梁慶福
(中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 建設(shè)部,甘肅 蘭州 730000)
當(dāng)今世界,新一輪科技革命帶動數(shù)字技術(shù)強(qiáng)勢崛起,產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化已成為第4次工業(yè)革命的重要驅(qū)動要素。習(xí)近平總書記指出,“世界經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢所趨”,國家“十四五”規(guī)劃也明確提出“加快數(shù)字化發(fā)展”的具體目標(biāo),數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后的主要經(jīng)濟(jì)形態(tài)。數(shù)據(jù)作為除土地、勞動力、資本、技術(shù)之外的新型生產(chǎn)要素之一被寫入中央文件,成為實現(xiàn)生產(chǎn)權(quán)力與產(chǎn)權(quán)分配的關(guān)鍵生產(chǎn)要素[1]?!吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出,“以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式的變革,到2025 年,我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)增加值將占到GDP比重的10%”[2]。國家政府層面對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的倡導(dǎo),將數(shù)字化轉(zhuǎn)型推向當(dāng)前整個社會發(fā)展建設(shè)的重要位置。
在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代,云計算、BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù),正逐步顛覆和改變?nèi)虻漠a(chǎn)業(yè)模式。面對數(shù)字化浪潮沖擊,英國發(fā)布“數(shù)字憲章”、日本推進(jìn)“超智能社會”、新加坡提出“智慧國計劃”,通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動各行業(yè)發(fā)展成為全世界大勢所趨。建筑行業(yè)的“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”,也將為智能建筑行業(yè)帶來全新發(fā)展理念,這也是建造產(chǎn)業(yè)未來科技的發(fā)展趨勢[3]。
作為國民支柱產(chǎn)業(yè)的建筑工程行業(yè),因其本身的碎片化、復(fù)雜性等特點,長期存在能耗高、污染大、發(fā)展方式粗放等問題,難以滿足新時期高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展需求,而建筑數(shù)字化將迎來時代發(fā)展契機(jī),成為驅(qū)動建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要力量。鐵路作為建筑工程行業(yè)的主要組成部分,也需要通過數(shù)字化打通建設(shè)管理、設(shè)計、制造、施工、運(yùn)維全產(chǎn)業(yè)鏈,通過新材料、新技術(shù)、新工藝、新流程的研發(fā)和應(yīng)用,帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈升級,實現(xiàn)高效生產(chǎn)和協(xié)同,提升鐵路建設(shè)項目的質(zhì)量、品質(zhì)和生產(chǎn)效率。
目前,鐵路BIM 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及應(yīng)用已經(jīng)形成一定規(guī)模,使鐵路BIM 技術(shù)發(fā)展到一個新的階段,各方正在越來越多地投入人力、物力開展此項工作,均取得了一定的效益。BIM作為現(xiàn)代鐵路發(fā)展不可缺失的一項重要技術(shù),已經(jīng)越來越多得到各方的認(rèn)同。
同時,BIM標(biāo)準(zhǔn)落地應(yīng)用難度大、工程各階段應(yīng)用需求模糊及缺乏、支持鐵路行業(yè)的BIM 軟件功能缺失等問題一直未能得到徹底解決,導(dǎo)致BIM 模型品質(zhì)不能得到有效保證,BIM技術(shù)的應(yīng)用能力特別是運(yùn)維階段應(yīng)用長期處于較低水平,而解決這些問題是鐵路數(shù)字工程認(rèn)證的根本宗旨。
數(shù)字工程是指利用BIM、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù),結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法,繼承人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng),實現(xiàn)建筑工程的全過程、全要素、全參與方的數(shù)字化、在線化、智能化?,F(xiàn)階段,數(shù)字工程主要以BIM技術(shù)為核心,并在發(fā)展中逐步增加其他技術(shù)元素。
