基于BIM技術的農地整治項目協同運行框架

徐 雯

(華中農業大學 公共管理學院，湖北 武漢 430070)

農地整治是一項復雜的系統工程，包括農田水利工程、道路工程、田間工程及其他工程4個部分，分為前期可行性研究、規劃設計、工程施工、后期管護等多個階段，涉及大量地理信息和工程信息的獲取、存儲、分析、管理與應用。因此，基于“3S”技術、可視化、模擬仿真等土地信息技術的創新與應用，顯著提高了農地整治的效率。此外，農地整治觸及社會公眾、中央政府、地方政府、項目業主、承包商、監理單位等多方主體利益。因而，在信息集成與信息共享基礎上構建項目的協同運行，將有效提升農地整治項目的管理績效。

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)概念由Eastman等于19世紀70年代首次提出[1]。BIM以三維數字技術為基礎，模擬仿真工程項目所有真實信息，進行工程設計、建造和運營全過程的管理與優化。目前，BIM已被廣泛應用于民用建筑、大型基礎設施、區域規劃、土地規劃、交通規劃、水利工程、海洋工程等各類學科或行業中[2-5]，但BIM在農地整治領域的運用還處于探索階段。本文基于BIM強大的數據共享、分析功能及模擬可視化優勢，分析了BIM在農地整治項目中的應用路徑以提高農地整治效率，探討了BIM的嵌入對農地整治項目運行模式的影響，為農地整治項目的協同運行與管理提供思路。

1 BIM技術的實現路徑

“3S”技術是目前農地整治中常用的空間信息技術。近年來，GIS的數字地面模型、空間插值、空間疊加等分析技術在農地整治中得到了廣泛應用，如借助GIS數據管理功能構建農地整理規劃決策系統；以GIS為平臺進行農地整治規劃信息系統開發；聯合RS提取農地整治區現狀地物信息；基于GIS進行整治潛力和整治適應性的評價；運用GIS技術進行田面高程設計、土方工程量計算及調配等[6-8]。隨著“3S”技術的集成與發展，農地整治中田、水、路、林、村等地理信息的空間特征得以體現，直觀、動態地模擬整治后的地物場景成為可能，在農地整治中運用三維可視化技術將成為一種趨勢。

1.1 BIM技術的優勢

農地整治項目的建設對象涵蓋渠道、管道、泵站、橋梁、涵洞、道路、變電站、農宅等建筑物與構筑物。以GIS為代表的“3S”技術從地理空間角度對建筑物或構筑物進行定義和模擬，其精度無法滿足單體建筑工程規劃、設計、施工和運營等環節的數字化要求，BIM則能豐富農地整治的信息技術手段：(1)空間尺度方面。與GIS搭建地理環境不同，BIM關注的是微觀建筑單體。它將建筑物、構筑物的形體特征、內部結構、建筑構造等工程信息以三維模型方式加以呈現，并實現所有信息數據在空間上聯動處理。(2)時間跨度方面。GIS的地理信息數據多用于農地整治的規劃、設計階段，而BIM三維模型形成的數據庫儲存了建筑物、構筑物從設計、施工到建成運營的全過程信息，且各階段信息之間相互關聯，能夠保持信息不斷更新并可提供訪問。(3)功能實現方面。信息數據在空間和時間維度上的聯動，使得BIM模型可以持續、及時地提供農地整治工程設計范圍、進度以及成本等信息，這些信息完整可靠并且完全協調。此外，BIM模型還能實現農地整治工程的施工模擬、工程量計算、物料管理和虛擬漫游等功能。

1.2 BIM技術的可行性

基于上述分析，可以預見BIM-GIS將成為農地整治信息化、可視化的新路徑。兩者有效結合有助于農地整治項目全壽命周期內的信息傳遞、信息共享和多主體協同工作。農地整治項目BIM-GIS技術框架包含數據、模型、平臺和應用4個層次，具體見圖1。

