吳付標(biāo)

縱覽基礎(chǔ)設(shè)施大會（YII）暨基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化光輝大獎賽頒獎大會期間，來自45個國家/地區(qū)的230多個組織提交了近300個參賽項目，16個獨立評委會從中評選出了19個獎項類別的57個決賽入圍者。中國有15個項目入圍決賽，其中6個獲得大獎。

筆者仔細閱讀這6個項目的資料，并與主創(chuàng)人員進行交流，以了解他們在推進數(shù)字化過程的初心、遇到的困難、得到的成果以及未來的思考。

項目提交單位有的是業(yè)主，有的是設(shè)計院，有的是設(shè)計施工總承包，這些項目展示了BIM和數(shù)字孿生在勘察、設(shè)計、施工、運維以及招標(biāo)、采購、計量、質(zhì)量管理等全生命周期的應(yīng)用。

鄂州花湖機場數(shù)字孿生：數(shù)字化建設(shè)時代真的來了

鄂州花湖機場是全亞洲第一個專業(yè)貨運機場，投資300多億元，如今已經(jīng)成為一個“網(wǎng)紅”項目。2021年11月30日至12月1日，全國民用機場建設(shè)管理工作會議在鄂州召開，中國民航局和湖北省政府相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)蒞臨現(xiàn)場，還特別考察了機場建設(shè)創(chuàng)新情況及數(shù)字化工地。

業(yè)主單位想把鄂州花湖機場建成一個什么樣的項目？一言概之，就是要建設(shè)一座“平安、綠色、智慧、人文”的四型機場。如今，鄂州花湖機場已成為中國民航首批示范項目。它是如何做到的？BIM和數(shù)字化就是實現(xiàn)這個目標(biāo)的重要抓手之一，“數(shù)字孿生機場”則是智慧機場的起點。中國工程院院士劉先林曾說：“深度運用BIM技術(shù)參與工程建設(shè)，鄂州花湖機場在這一領(lǐng)域的探索已進入'深水區(qū)’、甚至是'無人區(qū)’?！?/p>

數(shù)字化設(shè)計是源頭，業(yè)主單位從項目伊始就有了周全的布局，通過全面推進數(shù)字建造，提升機場設(shè)計、施工、管理水平。尤其是應(yīng)用Bentley的iTwin數(shù)字孿生技術(shù)和系列軟件，給未來的智慧機場打造一套孿生數(shù)據(jù)系統(tǒng)，作為智慧運維的數(shù)字底盤，在未來5年、10年可以進行充滿想象的擴展。

在2021年11月下旬的一次交流中，湖北國際物流機場有限公司規(guī)劃發(fā)展部副部長鄒先強對筆者說：“為什么要大力推進BIM應(yīng)用和數(shù)字化管理？我們是從生產(chǎn)與管理等維度來考慮的?！?/p>

首先，要形成一個先進的流程生產(chǎn)模式，解決設(shè)計模型和施工效果“兩張皮”等問題?！霸O(shè)計深度不夠，往往會導(dǎo)致建設(shè)過程中出現(xiàn)數(shù)不完的工程拆改情況，像這樣300多億元的工程損耗一兩億元是件很容易的事兒。現(xiàn)在，完全按照模型把設(shè)計做完，然后掛接系統(tǒng)，按模施工，同時進行驗收，形成同步的驗收數(shù)據(jù)庫，最后再推送到付款環(huán)節(jié)，基于數(shù)字孿生把數(shù)字化做到了極致，形成了一個先進的流程生產(chǎn)模式?！编u先強說。

其次，要形成一個規(guī)范化的管理模式，解決質(zhì)量管理、監(jiān)理管理、造價管理等系列問題。鄒先強表示：“工程建造的工業(yè)化程度一直比較低，建筑行業(yè)只有白領(lǐng)、包工頭、農(nóng)民工，缺少產(chǎn)業(yè)工人，還缺少一個能對工程質(zhì)量、工資發(fā)放等進行良好管理的中間層，工程層層轉(zhuǎn)包，最后到農(nóng)民工手中實際上是非常低的收入。我們通過數(shù)字化的方式，能夠同時把現(xiàn)場1.2萬名農(nóng)民工工資問題管起來，可以同時向1.2萬名農(nóng)民工發(fā)短信詢問是否收到工資。在監(jiān)理層面，國家有很詳細的質(zhì)量驗收規(guī)范，但監(jiān)理不夠強也不夠到位?，F(xiàn)在，把質(zhì)量管理的工序庫、指標(biāo)庫和BIM結(jié)合起來，一道一道地管控下去，把所有環(huán)節(jié)全部用數(shù)字化管理起來，工程質(zhì)量就有了堅強的保障，傳統(tǒng)的工程投資和造價管理扯皮問題也會迎刃而解?！?/p>

