البروفيسور Zhang Jianping: الرقمنة قوة دافعة للبناء الذكي

مزامنة WeChat · Xiaowei · 2023-11-06

المقال التالي منشور فياستكشاف البناء الذكي، بقلم هيئة التحرير

الملخص

البناء الذكي هو نمط بناء جديد يغطي كامل دورة حياة المنتج الهندسي، يدمج بعمق تقنيات المعلومات من الجيل الجديد، ويهدف إلى تشكيل سلسلة صناعات متكاملة ونظام تشغيل تعاوني يغطي تخطيط المشروع وتأسيسه، والتصميم والتخطيط، والإنتاج والبناء، وتسليم المنتج، وخدمات التشغيل والصيانة، مما يُعدّ الطريق الرئيسي لدفع التحول في قطاع التشييد. يتناول هذا البحث التقنيات الرئيسية التي تحتاج إلى اختراق في البناء الذكي، ويقترح التفكير الرقمي والمسار الرقمي الموجَّه نحو البناء الذكي، فضلًا عن BIM الذكي المدفوع بالبيانات وتطبيقاته عبر دورة حياة المشروع كاملة، مستكشفًا مسارًا تقنيًا ممكنًا للبناء الذكي.

الكلمات المفتاحية: البناء الذكي الرقمنة BIM الذكي مشاريع التشييد

1. استراتيجية التنمية الرقمية على المستويين الوطني والقطاعي

1. استراتيجية التنمية الرقمية على المستويين الوطني والقطاعي

حاليًا، تشهد تقنيات المعلومات من الجيل الجديد تطورًا سريعًا، مما عزّز بشكل كبير التحول الرقمي والارتقاء في مختلف الصناعات. من بينها، تُعدّ تقنيات الاتصالات والإدراك الجديدة —مثل اتصالات الجيل الخامس 5G وإنترنت الأشياء والإنترنت الصناعي— أساسًا لحوسبة البيانات، إذ تتيح الحصول الفعّال والسريع على البيانات الضخمة. أمّا تقنيات حوسبة البيانات الجديدة المتمركزة حول الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة والبلوك تشين، فتحقق تخزينًا ومعالجة وحوسبة فعّالة للبيانات الموزَّعة الضخمة النطاق، جنبًا إلى جنب مع تقنيات الرقائق مثل GPU وFPGA، مما يوفر بيئة حوسبة للتحول الرقمي القطاعي. وتدفع تقنيات تحليل البيانات الجديدة —المتمثلة في التنقيب في البيانات والتعرُّف بالإدراك والتعلُّم العميق— تطوير جيل جديد من تقنيات الذكاء الاصطناعي المدفوعة بالبيانات الضخمة، مما يوفر دعمًا خوارزميًا للرقمنة القطاعية. لقد عزّزت تقنيات المعلومات الجديدة بشكل كبير القدرات على جمع البيانات ومعالجتها واستخدامها، مما يمكّن تحويل البيانات المُعزَّزة القيمة إلى «أصول معلوماتية»، ويدفع قفزات تنموية وتحولات جذرية في مختلف الصناعات.

بدفعٍ من النظريات والتقنيات الجديدة، وضعت الحكومة الصينية استراتيجيات تنموية كبرى لتعزيز «الإنترنت+» والبيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي، تشمل «الآراء التوجيهية بشأن الدفع النشط لإجراء الإنترنت+» الصادرة عن مجلس الدولة في يوليو 2015، و«المخطط العام لتعزيز تنمية البيانات الضخمة» الصادر في سبتمبر 2015، و«خطة تطوير الذكاء الاصطناعي للجيل الجديد» الصادرة في يوليو 2017. وتنفيذًا للاستراتيجيات الوطنية، أصدرت الجهات الوطنية والقطاعية المعنية سلسلة من السياسات الداعمة. من أبرزها: في مارس 2020، طرحت الجهة المركزية اتجاهات التنمية الرئيسية لـ«البنية التحتية الجديدة» على المستوى الوطني، داعيةً إلى تسريع بناء شبكات الجيل الخامس 5G ومراكز البيانات وغيرها من البنى التحتية الحديثة. واستجابةً لـ«البنية التحتية الجديدة»، طرحت وزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية (MOHURD) استراتيجية «البناء الحضري الجديد» لقيادة التحول الحضري ودفع التحديث. وفي يوليو 2020، أصدرت الوزارة بالتعاون مع 13 وزارة ولجنة «الآراء التوجيهية بشأن دفع التنمية المتزامنة للبناء الذكي وتصنيع البناء»، مرسِمةً استراتيجية التنمية الصناعية ومنظومتها لقطاع البناء في الصين، ومحدِّدةً هدف دخول البلاد في مصاف الدول الرائدة في البناء الذكي بحلول عام 2035.