圖1 農地整治項目BIM-GIS技術框架

1.2.1 數據層 數據層包括項目區地形、土地利用現狀等二維圖形數據，遙感影像(航片和衛星圖片)圖像數據，三維數字地形數據，項目區社會、經濟、資源現狀等文字數據，建筑工程CAD和BIM數據。框架應用OGC組織定義的服務和數據標準，開展地理空間數據和建筑工程信息的CAD/GIS/BIM在線數據轉換與共享[9]。

1.2.2 模型層 三維GIS模型進行整治區域的地理環境信息分析，實現室外地形地貌、建筑物和構筑物的空間展示。BIM模型進行整治區域地表的建筑物、構筑物的模型信息分析，實現人工設施物理和功能特性的數字表達?；贑ityGML對BIM模型展開輕量化處理[10]，可將BIM模型加載到三維GIS模型中。

1.2.3 平臺層 BIM-GIS可視化平臺，滿足從宏觀地理場景到微觀構筑物單體的不同尺度三維可視化要求，滿足從項目選址規劃到項目運維管理的全壽命周期三維可視化要求。BIM-GIS管理平臺，采用C/S和B/S相結合的系統構架，將項目BIM-GIS模型和管理信息通過網絡推送至各級管理者，以實現相關主體對項目的協同管理。

1.2.4 應用層 BIM-GIS技術可在傳統3D模型基礎上疊加時間參數和資源信息。3D模型模擬農地整治完成后的項目場景，實現全景展示、單體漫游等整治結果的可視功能；疊加時間參數后得到4D模型，可模擬整治過程中項目場景的變化進程，實現施工模擬、進度管理等整治過程的可視功能；疊加資源信息后得到5D模型，可自動統計任意時間點的工程量及資源消耗情況，實現物資動態管理、成本實時監控等功能。

簡言之，BIM-GIS技術可滿足農地整治項目全壽命周期的動態可視化要求，滿足整治過程中任意節點察看進度、資源、資金、成本的功能要求，從而為整治項目的技術方案推演、施工管理、提前規避技術問題、多主體參與協調等提供有效的信息平臺。

2 BIM技術下的協同運行

在農地產權細碎化、農民利益分化的背景下，農地整治不僅是一項工程建設項目，而且更是一項協調利益關系的治理工作。一方面，發揮基層組織自治功能、促進公眾參與是化解矛盾沖突的有效治理手段。另一方面，技術要素的更新將帶動項目運行模式的優化，提升項目協同管理水平，也可為農地整治項目的治理創新提供路徑。

2.1 傳統運行模式的弊端

在傳統運行模式下，農地整治項目面臨著組織協調困境：作為行政代理人的基層政府和組織常常置身于具體工作之外；作為市場代理人的專業技術單位采取自利行為，引發各種代理問題；作為核心利益主體的農民被排斥在項目決策和管理之外；作為業主的縣級土地整治中心則難以真正履行項目法人的職責。究其原因，信息交流的效率和有效性是其中不可忽視的技術因素。

傳統農地整治項目多為自上而下運行，包含兩層多級委托代理關系，涉及多個參與主體。項目信息在傳遞、交換和使用時常常出現以下3種情況：(1)信息割裂，不連貫。各參與主體在創建和交換信息時采用的方式不同，運用的技術和工具各異，使得不同階段、不同主體間的信息相互割裂，無法有效集成，甚至成為“信息孤島”。(2)信息延誤、流失。各參與主體的工作時段和空間位置不同，所用信息交換方式較為分散，常用方式如紙質文件、電子郵件、會議、傳真等，在處理空間數據和工程信息時難免表現得雜亂且效率不高，使得項目信息傳遞速度慢、成本高，在銜接處容易發生信息遺漏和信息失真。(3)信息不對稱。項目業主具有項目的管理信息優勢，設計、施工及監理等專業單位具有項目的技術信息優勢，農民具有項目的鄉土信息優勢?？陀^上，各參與主體的認知水平存在差異，在一定程度上造成了信息交流困難。主觀上，各參與主體間存在利益沖突，使得他們不愿共享信息，甚至不同程度的隱藏行為，這必然導致信息的不對稱。目前，所運用的信息技術還無法滿足農地整治項目協同運行需要，不利于主體間的協調溝通，在一定程度上增加了項目的管理難度。因此，有必要通過技術更新來優化項目運行模式，創新項目治理結構，以提升農地整治項目的管理績效。