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用取得了顯著成效。鄂州花湖機場2021年底進行校飛，工期大概是三年時間，而同規(guī)模的項目工期要5年左右。從投資上來說，整個工程大約節(jié)省了30%資金，達幾十億元之多。鄂州花湖機場采用了Bentley的OpenRoads、ProStructures、Navigator、ProjectWise等設(shè)計建模、協(xié)同管理一系列軟件，尤其是充分發(fā)揮了iTwin數(shù)字孿生平臺的大模型承載能力，極大地提升了數(shù)據(jù)管理能力。

鄒先強強調(diào)：“對于數(shù)字化的應(yīng)用，我們付出了心血，但的確能感覺到整個項目的推進很順利，在這個過程中數(shù)字化技術(shù)幫助很大，市政和民航兩大板塊都采用了Bentley系列產(chǎn)品。我們明顯感到，數(shù)字孿生技術(shù)的功能非常強大，發(fā)展空間非常大，建設(shè)行業(yè)的數(shù)字化時代確實是來了?！?/p>

西藏水利樞紐地質(zhì)勘察：數(shù)字化顛覆傳統(tǒng)勘察工法

中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司（以下簡稱“中水北方公司”）承擔(dān)了西藏一個總投資30億元的大型水利樞紐的地質(zhì)勘察任務(wù)。然而，在海拔4000多米的高寒地帶，傳統(tǒng)的人工測繪已難以滿足工期要求，選擇幾家軟件廠商的產(chǎn)品分別用于不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)會帶來地質(zhì)數(shù)據(jù)銜接不充分的問題，不利于數(shù)據(jù)管理和后期的數(shù)字化交付。

基于此，中水北方公司選擇Bentley的數(shù)字孿生解決方案，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“水利水電工程三維地質(zhì)勘察系統(tǒng)”，提供了一套基于三維正向設(shè)計的工程地質(zhì)勘察數(shù)字孿生解決方案，滿足了內(nèi)外業(yè)一體化、地質(zhì)成果三維可視化、數(shù)字成果分析智能化等方面的要求。

在項目執(zhí)行中，利用ContextCapture等軟件進行實景建模及處理，利用“數(shù)字化地質(zhì)測繪軟件”完成地質(zhì)測繪工作，基于MicroStation開發(fā)的“三維地質(zhì)勘察建模軟件”完成了地質(zhì)模型的建立，通過OpenSite進行模型開挖模擬，利用PLAXIS等軟件分析地質(zhì)體及壩體的力學(xué)特性，ProjectWise則用來進行協(xié)同設(shè)計，并在B/S端進行了數(shù)字化交付。數(shù)字化的應(yīng)用帶來了良好的成效，不但大大提高了自動化程度，而且還為項目節(jié)省了幾千萬元的投資。

中水北方公司勘察院技術(shù)質(zhì)量與信息部主任趙文超談道：“我們在Bentley平臺上集成和二次開發(fā)了整套的水利水電工程勘察系統(tǒng)，實現(xiàn)了勘察全過程的數(shù)字化應(yīng)用和對傳統(tǒng)勘察工法進行了變革。”

中水北方公司副總工程師、智慧水利事業(yè)部執(zhí)行總經(jīng)理耿振云認為：水利水電工程勘察系統(tǒng)充分結(jié)合新一代信息技術(shù)，升級了勘察的技術(shù)手段，為三維協(xié)同設(shè)計和數(shù)字化交付提供了基礎(chǔ)。

 中水北方公司的數(shù)字化探索，還有效應(yīng)對了疫情帶來的麻煩。2020年4—5月，南水北調(diào)東線進行查勘，中水北方公司將自己的三維查勘系統(tǒng)，與在Bentley平臺上做的BIM模型一起疊加到GS上，進行了查勘和方案顯現(xiàn)，解決了因疫情無法抵達工地現(xiàn)場的問題，獲得了水利部領(lǐng)導(dǎo)的好評。

東臺子水庫設(shè)計施工一體化：數(shù)字化帶來更豐富的成果

位于內(nèi)蒙古赤峰市的東臺子水庫工程，是集防洪、灌溉、供水、發(fā)電等多項功能的國家重點水利工程，總投資21億元。

遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司（以下簡稱“遼寧院”）面對這樣一個大型工程，既要把設(shè)計做好，又要著眼于全生命周期的數(shù)字化服務(wù)，如果使用傳統(tǒng)設(shè)計模式，將面臨以下幾個挑戰(zhàn)：一是各專業(yè)配合困難，設(shè)計文件版本易錯亂；二是開挖圖紙設(shè)計困難，不準(zhǔn)確；三是大壩設(shè)計細節(jié)不夠完善，各專業(yè)間圖紙配合問題嚴(yán)重；四是地質(zhì)設(shè)計成果不夠直觀。

