《黄河报》:敲响未来之门——黄河设计公司BIM技术应用之路

作者:岳林锟、孙俊东、焦伟    来源:黄河报    发布日期:2017/12/22    

十多年前,一场触及灵魂的变革在黄河勘测设计规划有限公司悄然展开......

这场变革源于一线工作者的迫切需求,源于公司带头人的高瞻远瞩,更源于设计者对未来的殷切期盼......

这场变革让业主对公司的产品刮目相看,让企业员工的工作效率提升飞快,更让公司在全国勘察设计单位综合实力百强企业里更上一层楼......

这场变革,就是由三维设计所引发的BIM(建筑信息模型)技术应用之路。

2015923,时任黄河设计公司工程设计院(以下简称工程院)院长的牛富敏向前来考察兰州水源地建设项目的兰州市市长袁占亭(现任兰州大学党委书记)介绍了该项目的工程信息化管理系统。作为一名专家型领导,袁占亭对这套系统颇感兴趣,在详细考察之后,给予其充分的肯定。

这套集进度管理、质量管理、费用控制、HSE〔健康(Health)、安全(Safety)和环境(Environment)三体系〕管理和沟通管理于一体的信息化管理系统,此后又被应用于黄藏寺水利枢纽工程等EPC(指公司受业主委托,按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包)工程项目之中,起到了良好的市场效果。

这一切,却要由画图纸最基本的方法说起。

从零开始,紧抓机遇点燃激情

由于传统的设计行业所交付的成果必须是可以直接在纸面上呈现的二维设计图,所以目前水利水电行业的工程师,必须会使用CAD(计算机辅助设计)技术设计平面图纸。

三维设计,是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。BIM技术则是三维设计的一种集合信息技术。多年来,BIM技术在设计领域发展迅速,但始终没能取代传统二维图纸在交付阶段的作用。

黄河设计公司信息中心(以下简称信息中心)副主任牛卫华说:"即使在目前的高校教育之中,BIM技术也是一门新兴的学科,没有广泛推广开来。"

2003年之前,在制造业领域及建筑设计领域,三维设计已经逐渐推广。但是在水利水电行业,三维设计依旧是一片空白。

"20032004年,主要是一些业余喜欢三维设计的设计人员自己摸索着使用三维设计技术,在个别项目的个别阶段使用三维技术攻克难题,在整个行业内没有一个公司系统性地推广这项技术。"牛卫华说。

20042006年期间,黄河设计公司看到了行业发展的未来趋势,选取了当时应用较为广泛的欧特克(Autodesk)、奔特力(Bentley)和达索(Dassault)这3家公司的软件进行比较评估。"因为达索公司的CATIA(提供机械设计、设备与系统工程、分析模拟等产品方案的系统)软件参数化能力强,建模较为便捷,设计人员最终选定这款软件来进行实验应用。"信息中心应用部副主任余军说。

20072008年,黄河设计公司开始使用CATIA软件,进行具体的项目设计。2007年第一次将该技术应用在南水北调中线鲁山段的设计过程中,"当时主要用于验证传统2D设计的成果,通过参数驱动,实现参数化建模。"牛卫华说。

然而,由于CATIA软件最早应用于机械军工领域,要适用于水利水电行业,就必须建立相应的模板库。此外,一些特殊的设计,如隧洞锚杆设计还需要使用一些自主编程的命令来实现操作。

工程院副总工郭莉莉深有体会:"从传统二维到三维设计,是设计师理念观念的一次重大转变。要迈过这道坎,必须一切从零开始。"

20093月,黄河设计公司召开了三维设计推进会,决定以工程院为主,推动水利水电专业研究推广应用。同年,公司申请了水利部"948"项目,依托软件代理商两次短期培训,展开了基于CATIA软件的启发式互助学习,在几个月的时间里探索出了水利水电工程土建各专业的三维实现方法。

2010年,黄河设计公司开始组建专业的BIM团队,由喜欢新技术应用的工程院院长牛富敏牵头,抽调对三维设计感兴趣的年轻人,正式开展基于CATIA V5的三维水电设计研发工作,研究如何取代传统的二维设计,提升设计手段,提高生产效率,满足市场需求。

