數(shù)據(jù)驅(qū)動行業(yè)數(shù)字化升級

數(shù)據(jù)驅(qū)動行業(yè)數(shù)字化升級

1數(shù)字化設(shè)計數(shù)據(jù)的驅(qū)動作用隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，以數(shù)字為重要因素的“數(shù)字經(jīng)濟”也得到了迅速發(fā)展。數(shù)據(jù)收集和傳輸已成為數(shù)字社會發(fā)展的基礎(chǔ)工作。對于建筑行業(yè)而言，數(shù)據(jù)已逐步成為提質(zhì)增效和創(chuàng)造行業(yè)衍生價值的潛在動力。建筑產(chǎn)業(yè)涉及的產(chǎn)業(yè)鏈長，產(chǎn)生和匯集的數(shù)據(jù)量非常豐富，這些數(shù)據(jù)隱藏著項目立項、設(shè)計、制造、施工、交付、運營等過程中的價值信息。其中，設(shè)計數(shù)據(jù)作為建造過程中數(shù)據(jù)鏈條的最前端，在整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)傳遞中具有重要的驅(qū)動作用，為協(xié)同設(shè)計、造價算量、制造架構(gòu)、施工建造和運營使用提供了必要的基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。采用合理的方式收集和利用設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮以數(shù)據(jù)為載體的設(shè)計知識價值。在以往的建筑設(shè)計工作中，數(shù)據(jù)往往是呈非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的分散式分布，不利于設(shè)計數(shù)據(jù)的傳遞和共享。數(shù)字化技術(shù)提供了設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化方法，能夠?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)進行有效組織和儲存，以集成數(shù)據(jù)流的形式在設(shè)計工作中進行橫向和縱向傳遞。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和對建筑要求的提升，各類建筑造型愈加復雜，建筑功能愈加多元化。如何將設(shè)計數(shù)據(jù)進行有效組織和傳遞，已經(jīng)成為建筑設(shè)計的新工作需求。在數(shù)字化背景下，需要對現(xiàn)有設(shè)計模式進行革新和重構(gòu)，強調(diào)以數(shù)據(jù)為核心的協(xié)同工作方法和信息傳遞方式，并支持同城市大數(shù)據(jù)的雙向互通（圖1）。數(shù)字技術(shù)的集成開發(fā)與嵌套使用，是數(shù)字技術(shù)在建筑行業(yè)中被廣泛傳遞和多樣化表達的具體體現(xiàn)。以BIM為代表的數(shù)字集成技術(shù)，能夠記錄設(shè)計工作中所有的設(shè)計數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)在不同使用場景下，以專業(yè)化和信息化的形式進行表達。此外，還能將設(shè)計數(shù)據(jù)組織入庫，作為知識沉淀和傳遞的主要方式。各專業(yè)可以圍繞設(shè)計中心數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)共享，完成協(xié)同設(shè)計工作；各項目參與方也可以圍繞交付數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)提取和利用，完成各方內(nèi)部管理和生產(chǎn)工作；圍繞設(shè)計歸檔數(shù)據(jù)庫，可支持城市大數(shù)據(jù)庫建設(shè)，支持企業(yè)知識沉淀，支持設(shè)計師知識積累。2設(shè)計背景及數(shù)據(jù)價值內(nèi)核“獨角獸島”（以下簡稱“獨角獸”）是全球首個以獨角獸企業(yè)孵化和培育為主體的產(chǎn)業(yè)載體平臺，是專門為“獨角獸”而建的島（圖2）?！蔼毥谦F”位于四川省成都市天府新區(qū)，是興隆湖東畔的鹿溪智谷核心區(qū)域（圖3）。其規(guī)劃用地面積約為1006畝（約0.67km“獨角獸”項目是典型的復雜異形建筑，其空間形態(tài)、外部環(huán)境等多種因素構(gòu)成了“獨角獸”項目的特殊性，進而決定了數(shù)據(jù)的多樣性和復雜性，更需要集成化的數(shù)據(jù)保證項目的高落地性及高完成度（圖4）。圍繞數(shù)據(jù)價值內(nèi)核，本項目需要解決三個問題：第一，參與設(shè)計專業(yè)眾多，需有效組織各專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)，以進行協(xié)同設(shè)計工作；第二，該建筑構(gòu)件復雜，建筑構(gòu)件空間關(guān)系復雜，需設(shè)計完成施工圖三維模型數(shù)據(jù)為造價工作提供算量參考，為制造商提供構(gòu)件幾何形體參考，為施工單位提供三維安裝參考；第三，該項目具有較強的專業(yè)代表性，需進行設(shè)計數(shù)據(jù)沉淀，為以后類似項目的設(shè)計建造工作提供學習路徑和參考。