DFC数字建造——建筑业数字化转型新路径_崔展铭.pdf

建设科技 17研 究 探 讨1 建筑业传统生产模式遭遇严重挑战得益于国家宏观政策和固定资产投资的拉动，建筑业经历了20年的高速发展。当前中国宏观经济换挡进入低速期影响，与此同时，2020年中国建筑业总产值从两位数的年增长放缓至6.2%，房屋施工面积增速也放缓至3.69%1。此前大兴土木的普涨时代已经过去。传统发展方式主要依靠人力资源、生产资源不断投入的规模扩张模式，高能耗、污染重、整体毛利率低、盈利DFC 数字建造建筑业数字化转型新路径崔展铭1 张然2 朱天送3 郭少涛4 贾世鹏5（1.保利华南实业有限公司，佛山 528000；2.天宝莅德电子科技（上海）有限公司，上海 100000；3.中建二局装饰工程有限公司，北京 100160；4.天宫开物（深圳）科技有限公司，深圳 518000；5.江西省中顺建设工程有限公司，抚州 344000）摘要 我国建筑业经历了20年的高速发展后进入回落期，经济、人口、劳动力等多重因素交织叠加之下，传统建造模式难以为继，急需寻找新模式。本文从建筑业数字化转型出发，探讨了传统BIM技术在数字化转型中的局限性。提出的DFC数字建造模式，补齐了BIM技术的短板，探索出一条面向成本的全过程数字建造解决方案。文章汇总了DFC数字建造的实践路径、应用成果、经济效益和业界评价，从而对我国建筑数字化转型提供新思路，开拓新路径。关键词 建筑业；数字化转型；BIM技术；数字建造；DFC数字建造模式DFC Digital ConstructionNew Path for Digitization Transformation in Construction IndustryCui Zhanming1,Zhang Ran 2,Zhu Tiansend3,Guo Shaotao4,Jia Shipeng5(1.Poly South China Industrial Co.,Ltd.,Foshan,528000;2.Tianbao Lide Electronic Technology(Shanghai)Co.,Ltd.,Shanghai,200131;China Construction Second Engineering Bureau Decoration Engineering Co.,Ltd.,Beijing,100160;4.Tiangong Kaiwu(Shenzhen)Technology Co.,Ltd.,Shenzhen,518000;Jiangxi Zhongshun Construction Engineering Co.,Ltd.,Fuzhou,344000)Abstract:After experiencing 20 years of rapid development,Chinas construction industry has entered a period of tide-down.Multiple factors such as the economy,population,and labor force have converged,making the traditional construction mode it difficult to sustain.Therefore,there is an urgent need to find new models.This article explores the limitations of traditional BIM technology in the digital transformation of the construction industry.It also proposes DFC digital construction model,which addresses the shortcomings of BIM technology and explores a cost oriented solution for the entire process of digital construction.This article summarizes the practical path,application results,economic benefits,and industry evaluations of DFC digital construction,so as to provide new ideas and explore new paths for the transformation of digital construction in China.Keywords：construction industry,digital transformation,BIM technology,digital construction,DFC digital construction mode能力较弱、内卷严重等现状，使企业面临生存挑战。管理模式粗放，运行效率低下。建筑全生命周期涉及投资决策、设计规划、建筑施工、运维管理四个阶段，在投资决策阶段，土地量大，政策繁多，计算费力，地块信息实时更新，人工收集信息滞后，决策分析评估颗粒度粗糙，容易出现偏差。