于是，遼寧院從項目可研階段便實施BIM正向設(shè)計。選擇了ProjectWise作為協(xié)同設(shè)計管理平臺，提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)環(huán)境、數(shù)據(jù)架構(gòu)以及各類三維設(shè)計軟件集成應(yīng)用的管理。利用Bentley系列專業(yè)軟件進行了多專業(yè)的可視化協(xié)同設(shè)計，通過三維地質(zhì)建模和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了壩址、壩線選型。在施工圖設(shè)計階段，用OpenRoads Designer對壩基開挖進行詳細設(shè)計，傳統(tǒng)二維設(shè)計很難得到開挖邊界和開挖形狀，對開挖量計算容易造成誤差，用數(shù)字化設(shè)計，將開挖體與三維地下相交，很容易得到開挖邊界，開挖量也得以一鍵提取，提高了設(shè)計準(zhǔn)確性，將以往兩周的開挖設(shè)計時間縮短到7天。在設(shè)計、施工的動態(tài)控制中，提出的12號至25號壩段建基面優(yōu)化高程較可研抬高了3m—5m，取得了顯著的經(jīng)濟效益。在魚道設(shè)計上，由于傳統(tǒng)的設(shè)計中轉(zhuǎn)角較多，還有坡度，施工單位做起來非常麻煩，用三維來做表達模型，非常有利于現(xiàn)場施工。

遼寧院數(shù)字與智慧工程研發(fā)中心主任王一鑫說：BIM的優(yōu)勢在于成果比傳統(tǒng)更加豐富，也能為業(yè)主提供全生命周期管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，這是非常重要的。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一條永無止境的路，“我們很幸運走在了這條大路上，遼寧院將致力于數(shù)字化智慧水利，通過三維設(shè)計與GIS結(jié)合，做好數(shù)字化服務(wù)”。

晉南鋼鐵二期數(shù)字化：牽引產(chǎn)能優(yōu)化布局

晉南鋼鐵二期曲沃基地產(chǎn)能減量置換項目轉(zhuǎn)爐連鑄項目，是晉南鋼鐵集團重要的產(chǎn)能優(yōu)化布局，項目總投資額7億元，計劃利用先進的余熱回收技術(shù)，高效回收高溫?zé)煔庥酂?，年供?yīng)蒸汽26萬噸，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量為3.5萬噸。

業(yè)主的產(chǎn)能優(yōu)化，也意味著作為設(shè)計施工總承包單位的中冶南方工程技術(shù)有限公司（以下簡稱“中冶南方”）要想方設(shè)法進行設(shè)計與施工的優(yōu)化。為此，中冶南方制定了相應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)路線：協(xié)同設(shè)計，施工模擬，數(shù)字交付，走向數(shù)字孿生。

三維協(xié)同設(shè)計的效益很明顯，如利用三維模型進行仿真，對轉(zhuǎn)爐大包的支座、轉(zhuǎn)爐的支座進行應(yīng)力和運動仿真，同時對中間包的溫度場進行仿真，優(yōu)化設(shè)計，減少了轉(zhuǎn)爐出鋼時間，降低了出鋼的溫度，提高了鋼產(chǎn)量2000余噸，減少了能源消耗，減少碳排放0.1噸/噸鋼。在設(shè)計與施工協(xié)同方面也取得了突破，例如，將部分建筑修改為裝配式構(gòu)件，利用三維模型進行合理分塊并進行預(yù)拼裝，在工廠預(yù)制，縮短了工期30余天，節(jié)約了大量資源，減少了環(huán)境污染?？梢暬坏准?D施工模擬，優(yōu)化施工方案和方法，縮減了施工周期，保障了全程無傷亡等安全事故發(fā)生。

中冶南方BIM中心副主任褚學(xué)征談道：項目剛剛啟動就恰逢武漢疫情暴發(fā)，協(xié)同設(shè)計幫了大忙，最大限度地保證了整個項目的順利實施。項目整體達到了建設(shè)技術(shù)先進、綠色環(huán)保智能鋼鐵廠的目標(biāo)，得到了甲方的好評，中冶南方也成為武漢市復(fù)工復(fù)產(chǎn)先進典型。中冶南方將在數(shù)字化道路上繼續(xù)前行，在“十四五”期間要涵蓋工程全生命周期服務(wù)。