起步之时,国内水利水电三维设计尚没有成熟的经验可循,市面上甚至找不到一本相关的参考书籍,有的只是一点点可怜的基础知识和对三维世界的憧憬,BIM科技创新团队一群年轻人凭着自己对三维世界的热情、执着甚至是痴迷开始了探索之路。

"边研发、边推广、边应用,一切都是摸着石头过河。"郭莉莉说。

在研发过程中,他们逐渐体会到,在土石开挖、钢筋配筋等领域,三维设计天然比二维设计有优势。"比如,在云南石门坎水电站双曲拱坝的设计中,布置建筑物表孔、中孔、底孔、交通桥等,传统的二维设计布置会遇到一些困难,电梯井的位置与坝后的交通桥有多大的交涉?二维设计需将这些剖面叠放到一块考虑,且只能局限在某高程断面,很难整体判断。而三维设计则可以在多个高程断面上进行整体判断,一目了然地解决这些问题。"余军说。

2012年,"948"项目正式结题,在此过程中,工程院通过引进、吸收、开发软件,总结了一套水利水电三维建筑物的建模方法和思路流程。

""948"项目对我来说,是开启了一扇通往三维世界的窗口。从此以后我认识到,新一代信息技术不是一个概念,而是一个触手可及的现实,而它的发展空间却又是无限的。"郭莉莉说。

推广应用,BIM技术遍地开花

20123月,南美洲厄瓜多尔,郭莉莉碰上了自己工作以来最大的难题。

当时,科卡可多辛克雷水电站工程已经开工。前期由于"施工标准"的争议,以及库区聚集建筑物较多,交叉部位空间关系复杂,传统的二维设计面临种种困难,经常一个图纸6版都通不过。为了提高图纸质量,黄河设计公司决定在这个项目上全面应用BIM技术。

在施工现场,他们发现调蓄水库的开挖图有一些问题,施工作业面上有一个24千米的隧洞图纸设计有纰漏,如果不及时做出合格的图,关键线路无法开挖,会影响到整个工期。当时,作为施工总包方的中国水电建设集团发出了告急通知。

作为科卡可多辛克雷水电站工程的设计副总工程师,郭莉莉深知这个项目对中厄双方的意义。图纸审查有21天的期限,必须在这个时间段里提交出审查合格的图纸。再送回国内重新画图纸,显然已不现实。

郭莉莉当场决定,用三维设计的方法再出一张新图纸。两个当地的工程师负责计算准则、翻译等工作,通过一天多的方案确定,她开始现场制图。睡眠和休息已经显得如此奢侈,她调动了全部精力,把近几年来BIM技术的研究充分应用到制图过程中,4天之内,他们就将西班牙语的施工图赶制出来,把调蓄水库的方案、施工图、计算书、计算准则等整个一套资料交给了咨询公司。14天内,咨询公司给出回复,这次的图纸一次过关,没有出现任何纰漏。中国水电建设集团的代表当面称赞郭莉莉工作的伟大。

"当时,我切身感受到三维设计给工程带来的效率提升。从方案到计划书,刨去一天多确定方案的时间,制图仅仅用了不到3天时间。这4天里,我们完成了以往采取二维技术一到两个月的工作量。"郭莉莉说。

而墨西哥咨询公司除了佩服中国人的干事创业精神之外,也认识到BIM技术的重要性,开始主动介入三维建模,以提高工作效率。

不仅如此,在科卡可多辛克雷项目的枢纽沉砂池配筋设计中,黄河设计公司也尝试应用三维配筋设计,不仅设计质量大幅提升,减少了校审人员的实际工作投入量,更是让产品在该项目严格的交付过程中全部一次性通过。

自此,不仅工程院所有的部门都对BIM技术青睐有加,规划、建筑、交通、生态、地铁、地质、测绘等业务部门也开始抢着应用各种适应于自身的BIM技术。

20129月,工程院数字工程(三维设计)研究应用中心正式成立。这支团队背景涵盖坝工、水道、枢纽、厂房、施工、新能源等工程设计及信息化应用专业,具有丰富的工程设计经验和BIM高级应用技能,大大推动了黄河设计公司BIM技术的应用范围,基于CATIA软件的BIM技术应用逐渐成熟。2017年,该团队作为"十二五"时期涌现出来的先进集体,被授予治黄先进集体奖。