數(shù)字工程認(rèn)證是對數(shù)字工程提供者的服務(wù)水平和成果是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的第三方認(rèn)證,通過標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證、檢驗檢測等手段,以達(dá)到客觀評價數(shù)字工程及交付水平、提升工程各相關(guān)方協(xié)作效率、提高工程質(zhì)量的目的[4]。
現(xiàn)階段,數(shù)字工程認(rèn)證主要檢測認(rèn)證將實際工程映射在虛擬環(huán)境中的數(shù)字工程是否符合相關(guān)要求。未來,可向?qū)崿F(xiàn)設(shè)計、施工正確性及合規(guī)性檢測方面發(fā)展。
相對于一般意義的BIM 模型,數(shù)字工程主要有以下區(qū)別:
(1)數(shù)字工程的建立與BIM 標(biāo)準(zhǔn)互為依托,在應(yīng)用中通過優(yōu)化BIM標(biāo)準(zhǔn),最終全面符合BIM標(biāo)準(zhǔn)。
(2)以滿足工程全生命周期需求為準(zhǔn)則,且在工程全生命周期可應(yīng)用。
(3)數(shù)字工程模型以符合工程特征及BIM 軟件技術(shù)規(guī)范的工程數(shù)據(jù)體系為基礎(chǔ)。
數(shù)字工程檢測認(rèn)證的關(guān)鍵及主要切入點為:
(1)通過檢測認(rèn)證數(shù)字工程對鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用及擴(kuò)充,以解決標(biāo)準(zhǔn)難以落地的問題。
(2)通過檢測認(rèn)證數(shù)字工程是否滿足應(yīng)用需求、是否可構(gòu)建應(yīng)用場景,以解決難以支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用的問題。
(3)通過檢測數(shù)字工程是否符合具有工程及BIM特征的鐵路工程數(shù)據(jù)體系,以解決BIM 軟件功能缺失的問題。
在研究數(shù)字工程檢測認(rèn)證技術(shù)的同時,同步研究開發(fā)數(shù)字工程創(chuàng)建的方法和技術(shù),為創(chuàng)建數(shù)字工程的各方提供按要求創(chuàng)建的基本條件和技術(shù)手段。
在研發(fā)數(shù)字工程創(chuàng)建及檢測認(rèn)證技術(shù)的同時,研發(fā)數(shù)字工程應(yīng)用平臺,使所檢測認(rèn)證的數(shù)字工程能夠應(yīng)用于實際工程項目。數(shù)字工程不滿足應(yīng)用時,應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)建、檢測認(rèn)證的方法及技術(shù)。
鐵路數(shù)字工程是在應(yīng)用和優(yōu)化鐵路BIM 標(biāo)準(zhǔn)、滿足鐵路數(shù)字工程認(rèn)證體系要求、實現(xiàn)數(shù)字工程在工程各階段應(yīng)用的原則上建立的,它充分表達(dá)了鐵路工程的工程實體結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備組成、工程和任務(wù)接口關(guān)系,涵蓋了工程全生命周期規(guī)劃及管理、設(shè)計及建造、運(yùn)維及改造等環(huán)節(jié)數(shù)字化應(yīng)用的基本要素[5]。
在設(shè)備制造及材料加工階段創(chuàng)建和應(yīng)用的數(shù)字工程,包含了設(shè)施、設(shè)備,以及材料在工程設(shè)計、生產(chǎn)制造、施工、運(yùn)維等各階段數(shù)字化應(yīng)用的基本信息,以支持?jǐn)?shù)字化時代的鐵路智能建造和運(yùn)維[6-10]。同時,數(shù)字工程創(chuàng)建與鐵路裝備生產(chǎn)制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是相伴而生的。
設(shè)計期數(shù)字工程的應(yīng)用已成為一些鐵路設(shè)計單位數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的引擎,圍繞設(shè)計企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字工程自身的作用,將優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品及服務(wù)過程的要素融入設(shè)計期數(shù)字工程,從而在方案編制、優(yōu)化設(shè)計、技術(shù)交底、施工配合等設(shè)計工作的全過程建立和應(yīng)用數(shù)字工程,并與設(shè)計企業(yè)及工程建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型保持相同的內(nèi)涵。