湖北能源80MWp光伏工程數(shù)字化：在實踐中研發(fā)山地光伏設(shè)計軟件

湖北能源隨縣&廣水80MWp地面光伏發(fā)電工程，建設(shè)規(guī)模為80MWp，同期建設(shè)一座110kV升壓站，新建1回上網(wǎng)線路，全長約33.7km。在能源轉(zhuǎn)型的大背景下，太陽能資源的開發(fā)利用意義重大。

湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司（以下簡稱“湖北院”）以EPC工程總承包模式承擔(dān)該工程的建設(shè)。期間，湖北院曾經(jīng)嘗試過其他BIM解決方案，但成效不理想，問題主要包括以下兩個方面：一是適應(yīng)工程EPC工程總承包模式的整體解決方案不夠完整；二是圖形平臺承載能力難以滿足工程大量復(fù)雜模型的要求。

而在采用Bentley數(shù)字孿生后，該工程實現(xiàn)了突破。湖北院數(shù)字化分公司技術(shù)處處長舒磊介紹說，采用Bentley數(shù)字孿生解決了兩大問題：一是要在復(fù)雜的山地條件下選擇比較好的位置布置光伏區(qū)域，通過模型融合完成了優(yōu)秀且造價合理的設(shè)計方案，實景建模等軟件發(fā)揮了作用；二是利用數(shù)字孿生模型，Synchro4D施工進度模擬，AR技術(shù)輔助施工管理，在工程中通過孿生模型與施工實物對應(yīng)監(jiān)管，解決了陰影遮擋和電纜工程量控制的問題，提供了高質(zhì)量的建造管理增值服務(wù)。

在Bentley的幫助下，湖北院研發(fā)了一款山地光伏設(shè)計軟件，順利構(gòu)建了光伏電池陣列及控制電纜的數(shù)字孿生模型，并通過自動化程序完成14080個光伏電池陣列的三維模型。這標(biāo)志著湖北院在企業(yè)數(shù)字化方面取得了突破性成就。

關(guān)于未來的數(shù)字化發(fā)展，舒磊說，湖北院制訂了第二個五年規(guī)劃計劃，積極拓展數(shù)字化業(yè)務(wù)。隨著光伏電站、風(fēng)力發(fā)電廠和電網(wǎng)的智慧化發(fā)展，“我們也在考慮如何提供無人值守的智慧化電站”。

江蘇龍騰特鋼60MW發(fā)電工程數(shù)字化：打造可復(fù)制的智能制造樣板

世界上首套最小裝機亞臨界煤氣發(fā)電工程——江蘇龍騰特鋼60MW發(fā)電工程，采用超高溫亞臨界一次中間再熱機組，開創(chuàng)了高參數(shù)、小型化發(fā)電機組技術(shù)領(lǐng)域先河，旨在利用鋼廠富余煤氣發(fā)電，為早日實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)作貢獻。

中冶京誠工程技術(shù)有限公司（以下簡稱“中冶京誠”）作為設(shè)計施工總承包單位，在該項目上通過數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、數(shù)字化建模構(gòu)建、數(shù)字化交付、數(shù)字化施工、數(shù)字孿生、數(shù)字化運維取得了顯著成效。中冶京誠以數(shù)字化工廠和大數(shù)據(jù)為核心，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)人工智能技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)，搭建鋼鐵智慧生產(chǎn)運營管理體系。

中冶京誠數(shù)字化BIM中心主任張鶴說：這個項目走到了數(shù)字化交付，這是中冶京誠數(shù)字化的升級模式。2019年之前，中冶京誠更多的是應(yīng)用BIM技術(shù)來解決設(shè)計協(xié)同以及施工難點的問題。隨著國家推進智能制造化交付雙輪驅(qū)動。

據(jù)張鶴介紹，中冶京誠在2020年采購了Bentley的iTwin數(shù)字孿生服務(wù)平臺，為業(yè)主提供數(shù)字化工廠服務(wù)。就拿龍騰特鋼這個項目來講，雖然項目體量不是特別大，總投資3億元左右，但是適用性很廣、復(fù)制性較強，在“雙碳”的大背景下，節(jié)能減排意義重大?！耙驗獒槍π◇w量的高爐煤氣發(fā)電的整體效率提高了，整體的效益也得到提高。我們以BIM和數(shù)字化技術(shù)來賦能這樣的項目，實現(xiàn)數(shù)字化交付和數(shù)據(jù)服務(wù)，提升了效益，實現(xiàn)了多贏”。

結(jié)語：致敬數(shù)字化先鋒

中國已進入數(shù)字化時代。近期在北京召開的中央經(jīng)濟工作會議提出，“加快數(shù)字化改造，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級”。BIM和數(shù)字孿生等技術(shù)驅(qū)動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、賦能千行百業(yè)的愿景正在加速落地。傳說中的元宇宙，雖離我們沒有那么近，但也沒有那么遠。