2.2 基于BIM的協同運行模式

協同思想由德國物理學家哈肯提出，他認為在一定條件下系統可以由其內部自身組織起來，使具有相對獨立、自治和自利能力的各個子系統相互默契協同工作，實現共同的終極目標[11]。構建農地整治項目的協同運行旨在：以信息為基礎，創建協同信息流實現數據信息的高效集成與共享；以模型為核心，構建農地整治項目BIIM-GIS信息模型實現項目可視化、模擬化；以協同為功能，構建決策、設計、施工、管護等階段集成化協同工作流[12]，充分發揮所有參與者的潛力，實現知識共享、協同決策。農地整治項目的協同運行框架如圖2所示。

2.2.1 網絡交互平臺 該平臺要求參與主體創建協調一致的項目數字信息和文本信息，并賦予各參與主體不同的權限。在項目運行過程中，各參與主體可基于各自權限在技術系統和管理系統中瀏覽、提取、輸入、更新或修改項目信息。在無法統一工作地點的情況下，該平臺還支持視頻會議、模型同步瀏覽等。

圖2 農地整治項目的協同運行框架

2.2.2 信息技術 信息技術涵蓋前文所構建的BIM-GIS技術框架中的內容，是整個協同運行模式的技術核心。其中，農地整治項目信息模型將與項目實體同時交付給業主。該模型集成了設計和施工階段項目實體的空間信息和物理信息，可為項目后期管護提供信息支持，與RFID技術聯合還可實現基于物聯網的農地整治項目動態管理。

2.2.3 管理手段 管理手段包括：(1)目標/決策。要求協同團隊成員共同制定項目造價、工期、質量等目標，聯合參與各項論證、評審與決策，充分利用各方的專業知識和技能，以保證目標和決策的科學性，并最大限度地兼顧各主體的合理利益訴求，激發各主體參與積極性。(2)多方合同。傳統工程合同框架下，參與主體關注自身利益，缺乏相互合作動力，項目無法實現整體最優。協同運行模式要求根據項目條件，由核心參與主體代表即協同團隊成員共同簽訂多方合同，約束各方共同對成本、工期、質量負責，使之成為風險共擔、利益共享的共同體。(3)團隊關系。根據項目特點靈活調整參與主體角色，構建適宜的組織構架與領導關系。團隊關系建設中尤其要注重激發基層政府積極性，使其在團隊中充分發揮上傳下達功能，將農民個體利益集合為集體利益向上表達，使項目目標與實際需求有效對接。(4)工作制度。一是各方盡早參與，各方應在概念化階段介入項目的討論與決策，以便基于可視化、模擬化提前完成部分設計變更。二是統一工作地點，協同團隊成員需在同一辦公地點面對面進行頻繁的討論與交流，以提高交流效率。三是公開財務，這既是合同對參與各方的約束條件，也是增加參與各方之間信任的手段。

2.2.4 協同團隊 該團隊由各參與主體的代表組成，與參與主體簽訂多方協議，是具有共同目標的責任實體，在進行項目決策和糾紛處理時能更好地兼顧各方利益，吸收各方知識。協同團隊運用信息技術和管理手段組織項目協同工作流的運行，控制關鍵性工作的進展，具有實際的決策權。構建協同團隊對于促進農民有效參與具有重要意義。傳統模式下有限的知識水平會影響農民對項目的認知，降低其與技術人員的交流效率，導致其參與行為普遍趨于形式化。在協同模式下，農民借助可視化模擬技術充分理解項目的實施意圖，經由協同團隊與設計人員進行有效的信息交流，進而利用其鄉土知識優勢有效參與項目的決策與管理，使農地整治項目與農民實際需求準確對接。