近2年來,結(jié)合中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(簡稱國鐵集團(tuán))的試點項目,施工期數(shù)字工程在施工工藝優(yōu)化、協(xié)同建造、技術(shù)力量配置優(yōu)化等方面已起到一定作用,一些施工企業(yè)通過數(shù)字工程解決了傳統(tǒng)施工模式下難以完成的工程內(nèi)容,并在生產(chǎn)流程、組織模式等方面進(jìn)行了有效改革,為工程建設(shè)及施工企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行了非常有意義的探索。
在現(xiàn)代鐵路建設(shè)中,運(yùn)營維護(hù)機(jī)構(gòu)從規(guī)劃設(shè)計、工程施工階段就深度切入了工程建設(shè)項目。因此,無論設(shè)計、施工期數(shù)字工程,還是運(yùn)維期數(shù)字工程,都融合了運(yùn)營運(yùn)維工作的應(yīng)用需求。目前,運(yùn)維期對數(shù)字工程的應(yīng)用除了解決傳統(tǒng)方式下協(xié)同困難等問題外,在工程標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字資產(chǎn)交付、數(shù)字化運(yùn)維管理等方面已取得一定應(yīng)用成效,為鐵路運(yùn)營維護(hù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型積累了經(jīng)驗。
鐵路建設(shè)管理對數(shù)字工程的應(yīng)用需求主要是通過對工程對象、工作任務(wù)、生產(chǎn)人員等要素合理、有效的組織管理,以提升工程質(zhì)量、進(jìn)度、投資等方面管理效率,有效降低安全和成本的風(fēng)險。參加工程建設(shè)的設(shè)備材料生產(chǎn)制造、設(shè)計、施工、運(yùn)維等單位對數(shù)字工程的應(yīng)用以及自身數(shù)字化轉(zhuǎn)型效能在工程建設(shè)中的體現(xiàn),為建設(shè)管理單位對數(shù)字工程的應(yīng)用及在工程建設(shè)管理方面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了必要的基礎(chǔ)。
綜上所述,以數(shù)字工程認(rèn)證體系為標(biāo)志的鐵路數(shù)字工程是目前鐵路工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最適宜的引領(lǐng)者。同時,數(shù)字化轉(zhuǎn)型也將為數(shù)字工程的推廣應(yīng)用以及數(shù)字工程內(nèi)涵的豐富起到更大的提升作用。
鐵路工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和鐵路工程建設(shè)應(yīng)用數(shù)字工程具有同等的必要性,且其涉及的范圍更廣、力度更深,是數(shù)字經(jīng)濟(jì)、交通強(qiáng)國等國家發(fā)展戰(zhàn)略的需要,也是解決鐵路快速發(fā)展中一系列問題的不二選擇。
鐵路行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型內(nèi)容多種多樣,無論是鐵路工程建設(shè)項目還是參建單位在建設(shè)過程相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,只有實現(xiàn)工程全過程中由數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的一些業(yè)務(wù)模式的突破和效能的有效提升,才是真正意義上數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字工程的功能來源于應(yīng)用需求的凝練,其解決的問題就是傳統(tǒng)模式下一些制約工程品質(zhì)提升的難點,在鐵路工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索中,首先可從以下2個方面起到引領(lǐng)作用:
(1)賦能工程建設(shè)全生命周期,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)效率升級。
數(shù)字工程包含鐵路工程建設(shè)項目進(jìn)度、質(zhì)量、成本3大目標(biāo)所需的主要要素,從數(shù)字工程模型能夠獲得量化建造過程的生產(chǎn)、管理要素,這些數(shù)據(jù)信息及分析結(jié)果,可作為工程建設(shè)決策、管理、生產(chǎn)的依據(jù)。如前所述,數(shù)字工程的創(chuàng)建及應(yīng)用深入建設(shè)項目全生命周期各個環(huán)節(jié),涵蓋管理、設(shè)計、制造、施工、運(yùn)維等過程的各個參與方,通過數(shù)字工程可打通鐵路工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈的上下游,進(jìn)而實現(xiàn)信息協(xié)同和產(chǎn)業(yè)效率升級。
