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全过程工程咨询助力实现像造汽车一样造房子
作者: 郑琪  来源: 中国勘察设计杂志  日期: 2023-11-17  人气: 1489 

自2017年国家发展改革委和住房城乡建设部两部委发文推进全过程工程咨询服务以来,全国各地进行了很多全过程工程咨询的实践和探索。2023年,中共中央、国务院印发《质量强国建设纲要》,对建筑业高质量发展提出了明确的目标和要求。《纲要》指出,发展全过程工程咨询是打造中国建造升级版的重要内容。由此可见,全过程工程咨询对于整个建筑行业的转型升级有着重要意义。


全过程工程咨询是传统产业的系统创新


在全过程工程咨询实践过程中,很多工程项目将当下比较分散的一些专项工作集中起来,认为这样就是全过程、全方位地覆盖了全过程工程咨询工作的内容。笔者认为,将这些专项工作组织起来,虽然避免了过去工程建设管理分散化、碎片化造成的问题,但如果认为这就等于全过程工程咨询,那就有些偏颇了。通过实践理论学习和实践研究,借鉴国外一些建筑管理的理论,结合中国建筑工程组织的特点,笔者认为,全过程工程咨询是传统产业的系统创新,以低碳为目标、以智能为支撑、以数据为线索,低碳、智能数据成为全过程工程咨询的关键词。


全过程工程咨询系统创新的特点

全过程工程咨询系统创新特点可以概括为以下三个方面。


通过全过程工程咨询实现对设计的有效控制


通过全过程工程咨询实现对设计的有效控制,简称为控制设计。众所周知,工程立项之初,首先要进行可行性研究的工作,然后才是设计建造阶段。通过对两个阶段工作的分析可以发现,项目的立项过程和建设过程两个环节间往往有些脱节,以往的项目建设过程中出现的概算超过估算的情况,大都与之相关。立项可研阶段包括建设的必要性、对环境的影响、对交通的影响以及未来的建设标准等一系列相关内容,但从之前的工作情况来看,脱节的问题主要来自于估算大多来自于对同类建筑的造价的分析,而缺少了针对项目本身的设计标准的深度控制。例如,在可研阶段对于结构体系的选择、机电系统的选择、建筑材料的控制等通常不够深入。随着2019年国务院令第712号《政府投资条例》的颁布,这种概算超过估算的情况明显减少,这是因为自国务院令颁布以来,很多工程将初步设计概算工作的很多内容提前到了可研估算的阶段。为什么会有这样的变化呢?这要从建筑产品的特点谈起。由于建筑产品具有多目标的特点,而且其建造过程也会受到多要素的不断影响,因此在设计过程中表现为设计者需要关注建筑的造型、空间、功能、造价和性能等目标,并要努力实现多个目标的平衡。在施工过程中,建造工作又会受到场地、气候、产品生产及产品运输等诸多因素的影响,设计和施工者必须不断调整设计和施工的组织方法,从而应对各种因素的影响。建筑产品成本控制的过程是多指标、多要素不断迭代优化的过程,同时也是建筑产品不断优化深化的过程。因此,在可研阶段进行深化工作,深入到设计的专业内容,控制设计标准和设计内容,是实现可研估算目标的重要方法。


基于上述的实践,全过程工程咨询的工作内容不仅要像过去一样依靠大数据指标,参考相同或者同类型、同规模的建筑确定投资标准,更重要的是要根据环境评价、交通评价等一系列评价的结论,确立建筑的建设规模以及它的能耗指标。能耗指标的确定,对建筑的性能有着极其深远的影响。在此基础上,咨询工程师要提出未来建筑所采用的各种机电系统,甚至深化机电系统的形式和主要设备材料的水平。也正是基于这种深入的分析工作,可研和估算编制大大超出了传统工作的内容和范围,这项工作为新建建筑勾勒出一个基本的边界。对于设计工作来说,相当于划定了非常重要的边界条件。


以往的建筑,在设计、施工过程中会出现多次反复迭代的问题,造成了大量的变更和浪费。这种变更不仅造成了物料上的浪费,同时也会造成造价上突破概算的情况。性能指标增加了设计的科学性,以低碳为目标是全过程工程咨询系统创新的一个重要方面。投资造价控制从被动计算改为主动控制,这个变化是根本性的变化,实现了前期可研阶段工作对接下来的设计工作的有效控制,将整个立项建造过程连接起来,使之成为一个系统过程。这项工作对标以汽车生产为代表的制造业产品立项研究,我们发现建筑业的前期立项研究深入了很多,越来越接近汽车制造业的方法。