在设计规划阶段，存在大量重复工作，反复修改，产生冗余图纸，耗时耗力，非模型化的设计方案跟实际建造出入和落差大，无法多专业DOI:10.16116/ki.jskj.2023.07.00218 建设科技特 别 关 注The Special Focus建筑装饰装修研究与技术应用协同，更难以判断设计规划的可行性与安全性。农民工红利逐渐消失，技术人才断层、流失率高。传统建筑业属于劳动密集型行业，而随着我国人口老龄化速度加快，人口红利开始逐步消失，建筑业的“招工难”、“用工荒”现象已经出现，并仍在不断加剧。多重因素交织叠加之下，房地产开发企业普遍经营困难。建筑业传统生产模式遭遇严重挑战，传统建造模式难以为继，急需寻找新模式。2 数字化转型是建筑业发展必由之路随着工业4.0的提出，数字建筑的快速发展推动建筑行业进入数字化时代。2022年1月，住房和城乡建设部发布“十四五”建筑业发展规划，指出“建筑业在与先进制造业、新一代信息技术深度融合发展方面有着巨大的潜力和发展空间”，需要“加快建筑业转型升级”。中国土木工程学会总工程师工作委员会理事长毛志兵1指出，我国建筑业正处在以新型工业化变革生产方式、以数字化推动全面转型、以绿色化实现可持续发展的创新发展新时代。对于建筑行业来说，数字化转型的意义重大而深远，其关键在于推动建造方式向智慧建造发展。建筑业数字化转型是利用BIM、云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等数字化技术，以数据为关键生产要素，推动建筑业完成全要素、全参与方、全生命周期的数字化变革，实现企业经营及建筑建造服务业务的数字化，从而提升建筑业生产力水平，引导建筑业向高质量、可持续的方向发展。建筑行业数字化转型的核心是构建贯穿全生命周期的建筑数据，并对数据进行分析及复用，最终实现以数据为驱动的数字化建造业务模式。3 BIM技术在建筑业数字化转型中的思路BIM技术是建筑数字化最具代表性的应用。随着BIM技术的不断发展，对BIM技术应用要求已不局限于模型及基于模型的应用，其在经历了方案展示、BIM建模及应用两个阶段后，逐步向基于BIM平台的信息化管理模式升级。“模型是基础，管理是核心”的理念成为BIM应用的主流方向。国内BIM工程软件的局限性相对较大，BIM技术的应用局限在工程量计算和套价等独立环节，主要解决的问题偏向于技术、离散等方面，很难满足集成化的建筑方案设计和建筑项目管理全过程的需要。我国当前BIM的核心软件仍处于研发阶段，在建立模型、分析模型、设计模拟等方面还需要向国外借鉴。短期内更符合中国国情的项目管理软件没有相应的技术基础和技术准备时间。3.1 数字建造的内涵与此同时，数字建造呼之欲出。丁烈云院士在数字建造导论2对数字建造的内涵作了全方位的概述。数字建造是在新一轮科技革命大背景下，数字技术与工程建造系统融合形成的工程建造创新发展模式。即利用现代信息技术，通过规范化建模、全要素感知、网络化分享、可视化认知、高性能计算以及智能化决策支持，实现数字链驱动下的工程项目立项策划、规划设计、施工、运维服务的一体化协同，进而促进工程价值链提升和产业变革，其目标是为用户提供以人为本、绿色可持续的智能化工程产品与服务。数字建造所带来的不仅仅是建造技术的提升，更是经营理念的转变、建造方式的变革、企业发展的转型以及产业生态的重塑。3.2 基于DFC的全过程数字建造体系框架DFC(Design For Cost)即面向成本的全过程数字建造解决方案，通过分析和研究建筑产品全生命周期中各个部分的生产要素组成情况，对工程进行基于模型的产品定义，生产数字产品并与工程产品一一映射，在满足用户需求和保证产品质量的前提下，尽可能地降低成本。数字化模型基于DFC理念、国家现行规范、本土的设计习惯而建造，并将决策模型信息、智能计算、工艺工法、质量标准、安装作业流程融入到模型中（见图1）。图1 基于DFC的全过程数字建造体系框架建设科技 19研 究 探 讨DFC数字建造是以天宫DFC数字平台为核心的新型数字建造模式，本质是以建筑模型为基础，数字化建造为工具，始于设计，面向成本，模拟建造过程，服务维修保养。以建造流程优化，人员组织优化，建造方式升级，结合数字资产的全新并行数字建模模式。它克服了传统BIM系统软件多、流程复杂、落地难的缺点。传统BIM系统需要完成项目全周期的设计、概算、施工图、建造、运维等工作需在多个软件中操作进行，流程复杂，且BIM应用只停留在各企业和项目的自发层面，没有形成统一的目标和路径；项目应用中设计、施工、运营维护各阶段完全割裂，没有充分体现BIM在全生命周期中的优势，BIM技术难以真正落地指导项目建造。4 DFC数字建造的实践路径DFC数字建造模式3为建筑企业提供一站式解决方案，助力行业更快地进行数字化转型升级，缩短企业数字化完成转型周期。(1)二维到三维数字化设计。在数字三维设计过程中，把二维图纸中建筑、结构、水暖电、消防、装修专业综合集成在三维模型。及时发现图纸错误，暴露设计缺陷。三维可视化程度高，便于真实理解空间关系，消除不同专业背景人员理解偏差，避免因理解误差额外增加设计变更成本、施工返工成本和信任成本等。项目后期信息向前集成，可以不断地寻找建筑、结构、机电、设备、装饰、材料等的不足或替代方案。(2)云端协作。设计常有上十个甚至几十个专业需要协调，包括设计计划、互提资料、校对审核、版本控制等，天宫DFC的设计协同化、模型云端化，可实现多公司、各部门、跨专业、全流程都基于同一个模型对话，云端协助式三维设计，远程协作、保存实时更新、无需传送图纸、节约沟通成本、减少出错，打造组织内外高效畅通的协调机制。