科学研究院原副院长黄强,对BIM和WBS的定义、特点及应用价值进行讲解?;魄肯壬嗄甏邮卵彝凉こ逃隑IM技术的开发研究工作,多项研究成果获住建部科学技术进步奖,主编了《建筑桩基技术规范》《建筑基坑支护技术规程》《建筑信息模型应用统一标准》等多本国家和行业标准。

     

     

    工作分解结构(Work Breakdown

    Structure, WBS)是以可交付成果为导向对项目要素进行的分组,它归纳和定义了项目的整个工作范围每下降一层代表对项目工作的更详细定义。在项目管理实践中,工作分解结构(WBS)是最重要的内容。WBS总是处于计划过程的中心,也是制定进度计划、资源需求、成本预算、风险管理计划和采购计划等的重要基础。同时,WBS也是控制项目变更的重要基础。项目范围是由WBS定义的,所以WBS也是一个项目的综合工具,项目各方责任基于WBS 的组织责任体系,项目信息化基于WBS的信息流分析。

    对于工程建设的不同阶段有不同的交付成果,设计阶段的最终成果是各专业施工图,招投标阶段是分部分项工程的施工组织设计与工程造价,施工阶段是分部分项工程的检验批成果与实际造价。

    如果分部分项工程的“可交付成果”对应过程数据记录和数据处理无法实现数字化,将难以实现智慧建造。在实际施工中,有些项目还处于结绳记事的时代,桩基施工现场,工地办公室墙上挂着一张CAD图纸,每打完一根桩在CAD图上绘个黑点,表明已经完成,再在各种表格上填写相关数据,全部工作由人工记录完成。其他分部分项工程的施工过程也大同小异。不同人、机、料、法、环条件下的灌注桩施工进度都无法实现计算机自动计算,何谈4D软件的应用。 因此,分部分项工程数字化是智慧建造的起点。

    建筑信息模型是指一个项目的整体数据库,而这个数据库可以是一个共享数据库,也可以是由建设项目参与方的分布式共享数据库组成,这个分布式数据库相当于整体数据库的分解。因此,对于WBS,引进一个名词叫MBS(Building Information Model Breakdown Structure,建筑信息模型分解结构或模型分解结构)。

    在数学里,映射是个术语,指两个元素的集之间相互“对应”的关系。映射,或者射影,在数学及相关的领域经常等同于函数。 基于此,部分映射就相当于部分函数,而完全映射相当于完全函数。

    WBS与MBS成完全映射关系,因此,MBS是WBS的数字孪生(Digital Twin)。

    数字孪生是一个物理产品的数字化表达,以便于我们能够在这个数字化产品上看到实际物理产品可能发生的情况,与此相关的技术包括增强现实和虚拟现实。一个工程项目WBS分解为n个产品组成时,项目可交付成果及其孪生信息模型可以表达为图1所示关系。

    MBS辅助完成WBS,而建立MBS分布式数据库需要完成相应某一任务WBSi的任务软件,这个任务软件也是MBSi的建模软件。在美国BIM标准中把一项任务称为“an action or business”,我们可以将此合并为“an action and business”,简称A&b。因此,可以将某一任务WBSi、任务软件i、相应数据库MBSi统称为A&bi。

    建立起A&bi概念,灌注桩施工软件如图2所示。

    对于工程技术和管理人员来说,如果用的是自己熟悉的专业或管理工具,那么就会不学自通,很容易实现计算机辅助工作。

    对于工业制造,Digital Twin描述的是通过Digital Thread连接的各具体环节的模型??梢运礑igital Thread(数字之索)是把各环节集成,通过Digital Thread集成了生命周期全过程的模型。简单说,Digital Thread贯穿了整个产品生命周期,尤其是对产品设计、生产、运维的无缝集成。对于建筑业,工程项目是由不同产品组成,因此,数字之索不仅是单一产品之索,而且还是所有不同分部分项工程组合、信息交换之索。数字化世界面临盲人摸象的挑战(见图3),解决这个问题依靠的是数字之索——HIM(见图4)。

    从以上分析可知,我们基于工程实践经验划分WBS(工作分解结构)映射于MBS(建筑信息分解结构),将每个WBS工作节点(分部分项)知识固化于节点任务(功能)建模软件,利用WBS工作节点逻辑关系建立分布式MBS模型之间互通互联的信息影响矩阵及其标准,以此轻松实现BIM落地。

    至此,我们会发现软件、模型及工作任务三位一体,即工作任务与BIM一体化。必然也有人会提出,设计只交付CAD该怎么办?对于桩基而言,分部分项施工人员理解自己的相关灌注桩施工CAD图纸,从CAD上可以读到平面位置,剩下的就是将图元元素在设定的界面中输入数据,就可以拿到设计BIM数据了。对于一个普通灌注桩工程,设计BIM数据库的建立最多应该就是不到半天的事,其他分部分项工程做法可照此类推。

    况且,现在的BIM模型交付水平,灌注桩设计BIM数据的获取还不如上述方法CAD转换方式方便准确。从WBS走向施工BIM技术落地应用不仅是施工所需,也是全生命期BIM实施的根本思路,应该是从WBS走向BIM技术落地应用。

    国家标准GB/T51212-2016《建筑信息模型应用统一标准》中提出的P-BIM技术路线就是以上基于工程实践的落地方式,我国P-BIM标准体系与美国BIM标准体系的差异主要在于由谁主导BIM技术认知上的不同(见图5)。

    不同认知产生不同结果,在BIM推广过程中,软件商已竭尽所能,目前该到工程技术和管理人员应用专业知识编制A&bCode指导软件商的时候了。

     

    文/黄 强

     

     

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