空间时序流 2019-05-03

回顾

在工程行业,可见的广泛应用编码体系几乎都是来自于计算机数据库技术成熟之前。之后再也没有出现过更加灵活的,适应性更广的编码体系。为了说明这个问题,需要跳脱出自己的行业:

图书业很久以来就有一种叫做图书编目的编码体系,但是亚马逊或者当当上面已经找不到这种编码了。这意味着编码体系从形式上被更好的技术或者方法替代了。在互联网出现之前,没人觉得把世间所有内容关联起来是可行的。直到hyperlink这种近乎于天方夜谭的概念被科学家们落地成为一项通用技术语言。早年间的数据库语言至少是我学习数据库的时候,任何表单都必须有一个主键(index),否则就不能被索引甚至关联到其他表单。这个做法早就已经被IT行业抛弃,原因是出现了类似于hyperlink的技术,即仅仅关联内容再也不需要硬编码了。(编码依然主要,这里略过,主要逻辑在于对工程信息的建构模式)

面向对象

工程行业有一种对工作任务进行建构的技术叫做WBS(工作分解结构),这是一种典型的西式逻辑思维的产物,将一切工作有序地建构在一个树状网络(多叉树)里。这种方式是工程行业多年来一直沿用的方法,粗看上去相当强大。但是问题也恰恰在于所谓的强大之中。

IT行业中,面向对象的方法就是一个很好的对事物进行有效抽象并建模的技术。其基本方法在于:定义对象自身(属性、类、方法等等)、挖掘对象所处场景及其行为逻辑(用况图,时序图等等)、建构面向对象的信息模型、最后使之在现实场景中按照建构好的业务逻辑收集处理数据,完成自动化或者半自动化的信息业务流程。

再反过来看所谓的WBS,问题在于自成体系并繁冗复杂,无法与背后执行任务的实体(人、设备或者组织)建立灵活的关联(不同的工作实体其实工作方法、效率、使用的材料特性都可能不同)。所以导致了大量的看似标准,但本质上无法自洽的伪业务逻辑。例子:道面摊铺,随着工程机械的进步,工作流和标准工序都不同了。但是由于WBS是单维度的,它的更新是游离于设备乃至工法更新的,所以可能标准工序是5道,但是不同世代的机械可能烟花成了3道工序甚至更少。但是WBS依然雷打不动地标准化地还是5道工序在列。可以看出维护一个强大系统在传统工程行业里面非常厚重、繁冗、迟缓、艰难、离散。

多叉树-理想化的数理逻辑

WBS本质上是简单的多叉树形式,其背后的逻辑在于“父子“关系,一种单一继承模式的归类通项式。这样的单维度模式产生的困扰是巨大的,以至于wbs结构的分解方式就存在持久的争议。我比较认同的是所谓的面向交付成果的分解方式。但是可惜,当多部门多工种协同的时候,一个任务对不同的实体其内涵是不同的,你很难将跨部门跨专业的单一任务无穷尽的分解下去,这样会导致结构失衡(某些工序分解下去毫无意义因此会停滞在某个level上面,但是与之协同的工作则必须近一步穷尽)。例如,刀头校准可能是机床操作手一系列的动作,而对另外一侧的供料操作手而言,校准只是其进行供料操作的一个信号而已。那么一套协同工作可能是WBS表单中第三层级第五层级和第十二层级的不同工作的集合。

在这里不在赘述,仅仅简单阐述观点:1、建构-解构的单维度继承通项式必须保留,但是范围必须受控;2、很多所谓的分解甚至编码不如使用Tag技术完成对其进行标示的目的;3、深刻探讨WBS目的,为其场景创造甚至更新技术本体。

那么到底怎样的事物体系是可以被建构成多叉树的呢?

