市政設計行業數字化轉型態勢研究

李 洋

(沈陽市市政工程設計研究院有限公司 沈陽市 110015)

1 設計行業數字化轉型背景

數字化的概念是伴隨著電子信息技術以及互聯網的發展而產生的。從1946年第一臺計算機誕生至1969年因特網誕生至今歷經七十余年，電子信息的記載、管理及傳播技術取得了劃時代的進步，給人類社會帶來了深刻的變革，給世界上所有現代行業的信息管理技術帶來了巨大改變。數字化技術，是指利用計算機軟、硬件以及網絡、通信技術，對描述的對象進行數字建模、存儲、處理、傳遞、分析、綜合優化，從而達到精確描述和科學決策的過程和方法，數字化技術具有精度高、可編輯、傳遞迅速、便于存儲、轉換和集成等特點，因此數字化技術為各個行業的技術進步和創新提供了十分有力的工具。毋庸置疑，以效率和質量為目的，運用數字化技術是企業的必然意愿，數字化轉型也是二十一世紀企業發展的必然趨勢。

我國市政行業的數字化技術應用開始于上世紀80年代，具有超大規模集成電路和獨立操作系統的PC機進入國內商業應用領域，部分國內高等院校和科研機構將其運用于數據庫存貯管理、理論模型離散化分析以及應用類軟件開發使用，1982年，John Walker和Dan Drake及Greg Lutz分別為PC機編寫出最初的AutoCAD1.0版本輔助繪圖程序，經歷數次版本升級，CAD技術開始步入實用化階段，同時其面向PC機的商業數據統計分析軟件和結構計算分析軟件亦經不斷完善開始進入工程技術實際應用領域，在上世紀80年代后期，隨著硬件技術的迅速發展，計算機的成本大幅度下降，使得PC機和實用軟件進入了更加廣泛的市場，并觸發了更多的軟件開發需求，CAD技術進入高速發展階段，到上世紀90年代初期，國內市政設計行業進入“甩掉繪圖板”時代，市政設計單位積極推廣實施CAD技術、有限元分析技術和數據庫技術，改變傳統的設計方法，設計師們陸續完成了從手工制圖轉向電子繪圖，從手工計算轉向計算機輔助建模乃至程序開發，設計生產效率和精確度大幅度提高，完成了設計產品在設計單位內部的初級數字化轉型。從手工到電子自動化，是現代工程設計領域的第一次產業革命。

1994年，我國第一個全國性TCP/IP互聯網CERNET建成，標志著我國數字技術正式進入互聯網時代，互聯網技術通過計算機網絡的廣域網使不同的設備相互連接，加快了信息的傳輸速度和拓寬信息的獲取渠道，信息傳播、知識資源分享突破了以往的諸多限制，其開放性、互動性、時效性賦予數字技術更為廣泛的應用空間，我國互聯網歷經二十余年高速發展，已經成為國家新的經濟發展引擎和戰略性產業，并催生出網絡通信設施、電子商務、網絡社交、工業互聯網、移動互聯、云計算、人工智能應用等新興行業。2020年國家十四五規劃提出了發展數字經濟、推進數字產業化和產業數字化、加強數字化智能化水平的戰略要求。在此背景下，市政設計行業數字化技術的發展面臨著更為廣闊的前景，同時也面臨著更加艱巨的任務和挑戰。

2 我國市政設計行業數字化轉型發展

2.1 初始階段

在上世紀90年代開始，我國市政設計行業開始逐漸采用以計算機設備和工程技術類軟件或辦公類軟件作為主要工具的設計工作模式，設計輔助繪圖類軟件(CAD)和工程專業技術類軟件不斷更新完善，CAD類軟件面向工程師提供了設計基礎層面的工作平臺，借助二次開發工具，軟件開發者們更為各個細分專業設計出定制化的功能，其仿真程度更高，數據統計分析更加便捷直觀。如AutoCAD在1998年推出重要版本R14，正式由DOS平臺轉至Windows平臺，新版本除了具備豐富的繪圖功能，也具備了3D建模功能。同時，以CAE技術為核心為土木工程而研究開發的各類計算分析軟件在商業市場也獲得了成功，市政設計企業主要以各類結構仿真分析類軟件、自動輔助繪圖類軟件、工程計價類軟件以及辦公類軟件作為設計工具，在企業內部以單個設計產品為目標完成了初級數字化轉型。此階段的數字化工作存在幾個較為突出的發展障礙：

(1)設計產品的數字化往往局限在企業內部，數據結構簡單，信息數量較少，成品輸出仍以紙質文件為主；

(2)大型設計項目缺少數字化協同管理，軟件開發以提供人機交互形式解決了部分專業技術問題，但是數據協同管理、人人交互方面依然采用的是較為傳統的方式；

(3)軟件以及設計成果的數據標準和數據接口問題較為突出，由于不同設計進程的不同軟件產生的數據往往不具備通讀性，因此極易形成“信息孤島”，其他人或其它軟件較難通過輸入文件或結果文件全面準確地識別和傳遞設計信息；

(4)由于互聯網初始起步，數字信息傳播效率較低，設計階段的數據知識和數字成果的管理與分享方式十分有限。

2.2 探索成長階段(數字業務拓展+數字化整體解決方案嘗試)