ومع ذلك، لا تزال أساليب البناء التقليدية والنظام الإداري في قطاع التشييد الصيني متخلّفة نسبيًا، وتعاني من استهلاك عالٍ وانبعاثات مرتفعة وكفاءة منخفضة، فضلًا عن ضعف البنية التحتية للبيانات وتدني مستوى الرقمنة. وفي ظل الاستراتيجية الوطنية للرقمنة، يواجه التحول الرقمي والارتقاء الذكي في قطاع التشييد تحديات جسيمة، مما يكبّل بشدة تطوير البناء الذكي وتصنيع البناء المدعومَين بالرقمنة والذكاء.

2. الرقمنة هي الطريق الحتمي نحو البناء الذكي

2. الرقمنة هي الطريق الحتمي نحو البناء الذكي

2.1 البناء الذكي وتقنياته الجوهرية

التشييد الهندسي يشمل العملية الكاملة لبناء المشروع، من تخطيط وتأسيس المشروع، والتصميم والتخطيط، والإنتاج والبناء، إلى خدمات التشغيل والصيانة.

البناء الذكي هو نمط بناء جديد يغطي كامل دورة حياة المنتج الهندسي، يدمج بعمق تقنيات المعلومات من الجيل الجديد. يهدف إلى تحقيق التكامل والتعاون الرقمي في جميع مراحل وسلسلة المشروع —من التخطيط والتأسيس، والتصميم والتخطيط، والإنتاج والبناء، وتسليم المنتج، إلى خدمات التشغيل والصيانة— مما يدفع تحقيق الرقمنة في التصميم والتصنيع في البناء والحداثة في الإدارة، ويُعدّ الطريق الرئيسي لتسريع التحول في قطاع التشييد وإحداث تحول جذري في أساليب الإنتاج.

تشمل تطبيقات البناء الذكي بشكل رئيسي: الإدراك الذكي والتعرُّف والجمع لبيانات العملية الكاملة؛ وتحديد المواقع والتتبُّع والنقل والمراقبة والإدارة؛ والنمذجة الرقمية ومنصات إدارة البيانات؛ والتصميم التعاوني الرقمي؛ والإنتاج المصنعي والبناء الآلي؛ وإدارة اتخاذ القرار المدفوعة بالبيانات.

يدمج البناء الذكي تقنيات التشييد مع تقنيات المعلومات من الجيل الجديد مثل BIM والحوسبة السحابية والبيانات الضخمة وإنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي، ويشمل تحديدًا التقنيات الجوهرية التالية:

تقنية النمذجة الرقمية والمحاكاة للمشاريع الهندسية: تعريف المنتج الهندسي على أساس BIM، وبناء علاقات بيانات متعددة الأبعاد، ومحاكاة منطقه المكاني والفيزيائي والتشغيلي، ورسم ديناميكي حقيقي للعملية الكاملة للبناء، مما يحقق التوأم الرقمي للمنتج الهندسي وعملية تشييده.