3行多樣表達數(shù)據(jù)的傳遞和共享需要集成化軟件進行多樣化表達。本項目采用BIM軟件進行集成化協(xié)同設(shè)計工作，利用BIM的數(shù)據(jù)處理和表達能力完成數(shù)據(jù)傳遞。3.1多專業(yè)三維合作設(shè)計3.1.1多專業(yè)協(xié)同設(shè)計：基于revit的體驗異形建筑的空間關(guān)系、結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點構(gòu)造較為復雜，而二維圖紙中的信息數(shù)據(jù)屬于分散的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，設(shè)計人員難以完全理解異形建筑中的相關(guān)信息，也更容易導致專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間不協(xié)調(diào)的情況出現(xiàn)。BIM三維正向設(shè)計可以使中心文件數(shù)據(jù)庫集成各專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)，有效地組織專業(yè)設(shè)計協(xié)同，提高多專業(yè)協(xié)同配合效率，更快發(fā)現(xiàn)并解決問題。此外，BIM技術(shù)可將設(shè)計數(shù)據(jù)通過信息化、參數(shù)化、可視化等方式進行表達，也可以有效地支持設(shè)計階段多專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作?；贐IM的協(xié)同設(shè)計工作方式分為兩種：中心文件模式和鏈接模式。中心文件模式是一種數(shù)據(jù)在服務(wù)器端，支持多個設(shè)計人員實時協(xié)同工作的模式。在這種工作模式下，多個設(shè)計人員的設(shè)計數(shù)據(jù)可以集成在同一個中心文件中，并實時進行數(shù)據(jù)交互，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計工作中存在的問題。鏈接模式是在一個BIM模型基礎(chǔ)上鏈接其他一個或多個BIM模型的映射工作模式。這種工作模式下，可以將多個BIM模型文件集成到同一個中心文件數(shù)據(jù)庫中，各專業(yè)的模型數(shù)據(jù)也可以實現(xiàn)實時同步更新。BIM三維正向設(shè)計采用兩種協(xié)同設(shè)計模式，中心文件模式適用于專業(yè)內(nèi)的協(xié)同設(shè)計工作，而鏈接模式適用于專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計工作，兩種工作模式共同促進設(shè)計數(shù)據(jù)流通（圖5）。在“獨角獸”項目中，為了增強各專業(yè)的數(shù)據(jù)交互，提升各專業(yè)設(shè)計協(xié)同性，設(shè)計團隊采用了AutodeskRevit作為全專業(yè)BIM三維正向協(xié)同設(shè)計集成設(shè)計環(huán)境，充分利用Revit對數(shù)據(jù)的集成整合能力、處理能力、協(xié)調(diào)能力、多樣化表達能力，對專業(yè)內(nèi)的協(xié)同采用中心文件模式，對專業(yè)間協(xié)同采用鏈接模式。設(shè)計團隊通過整合建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、裝飾等專業(yè)的BIM模型，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)的集成表達，減少各專業(yè)間信息不一致造成的錯誤，從而有效實現(xiàn)復雜空間三維協(xié)同設(shè)計，保證該項目的設(shè)計質(zhì)量。3.1.2維協(xié)同設(shè)計模型數(shù)據(jù)的提出設(shè)計提資是本專業(yè)提供到其他專業(yè)可用于支持設(shè)計工作的數(shù)據(jù)，提資過程就是設(shè)計過程中的階段性數(shù)據(jù)共享，包括構(gòu)件的尺寸數(shù)據(jù)、材質(zhì)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)和相關(guān)構(gòu)件屬性。對于BIM數(shù)據(jù)集成環(huán)境下的三維模型文件提資，結(jié)合工程設(shè)計成果的表達需求，需將數(shù)據(jù)以“提資視圖”形式進行表達，作為其他專業(yè)的“底圖”參考，其他專業(yè)再以鏈接的形式“引用”提資模型，生成本專業(yè)數(shù)據(jù)集。在BIM數(shù)據(jù)集成環(huán)境下，各專業(yè)可以根據(jù)不同規(guī)范和要求，將設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同詳細程度的提資模型，相對于二維圖紙?zhí)豳Y，可以在很大程度上避免同一構(gòu)件數(shù)據(jù)在不同圖紙中出現(xiàn)表達不一致的情況。