2.2.5 協同信息流與協同工作流 BIM-GIS數據中心收集、整合各主體提供的數據和信息，允許各主體在權限范圍內瀏覽、調用其他主體信息，提供多專業協同的信息共享服務，使得數據和信息得以集結并在各主體間流動傳遞，形成貫穿于各階段的協同信息流；BIM-GIS平臺集結項目各階段的實踐活動，使主體間合作關系由“一對多”或“多對多”的關聯模式轉變為“多對一”的協同模式，各項工作的運行也由離散狀態轉變為基于同一信息模型的擴展與應用，從而形成完整、有序的協同工作流。

3 結論與建議

本文基于BIM特點、協同思想以及兩者的契合關系，對農地整治中的BIM應用路徑與農地整治項目的協同運行進行了研究，指出BIM與GIS聯合是提升農地整治效率的重要技術手段，并設計了BIM-GIS技術框架；提出以信息為基礎，模型為核心，協同為功能的農地整治項目協同運行構想，并系統分析了協同運行的要素與流程。BIM的推行需克服技術、團隊、業務流程、法律和合同等諸多困難[13]，加之農地整治涉及利益主體多、利益關系復雜，因而構建BIM協同運行模式必然面臨諸多障礙。本文提出以下建議以期為推進農地整治項目的協同運行提供參考。

3.1 探索BIM在農地整治領域的應用

科技進步對農地整治具有巨大推動作用。BIM和GIS的集成作為學術界和工業界的前沿技術，已在建筑工程、橋梁工程、數字城市、軌道交通等多個領域實現了協同應用。農地整治中GIS的應用已趨成熟，其進一步與BIM聯合將成為農地整治行業技術革新的新方向。目前，兩項技術的發展水平存在差異，因此建議先行探索BIM的獨立運用，待技術成熟、功能完善、價值顯現后再開展BIM-GIS的聯合運用。農地整治工程通常結構單一、施工風險低、工程數據較為簡單，研發和運用相關BIM技術的難度較小，加之可借鑒其他工程領域BIM的研究成果和實踐經驗，因而在農地整治領域推行BIM具有明顯的后發優勢。

3.2 推進農地整治項目的標準化建設

BIM運行的關鍵在于“信息”的集成與共享，這就需要通過技術標準、技術規范來約束各參與主體的技術行為，以確保信息交換和專業協作的順利進行。根據農地整治項目的運行現狀，要實現基于BIM的協同運行需要：(1)開展農地整治項目數據模型標準的研究，以實現BIM與GIS集成下的信息交互。(2)開展農地整治項目信息化標準的研究，以探索行業自身的BIM發展路徑。(3)開展農地整治項目多主體群決策的研究，為協同團隊制定項目目標、解決突發問題、科學決策提供技術支持。(4)修訂農地整治項目規劃、設計、建設、預算定額等系列相關標準，以適應BIM技術的特征和要求，為農地整治項目提供切實可行的應用標準。

3.3 創新農地整治項目的管理制度

協同運行將是農地整治項目治理的新方向。BIM為協同運行提供了必要的技術保障，但相關管理制度的建設仍是協同運行成敗的關鍵。因此：(1)考慮信息化對主體認知水平的要求，需完善農地整治項目招投標制度，逐步提高設計和施工企業準入門檻，同時建立農地整治技術農民培訓制度，提高農民的認知水平和參與能力。(2)制定設計變更管理制度，充分利用BIM的可視化和模擬功能減少設計變更的發生。(3)改革現有項目驗收管理制度，除了項目實體的驗收備案，農地整治項目信息模型也應納入驗收、交付的范圍。(4)根據項目協同運行框架，制定協同團隊工作制度，形成多主體治理結構，落實農地整治共同責任。(5)以協同團隊為基礎，進一步創新和完善農地整治項目的治理結構，真正形成“政府主導、國土搭臺、部門聯動、群眾參與、整合資源、整體推進”的工作機制。