通过全过程工程咨询实现设计对建造过程的有效控制


通过全过程工程咨询实现设计对建造过程的有效控制,简称为设计控制。设计控制意味着要通过设计文件,把设计的意图、标准、理念、要求贯彻到后续的工作中。建造过程包括施工过程和很多重要节点的深化过程。在上世纪80年代和90年代初,设计控制这个概念常常被设计院的工程师们说成“按图施工”。这句话的潜台词是,只要按图施工就能确保施工的正确性和建筑的质量。应该看到的是,由于那个时候建筑的规模相对小一些,功能没有那么复杂,材料设备特别是机电系统相对比较简单,图纸作为设计的重要文件,可以把设计者的要求向建造过程完整传递。近年来,随着建筑规模的增加、建筑功能复杂性的增加,按图施工已经很难做到,因为图纸有的时候不能完全将设计的意图向后面的工序传递。特别是随着行业的进步和整个社会专业化的发展,原来设计承担的很多工作已经转由专业公司来承担。比如,钢结构的深化设计、玻璃幕墙的工艺设计等。这些由专业公司所承担的设计工作,加上设计院的设计图纸,才是比较完整的设计文件。设计院的设计文件和专业公司的深化设计文件之间本身就存在一个相互协调的过程,因此,再简单地说按图施工,已经不太现实。


自从BIM技术在工程建设领域推广应用以来,行业对BIM技术寄予了很高的期望,希望通过此方式,能够在设计阶段非常完整地完成设计工作,以至于成为施工阶段的指导。但是,通过这些年的实践发现,目前的BIM模型还只是设计阶段的一个几何模型。在性能化设计背景下,建筑设计的目标需要根据系统工程理论去研究每一个建筑构成系统的逻辑关系,以及系统之间的内在关系。《系统工程手册》一书中,Ludwig von Bertalanffy对于系统给出了这样的定义:系统由相互作用的多个部分组成的一个整体。《基于模型的系统工程有效方法》一书这样定义系统:系统是一组相互作用的元素,它们共同作用以实现某种特定目的。根据系统工程理论,根据不同的分析目的需要建立不同类型的模型。对于当前建筑体量巨大、功能复杂的特点,设计师们不但需要几何模型,还需要性能模型、工艺模型、质量模型等一系列和建筑相关的模型。模型只是作为一些实体在物质世界中的表达,这些表达旨在描述实体所选定的方面,诸如实体的几何、功能或性能。模型必须能够准确定义和量化其所包含的全部元素,并且准确定义模型与外部环境之间的准确接口。建模的过程是通过逐步抽象的过程,要在建立模型的基础上开展仿真研究。仿真是某一个模型在特定的环境中以时间为坐标,检验模型的执行或应用的过程。仿真实际上是一种方法,用以分析复杂的动态系统,可以包括软硬件、人的行为和物理现象。按照系统工程的理论,模型是针对某一个特定目的而设计的物理世界的一个数字方式,那么,设计阶段所要完成的这些模型分别针对不同的设计目标,如性能模型表达了建筑的安全性能、使用性能、健康目标、绿色节能性能等一系列的工作。


在这个过程中,还要特别关注工艺模型的问题。因为在设计过程中,无论是几何模型还是性能模型都可以比较准确地定义建筑的几何空间、几何尺寸和其具体的性能指标。但是,整个的建造过程还要受到工艺边界条件的约束,这种约束需要设计师在建造过程中增加一些具体的工艺操作要求和数据,而这些数据只有和几何模型、性能模型进行充分的数据协同,才能保证建筑在建造过程中完完整整地实现设计的意图。因此,在设计完成以后、施工开始之前,需要一个施工准备阶段。在这个阶段,全过程工程咨询应该组织设计团队、施工顾问、产品顾问进行工艺模型的设计工作。例如,设计师在设计模型中可以很好地排布机电的各种管线,但在工艺安装的过程中,由于受到安装顺序、闸阀的要求等一些具体安装工艺的影响,并不能完全按照设计方式进行安装。这时,就需要根据现场数安装工艺的要求,对局部的变化进行及时的模型仿真分析,并将仿真分析结果与性能模型仿真分析结果进行对比,在确保这种变化不会给建筑的性能带来影响的前提下,才能落实和完善这个工艺模型,才能确保建筑设计的目标能够得以实现。