تقنية الإدراك الذكي والتعرُّف والتحكُّم: استشعار معلومات حالة عملية البناء والموقع في الوقت الفعلي من خلال مجسّات متنوعة، مع دمج تقنيات BIM وإنترنت الأشياء والإنترنت المحمول والحوسبة السحابية والتعرُّف الذكي وتحديد المواقع الفوري والمراقبة الرقمية، لتحقيق الإدراك الذكي والتعرُّف والجمع لبيانات عملية تشييد المشروع بالكامل، وتحديد المواقع والتتبُّع والنقل والمراقبة والإدارة، ودعم مواقع العمل الذكية والخدمات اللوجستية الذكية.

تقنية اتخاذ القرار الذكي المدفوع بالبيانات الضخمة للمشاريع: إنشاء نماذج معرفية قائمة على البيانات الضخمة ومنهجيات جديدة للتنقيب في البيانات، من خلال التنقيب في البيانات وتحليلها واستخلاص الرؤى منها، لتحقيق الإنذار المبكر من الاتجاهات المتطرفة واستخلاص أسباب الانحراف والتحليل التنبؤي في مجالات الجدول الزمني والتكلفة والجودة والسلامة وغيرها، ودعم إدارة اتخاذ القرار الذكي القائم على البيانات والخوارزميات.

معدات هندسية مؤتمتة وذكية: على أساس المعدات الهندسية التقليدية، مع دمج تقنيات الإدراك والتعرُّف وتحديد المواقع والملاحة والتحكُّم الآلي، لتحقيق الإنتاج والتصنيع الرقمي المدفوع بـ BIM والبيانات، والبناء الروبوتي، بما يحلّ محلّ البشر في البيئات القاسية، ويرفع كفاءة العمل، ويقلّل العمالة.

2.2 التفكير الرقمي في البناء الذكي

خلاصة القول، يقوم البناء الذكي على تقنيات المعلومات من الجيل الجديد، ويدعمه الرقمنة والشبكة والذكاء، وتُعدّ الرقمنة فيه الأولوية القصوى لتحقيق البناء الذكي.

يتمثّل الهدف التنموي الحالي لقطاع التشييد في دفع التحول والارتقاء الرقمي للمؤسسات والقطاع، بهدف إعادة تشكيل العلاقات التنظيمية وأعمال الإنتاج باستخدام التقنيات الرقمية، وتحقيق الإدارة الرقمية. الاستراتيجية العامة تقوم على رقمنة المشروع بالكامل كأساس، واتخاذ البناء الذكي كنقطة انطلاق، وتحقيق الرفع الشامل لحوسبة البيانات وقوة الحوسبة والخوارزميات من خلال النمذجة الرقمية BIM وتطبيقاتها الشاملة عبر دورة الحياة، مما يوفر أساسًا وافرًا للبيانات لدعم التحول الرقمي للمؤسسات والقطاع.

الرقمنة هي وسيلة تقنية لتخزين ونقل ومعالجة وتطبيق المعلومات بصيغة ترميز رقمي، من خلال النمذجة الرقمية للكائنات أو العمليات الفيزيائية، لتشكيل توأم رقمي داخل الحاسوب. أمّا المعلوماتية فهي عملية توظيف تقنيات المعلومات لتحويل الهياكل الاقتصادية والاجتماعية التقليدية على أساس تنمية صناعة تكنولوجيا المعلومات. تؤكد الرقمنة على أتمتة وحوسبة استخدام المعلومات، وإعادة بناء العالم المادي في العالم الرقمي. بينما تؤكد المعلوماتية على تطبيق تقنيات المعلومات، ومشاركة موارد المعلومات، وتنمية صناعة المعلومات، واستخدام المعلومات وتقنياتها لتحويل العالم المادي وتشكيل القوى الإنتاجية المعلوماتية. الرقمنة هي أساس المعلوماتية ومنهجها، والمعلوماتية هي جوهر قيمة الرقمنة وتطبيق البيانات في العالم المادي.