20141月黄河设计公司成立的轨道交通设计研究院(以下简称轨道院),鉴于CATIA软件的局限性,另辟蹊径,在欧特克公司的REVIT(提供支持建筑设计、MEP工程设计和结构工程的工具)软件平台上进行了新的探索。

"我们公司2009年开始从事轨道交通勘察设计业务,在此之前,在小浪底工程、科卡可多辛克雷水电站工程、南水北调中线穿黄工程等项目中已经对地下工程设计具备了丰富的实践经验,也参与了北京多条地铁线路的设计项目。"轨道院副院长柴志阳介绍。

前身隶属于工程院的他们深知BIM技术的重要性。通过考察,他们发现,在轨道设计的过程中,BIM应用其实已经深入每个工程师的心中。在北京、上海、深圳等地的轨道设计项目中,凡是2亿元以上的项目,必须用BIM技术进行设计。而应用领域最多的则是REVIT软件。

"REVIT软件在市政、道路、桥梁、渠道等设计中应用广泛,有一套成熟的体系。"柴志阳说。

2014年,黄河设计公司的BIM团队正式成立,由信息中心牵头。该团队致力于BIM技术的二次开发、族库建立、4D探索应用、虚拟现实、协同初步、标准制定、专业培训。而轨道院的工程师充分掌握了REVIT这门新的BIM技术。

在郑州市轨道交通3号线新柳路站的设计中,他们将这门技术充分应用到了设计中。通过三维建模,站厅层、3号线站台层、4号线站台层所有的建筑结构模型,站厅层部分的机电模型融合起来,不仅可以从中直接提取工程量、图纸,还可以开展碰撞检测,优化模型,提高设计质量。

而通过将REVIT建筑模型直接导入到PathFinder(专业应急疏散模拟软件)中,还进行了疏散模拟试验研究,统计出疏散的总时间以及每个出口每个时间点疏散人数曲线图,对进站闸机口的栏杆形式设置进行了优化设计。

"BIM技术带来的不仅仅是效率的提升和质量的保证,更是一种人性化的设计技术,将设计师的灵感和建设者的严谨融为一体。"柴志阳说。

20161010,在由中国勘察设计协会与欧特克软件(中国)有限公司联合举办的第七届"创新杯"建筑信息模型(BIM)设计大赛上,黄河设计公司的"郑州市轨道交通3号线新柳路站BIM设计"喜获"城市轨道交通BIM应用奖"

在多年的BIM研究应用过程中,黄河设计公司也收获了无数的荣誉,仅去年年底,他们就获得了诸多奖项:凯乐塔水电站BIM技术应用获得首届建设工程"中原杯"BIM技术应用大赛设计单项一等奖、第五届"龙图杯"全国BIM大赛设计组二等奖、第二届中国建设工程BIM大赛单项三等奖;CCS水电站大型沉砂池BIM技术应用获得第五届"龙图杯"全国BIM大赛设计组二等奖、首届建设工程"中原杯"BIM技术应用大赛设计单项二等奖......

把握未来,综合应用开拓市场

2016年,黄河设计公司提出建立黄河数字咨询系统,计划到2020年开发完成。

这套面向未来的系统,包含数字勘测、数字规划、数字设计3大板块内容,将实现工程勘察设计业务上中下游全面协同,大大提升大中型项目的应用水平。在此过程中,开展黄河设计公司层面标准、制度建设,提升工程三维设计工作的规范性和工作组织的有效性,尤为重要。

余军介绍说:"目前公司里应用BIM技术的院所很多,使用的软件也各有侧重,轨道院的REVIT平台、工程院的CATIA软件、测绘院的GIS平台......各种不同的软件适应不同场合的应用,但也为我们统一整合资源带来了一定的难度。"

目前,国内几大水利水电设计院在BIM产品技术的服务化方面,都还处在起步阶段,把勘测、规划、设计、施工、运行维护等过程跨阶段地衔接起来,从BIM产品的全生命周期做工作,依然只是少数。

早在2014年,工程院就已经实现了BIM技术应用的"50"目标,即50%的设计人员掌握、50%的生产项目应用。今年,黄河设计公司更要实现BIM技术在全体工程设计专业的普及率达到"30"目标,也就是30%的设计人员掌握、30%的生产项目应用。

