石永刚

(中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连116600)

0 引言

随着社会的不断进步和时代的不断发展，生产、生活环境也产生了翻天覆地的变化，而带来这些变化的最重要的一点因素就是计算机技术的变革与更新。国内外建设行业竞争日趋激烈，建设行业的生存压力亦大幅度增加，为适应当前优胜劣汰快速发展的时代，建设企业为了生存必须要不断学习新的管理理念和先进的管理技术。因此，BIM技术作为计算机技术发展的必然产物，应用在工程中，使得项目在全寿命周期的各个环节提高了效率，缩短了周期，降低了成本，为企业的可持续发展提供了良好条件。

1 计算机技术

1.1 设计技术论述

在设计发展的过程中，设计人员为了解决具体的设计问题，会采用各种方法和手段，这些方法和手段称之为设计信息技术。随着社会快速发展，传统设计效率低、准确性差、无法跟上社会的节奏，伴随计算机技术的快速发展，使得设计技术水平呈现出动态化、科学化、主动化、现代化的特点，极大地提高了设计的效率和精确性。现代化的设计技术包括四个维度：基础技术、主体技术、支撑技术以及应用技术。传统的设计理论和方法被称之为一种基础性的技术。现在的主体设计普遍使用的技术就是计算机辅助系统设计的信息技术CAD，通常称之为主体技术。可信设计技术、实验性设计技术以及现代化的设计方法论共同构成了一种支撑性的技术。各种产品中涉及到不同的设计领域所采用到的知识与技术都是在信息技术中的应用，BIM技术就是应用技术的产物。

1.2 数字化设计与数字化产品研究开发

1.2.1 概述

在产品设计领域应用计算机技术形成数字化设计。数字化设计(如BIM设计)是以三维设计理念为研究核心，与数字化生产、三维制造和仿真构成了基于三维产品的数字化研究平台。通过数字化研究开发平台来搭建一个数字化的产品模型，并将其作用于整个产品研制和开发工作的全过程，以有效地减少或避免对于物理模型的使用，防止后期产品试制过程中出现大量返工或设计变更。产品设计与开发的一个本质是对信息资料进行数据采集、传递、加工处理，通过对数据的采集和分析加工，形成最终的设计实践活动和仿真开发活动，在设计实践活动与仿真开发活动相互作用的整个过程下把所有的工艺问题、生产中出现的问题、维修中出现的问题都拿到了设计阶段去考虑并加以解决，减少在制造过程中各个环节发生的返工次数，以提高生产效率。

1.2.2 数字化设计的特点

并行式设计。同一项目的设计任务可以由不同国家和不同地区的设计师或团队同时完成，进行设计和组装，形成一个完整的数字化模型。并行设计的主要理念为：1)在设计的同时要充分考虑到影响产品寿命和生存周期的一切因素；2)在产品设计的过程中各个活动之间发生并行或交叉；3)产品寿命周期涉及的各个领域专业技术人才参与并协同工作。

1.2.3 数字化设计技术

1)设计参数化、变量化、模块化

按照配置方案进行的设计与按照订单信息进行的设计，其基础就是采用参数化、变量化分析等技术。参数化设计包括两个组成部分：参数化的图元设计与参数化修改引擎。每个图元都应该以建筑物构件的类型和形式进行呈现，通过对参数的选择进行调整可以反映出各种构件之间的不同，参数作为存储在图元上的信息，它们可以被用于对建筑物进行数字化。模块化是指把一个复杂问题的解决过程分成若干模块，由此来降低复杂性。据统计，大多数产品设计都是以现有产品为基础进行演变而来的。数字化设计优点：产品更新迭代快；设计和制造周期缩短；成本降低；后期维修方便，使得产品性能稳定可靠。为了有效地保证设计质量和系统可靠性，提高设计效率，可以考虑采用一种参数化、变量化和模块化的建模工艺，极大程度上方便了设计修改。

2)虚拟产品开发方法

虚拟化的产品开发系统是由各种人员通过网络来组成，如软件的设计、分析、仿真、制造以及产品销售和服务等方面。采用BIM技术设计出的数字模型就是典型的虚拟产品。工作人员通过互联网组成了产品研发小组，将不管身处何地的各个人员紧密联系起来，实现异地协同工作。

采用数字化的形式“虚拟地”来制作产品，在制作实物之前就会对产品的性能、外表等情况进行评估，快速地完成了新产品的研究和开发。由于所有的数字化模型都是存储在计算机系统中的一种虚拟化产品，因此可以对其随时随地地进行研究、分析和修改，这样就使得新产品研究和开发所涉及到的各个方面，包括设计、制造、装配、修理、维护、销售等均能同步相互配合。