(2)增強(qiáng)信息透明度,提升工程建設(shè)監(jiān)管機(jī)制效能。
鐵路工程內(nèi)容龐雜、投資巨大、參建單位多、產(chǎn)業(yè)鏈長,各類審批、審查、監(jiān)管環(huán)節(jié)復(fù)雜,傳統(tǒng)模式下,工作效率和質(zhì)量一直受到很大挑戰(zhàn),低效率、高風(fēng)險情況屢見不鮮。數(shù)字工程對鐵路構(gòu)配件、材料、設(shè)施設(shè)備、單項工程等的結(jié)構(gòu)、組成、特性進(jìn)行了全面、可視的表達(dá),數(shù)字化對追溯參建各方的資信及生產(chǎn)過程的記錄提供了有效手段,在方案評審、工程變更、工程驗收等環(huán)節(jié),數(shù)字工程可有效增強(qiáng)工程信息透明度,鑒別工程和參建單位的品質(zhì),為推進(jìn)品牌工程和企業(yè)的脫穎而出,遏制劣質(zhì)工程和不良資信企業(yè)的延伸提供了極其有效的手段。
(1)鐵路工程建設(shè)的特征。
鐵路工程建設(shè)需要在建設(shè)管理單位牽頭下,由多個單位完成設(shè)計、施工、設(shè)備材料制造、工程的交付及運(yùn)維等,其間要完成大量專業(yè)之間、機(jī)構(gòu)之間、任務(wù)之間的協(xié)同,合理配置技術(shù)資源、內(nèi)外部系統(tǒng)以及工程投資等生產(chǎn)要素。顯然,只有具備并達(dá)到全面完整、協(xié)同匹配和先進(jìn)科學(xué)的組織管理水平,才能完成工程建設(shè)的各項指標(biāo)。
鐵路工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高帶來了專業(yè)間集成耦合因素眾多,且精細(xì)、工程信息量巨大而多變的特征,也帶來制約工程品質(zhì)及產(chǎn)業(yè)效能的重要因素。分析鐵路工程及數(shù)字工程技術(shù)的特征,研究并應(yīng)用與之適宜的數(shù)字化技術(shù),解決傳統(tǒng)方式下難以逾越的難題,是數(shù)字工程驅(qū)動鐵路工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的根本目的。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,結(jié)合實際工程建設(shè)的需求,重新構(gòu)建建設(shè)管理、設(shè)計等多方在編制方案、制定流程、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)節(jié)控制其品質(zhì)的關(guān)鍵性及制約性要素,建立數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程有效執(zhí)行上述體系的運(yùn)行機(jī)制,在實踐中探索數(shù)字工程引領(lǐng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方法,對于鐵路工程建設(shè)乃至鐵路行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型有著極其重要的意義。
(2)建立適宜優(yōu)化傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)字工程。
以施工圖審核、集成方案及施工組織流程編制、施工過程管理、工程驗收等流程應(yīng)用數(shù)字工程為例,隨著工程的進(jìn)展,數(shù)字工程的建模(Modeling)和信息(Information)的數(shù)據(jù)信息范圍及層次呈現(xiàn)為遞增,且具備繼承性的特征,不同階段、不同角色對工程的結(jié)構(gòu)層次、組成單元、EBS(WBS)、工料機(jī)、檢驗批次、邏輯信息等數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用也呈現(xiàn)出顯著差異化。眾所周知,在工程建設(shè)過程,實際工程信息數(shù)量的變化呈現(xiàn)為橄欖核狀,即在工程開始和結(jié)尾階段,數(shù)據(jù)信息量變化較小,相應(yīng)數(shù)字工程的創(chuàng)建及應(yīng)用要素比較明確,中間階段工程的數(shù)據(jù)信息量非常龐大,必須遴選出數(shù)字化轉(zhuǎn)型中最核心的業(yè)務(wù)需求來創(chuàng)建及應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)字工程。因此,必須建立能夠動態(tài)表達(dá)工程對象、工作任務(wù)、崗位角色關(guān)系的數(shù)字工程模型,并將上述3 種要素有機(jī)融合在數(shù)字工程中。以該方式創(chuàng)建的數(shù)字工程,與參建工程建設(shè)各方的業(yè)務(wù)是緊密關(guān)聯(lián)的,無論是傳統(tǒng)的進(jìn)度、質(zhì)量、投資管理,還是精確化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化施工、智能化運(yùn)維,對業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)字化信息均包含于數(shù)字工程中。