(3)碰撞校核。利用天宫DFC的碰撞校核功能在模型建立完成后进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化净空、管线排布方案等工程设计内容，实现精准化定位，避免拆除浪费，减少工程造价，缩短施工工期，减少施工阶段可能存在的错误和返工。通过天宫DFC碰撞检查，综合管线优化，真实模拟在实施过程中的可性、易行性、后期维修的便捷性，有效提升楼层净高2050cm，减少项目交圈错误，为建设单位节约成本。(4)正向出图。模型与图纸关联匹配，可直接从模型导出黑白或彩色施工图纸，包含平面、立面、剖面图纸和相关物料清单，技术人员仅通过简单的软件设置和相关操作即可获得想要的图纸，模型如有修改，对应的图纸相应的进行修改，避免图纸错误。简单高效、节省大量制图时间及成本。根据实际经验，现场技术人员更倾向于使用天宫DFC导出的彩色三维施工图纸进行施工，相对于传统的黑白二维施工图纸，彩色三维施工图纸更清晰直观、便于理解，大大降低了现场施工管理难度。(5)快速生成工程量清单、物料表。天宫DFC集成了国家定额计价、清单计价等成本数据，通过天宫DFC制作完整深度的DFC数字模型，即可快速统计工程量并生成工程量清单，在成本达到计划目标前，可快速进行设计优化或成本优化；与此同时，可根据项目实际需求，导出物料表等材料数据，节省大量时间，缩短项目整体工期，为项目决策及执行腾出更多空间。设计方案、施工图纸、工程量清单与DFC数字模型保持联动一致。避免施工招标清单缺漏项，致使成本造价分析不准确。(6)点云扫描提高施工精度。运用先进的检测工具（激光经纬仪、红外线校准仪、激光水平仪、测距仪等）点云扫描、机器人放线结合精细化施工图进行精确定位，改变传统的人工放线，提高功效，提高精度。(7)施工模拟，高效协同。三维可视化功能再加上时间维度，进行进度模拟施工。通过天宫DFC制作的施工模拟动画，指导项目施工单位技术人员完成工序、工艺、工法等流程，随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，项目参建方都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌。从而减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。利用DFC技术进行协同，可更加高效的进行信息交互，加快反馈和决策后传达地周转效率。利用模块化的方式，在一个项目的BIM信息建立后，下一个项目可类比的引用，达到知识积累，同样的工作只做一次。(8)企业标准化定制。企业标准化管理体系对于促进企业技术全面进步，提升企业管理水平，提高产品质量和档次，增强企业市场竞争力和产品市场占有率等方面具有极其重要的作用。推行企业标准化管理体系有利于规范企业内部的管理行为，降低生产成本，提高产品质量，提升生产效益。20 建设科技特 别 关 注The Special Focus建筑装饰装修研究与技术应用天宫DFC可通过帮助企业完成工艺工法标准化，从而实现物料标准化、成本标准化、质量标准化，从而控制各种影响质量的因素，以减少或消除质量缺陷的产生；一旦发现质量缺陷，也能及时发现并采取纠正措施。进而促进企业生产、经营活动有序、高效和可持续发展，进一步提高企业市场竞争力和经济效益。(9)验收标准。在项目验收阶段，可通过将DFC数字模型与验收表单关联，形成要素齐全、一目了然的可视化验收模型，逐一核查不漏项。项目完工后，形成竣工模型，建立DFC信息电子工程档案资料库，方便项目数字化管理运维，数字价值长期延续。5 DFC数字建造案例成果DFC数字建造项目应用广泛，涉及连锁项目如茅台连锁店、总部大厦如中兴通讯超级总部基地、酒店如江门保利皇冠假日酒店、商场如江门保利国际广场、住宅如保利天珺秀台高端住宅、医院如清远妇幼保健院、大剧院如江西保利文化艺术城大剧院、体育场馆如茂名奥林匹克体育中心等。以江门保利皇冠假日酒店为例，基于DFC的全过程数字建造体系框架，依据DFC数字建造工作流程，实现了数字产品与实物产品的一一映射，高效协同，精准招采，预算成本可控，集成项目管理，物料排版，标准化定制生产，装配式施工，最终交付数字化与实物产品，并轻量化模型运维管理（见图2-3）。清远市妇幼保健院妇女儿童保健中心大楼建设工程项目荣获广东省勘察设计协会科学技术二等奖，新技术的运用让项目经济效益与社会效益相得益彰。项目总用地面积29460.03m2，总建筑面积39074.27m2。DFC数字建造总投资94.8万元，预计2年收回。经过在住宅、酒店、商场、写字楼、体育场馆等多类业态项目的运用，业主保利集团对DFC数字建造总结为三个一工程，即“一个项目，一模到底，一模多用”。龙安集团董事长，贝聿铭基金会创办董事，国务院外专局资深专家饶及人先生，也是全美建筑师以及中国注册建筑师。他评价道“天宫DFC是BIM的一个飞跃，中国建筑界数字科技设计之利器，它将大大提升未来的设计效率，非常了不起！”4参考文献1毛志兵我国建筑业数字化转型关键在于智慧建造EB/OL(2022-12-29)2023-2-25.http:/ 江门保利皇冠假日酒店建筑综合效果图图3 江门保利皇冠假日酒店模型与实物对比C