童慧波 焦 柯

(1.深圳市廣廈軟件有限公司，深圳 518028;2.廣東省建筑設(shè)計研究院，廣州 510010)

1 前言

目前BIM 在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的實施有兩種思路，一種是全生命周期各環(huán)節(jié)信息在同一個核心軟件上集成，這需要相關(guān)專業(yè)軟件公司將其軟件在此核心軟件上重新開發(fā);另一種是大體上不改變工程師原有的使用習(xí)慣，將已有專業(yè)軟件BIM 化，以達(dá)到BIM 實施的要求。這方面的首倡者是中國建筑科學(xué)研究院黃強研究員，并把它命名為P－BIM。

上述兩種思路類似軟件設(shè)計行業(yè)的兩種開發(fā)思路，前者對應(yīng)自頂向下的開發(fā)流程，其思路是一開始設(shè)計好軟件的各個組成部分，然后再逐步完成各個部分的開發(fā)。但對于基于BIM 的這樣龐大信息的軟件，核心軟件要及時適應(yīng)多專業(yè)的需求是不可能的(有些需求的滿足可能會導(dǎo)致核心軟件的架構(gòu)做重大調(diào)整)。

同時，將多個專業(yè)軟件需求集成在一起，軟件性能將難以保證，而且信息過分集中，對使用者反而是個障礙。

后者對應(yīng)自底向上的開發(fā)流程(例如敏捷建模過程)，其思路是承認(rèn)人們對事物的認(rèn)識是逐步增強的。在這個過程中，變是常態(tài)，但通過小步迭代的過程保證變化穩(wěn)定可控。通過多次的迭代使得已有軟件滿足BIM 的要求。P－BIM 認(rèn)為BIM 的本質(zhì)是“聚合信息，為我所用”:由代表本專業(yè)的軟件向上游軟件索取信息，可保證信息量的最有效化;同時變信息在核心軟件上的大聚合為在各個已有專業(yè)軟件上的接口上流動。在當(dāng)前我們努力實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)實時流動是很方便的。當(dāng)數(shù)據(jù)流動起來后，將會變化出新的軟件需求，經(jīng)過多輪軟件迭代，最后實現(xiàn)BIM 的目標(biāo)。

基于這種思想，本文以灌注樁基礎(chǔ)為例子，開發(fā)了一套灌注樁從設(shè)計到施工全過程的原型軟件。本文研究內(nèi)容是中國建筑科學(xué)研究院主持的《BIM技術(shù)在地基基礎(chǔ)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實施與監(jiān)督中的應(yīng)用研究》的一部分。

2 樁基礎(chǔ)P-BIM 軟件的設(shè)計流程

為了充分研究數(shù)據(jù)在接口上的流動，我們將樁基礎(chǔ)P-BIM 軟件劃分為足夠細(xì)的模塊，每一個模塊可單獨成一套軟件，供不同工種工程師使用，也可多模塊合并使用。在圖1 所示的軟件流程圖中，軟件被分為12 個模塊。其中圓角框和方框代表軟件模塊;箭頭表示數(shù)據(jù)的流向;箭頭上的數(shù)字表示流動數(shù)據(jù)的索引號。下面就模塊內(nèi)容和數(shù)據(jù)內(nèi)容做逐一說明:

圖1 軟件實現(xiàn)流程圖

2.1 軟件模塊

1)廣廈AutoCAD 基礎(chǔ)軟件，為已發(fā)布軟件?？勺霆毩⒒A(chǔ)、樁基礎(chǔ)、彈性地基梁和筏板基礎(chǔ)整體設(shè)計。該軟件設(shè)計好的樁數(shù)據(jù)可導(dǎo)入到樁基設(shè)計模塊;

2)勘測軟件，采用理正勘測軟件，讀入勘測信息;

3)樁基設(shè)計軟件，完成樁身承載力、鋼筋、裂縫、軟弱層驗算等設(shè)計內(nèi)容;

4)樁基深化設(shè)計軟件，計算鋼筋籠、焊縫、焊料，可統(tǒng)計材料用量和工程量;

5)樁基施工組織設(shè)計軟件，計劃樁基施工過程，統(tǒng)計施工時間;

6)樁基施工項目部管理軟件，分配施工任務(wù)，匯總手機上傳的施工成果，形成竣工模型，并與深化設(shè)計得到的合同模型做比較;