空间关系

简单而言,工程建造过程中空间体系是具备一定程度的“多叉树”通项式。我们可以把一个住宅的空间体系分解为栋-层-功能空间。但是注意,工程建造的空间体系仍然不是一维的。因为空间体系一直都是基于3D的空间耦合模式。举例:一个会议室,它可以是建筑功能空间:会议功能,具备一定的声学、光学环境属性特征;也可以是机电系统空间:其热学环境处理模式需要依据整体环境和会议空间的具体模式而定,例如500人会议室,很可能需要消弭突然人群聚集带来的大规模显热能量输入;也可以是结构体系空间:会议室位于结构空间的那一部分,支持其空间的结构体系是那些也是另外一种空间维度。

如上所述,空间的构成关系非常适合多叉树模式,但是它不是单维度的(多叉树本身可以是多重维度)。而建构这种构成逻辑的方法就不再是WBS方法了,而必须是借助BIM这样的工具对工程实体进行空间耦合解构乃至重新建构。

棋盘、跳马与皇后问题

在棋盘里码放棋子特别像很多的工程建设任务:安装。例如是一个围棋棋盘,有两个工种(黑、白),各自按顺序码放棋子。这个过程最简单的方式是黑白两个工序各自在自己的区域按照从左到右或者从上到下的顺序码放。这样的码放在计算机记录视角看来是有着强烈的规则和可预测性的。但是显然这根本不是现实棋局的样子。现实棋局中,棋手是博弈的,棋子的码放按照计算机记录结果的视角去看,每一个棋盘格子的码放好像没有了规律,任何格子被码放上棋子都好像是随机过程。但是如果你把棋手的博弈过程看作是业务逻辑,那么下棋的顺序其实就存在了“规律”,甚至在一定程度可以预测。

经典的早期计算机问题之一是所谓的皇后问题。即规则的正方形棋盘,边长N*N。求解皇后是否可以遍历棋盘上所有的格子(这里不探讨计算机解法,探讨其背后相似的处理问题的机制)。这个时候,皇后就好像是某个工序的某种机械设备,或者是特定的工法。使得它在工作面中必须按照特定的业务逻辑移动或者迁移。而“皇后”(某种工程机械)遍历“棋盘”(可以是一段地势起伏的建造环境)的特定方式按照这里的表述方法,就是空间时序流。

车同轨

求解上述问题的办法在于需要将“空间时序流”当作“对象”处理。而且,还是所谓的“虚对象”。虚对象在这里最为恰当的例子来源于秦始皇的统一六国国策之一:车同轨。

车同轨中的轨在本源上不是我们现代人看到的铁路铁轨,古代的“辙”才是对应铁轨的概念。那个时候的轨指的是什么呢?它指的是车轮之间,车轴与地面之间围合的平面连续延长得到的虚空间。即:轨本质上定义了车辆的主要参数指标:轮距和车架高。而这个轨所代表的连续虚空体则是最好的空间时序流对象。

综上,空间时序流对象是依附于空间的虚实体,“轨”(虚实体)的特征与其“车辆参数”(实体对象参数)存在空间耦合关系。空间时序流对象的空间过程有自己特立的产出成果,这个成果一般不同于虚实体。台湾著名童谣留下脚印两对半,本质上恰恰是特定模式(老年手杖)的空间时序流产出物。即:老人与小孩在沙滩漫步时存在一个空间时序流:“漫步轨”,而这个空间过程的产出物:“脚印”(两对半)则仅仅属于上述虚实体。

<未完待续>

多年未更新,摘抄一下旧作,算是宣示存在。

管线综合一词原本来自城市规划设计,是地下管线综合设计与排布的简称。在BIM应用中,有一项叫做“clash detective”的应用,英文直译是碰撞检查。然而碰撞检查难以构成工程业界较为独立的任务作业,进而大家开始使用“管线综合”来描述由revit的“clash detective”的应用所引发的一些列工作。

被称为管线综合的工作是贯穿工程的整合设计过程的,这里的设计不是设计单位完成的设计工作,而是所有项目设计的设计任务,它包括设计方、总包方、分包方的设计任务。即管线综合工作包括:

1、初步设计早期由机电总负责人或者总体专业部门进行的管线系统规划or路由规划设计,旨在规定约束各个专业管线的大体布局走向和空间占位;