(3)“數(shù)字協(xié)同”引領(lǐng)工程建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
鐵路工程建設(shè)涵蓋大量需協(xié)同的內(nèi)容,如不同專業(yè)間的設(shè)計協(xié)同、不同部門及人員之間的工作任務(wù)協(xié)同、對標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計意圖不同認(rèn)知的協(xié)同等,自始至終貫穿于工程建設(shè)全過程。傳統(tǒng)模式下,由于信息孤島、人員水平參差不齊等原因造成的工程問題屢見不鮮,給鐵路工程建設(shè)造成了極大的損失和風(fēng)險。
數(shù)字工程模型類似于醫(yī)護(hù)工作者拿到了病人的影像圖片,不同地域、不同認(rèn)知的專家、醫(yī)生,通過可視的方式,對問題本質(zhì)進(jìn)行充分分析與研討,從而在短時間內(nèi)達(dá)成共識,并找到問題的最優(yōu)解決方案。該機(jī)理在工程建設(shè)中具有同等效能,具備可視化、協(xié)同性特征的數(shù)字工程能為工程產(chǎn)業(yè)鏈中的不同人員賦予“數(shù)字協(xié)同”機(jī)制,通過可視化數(shù)字工程模型,對工程的空間結(jié)構(gòu)及組成、接口的細(xì)部關(guān)系、設(shè)備的機(jī)械及電氣特性、工作任務(wù)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行一定或深度的認(rèn)知、分析、研討,從根本上阻斷信息割裂及認(rèn)知障礙的問題。
綜上所述,通過“數(shù)字協(xié)同”率先打通工程建造產(chǎn)業(yè)鏈中不同單位、部門、崗位應(yīng)用數(shù)字工程進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型化工作的流程,在數(shù)字工程應(yīng)用平臺上,通過基于數(shù)字工程的工程空間形態(tài)可視化顯示、工程建造關(guān)鍵環(huán)節(jié)預(yù)演、協(xié)同工作信息仿真等技術(shù)手段,使各方對一般性工作任務(wù)的目標(biāo)或瓶頸性問題的解決方案進(jìn)行徹底剖析和深度溝通,快速找到解決問題的方法和執(zhí)行路徑,起到真正的事前指導(dǎo)及策劃。顯然,通過“數(shù)字協(xié)同”引導(dǎo)鐵路工程建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,在方法、技術(shù)、流程等方面具有不可替代的優(yōu)勢。
近年來,國鐵集團(tuán)以及參建鐵路建設(shè)的各單位,在鐵路工程建設(shè)信息化、BIM應(yīng)用、數(shù)字工程認(rèn)證等方面開展了大量工作,取得了一定成效,也積累了一定經(jīng)驗。然而,從全球數(shù)字化發(fā)展和國家戰(zhàn)略層面而言,鐵路行業(yè)包括鐵路工程建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,仍然處于起步和探索階段。數(shù)字工程作為鐵路行業(yè)最新推進(jìn)的創(chuàng)新性體系,凝聚了鐵路信息化發(fā)展進(jìn)程中的眾多優(yōu)勢元素,自身又具備了數(shù)字化最核心的內(nèi)容,是鐵路數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的強(qiáng)勁“引擎”。
研究提出的鐵路工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型同步參建單位企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,數(shù)字工程融合工程建設(shè)核心數(shù)字化業(yè)務(wù)要素,“數(shù)字協(xié)同”打通全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化應(yīng)用流程的方法,在我國鐵路工程建設(shè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中,具有其顯著的先進(jìn)性、合理性和可行性。結(jié)合鐵路工程建設(shè)項目,由建設(shè)管理機(jī)構(gòu)牽引的建設(shè)工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型,利用鐵路數(shù)字工程貫穿制造、設(shè)計、施工、運(yùn)維等環(huán)節(jié)的條件,能夠以比較小的成本開展數(shù)字化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的實踐,也避免了數(shù)字化轉(zhuǎn)型對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和正常工作的影響和過度沖擊。