من الخطة الخمسية الحادية عشرة إلى الخطة الخمسية الرابعة عشرة الحالية، شهد قطاع التشييد الصيني ازدهارًا في المعلوماتية، حيث استُخدمت تقنيات المعلومات في إدارة الإنتاج والأعمال واتخاذ القرار للمؤسسات المعمارية والمشاريع الهندسية، مما دفع تنمية كبيرة في معلوماتية القطاع. غير أن الرقمنة ظلت تعمل عند مستوى منخفض، وتأخّرت تقنيات معالجة البيانات نسبيًا، فكان تنفيذ المعلوماتية شاقًا والنتائج غير مثالية. تقوم عملية المعلوماتية التقليدية بشكل رئيسي على أعمال المؤسسة أو المشروع ودورات تشغيلها، وتعكس تفكيرًا مدفوعًا بالأعمال، وتستخدم الوسائل المعلوماتية فقط لتحسين أو تعديل عدد محدود من السلوكيات. في نموذج المعلوماتية المدفوع بالأعمال، تُدخل بيانات العمليات في الأنظمة لتكوين سجلات ونتائج تاريخية، ولا تتجاوز فائدة البيانات الاستعلام والتحليل الإحصائي اللاحق.

التفكير الرقمي يعني رفع مستوى العمليات الرقمية، ودفع تكنولوجيا المعلومات بالبيانات لإنتاج أشكال أعمال أو أنماط منتجات جديدة. هذا التوأم الرقمي ليس فقط خريطة ديناميكية حقيقية للكائن، بل يمكنه أيضًا تحقيق حساب متكامل شامل من خلال بناء علاقات بيانات متعددة الأبعاد، مما يعكس الواقع ويشخّص المشكلات ويحلّها ويتنبأ بالمستقبل.

2.3 المسار الرقمي للبناء الذكي

يقوم البناء الذكي على رقمنة المشروع الكامل كأساس داعم، لتحقيق إدارة بيانات عملية البناء بالكامل. وينبغي أن يشمل مساره التقني الجوانب التالية.

(1) النمذجة الرقمية والمحاكاة

يُعدّ BIM أساسًا مهمًا للنمذجة الرقمية في قطاع التشييد وتحقيق التوأم الرقمي، كما أنه المصدر الرئيسي للبيانات الضخمة الهندسية. يتطلّب الدفع العميق لنمذجة BIM الشاملة عبر دورة حياة المشروع وتطبيقاتها المتكاملة تحقيق توأم رقمي لبيانات عملية التشييد الكاملة، ومحاكاة منطقه المكاني والفيزيائي والتشغيلي. مع دمج الإدراك الذكي عبر إنترنت الأشياء والبيانات الحية المتصلة، تُنشَأ نقاط اتصال رقمية متعددة الأبعاد، وتُجمَع البيانات بطرق مختلفة، ويُحافَظ على «عرض البيانات» متصلًا على الإنترنت، مما يحقق نموًّا متعدد الأشكال للبيانات الضخمة الهندسية ويوفّر أساسًا لحوسبة البيانات لتراكم البيانات الضخمة القطاعية.

(2) منصة الإدارة الرقمية

بناءً على بنية الشبكة الموزَّعة للحوسبة الطرفية، تُنشَأ منصة BIM السحابية المستقلة والقابلة للتحكم الذاتي لمشاريع التشييد، بل ومراكز بيانات ضخمة على مستوى المؤسسات والقطاع، لتوفير تخزين سحابي موزَّع لـ BIM والبيانات الضخمة الهندسية ومعالجتها وحوسبتها بكفاءة عالية، وآليات إنشاء النماذج الرقمية الكاملة وإدارتها وتطبيقها، وآليات العمل التعاوني والتحكُّم في منطق الأعمال، مع التحكُّم في تدفّقات البيانات وتدفّقات العمل عبر عملية التشييد بأكملها. كما يوفّر ذلك دعمًا لحوسبة البيانات الضخمة وإدارتها وتنقيبها وتحليلها على مستوى القطاع.