全过程工程咨询重要的理论核心是将系统工程理论引入到工程管理之中,对建筑的认识从构件拼装跃升为系统集成,并在此基础上引入建模和仿真的方法,通过对模型进行仿真计算,模拟真实环境下的模型反应,从而对整个建筑的性能做出量化的科学判断。从上面的分析可以发现,设计控制的基础是模型。制造业强调模型定义产品(MBD),MBD模型通过算法进行仿真,最终呈现出来的是准确量化的建筑产品。模型定义建筑产品的基础是智能建造,以智能为基础是全过程工程咨询系统创新的又一个重要方面。


通过全过程工程咨询实现数据的协同和延伸


通过研究和实践可以发现,连接整个建造过程的是模型,而且是由一套模型的组合构成了整个建筑的完整模型。这些模型之间是什么关系呢?我们通过大量的研究发现,这些模型之间彼此通过数据协同实现相互连接,并通过数据协同将多个模型组合在一起,共同构成了整个建筑全方位的和全过程的完整模型。全过程工程咨询工作通过管理这些模型实质上是实现了对于全过程数据的全面管理和利用。一方面通过管理和协调实现数据协同。数据协同虽然大家都认为非常重要,但是由于建筑产品是个性化定制产品,建造周期长,因此实现数据协同存在很多困难,只有通过全过程工程咨询团队的专业性组织和有效控制才能顺利实施。例如,设计过程中设计数据需要和产品数据以及工艺数据进行协同,仅靠一两个团队是难以实现的。全过程工程咨询团队发挥自身通晓和理解设计的优势,可以在不同阶段有组织地连接设计数据与产品团队数据以及工艺团队数据对接。这种对接是有序完成的,因为对接的目的是实现立项过程中确定的建设目标。因此,数据对接的过程是数据迭代,最终实现数据协同的过程。


也正是由于这个原因,全过程工程咨询为建筑业高质量发展起到了非常强的推动作用。智能建造的核心是建立MBD模型,依靠的是数据协同,而全过程工程咨询正是通过对整个投资决策和建造过程的统一,深度挖掘了各个阶段的数据类型和数据内容。通过创建模型,使得每个阶段的工作都能够在大数据的基础上进行量化的分析和研究。


数据协同不仅涵盖了设计、建造过程,而且一直延伸到运维过程。从以往各种文献的统计发现,运维过程建筑的投资预计占到建筑全生命周期投资的90%,运维阶段的耗能几乎是建造阶段耗能的三倍。通过数据模型和传感器,建筑在运维过程中的数据不断集中到运维模型之中,通过分析和计算,可以不断优化建筑运维的管理方式,这是数据延伸创造的价值,也是全过程工程咨询通过建立模型,实现数据延伸创造的价值。


全过程工程咨询的增值作用


从以上三个方面可以看出,全过程工程咨询具有非常强的增值作用。一方面,它很有效地连接了决策阶段和设计阶段。通常分离的两个阶段,通过全过程咨询工程师的工作,有效地连接起来,使设计工作有了边界,可以有的放矢;另一方面,使设计成果更加深入。设计过程和建造过程通过模型密切相连。建造过程中,当建造工作受到来自于天气、场地条件、人力、物流等因素影响的时候,设计可以在原有的模型基础上进行进一步的调整优化,仍然按照多指标平衡的原则,不断地根据现场条件的变化来保证建筑达到最初的设计目标,更重要的是将运维管理整合到全过程之中,扩大了产业覆盖的范围。运维阶段整个建筑通过模型和数据实现实时可控,减少安全事故地发生,提升舒适性体验。


建筑业在转型升级的过程中要实现模型定义产品MBD,就要依靠建模和仿真的系统工程理论方法,通过全过程工程咨询与智能建造的有机结合,不仅可以“像造汽车一样建房子”,而且可以“像保养汽车一样保养房子”,从而实现建筑业产业升级和高质量发展的目标。






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