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数字化设计转型探索与实践

数字化设计转型探索与实践

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数字化设计转型探索与实践

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数字化设计转型探索与实践

1 数字化转型的必要性

1.1 以科技创新引领高质量发展

当今世界政治格局发生深刻的变化,中国正在面临着百年未有之大变局,大变局的根源来自于世界秩序之变、全球化潮流之变和新一轮科技革命之变。十九届五中全会提出:坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。以科技创新引领高质量发展也是破解当前经济发展深层次矛盾和问题的必然选择。

1.2 党中央对数字化转型的要求

近年来我国不断强调数字化转型的意义:十八届五中全会提出,实施网络强国战略和国家大数据战略;十九届四中全会首次将数据增列为生产要素,确定其可作为生产要素按贡献参与分配;十九届五中全会进一步提出:发展数字经济,推进数字产业化和产业数字化,推动数字经济和实体经济深度融合,打造具有国际竞争力的数字产业集群。

国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要中第五篇第十五章“打造数字经济新优势”第三节中提出“推进产业数字化转型”,描述如下:实施“上云用数赋智”行动,推动数据赋能全产业链协同转型。在重点行业和区域建设若干国际水准的 工业互联网 平台和数字化转型促进中心,深化研发设计、生产制造、经营管理、市场服务等环节的数字化应用,培育发展个性定制、柔性制造等新模式,加快产业园区数字化改造。

2 数字化设计转型的现状及问题

2.1 数字化设计介绍

通过上述数字化转型的必要性分析,168体育足球可以看到从时代、国家的层面来看,数字化转型是企业发展的必由之路。

数字化设计主要是指BIM设计。BIM(Building Information Modeling)技术是Autodesk公司在2002年率先提出,已经在全球范围内得到业界的广泛认可,它可以帮助实现建筑信息的集成,从建筑的设计、施工、运行直至建筑全生命周期的终结,各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中。设计方、施工方、运营方等各方人员可以基于BIM进行协同工作,有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

2.2 数字化设计转型现状及问题

2.2.1 数字化设计转型现状

BIM 模型作为全生命周期数字孪生的核心,目前建模分两种模式:BIM翻模和BIM正向设计。起始阶段大部分公司采用先使用二维设计满足现场施工需求的基础上再通过BIM翻模完成数字孪生模型及相关应用,但这种方式并没有发挥BIM建模碰撞检查、实时提取工程量、多专业协作等优点。而BIM正向设计可以充分发挥这些数字化的优势,通过在BIM正向的过程中,实时进行多专业协同设计并进行碰撞检查,并通过数字化模型实时提取工程量来指导施工单位进行施工方案制定、施工模拟、材料采买等。

2.2.2 数字化设计转型问题

BIM 正向设计虽然具备上述优势,但对数字化建模的要求也更高,包括设计人员的BIM设计能力和熟练度、BIM多专业协作的组织机制、甚至包括上下游的全员思想意识问题,都需要摆脱传统二维设计,三维翻模的模式。

(1)数字化设计人员技能问题

目前,在工程项目全生命周期的不同阶段,BIM模型的内容与细节该如何掌握与要求是大家都一直希望能有一套准则或规范可以依循的。一般会参考美国建筑师协会2008年的E202号文件中提到的Level of Development(简称LOD),从100 到500 有5个阶段的标准。分别对应概念化阶段、初步设计阶段、施工图阶段、施工图深化阶段和竣工运营阶段。如果要想保证BIM正向设计,同时建模精度符合各阶段LOD的要求,这就需要设计人员务必从BIM模型的基础知识学起,充分了解各专业LOD要求,同时建立系统性概念,熟练掌握BIM建模技能技巧,方可实现BIM正向设计转型。

(2)数字化设计组织架构问题

除了上述人员系统性知识和技能方面的问题,组织架构也是目前数字化设计转型的难题。从 CAD 二维设计进行数字化转型,设计板块组织结构形式大部分仍为专业所结构,例如工艺机械所、电气自动化所、土建所、水道暖通所等。几十年的专业所配置也就延续了传统意义上的专业上下游的作业流程关系,但这种下游专业等上游专业提资料再开工的模式势必不再适应数字化三维设计的多专业协同需求。这也导致了目前BIM设计耗时要比二维设计耗时长的主要原因之一,原因就是组织构架和工作流程并没有按照数字化设计新的需求进行组织重构,难以匹配。

(3)数字化设计技术问题

BIM 模型是数字孪生模型全生命周期应用的基石,各设计阶段与模型的LOD精度要相匹配。可以看出,传统的二维设计精度已经远远达不到数字化设计的精度要求。我国传统二维设计模式的特点是:改革开放后全国基础设施建设持续提速,而为了提升设计速度,设计板块对二维设计图纸进行了简化、配套标准化典型设计图集发往现场。同时依靠现场配备的安装经验丰富的施工人员,通过图纸上简洁的示意即可明白设计人员的设计意图并高质量完成施工。

但数字化设计是要完成三维建模,不再是二维简化示意出图,而是精准的在模型中定义每一个构件的定位、尺寸、参数等信息,因此BIM建模的细度、难度和要求较比二维设计要高很多。而BIM建模技术的标准化、高效化、精确化已成为未来发展的迫切需求。