(3) المنتجات والخدمات الرقمية

إنشاء نظام شامل للمنتجات والخدمات يغطي التصميم الرقمي والإنتاج والتشغيل، من خلال تطوير البرمجيات الهندسية وتحويلها إلى منتجات، لتشكيل منظومة برمجيات شاملة لسلسلة الصناعات تعتمد على برمجيات BIM المستقلة والقابلة للتحكم في قلبها، مع ربطها بمنظومة CIM المحلية، لدعم التخطيط وتأسيس المشروع والتصميم والتخطيط والإنتاج والبناء وإدارة التشغيل والصيانة المدفوعة بالبيانات، لتشكيل سلسلة صناعات متكاملة وتحقيق تسليم المنتجات الهندسية الخضراء المستدامة وخدمات التشغيل والصيانة.

(4) تشغيل الأعمال واتخاذ القرار المدفوع بالبيانات

بناءً على التوأم الرقمي للبيانات القائم على BIM، يمكن تحقيق الرسم الديناميكي للعملية الكاملة للبناء، وإنشاء تلقائي للمنطق المكاني والفيزيائي والتشغيلي المعقّد وعلاقات البيانات متعددة الأبعاد، مع إمكانية تطوير خوارزميات وأدوات تحليل بيانات أكثر علمية وكفاءة، وتعزيز التجزئة والتحليل على أبعاد مختلفة للبيانات، لدفع التشغيل الدقيق للأعمال وإدارتها من خلال تحليل البيانات. بناءً على بيانات المؤسسة الخاصة والبيانات الضخمة القطاعية، تتشكّل رؤى وتحليلات متعددة المستويات والأبعاد واتجاهات استشرافية تجاه الصناعات والقطاعات والمنتجات وشرائح العملاء، لدفع نموّ الأعمال من خلال استخلاص الرؤى من البيانات، والترقية من اتخاذ القرار المدفوع بالعمليات والخبرة إلى اتخاذ القرار المدفوع بالبيانات.

(5) المعدات الهندسية الذكية بالتكامل بين الإنسان والآلة

من خلال دمج تقنيات الإدراك والتعرُّف وتحديد المواقع والملاحة والتحكُّم الآلي، تتمتّع المعدات الهندسية الذكية بخصائص الإدراك الذاتي والتكيُّف الذاتي والتحكُّم الذاتي. اعتماد نمط جديد من التكامل بين الإنسان والآلة يتفاعل فيه الإنسان والآلة والبيئة، لتشكيل نماذج تعاونية متعدّدة بين الآلة والآلة والإنسان والآلة، مما يمكّن من التحكُّم الذاتي والمراقبة الذكية وتشخيص الأعطال أثناء التشغيل.

3. تطور تقنية BIM في خدمة البناء الذكي

3. تطور تقنية BIM في خدمة البناء الذكي

أمام استراتيجيات التنمية الوطنية والقطاعية، أصبح كيفية تحقيق اختراقات إضافية في تقنية BIM وتعميق تطبيقاتها، لتوفير الأساس والدعم الرقميين للرقمنة القطاعية والبناء الذكي، من المشكلات الملحّة التي يتعيّن حلّها. على أساس أكثر من عشرين عامًا من البحث المنهجي والممارسة، طرح فريق بحث BIM في جامعة تسينغهوا بشكل مبتكر مفهوم BIM الذكي المدفوع بالبيانات وتطبيقاته الشاملة عبر دورة الحياة، مستكشفًا مسارًا تقنيًا ممكنًا لرقمنة المشروع الكاملة والبناء الذكي.

يتميّز BIM الذكي بخصائص نموذجية تشمل الذكاء المستقل لـ BIM، والدفع بالبيانات الضخمة، والدعم البيئي الذكي. ينبع الذكاء المستقل من البنية الكاملة لنموذج BIM، التي ينبغي أن تشمل نماذج المنتجات ونماذج العمليات ونماذج اتخاذ القرار، وتتميّز بكمال البيانات وعلاقاتها وديناميّتها، مما يدعم الربط الذكي للنماذج والتطوّر التلقائي والتحديث الذاتي واتخاذ القرار المدفوع بالبيانات.