"BIM技术在设计阶段的应用效益比较明显,但仅仅把它应用到设计阶段是一个极大地浪费。未来,基于工程全生命周期管理的BIM产品必将逐渐产业化,我们的目标已经不仅仅是要保证公司内部项目BIM技术的应用,更要走向市场,为其他业主直接提供专业的信息化产品。"牛卫华说。

基础应用已经是常态化的工作任务,高瞻远瞩的他们,则把目光看向了未来。

20159月下旬,工程院数字工程中心签下了一份特殊的项目--《河南天池抽水蓄能电站5D施工BIM模型建设管理平台研究与开发》。这是黄河设计公司首个BIM研发项目,它标志着公司的BIM产品第一次走向市场。

创建天池抽水蓄能电站工程施工总布置的BIM模型,重点是筹建期主要建筑物,实现业主方对施工总体布置、施工方案更加直观的优化;通过与P6进度软件结合,实现3D BIM模型与时间、资金为一体的5D工程项目建设动态管理,形成管理电站建设过程资料的综合信息管理平台,为在主体工程建设管理中推广应用及数字化工程运营奠定基础。

郭莉莉说:"这些技术在我们兰州水源地总承包项目中的应用已经十分成熟,三维模型与设计、实际进度的关联、显示、数据更新,随时随地的查询、浏览和统计功能,为现场施工进度、资源调配及投资管理提供了关键的技术支撑。我们有信心为其他设计单位带来成熟的BIM产品。"

今年728日,该项目在在郑州进行了自验收。该项目的先导性研发工作,在行业内具有前瞻性,率先提出了针对抽水蓄能电站工程的5D BIM数据标准;研发的建设管理平台规划合理、流程清晰、架构先进,并已在河南天池抽水蓄能电站工程中得到了初步验证。

无独有偶,今年76日,轨道院也与中铁隧道院签订了一份BIM产品合同:要在一个月的时间内,做出3个地铁站的BIM模型及图纸。

柴志阳说:"这在以前是不可想象的!这种工作量,以前一般需要12个人做两个月左右的时间。如今,我们依靠自主开发的BIM应用技术,仅靠8个人的团队,用了20天左右的时间,就在727日将成果交付了出去。"

目前,BIM产品的市场化还仅仅是在不同的设计单位之间进行,黄河设计公司在BIM产品技术的服务化方面,已经走在了市场的前列。然而,BIM产品整体市场化,则需要一定的过程。"尽管现在很多施工方对BIM产品大加赞赏,离开BIM模型很多施工进度将大打折扣,但是目前国家层面的交付标准还是二维的,基于三维的BIM标准还未完成,目前的交付还只能用二维图纸。"牛卫华说。BIM产品的市场化,还有很长一段路要走。

工程院院长杨顺群说:"10年来,我们一直致力于BIM技术在工程设计中的推广应用,基于达索系统精心打造数字工程设计平台,积极将项目级的BIM应用向企业级BIM应用过渡,逐渐形成了以专业部普及应用、企业级数字设计平台打造和工程全生命周期信息化应用全面开展的可喜局面。"

为了推进BIM技术产品在整个行业领域的运用,和兄弟院所相互交流经验,2015年,黄河设计公司作为首批成员单位加入河南BIM发展联盟;2016年,参与发起了《水利水电BIM设计联盟》;今年,同法国达索系统(上海)信息技术有限公司共同承办了全国水利水电工程BIM技术研讨会。通过参与这些联盟和协会,举办专业的研讨会,黄河设计公司不仅为共同创建水利水电BIM绿色生态圈奠定了基础,更提高了公司BIM技术的知名度,把握住了未来市场。

尽管这些只是未来的一个图景,但通过上上下下的努力与观念的转变,黄河设计公司已经牢牢将未来把握在自己手中。

"电子化审图,数字化交付,通过一定的交付平台,使得数字化产品(电子化图纸)实现交付;再通过这个产品,使得施工、运行维护阶段的数字化运用得以实现,让BIM产品拥有一个自己完整的生命周期,这才能让一个BIM产品发挥真正的作用。"谈到BIM技术产品,牛卫华仿佛看到一个孩子的未来。