2、初步设计后期各个专业进行的管线系统设计,旨在完成系统性能设计的基础上详细布置管线走向、空间占位、与建筑/结构的空间关系等;

3、施工图阶段针对管线施工与安装工艺做出细节性设计,旨在完成节点、工艺、安装方法等例如管线支架体系,保温体系等;

4、施工单位所做出的施工详图、深化设计,是针对特定的部位进行的支架(含结构生根、支架用料参数、焊接工艺、管道支撑方法等)、保温(管道基地处理、保温做法、外保护壳等)

5、针对检修、维护以及现场制作安装等进行的管线细节调整等。

上述工作中会不断涉及到“碰撞”问题,因此clash detective”即碰撞检查的工作实在上述工作历程中不断重复的,多方参与和协同的。

管线综合设计的成果,无论是设计阶段还是施工阶段国内都没有类似的独立的图纸与之相对应,不过北美的工程体系中可以找到类似的图纸成果对应。这种图纸被称为CSD,combined shop drawing。根据后面的解释,可以参照CSD的工作成果定义,即除了模型之外,还应该有各种类型的详图、节点图、施工时序图和料单、量单。

CSD是总包方为了做深化设计和施工组织设计必须进行的前置设计工作。该工作的目的是尽量消除管线排布矛盾,设置各个专业施工作业交接界面,进行施工组织、工料准备和工作量预计量。该工作的性质按照中国的传统就是深化设计,而在西方体系中,这是shop drawing的一部分。无论如何称谓,该工作都被交由总包方处理,因为设计目的已经包括了施工方法,而施工方法则是承包商的权利义务之所在。

衍生词:管线综合管理

上述管线综合工作的核心是减少管线排布矛盾的同时保证系统性能,保证施工工艺和进度。总体而言这项工作无论在设计阶段、施工阶段都需要多方协同工作。因此就需要参与各个专业人员,各个参建方能够步调一致,信息共享,集中与分工协同。所以就需要进行有效的管理工作。这项工作在西方工程管理体系中被定义为coordination(协同),但是管线综合管理与西方的协同之间存在工作和管理范围的差距。简而言之协同范围更大。

说到管综的管理,在施工阶段我们可以从西方对于shop drawing的管理学习和借鉴。施工阶段的shop drawing提交发出审批基本适用于基于BIM的管综深化设计工作。

BIM与竣工移交 2008-07-17

建筑是一个系统,而不是一个简单的构筑物。因此当我们完成建造过程,准备使用建筑物的时候,首先需要对建筑进行必要的测试和调整,确保它可以按照当初的设计运营。当然,最后的移交工作也非常重要,因为建筑的运营和维护工作将在移交的时候正式启动。

应该承认国内工程管理中竣工移交方面还存在非常多的缺陷和不足,尤其是民用建筑工程领域。下面airstorm将从几个方面探讨这个问题,看看一个信息模型可以在那些方面给我们更好的帮助和体验:
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绿色建筑与BIM 2008-04-07

之前简单介绍了BIM在建筑、结构方面的应用,这次简单介绍BIM在机电设备方面的应用:

bim model for HVAC
图片来源:Archpaper.com

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建筑信息模型BIM在4D领域的应用不如普通3D模型应用那样广泛,这主要还是4D领域的应用还比较“软”。大量的4D应用成果都集中在visual plan方面,这类能让大家看到plan结果的可视化模拟的确威力非凡。

还有一类4D应用就需要大量的建筑构件实体数据参与4D模拟:施工过程分析。很多工程必须对施工过程的结构特性进行必要的分析,看看下图就知道这样做的必要性了: (more…)

如果你搜索国外的工程项目WBS,那么一定会找到Uniforamt和Masterformat这两种建筑工程WBS格式。实际上Uniforamt和Masterformat是两种不同的建筑信息组织分类方法产生的编码系统,而功能上它们都可以成为工程项目管理的WBS。