虚拟化产品的开发主要包括五个过程：设计初期CAD技术的实际应用、各部门间进行信息共享、实施工程、并行协作、人员全面参加、完整的虚拟化产品研究和开发。

1.3 CAD技术

CAD这项技术实现了整个设计流程的智能化、网络化、并行式、集成化。CAD经历了初期的二维工程绘图，到现在已有了三维线框图、三维曲面、参数化实体特点，最终贯穿于产品开发的全生命周期。

目前，用CAD这项技术已经可以完全实现大多数设计过程中的各种活动，但也会有一些其他的活动，例如对设计进行需求分析、对设计进行可行性研究等都难以通过CAD这种技术手段来完全实现。CAD的核心思想就是建模与仿真，而不是绘图。在三维实体模型的基础上，将零部件组合起来形成一个数字化虚拟产品，并形成一个数字化原型(DMU)。数字化原型可以验证各种零件之间的安装和维护关系，可以对其运动进行仿真，可以应用于数据透视关系复杂的技术产品内部控制结构，可以对其进行安装、维护等人机工程方面的研发。基于三维实体模型，将零部件装配到一个数字虚拟制造的产品中，见图1。

图1 计算机辅助下的产品开发过程

现代CAD技术的发展最终目标之一就是尽量采用先进制造和生产的自动化设计技术，使所需要的产品能够做到高质量、低成本、短周期，从而获得更多优势，在先进的制造方法模式下占取大量市场。

2 计算机技术的应用

2.1 BIM技术在精细化管理中的应用

2.1.1 阐述精细化管理

精细化管理是中国大型企业经营管理的一种思想，是将企业发展的战略与目标进行了分解、细化、落实的一个过程，可以将其视为提高企业总体执行力的重要手段。在现代企业管理的具体实际运用和执行中，精细化管理主要指出了运用现代企业管理项目的手段和方法，借助当前先进的计算机技术，将所有需要进行规范和控制的管理对象，进行数字化、精细化、准确性的管理，从而增强和提高了企业管理项目的能力，进而大幅提升了企业的综合效益。

目前，各大企业都比较认同精细化经营管理，其总体思想概括起来被称之为“五精四细”。“五精”即精华、精髓、精品、精通、精密。“四细”即细分市场和顾问，细分企业在各种经营活动中所处的职能和工作岗位，细化和分解每一个企业的战略、决策、目标、任务等，细化整合企业经营管理制度的编制、实施、控制、检查、激励等各个流程环节。精细化管理就是要紧紧抓住企业的主要矛盾，将所有企业的组织管理战略明确化，并规范化地加强对企业内部管理，将所有企业资源和经济效益都达到最大化，即从管理中要效益。精细化的管理应该具备以下几个方面的特点：

1)科学性。根据企业的特点和项目本身的实际情况，制定具有可操作性的管理流程。

2)制度的规范性。精细化管理对制度的规范程度要求很高。这里的制度不只是对项目的管理和控制，更是要协助项目的管理者完成角色的转化，并进一步做到对项目目标的指导和对事前的控制。

3)确保管理者合理管控项目。制定精细化管理计划，重视对项目经营者和所有人员进行精细化的管理，提高项目全体经营者的整体综合素质。

4)全方位调动所有人员。精细化管理就是要让项目所有人员都参与到整个管理过程中来，发挥每个人的主观能动性，进一步梳理工作流程，改善管理机制，确保项目管理的常规化。

2.1.2 BIM技术在精细化管理中的具体应用

1)提高工程量的计算效率。工程概算技术人员在设计时可利用BIM三维建模的功能，调用BIM建模软件中内置的参数化组件，输入设备及材料正确的尺寸、重量等属性，建立三维模型，通过模型计算出相应的工程量，这样大幅提高了工程量计算的准确性和概算人员的工作效率。

2)信息互用，协同管理。利用BIM软件建立项目成本数据中心，各部门如设计、采购、施工都可以将影响工程造价的变更信息和项目设备、材料价格上传到数据中心。这样项目组成员都能够共享到项目的所有信息，提高相关部门人员的成本意识、责任清晰，通过BIM协同设计平台，形成畅通无阻的共享式流程化的工作模式，充分体现出总承包项目精细化管理的程度。

3)检查碰撞，节省费用。BIM特有的碰撞检查功能，是传统二维设计所无法比拟的。BIM的协同设计一定程度上可以避免碰撞的发生，同时，BIM还可以在设计结束后，从整体上进行碰撞检查，在施工前发现碰撞并及时得到解决，避免返工和变更的发生，为项目节省费用。