從上世紀90年代后期至2010年，互聯網技術開始在我國迅速普及，2010年底我國網民規模已達4.57億人，IPv4地址數達2.78億個，域名總數866萬個，國際出口帶寬由1997年的25.4Mbps增至1098957Mbps，互聯網以其技術應用的開放性、交互性、自主性等特點大大改變了人類以往的生產方式和交流方式，以其創新和滲透的特性極大推動了社會各領域的技術進步，同一時期，計算機硬件技術也獲得了長足發展，網絡通訊速度和數據存儲設備容量在10余年間獲得了幾何倍數式增長，使得海量數據的工程技術類設計產品的數據傳輸、整合分析以及數字產品商業化具備了現實的應用場景。

市政行業數字化轉型是一項與城市公共服務設施建設和管理高度相關的系統工程，2000年我國科研機構開始針對數字城市開展研究，部分試點城市陸續開展數字城市的規劃和實踐工作，同時快速發展起來的以GIS技術為核心的數字地理信息技術，極大推動了城市地理空間信息化的建設，許多城市已建立起商業應用級的地理基礎數據信息庫并運用于土地管理、資源開發、城市規劃以及交通等相關領域，市政道路交通、地鐵、地下管網等專業設計通過分享GIS信息并將工程建設信息反饋，初步實現了與城市測繪、規劃或市政設施運維企業間的數據接駁。

軟件商繼續拓展細分市場，市政行業幾乎所有專業領域內都有為設計而開發的應用軟件，在建筑和結構領域，為了使設計產品能夠具有更多的前置功能和更高的使用價值，許多國家政府和軟件商積極推動為建筑電子模型信息制定新的數據標準，1995年國際協同工作聯盟(IAI)推出關于建筑全生命周期和全產業鏈的IFC標準，是全球首個面向專業拆分、構件命名、族庫編制、材質分類、文件命和軟硬件標準等不同的對象層面而制定的建筑信息模型(BIM)建模標準。2002年Autodesk公司發布了BIM白皮書，加速了BIM產業的軟件戰略布局，Autodesk認為CAD系統植根于圖形，難以充分創建和管理建筑信息，因此通過收購及整合發展出與CAD平行的BIM產品線，2004年BIM建模軟件Revit進入中國并開始在設計企業推廣，市政行業開始嘗試BIM概念設計。

辦公自動化(OA)是將現代化辦公和計算機信息管理技術結合起來的一種新型的辦公方式,互聯網的發展普及，使利用OA技術實現工程設計項目管理的電子化協同成為可能，除文字處理、檔案管理、文件共享、公告板和BBS等初級用途之外，軟件開發者嘗試為設計企業定制項目管理、文印、人力和財務等個性化較高的子系統模塊，并建設集成管理平臺，不過由于各子系統間的數據協同不甚完善以及復雜的管理框架和工作界面，早期的集成式OA系統大多存在子系統開放度較差、程式化流程無法完全實現真實工作模式中的多樣化和人性化需求等問題。

2.3 快速發展階段(多模式+智慧化)

2011年之后，我國移動互聯網進入快速發展階段，2012年手機上網用戶數已超過臺式電腦用戶數。移動互聯技術給設計行業的工作和管理模式帶來了巨大改變，同時，人工智能經過歷年積累，也進入大規模工業化階段，形成了具備基礎數據庫、感知、學習和決策分析功能的綜合技術體系，為設計行業的產業升級提供了新的動能。

云技術利用高速互聯網、分布式海量數據存儲和管理技術，創造了新的物理資源和數據資源的管理模式，在市政設計行業，已有大型仿真分析類軟件和三維模型類軟件將部分需要海量數據處理的功能模塊放置在云端，解決了個人終端在超強算力和巨量數據存儲方面的弱點。云技術也大大降低了應用軟件對終端設備的配置要求，工程技術類的移動端應用市場近年來成長迅速，越來越多的專業設計軟件、知識查詢平臺、城市大數據管理平臺、OA管理平臺等都推出手機版應用(APP)，極大改善了設計數據信息使用的擴展性和協同性。

國內BIM技術應用在2012年后開始爆發，科研機構與建筑企業聯合成立BIM發展聯盟，并積極研究制定我國BIM技術標準、探索BIM發展路線和產業實踐，住建部2015年頒布了《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，提出了設計單位和施工企業在新建工程項目中集成應用BIM技術的框架性指導意見，部分地方省市也根據自身區域發展特點出臺了相應的標準和指導文件，市政設計行業進入BIM技術深化和落地應用階段，新簽BIM應用項目數及應用面積迅速增長，產業規模從2012年起保持平均35%以上的年增長率，2019年全國建筑市場BIM產業規模已超過58億元。不過設計行業BIM技術快速發展的階段也面臨著一些較為急迫的工作，一是需要強化市政行業BIM成果交付標準(如數據架構標準、模型深度標準)的通配性，令設計企業可以將BIM成果作為正式設計產品替代現階段電子化二維圖紙，并且設計階段BIM成果在后續建設周期內仍具有使用價值；二是解決以BIM主導的設計工作模式與傳統工作模式上的沖突，在設計階段充分發揮BIM的預演功能，融入更多建造階段和運維階段的需求，在設計企業內部，建立BIM模式下的人員崗位要求和作業標準，并建立與之相應的質量管控制度。

3 結語

數字化技術對市政行業的發展影響深刻，國家十四五規劃提出了加快數字化發展的目標，給市政設計行業的數字化轉型工作帶來了新的機遇和挑戰，相信隨著大數據、物聯網、云計算、虛擬現實、人工智能等新技術形態的不斷成熟，隨著人們逐步確立數字化的戰略發展理念，市政設計行業一定會進入規范化、集成化、智能化的數字建造新發展階段。