在“獨角獸”項目中，Revit將專業(yè)間的提資數(shù)據(jù)進行組織化、可視化的表達，形成帶數(shù)據(jù)的“提資視圖”。接收提資的專業(yè)可以直接鏈接“提資視圖”，并獲取專業(yè)設(shè)計所需的各類信息。各專業(yè)也可自主提取所需模型信息。3.1.3維協(xié)同出圖根據(jù)現(xiàn)階段BIM應(yīng)用的實際需求，BIM三維軟件還可以將設(shè)計數(shù)據(jù)以二維圖紙的形式進行表達，以解決三維模型信息表達不充分的問題。BIM生成二維圖紙，可以保證不同視圖表達下的數(shù)據(jù)表達一致性。在“獨角獸”項目中，采用Revit軟件直接生成建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的各類二維圖紙，其中建筑專業(yè)的出圖率達90%，結(jié)構(gòu)專業(yè)和機電專業(yè)的出圖率達80%，最大限度地保持了從不同角度表達建筑信息時的數(shù)據(jù)一致性。此外，通過對Revit進行二次開發(fā)來輔助出圖工作。通過對模型數(shù)據(jù)進一步提取和處理，能夠生成旋轉(zhuǎn)樓梯結(jié)構(gòu)施工圖和弧形大臺階的剖面圖，解決這兩類異形建筑構(gòu)件信息難以表達的問題。3.2數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計數(shù)據(jù)除了在協(xié)同設(shè)計工作中能夠發(fā)揮價值，還能在不同階段和不同應(yīng)用場景下進行傳遞，輔助下游階段的工作開展。3.2.1各類屬性數(shù)據(jù)的存儲、管理和工作方式二維設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)深化需要根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的結(jié)構(gòu)平面圖及構(gòu)件編號圖手動建立鋼結(jié)構(gòu)深化模型，難以直接獲取鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何形體數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。對于復雜建筑，存在大量空間鋼梁等復雜構(gòu)件，各類數(shù)據(jù)儲存和表達方式分散，若采用傳統(tǒng)工作方式更為煩瑣，耗時久且易出錯。在“獨角獸”項目中，設(shè)計人員通過自主開發(fā)Revit插件，使用已有的設(shè)計數(shù)據(jù)自動生成多個三維視圖，每個視圖中只保留一種類型的鋼構(gòu)件，這樣鋼結(jié)構(gòu)深化人員可以通過制訂構(gòu)件類型導入的方式自動生成深化模型，保障了數(shù)據(jù)傳遞的準確性。3.2.2算量類延續(xù)到工程造價算量工作，造價人員通過提取施工圖三維BIM模型中部分構(gòu)件的幾何體積數(shù)據(jù)，可以直接用于造價計量。對于其他不能直接獲取幾何體積數(shù)據(jù)的土建和安裝構(gòu)件及裝飾裝修工程，則可以由算量軟件的插件進行自動計算獲取。這大大地減少了造價的工作量，并且提升了算量的精確度。在“獨角獸”項目中，造價人員采用斯維爾計量軟件計算后自動獲取BIM模型中工程量，輔助造價人員進行計價計量工作。3.2.3空間位置的精確定位對于構(gòu)件制造廠商的構(gòu)件生產(chǎn)工作，需要大量構(gòu)件數(shù)據(jù)來輔助生產(chǎn)工作?！蔼毥谦F”項目中采用了大量雙曲面幻彩鋁板，其對制造的精度有較高的要求。為了達到預(yù)期的效果，必須對面板的空間位置進行精確定位。空間定位的基礎(chǔ)則是根據(jù)方案需求控制單塊鋁板的曲率，同時優(yōu)化鋁板的劃分。通過使用Grasshopper，設(shè)計人員針對鋁板曲率進行可視化數(shù)據(jù)生成及提取，并為后期廠家深化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。設(shè)計人員根據(jù)鋁板曲率分析的結(jié)果，使用Grasshopper對鋁板幕墻進行深化設(shè)計，并對廠家直接進行數(shù)據(jù)傳遞，其中包括鋁板展開模型、鋁板編號、尺寸數(shù)據(jù)提取、曲率數(shù)據(jù)。數(shù)字化對接的生產(chǎn)方式，協(xié)助廠家提高了每塊板的精準度。3.2.4可視化三維建模數(shù)據(jù)不僅在設(shè)計階段發(fā)揮效能，更需延伸到施工建造階段，保證項目的高完成度和高落地性。施工圖設(shè)計完成的三維BIM模型，還可以用于施工階段的輔助，尤其是在復雜區(qū)域或構(gòu)件的建造、安裝工作，可視化的三維大樣模型可以使工作人員更直觀地理解構(gòu)件空間的關(guān)系。對于現(xiàn)場安裝的復雜構(gòu)件節(jié)點，施工人員可以借助BIM模型幾何定位數(shù)據(jù)，輔助現(xiàn)場構(gòu)件更快速地加工和裝配，減少返工率，提升工作效率和質(zhì)量。