2.2 计算机技术在工程管理中的应用

2.2.1 高效管理信息，确保合理利用

计算机电子信息技术的最大优势是能够集成各种信息数据。电子产品信息管理技术将所有数据存储在硬盘里，同时对数据分析信息系统进行备份，谨防丢失。在项目管理中，这些数据可以随时查询、统计、应用并永久存储，不会丢失或遗漏。与传统的方式相比，计算机电子信息技术显得更加快速、安全、便捷。

2.2.2 共享数据

计算机电子信息技术的另一个优势是共享数据。工作管理人员在联网的环境下，可以快速便捷的实现企业数据及文件的传送和共享。员工可以通过通信软件或电子邮件相互传输数据，也可以将信息或数据上传到云平台或共享平台。有需要的用户可以通过互联网搜索他们需要的数据进行下载。

2.2.3 对数据的统计分析

对存储的数据信息进行分析统计，以不同的方式统计结果，工作管理人员通过查看数据统计结果预测企业发展趋势，这也构成计算机电子信息技术的优势之一。

3 实例分析

3.1 工程概况

以某铁矿项目为例，项目钢结构需在国内进行预组装后运送到项目现场。因此，基于项目的工艺流程、工期和远距离输送等因素，采用模块化的方法将工艺设计从不同的角度对各个车间进行划分，这就要求在设计阶段必须对每个钢结构构件、零件、螺栓等进行精准的确定，以防止出现错误而出现返工。

3.2 精细化设计管理

3.2.1 设计阶段图纸精细化管理

在项目设计阶段，采用BIM软件构建相应的BIM模型，设计团队在一个平台上实时协作，多专业同平台合作设计。该模型包含了设备模型、钢结构模型、混凝土模型、管线模型、支吊架和电缆桥架模型。在出图之前，进行碰撞检查，导出碰撞统计表。钢结构模型中除结点部件的几何尺寸外，还包括了螺栓、焊缝、材料规格、横截面、节点类型、材质等信息。管道模型包含各专业所有管道(DN15-DN1300)、管件、阀门、仪表以及模块化设计所添加的法兰、螺栓、垫片等管道紧固件。支吊架模型包含各类管道配套的支吊架模型，如滑动支架、固定支架、U型托、弹簧支吊架等以及所有桥架模型。设备模型包含所有工艺设备与各种非工艺设备模型，见图2。

图2 模块受力分析

应用BIM深化钢结构图纸，图纸可直接应用于钢结构厂家加工，图纸中包含了构件、零件、螺栓和焊缝等完整的材料清单，为项目的精细化概算提供了重要的数据信息，见图3。

图3 深化加工及精细化概算

从BIM模型中提取出符合模块设计标准的ISO、GA等各类图纸与材料量清单，见图4、5。

图4 ISO和GA图纸

图5 材料量清单

3.2.2 设计阶段质量控制精细化管理

该工程为国外工程，设计质量必须要符合国际标准。根据总承包项目的精细化管理要求，项目管理必须保证要制定科学健全的质量保证体系和质量管理机构。该项目通过Oracle Primavera P6进行项目管理，拥有完整的企业项目组合管理解决方案，注重以计划为龙头的时间管理，强调以合同为核心的费用管理，通过标准化与知识管理降低管理成本，达到精细化管理的目的。

同时，通过制定BIM三维设计规范、制图规定、进度控制与管理流程等数字化标准，形成了完整的三维设计质量控制体系。

3.3 实施效果

通过设计阶段BIM模型的直接加工，减少了反复的计量工作，为后续钢结构加工和招标流程赢取了更多的时间，还可以避免人工计量出现的错误，提高工程量的准确度。同时，拥有完整的三维设计质量控制体系，来指导总承包项目进一步达到精细化管理的目的；BIM高度的信息集成技术，为总承包项目管理提供了良好的平台，大幅度提高了工程量的准确性和计算效率，为施工节省了宝贵的时间和安全性。

4 计算机技术应用的意义

计算机技术对信息处理效率的提高，工程项目各参与方的沟通联系有着重要意义。它的引入不仅缩短了工期，节约了成本，还在某种程度上对企业的工程管理流程进行了规范管理，使项目管理工作的效率得到增强。未来的工程与计算机技术的联系将更加密切，将更加依赖于计算机技术。这对计算机开发人员、设计人员、项目管理人员不断地努力创新提出更高的要求。

5 结语

以计算机技术在工程上的应用为基础，讨论了目前数字化设计、虚拟产品开发、工程管理系统、项目精细化管理这几个方面，在这些信息技术的加持下，设计人员能够协同设计提升效率，缩短周期节省成本，为企业的可持续发展提供源动力。