7)樁基手機實施軟件，通過現(xiàn)場錄入樁基數(shù)據(jù)、現(xiàn)場拍照，將施工過程實時回饋，輸入實際工程量和材料用量;

8)樁基監(jiān)理管理軟件，填寫檢測報告，顯示檢測結(jié)果;

9～12)為各種管理軟件，事實上可能遠(yuǎn)不止四個。

2.2 數(shù)據(jù)內(nèi)容

1)導(dǎo)入GS、PK 模型上部結(jié)構(gòu)柱墻定位，柱墻內(nèi)力;

2)承臺與樁的編號、定位和尺寸信息;

3)樁內(nèi)力;

4)土層資料和土層設(shè)計參數(shù);

5)樁設(shè)計信息:詳細(xì)尺寸、樁鋼筋等;

6)樁施工進度計劃;

7)樁基檢測報告;

8)實際施工進度計劃、實際工程量;施工日志;

9)實測樁位、尺寸、沉降;

10)補樁信息;

11)修正土層資料;

12)工程基本資料;

13)業(yè)主資料、施工方資料;

14)場地信息;

15)計劃工程量;

16)鋼筋焊接、分段，焊料，套筒信息。

從圖1 可看出，樁基施工項目部管理成為了施工階段的一個數(shù)據(jù)中心。在具體實施時可把此部分?jǐn)?shù)據(jù)上傳到云端，方便其它各種管理軟件獲取數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)交換內(nèi)容

數(shù)據(jù)內(nèi)容是P-BIM 實施的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)可分為全過程流動的基本數(shù)據(jù)、已經(jīng)明確需求的專業(yè)數(shù)據(jù)和需求尚不明確的專業(yè)數(shù)據(jù)。例如樁的定位和尺寸為基本數(shù)據(jù)。明確需求的專業(yè)數(shù)據(jù)盡量要具備前瞻性，例如，在樁身鋼筋的設(shè)計中，鋼筋根數(shù)在不同斷面有可能是不一樣的，因此這類數(shù)據(jù)應(yīng)盡量用數(shù)組表示。第三類需求雖不明確，但有可能是同類軟件的競爭優(yōu)勢所在，因此在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中要允許第三方數(shù)據(jù)擴展。獲得一致公認(rèn)的第三類需求可作為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的升級依據(jù)。關(guān)于P－ BIM 的樁基標(biāo)準(zhǔn)，可參考《地基基礎(chǔ)設(shè)計P－BIM 軟件技術(shù)與信息交換標(biāo)準(zhǔn)》征求意見稿。

4 數(shù)據(jù)交換格式

數(shù)據(jù)格式應(yīng)支持元數(shù)據(jù)描述。所謂元數(shù)據(jù)是指描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。以可擴展標(biāo)記語言XML 格式的一個片段為例:

＜樁長 3米 /樁長＞

其中，“樁長”描述了“3 米”的具體意義，“樁長”即元數(shù)據(jù)。有了它以后，軟件在讀取數(shù)據(jù)時可根據(jù)元數(shù)據(jù)讀取或者忽略某個數(shù)據(jù)。例如上游廠商增加了某個數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)可幫助下游廠商獲得某個效果。但下游廠商不是要馬上升級這個數(shù)據(jù)接口，它不修改代碼即可忽略這個數(shù)據(jù)，原有的軟件照樣運行。在多個廠商參與的P-BIM 軟件的多輪迭代中，保持軟件一定的穩(wěn)定性十分重要。同時，廠商獨立增加的數(shù)據(jù)可以幫助廠商立即得到更好的軟件，而不需要等待數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的更新。

支持元數(shù)據(jù)描述的數(shù)據(jù)格式有很多，基于文本的XML 冗余度太大，可壓縮后傳輸。P-BIM 目前推薦的是ACCESS 數(shù)據(jù)庫的MDB 格式，但因為手機系統(tǒng)目前支持的數(shù)據(jù)庫是sqlite，可能這是個更好的選擇。

