論文摘要

 

BIM技術作為建筑行業創新發展的重要技術手段,自引入工程領域以來,不僅給建設各方主體帶來了巨大機遇,也對建筑業轉型升級產生了重大影響。本期欄目特別邀請中國建筑科學研究院原副院長黃強,對BIM和WBS的定義、特點及應用價值進行講解。黃強先生多年從事巖土工程與BIM技術的開發研究工作,多項研究成果獲住建部科學技術進步獎,主編了《建筑樁基技術規范》《建筑基坑支護技術規程》《建筑信息模型應用統一標準》等多本國家和行業標準。

 

 

工作分解結構(Work Breakdown

Structure, WBS)是以可交付成果為導向對項目要素進行的分組,它歸納和定義了項目的整個工作范圍每下降一層代表對項目工作的更詳細定義。在項目管理實踐中,工作分解結構(WBS)是最重要的內容。WBS總是處于計劃過程的中心,也是制定進度計劃、資源需求、成本預算、風險管理計劃和采購計劃等的重要基礎。同時,WBS也是控制項目變更的重要基礎。項目范圍是由WBS定義的,所以WBS也是一個項目的綜合工具,項目各方責任基于WBS 的組織責任體系,項目信息化基于WBS的信息流分析。

對于工程建設的不同階段有不同的交付成果,設計階段的最終成果是各專業施工圖,招投標階段是分部分項工程的施工組織設計與工程造價,施工階段是分部分項工程的檢驗批成果與實際造價。

如果分部分項工程的“可交付成果”對應過程數據記錄和數據處理無法實現數字化,將難以實現智慧建造。在實際施工中,有些項目還處于結繩記事的時代,樁基施工現場,工地辦公室墻上掛著一張CAD圖紙,每打完一根樁在CAD圖上繪個黑點,表明已經完成,再在各種表格上填寫相關數據,全部工作由人工記錄完成。其他分部分項工程的施工過程也大同小異。不同人、機、料、法、環條件下的灌注樁施工進度都無法實現計算機自動計算,何談4D軟件的應用。 因此,分部分項工程數字化是智慧建造的起點。

建筑信息模型是指一個項目的整體數據庫,而這個數據庫可以是一個共享數據庫,也可以是由建設項目參與方的分布式共享數據庫組成,這個分布式數據庫相當于整體數據庫的分解。因此,對于WBS,引進一個名詞叫MBS(Building Information Model Breakdown Structure,建筑信息模型分解結構或模型分解結構)。

在數學里,映射是個術語,指兩個元素的集之間相互“對應”的關系。映射,或者射影,在數學及相關的領域經常等同于函數。 基于此,部分映射就相當于部分函數,而完全映射相當于完全函數。

WBS與MBS成完全映射關系,因此,MBS是WBS的數字孿生(Digital Twin)。

數字孿生是一個物理產品的數字化表達,以便于我們能夠在這個數字化產品上看到實際物理產品可能發生的情況,與此相關的技術包括增強現實和虛擬現實。一個工程項目WBS分解為n個產品組成時,項目可交付成果及其孿生信息模型可以表達為圖1所示關系。

MBS輔助完成WBS,而建立MBS分布式數據庫需要完成相應某一任務WBSi的任務軟件,這個任務軟件也是MBSi的建模軟件。在美國BIM標準中把一項任務稱為“an action or business”,我們可以將此合并為“an action and business”,簡稱A&b。因此,可以將某一任務WBSi、任務軟件i、相應數據庫MBSi統稱為A&bi。

建立起A&bi概念,灌注樁施工軟件如圖2所示。

對于工程技術和管理人員來說,如果用的是自己熟悉的專業或管理工具,那么就會不學自通,很容易實現計算機輔助工作。

對于工業制造,Digital Twin描述的是通過Digital Thread連接的各具體環節的模型。可以說Digital Thread(數字之索)是把各環節集成,通過Digital Thread集成了生命周期全過程的模型。簡單說,Digital Thread貫穿了整個產品生命周期,尤其是對產品設計、生產、運維的無縫集成。對于建筑業,工程項目是由不同產品組成,因此,數字之索不僅是單一產品之索,而且還是所有不同分部分項工程組合、信息交換之索。數字化世界面臨盲人摸象的挑戰(見圖3),解決這個問題依靠的是數字之索——HIM(見圖4)。

從以上分析可知,我們基于工程實踐經驗劃分WBS(工作分解結構)映射于MBS(建筑信息分解結構),將每個WBS工作節點(分部分項)知識固化于節點任務(功能)建模軟件,利用WBS工作節點邏輯關系建立分布式MBS模型之間互通互聯的信息影響矩陣及其標準,以此輕松實現BIM落地。

至此,我們會發現軟件、模型及工作任務三位一體,即工作任務與BIM一體化。必然也有人會提出,設計只交付CAD該怎么辦?對于樁基而言,分部分項施工人員理解自己的相關灌注樁施工CAD圖紙,從CAD上可以讀到平面位置,剩下的就是將圖元元素在設定的界面中輸入數據,就可以拿到設計BIM數據了。對于一個普通灌注樁工程,設計BIM數據庫的建立最多應該就是不到半天的事,其他分部分項工程做法可照此類推。

況且,現在的BIM模型交付水平,灌注樁設計BIM數據的獲取還不如上述方法CAD轉換方式方便準確。從WBS走向施工BIM技術落地應用不僅是施工所需,也是全生命期BIM實施的根本思路,應該是從WBS走向BIM技術落地應用。

國家標準GB/T51212-2016《建筑信息模型應用統一標準》中提出的P-BIM技術路線就是以上基于工程實踐的落地方式,我國P-BIM標準體系與美國BIM標準體系的差異主要在于由誰主導BIM技術認知上的不同(見圖5)。

不同認知產生不同結果,在BIM推廣過程中,軟件商已竭盡所能,目前該到工程技術和管理人員應用專業知識編制A&bCode指導軟件商的時候了。

 

文/黃 強

 

 

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