4知識的沉淀4.1數(shù)據(jù)積累和知識沉淀工作常態(tài)化建筑設(shè)計數(shù)據(jù)大多以分散的非結(jié)構(gòu)化形式或半結(jié)構(gòu)化形式存在，難以進行有效的數(shù)據(jù)儲存和知識回溯。數(shù)據(jù)中蘊含的設(shè)計知識和內(nèi)容只能依靠工程師進行人工識別和讀取，無法由計算機及產(chǎn)業(yè)鏈下游參與方使用的軟件直接識別、進行分析和管理，且文檔采取簡單的檔案管理系統(tǒng)，通過人工進行數(shù)據(jù)分類和保存，無法將數(shù)據(jù)積累和知識沉淀工作常態(tài)化。因此，需要創(chuàng)建可用于設(shè)計數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫。在“獨角獸”項目完成項目歸檔后，采用SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對設(shè)計施工圖BIM模型中的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化儲存。為了保證數(shù)據(jù)庫在使用中的一致性和連貫性，每個BIM三維正向設(shè)計項目以單個數(shù)據(jù)庫的形式存在，且以唯一編碼名稱對項目數(shù)據(jù)庫命名。此外，還需對需要提取的數(shù)據(jù)信息進行規(guī)劃，在項目中提取建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專業(yè)的BIM模型基本數(shù)據(jù)，并將形成數(shù)據(jù)的表單儲存在數(shù)據(jù)庫中。以后出現(xiàn)類似設(shè)計項目，可以直接從本項目設(shè)計施工圖BIM模型中獲取相關(guān)參考數(shù)據(jù)。4.2知識數(shù)據(jù)庫的設(shè)計設(shè)計數(shù)據(jù)完成入庫后，可進一步整合成城市大數(shù)據(jù)庫、企業(yè)知識庫和個人知識庫，三者在不同的應(yīng)用階段可相互支持，完成數(shù)據(jù)循環(huán)。4.2.1城市大數(shù)據(jù)庫建筑是構(gòu)成城市的重要單元，建筑設(shè)計數(shù)據(jù)是城市大數(shù)據(jù)庫的重要部分。建筑設(shè)計數(shù)據(jù)入庫完成后，應(yīng)當進一步匯入城市大數(shù)據(jù)庫，作為城市管理數(shù)據(jù)支持，為城市規(guī)劃、城市設(shè)計、交通分析、市政分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，海量的城市級大數(shù)據(jù)可為建筑項目的開展提供數(shù)據(jù)支持，完成多樣性數(shù)據(jù)閉環(huán)。4.2.2智能設(shè)計結(jié)果統(tǒng)計將設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為企業(yè)知識庫，可以進一步加強建筑企業(yè)設(shè)計管理，把控設(shè)計質(zhì)量，提升設(shè)計效率，如基于數(shù)據(jù)的智能審圖、設(shè)計成果檢查、項目進度控制、工時工效統(tǒng)計，等等。設(shè)計數(shù)據(jù)的積累增強了設(shè)計企業(yè)的智慧設(shè)計能力，加快了設(shè)計企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。4.2.3．流程化，是設(shè)計知識的數(shù)字化設(shè)計知識數(shù)據(jù)庫能夠?qū)⒃O(shè)計施工圖BIM模型中的設(shè)計數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化儲存，也將設(shè)計中的知識數(shù)據(jù)進行了集成化，為后續(xù)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，如生成各類分析報表、構(gòu)件正確性檢查、結(jié)構(gòu)荷載統(tǒng)計、空間關(guān)系統(tǒng)計等。這些應(yīng)用點都是使用數(shù)據(jù)來表達設(shè)計知識的具體體現(xiàn)。采用流程化的軟件程序表達設(shè)計知識，是設(shè)計知識轉(zhuǎn)向數(shù)字化的標識。在以后的設(shè)計工作中，設(shè)計師可以利用軟件快速獲取相關(guān)項目知識，輔助自身設(shè)計工作的快速展開。5設(shè)計知識數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用數(shù)據(jù)是建筑行業(yè)數(shù)字化背景下信息流通的載體，在不同階段和應(yīng)用場景有不同的價值，也有不同的表現(xiàn)形式。對于設(shè)計階段而言，將數(shù)據(jù)以三維可視化和構(gòu)件屬性形式進行表達，是完成專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作的主要形