3 数字化设计转型优化措施

根据组织能力的杨三角理论:成功=战略×组织能力。数字化设计转型也需要组织能力作为战略实现的基础。根据2021年《智造业数字化转型路线图》提出的数字化转型维度:业务为基、技术为翼、组织为骨、文化为魂。本文将转型的四个维度结合实践经验,分四方面阐述优化方案,见图1。

图1 杨三角理论

(1)业务为基

随着当今社会商业模式不断向服务体验型转变,“以产品为中心”正在加速转向“以服务为中心”。通过数字化手段创新业务管理模式,引领客户数字化转型,打造极致的客户体验,是保证企业核心竞争力的强大引擎。

数字化设计就是要为客户提供全生命周期数字孪生模型,并在此基础上通过精确的模型延伸应用到进度管理、成本管理、安全管理、运维管理等各个维度。我院近年来根据国家“十四五”规划要求进行数字化转型,通过自主开发 工业互联网 赋能平台,为客户提供全方位的数字化体验和价值,并已在多个工程总承包中全面实现应用,见图2。

图2 工业互联网 赋能与服务平台

(2)技术为翼

目前数字化设计还存在工作量大、标准化不到位等问题,但随着设计人员对数字化设计技能的提高和经验的累积,下一步工作的重点就是要实现数字化设计的标准化和高效化。这种数字化转型也对设计人员提出了更高的要求,这就需要结合自身知识、经验、技术将数字化设计由“人智驱动”转型为“数智驱动”。

首先要通过将数字化设计标准化、流程化,形成一套标准作业流程,再通过软件开发实现,就可以由软件初步替代设计者在数字化建模中的重复体力劳动,即“人智”;进一步通过建立标准的数据库、方案库、专家知识库等,由软件对已知的问题自动操作,由人对未知的问题来决策执行,即“辅智”;当软件可对未知问题自动做出决策时(人来协同),即为“混智”;最后当全部交由软件决策执行时,即实现了“数智”。

我院近两年已开展各专业数字化设计自动建模软件的自主开发工作,由设计工程师转型软件开发工程师,将BIM设计中的大量重复性工作交给自动建模软件去实现,目前已在多个项目数字化设计中使用推广。

(3)组织为骨

勒温的组织变革三阶段模型提出:解冻-变革-再冻结,因此数字化设计转型的首要任务就是要实现组织变革,见图3。

图3 勒温组织变革三阶段模型

信息实时互通、资源及时共享是数字化设计转型的第一诉求,而传统二维设计的组织架构和作业流程已无法满足数字化设计转型的需求。我院于2018年开始进行数字化设计的组织变革,创新性的将组织架构由传统的专业所转为综合所,通过组织重构和流程重构建立了一套新的数字化设计体系。综合所内配备各专业设计者,一个项目由该综合所负责执行,各设计者在同一间办公室承担同一项目同一子项,在同一个BIM模型上实时进行协同设计,极大的提高了效率并降低了沟通成本,将数字化设计的协同优势发挥到最大化,这也是组织重构的意义。

(4)文化为魂

自上而下制定了数字化转型的战略后,解放思想,实现数字化思想的转型是第一步。培养企业全体员工从数字化角度思考问题,用数字化工具解决问题,形成企业数字化文化。当今社会最大的特点就是不确定性,因此需要全员拥抱变革、开放心态,将数字化转型变为企业员工的使命。

通过实践探索也可以看出,数字化转型是一把手工程,领导力的发挥程度也决定了转型是否成功。因为上述的四个转型维度都需要一把手通过足够的勇气、智慧和决心进行变革,包括业务模式的转变、组织架构的重组、技术引领的创新、企业文化的塑造,都需要领导力的顶层设计和推动。更重要的是随着公司组织结构日趋扁平化,需要中层管理者甚至全体员工都成为数字化转型的一把手,从自身做起,拥抱数字化转型。

我院通过近几年的数字化设计转型推广,制定了一系列的考核引导措施及奖励措施:

● BIM 积分考核制度:考核范围包括行政干部、技术专家和普通员工,领导干部带头数字化转型;年终奖和BIM积分挂钩,全年参与数字化设计工作越多,年终奖越高。仅一年时间即实现全员参与数字化设计工作的目标。

鼓励广大员工考取BIM技能等级考试证书以提升自身数字化设计水平。目前已有超过200人取得BIM证书,包括80%以上的设计板块人员,还有工程板块、装备板块、研发板块、甚至职能板块,实现了数字化转型的全链条全覆盖。通过多措并举,解放了全体员工的数字化转型思想,塑造了数字化转型文化。

4 结论

本文介绍什么是数字化转型、为什么要数字化转型、数字化设计转型要做些什么、怎么做。通过理论分析和思考实践可以看出:数字化转型的首先任务是提高站位,统一思想,这也是组织变革的前提。数字化转型是时代、国家的必选题,同时数字化转型不仅仅是设计人员的转型,更需要在数字孪生全生命周期应用的每个环节上的人员都要完成数字化转型。思想上要转型,更要付诸实践,掌握数字化技能、将业务流程标准化、数字化,方可实现数字赋能。

作者:天津水泥工业设计研究院有限公司 刘森 杜军 颜妍 张煜 高宇

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