起源

早在1969年英国皇家特许估算师协会(RICS)颁布了第一个房屋建筑的分 类标准,之后许多国家都在制定自己 的分类标准,欧盟制定了CEEC分类。(建设工程项目工作分解结构(WBS)的思考)Uniformat是由美国AIA与美国GSA联合开发的,美国ASTM基于Uniformat制定了ASTM E 1557-05分类标准,名称为 Uniformat II。最早在1989年颁布,最新版本为2005版 。MASTERFORMAT是由美国建筑标准学会CSI 和加拿大建筑标准学会CSC 最早在1972 年颁布,最新版本为2007版。是美加两国八个工业协会和专业学会共同倡导和努力的结果,在北美地区具有深远影响,历史悠久,应用广泛。 (more…)

从信息管理看建筑业的产业效率 里我分析了建筑产业效率与BIM的关系,多少有点个人预测性质的浅显说辞。但是在NBIMS发布的National BIM standard 1.0(PDF)里面,居然有这样一幅图片:

construction productivity

不同的是,BIM被赋予了更大的期望,该图显示建筑业的生产率在2012年之后将飞速增长。其增长率将远远大于传统制造业生产率的增长趋势。但是如果深入探究BIM发起者们的目标你就会明白:BIM的战略目标就是提高产业效率

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整合的力量 2007-01-30

整合的力量 The power of Integration

我在从信息管理看建筑业的产业效率曾经谈到,建筑业的产业效率相对而言还是很低下,至少在美国建筑业统计显示如此。但是这种状态正随着建筑业3D建模技术的不断进步而改变。尽管BIM和PDM有很多相似之处,但是建筑业的BIM系统仅仅用于设计过程,还不能像制造业的PDM那样用于生产和制造。

前几天注意到一则新闻:建筑机器人「衣服、鞋子、车子都能自动生产,为什么房子却还得以人工建盖呢?」因此,说出这段话的 Behrokh Khoshevis 博士和他在南加州大学的团队,决定投入美金 150 万元开发建筑工机器人,预计今年四月进行测试,以3D立体建筑方法,在24小时内完成一栋两层楼的房子。

building robot

由于建材只包含水泥及石膏,除了让室内装潢师还有口饭吃,更能在简化工程同时,容许较复杂的建筑设计和降低成本(约原来的五分之一)。由拉夫堡大学(Loughborough University)开发的建筑工机器人,则须花费一个礼拜的时间完成一栋建筑物,但屋内的水电配置及空调系统皆包含在工程内。

这显示建筑业的3D技术已经开始向生产和制造方向迈进了一大步,这个步伐的迈出不仅仅是计算机技术的进步,还有建筑业自身变革的进步。期望看到建筑业以及整个产业链能够在变革中不断成长。

由于偶然的机会看到了一张被广泛引用、用于说明美国建筑业产业效率下降的统计图表。

这使我感到惊异,建筑业竟然数十年来不曾进步!?但是联想一下我们自己的情况就会多少感叹建筑业的滞后:我们的业主、承包商、工程咨询服务商还不太习惯使 用电子图纸来提高效率;大部分的设计单位还在使用简单的局域网文件共享机制来实现在今天看来极其落伍的协同和共享。知识产权成为业主、设计单位不愿意提供 电子图纸的借口。Amar hanspal认为世界各国都存在着这样的问题,习惯于纸质信息的传递,相对封闭而且保守的沟通机制,产业结构的松散性质等等。于是建筑业的许多学者、企 业试图通过学习和借鉴其他工业行业的先进经验来提升产业效率。他们一致地提到了信息技术在整合建筑行业较能方面的作用和前景。