5 軟件功能及應(yīng)用

本系統(tǒng)的實施分為設(shè)計和施工兩個階段。設(shè)計部分做到深化設(shè)計和施工組織設(shè)計為止，深化設(shè)計的目的是提供合約模型。施工階段需要在施工項目部架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，施工項目經(jīng)理在施工項目部管理軟件中將施工任務(wù)分配到負(fù)責(zé)每根樁對應(yīng)的工長的手機上，工長負(fù)責(zé)將每天的施工進程用手機回報給施工項目部，形成實施模型，實施過程中發(fā)生的問題由施工項目部分發(fā)數(shù)據(jù)給各個相關(guān)部門。實施過程的最終模型就是竣工模型，這種操作過程對施工人員是簡便易行的。

5.1 PC 端軟件功能

圖2 中軟件界面分為功能區(qū)(上面菜單欄)、圖形操作區(qū)、樁屬性修改區(qū)(右側(cè))。其中菜單顯示了多個模塊，可通過參數(shù)控制拆分其為獨立的軟件。各模塊軟件的功能說明見本文第2 節(jié)。

其它管理軟件，軟件內(nèi)嵌了百度地圖(圖3)，在上面可以展示工地的位置。點擊工地標(biāo)簽，則會切換到標(biāo)簽標(biāo)示工地的樁基施工詳細(xì)情況。

5.2 移動端軟件功能

手機端軟件可記錄樁基施工的全過程，并最終建立竣工模型。手機端軟件的主要功能包括:通過對比竣工模型和深化設(shè)計提供的合約模型，企業(yè)可分析計劃費用和實際費用的區(qū)別;設(shè)計院可及時幫助解決施工中發(fā)生的問題;監(jiān)管部門可準(zhǔn)確、有效地監(jiān)管工地的質(zhì)量和安全情況。手機端軟件的主要界面如圖4 所示。

圖4(a)為初始工作狀態(tài)，可用手指放大縮小樁平面圖;點擊其中一根樁，可彈出圖4(b)樁修改界面，界面左邊豎條為樁工作進度，右邊可填寫實際發(fā)生工程量，以及類似微信的日志流;點擊樁工作進度條，可彈出圖4(c)的樁狀態(tài)輸入界面;圖4(d)為樁平面圖顯示的樁進度概要。

圖2 樁基P-BIMPC 端原型軟件的界面

6 P-BIM 應(yīng)用的優(yōu)越性

通過本文研究和開發(fā)工作，可總結(jié)出以下PBIM 的特點和優(yōu)越性:

1)采用由下游軟件(需求方)向上游軟件提需求的方法，使各專業(yè)只按需求去獲取信息，而不是自己在一個匯總數(shù)據(jù)庫中去查找，這種分而治之的思路更具現(xiàn)實可操作性;

2)通過業(yè)務(wù)的分層達(dá)到數(shù)據(jù)的分層，最后再得出頂層數(shù)據(jù)庫所需要的基本數(shù)據(jù)，在頂層數(shù)據(jù)庫中處理各專業(yè)的協(xié)調(diào)問題;

3)把現(xiàn)有專業(yè)軟件充分利用起來，對現(xiàn)有軟件稍加改造，即可滿足BIM 所需要的功能，將大大節(jié)省開發(fā)成本;在此基礎(chǔ)上迭代軟件，更新BIM 標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài);

4)本文開發(fā)的P-BIM 軟件可得到樁施工的即時算量，方便控制工程成本，減少施工浪費;施工方可及時將樁施工中出現(xiàn)的問題與甲方、設(shè)計方溝通，甲方和設(shè)計方可直接接入上傳的數(shù)據(jù)獲取當(dāng)前施工狀態(tài)，甚至不需要到達(dá)現(xiàn)場就能解決問題;

5)政府各監(jiān)管部門也可即時獲得樁施工的狀態(tài)，不必到達(dá)現(xiàn)場就能即時了解或發(fā)現(xiàn)樁施工過程中的質(zhì)量和安全問題，起到更有效的監(jiān)督作用。

［1］葉凌.P-BIM 推動中國BIM 應(yīng)用落地［J］.工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2014(4):22-27.

［2］楊國平，馮金志，崔年治.理正勘察設(shè)計階段P-BIM 應(yīng)用系統(tǒng)研究［J］.中國勘察設(shè)計，2015(4):92-97.

［3］張建平，余芳強，李丁.面向建筑全生命期的集成BIM建模技術(shù)研究［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2012，4(1):6-8.