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。黄强先生多年从事岩土工程与BIM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?#27573;?#27599;下降一层代表对项目工作的更详细定义。在项目管理?#23548;?#20013;,工作分解结构(WBS)是最重要的内容。WBS总是处于计划过程的?#34892;模?#20063;是制定进度计划、资源需求、成本预算、风?#23637;?#29702;计划和采购计划等的重要基础。同时,WBS也?#24378;?#21046;项目变更的重要基础。项目?#27573;?#26159;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,?#22411;?#26631;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?#23548;?#36896;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?#23548;?#26045;工中,?#34892;?#39033;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?#38469;?#20849;享数据库组成,这个分?#38469;?#25968;据库相当于整体数据库的分解。因此,对于WBS,引进一个名?#24335;蠱BS(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,?#25104;?#26159;个术语,指两个元素的集之间相互“对应”的关系。?#25104;洌?#25110;者射影,在数学及相关的领域经常等同于函数。 基于此,部分?#25104;?#23601;相当于部分函数,而完全?#25104;?#30456;当于完全函数。

WBS与MBS成完全?#25104;?#20851;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?#23548;?#29289;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?#38469;?#25968;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?#23721;?#39033;任务称为“an action or business”,我?#24378;?#20197;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?#26041;?#30340;模型。可以说Digital Thread(数字之索)是把各?#26041;?#38598;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?#20998;?#32034;,而?#19968;?#26159;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?#23548;?#32463;验划分WBS(工作分解结构)?#25104;?#20110;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?#38469;組BS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?#23548;?#30340;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?#29616;?#19978;的不同(见图5)。

不同?#29616;?#20135;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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