我们先看看制造业的成就:通 过不断的采用信息技术并持续改进,制造企业信息化已经发展成由企业资源计划(ERP)、供应链管理 (SCM)、客户关系管理(CRM)、产品数据管理(PDM)。四种信息系统的有机结合,构成的企业信息化业务平台。当这些信息系统成功应用上之后,有效缩短了产品形成周期,进一步提升了企业的响应速度与整体竞争能力,加快信息在企业中的流动,加速产品从设计到制造的转化,促进企业的现代化进程,集成企业信息进而为企业发展提供持续有效的支撑。尤其是PDM,除了传统的机械制造业具有成熟的PDM解决方案,越来越多的电子组装或研发行业正在考虑实施产品数据管理系统(PDM)。因此我们可以看到,制造企业信息化带给制造业的巨变。而这种巨变都是由信息技术带来的。

相应的建筑业也在努力寻求解决方案,无论是BENtley的microstation还是autodesk的Revit。这些基于BIM模型建立的信息整 合形式的设计平台,都已经具备信息集成开发工具的功能和规模。但遗憾的是,这两个产品在产品文档及其内涵信息结构化方面、配置管理方面、过程控制与整合方 面都与PDM平台存在一定的差距。

无论如何,建筑业认识已经看到了差距,并在努力改变这种状态。今天我们可以看到基于设计的企业级信息平台高效而持续地改善着设计单位的生产效率,在这些方面BENtley 和autodesk公司都做出了相当出色的解决方案。最为可贵的是建筑业的3D模型已经逐渐摆脱了几何模型的束缚,开始将设备、材料和零件的物理信息整合 在模型之中,这为在单一模型下完成整个设计-建造过程提供了最基础的保障。个人认为目前的建筑信息管理模型和系统还缺乏过程管理和控制、模型内部信息数据 没有有效整合,因此还有更大的空间可以挖掘。如果能够做到这一步,建筑产业格局将会因为信息化集成的程度提高而变得更加紧密,产业链的运作将更为有效。

最近稍有时间,继续关注了一下在”也谈模型的重要性“中提到的Building Infomation Modeling(BIM)。在喧嚣尘上的4D、5D技术的幻境讨论中,BIM出现了(以个人学习的感观评论),与上述技术着眼的角度不同,BIM首先解决的是整合整个设计流程,基于实现全过程的与现行设计标准、信息标准无缝结合,使其易用性、整合性空前强大。AIA做出了如下评论:

他是结合了项目信息数据库的信息模型技术,他有望从根本上改变工程项目的建成方式和项目各方的沟通方式。

在我看来,BIM就是使整个设计过程的所有参与方都仅对一个建筑模型进行设计和开发。想法非常简单,但实现起来难度非常大,比如标准问题、接口问题等等。现在看看这个BIM的优势吧:

整合设计过程

BIM不仅仅是电子文件交换的概念,而是提供了一个空前互用的模型平台,进而改变了设计创造、沟通和实施的方式。由于整合了所有设计参数和资料,意味着该模型可以用于成本估算、建筑模拟、工程计划、能源分析、结构设计、地理信息集成、建造、采购管理和设备管理等专业服务和过程。

BIM的建筑信息模型对于工程资料信息的整合能力远远超过了目前大多设计软件公司,基于整合的、参数化的、基于对象的系统将导致设计和建造方式的巨变。事实上BIM的出现与一些大型的设计软件公司的支持分不开。下面是几个参与开发和支持BIM模型的软件:(好像大牌都在里面)

通过信息共享增值

这似乎是个老套的命题,但是BIM共享将使得设计过程不仅仅限于提交设计成果本身,而是不断被补充完善的建筑信息库。这些信息被整合在建筑模型当中,并可以按照各个专业领域的标准被提炼出来,使得BIM成为一个工程项目生命周期工具。他可以用于建筑维护和资产管理。

据说BIM杯推动的同时希望采取类似WEB2.0的客户驱动的发展策略,其价值核心是有利于工程初期成本控制、提高设计生产率、便于后期维护。

其实纵观国际建筑设计前沿,整合性设计以及更加数字化、专业化的分析工具的应用正是推动BIM这种工具出现的动力。但是国内,好像很遥远。从项目管理的角度,我更加看重的是这种资源整合、过程整合以及无缝交流的前景。至少,fast track(并行设计施工)将更加”猖獗”。

下图是AIA对于BIM的一的图示

BIM

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