3.1 دعم بيئة BIM الذكي

مع التطوّر السريع لتقنيات المعلومات من الجيل الجديد، تندمج تقنية BIM بعمق مع إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية والبيانات الضخمة، متطوّرةً تدريجيًا نحو تقنية BIM الذكية. يحتاج BIM الذكي أوّلًا إلى دعم بيئة الأجهزة والبرمجيات. بيئة الأجهزة الذكية قائمة على البنية التحتية للمعلومات في «البنية التحتية الجديدة»، حيث تُوصَّل الأجهزة الذكية المختلفة بالإنترنت لتتمكّن من تبادل المعلومات تلقائيًا وتنفيذ الإجراءات والتحكُّم، مما يحقق الإدراك الذكي والتعرُّف والجمع لبيانات المشروع طوال دورة الحياة، وتحديد المواقع والتتبُّع والنقل والمراقبة والإدارة.

بيئة البرمجيات الذكية قائمة على البنية التحتية المتكاملة ضمن «البنية التحتية الجديدة»، حيث تدمج BIM مع الحوسبة السحابية والبيانات الضخمة وإنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي، لتحقيق دمج البيانات الضخمة غير المتجانسة وتخزينها وتنقيبها وتحليلها طوال دورة حياة المشروع، من البيانات إلى المعلومات ثم المعرفة والحكمة، لدعم البناء الذكي والإدارة.

3.2 دعم تطبيقات BIM الذكي

النمذجة الشاملة لـ BIM وتطبيقاتها المتكاملة طوال دورة حياة المشروع هي دعامة تطبيقات BIM الذكي، وهي أيضًا السبيل الوحيد للنمذجة الرقمية القطاعية وتراكم البيانات الضخمة. تشمل التطبيقات المتكاملة لـ BIM طوال دورة حياة المشروع ثلاثة مستويات: التكامل بين التخصّصات المتعددة كالإنشاءات المدنية والكهروميكانيكية والواجهات الزجاجية؛ والتعاون بين الأطراف المتعددة من جهات البناء ومؤسسات التصميم والمقاولين ومديري التشغيل والصيانة؛ والتطبيقات عبر المراحل من التخطيط والتصميم والبناء والتشغيل والصيانة.

لتحقيق هذه التطبيقات المتكاملة الثلاثة، لا بدّ من دعم تقنية إنشاء BIM طوال دورة الحياة، بما يشمل بنية BIM لنظام دورة الحياة الكاملة وبيئة مشاركة المعلومات، وتقنيات نمذجة BIM طوال دورة الحياة، وتقنيات تخزين وإدارة بيانات BIM، وتقنيات استخراج النماذج الفرعية لـ BIM وتكاملها، وغيرها. كما لا غنى عن دعم إدارة التطبيقات المتكاملة لـ BIM، بما يشمل معايير وإرشادات تطبيقات BIM، وأنماط الإدارة القائمة على BIM، وتنظيم العمليات التجارية القائمة على BIM وضبطها. تندمج جميع تقنيات الدعم هذه وإداراتها في منصة BIM موحَّدة، لدعم التطبيقات المتكاملة لـ BIM على ثلاثة مستويات طوال دورة حياة المشروع، وتشكيل نمذجة BIM رقمية كاملة، وتوفير أساس البيانات لرقمنة دورة حياة المشروع الكاملة وتراكم البيانات الضخمة الهندسية.

3.3 دعم إدارة BIM الذكي

منصة BIM ومركز البيانات هما دعامة إدارة BIM الذكي، كما أنهما أساس مهمّ لإدارة البيانات الضخمة الهندسية وتنقيبها.

(1) الوظائف الأساسية لمنصة BIM وخصائصها التقنية

بصفتها منصّة تطبيقات موجَّهة للمستخدم، تتمتّع منصة BIM بثلاث وظائف أساسية:

توفير آليات إنشاء BIM وإدارته وتطبيقه طوال دورة حياة المشروع، لتحقيق مشاركة المعلومات ونقلها دون فقدان بين جميع المراحل والأطراف والتخصّصات.

توفير آليات العمل التعاوني والتحكُّم في منطق الأعمال، لتحقيق العمل التعاوني متعدّد الأطراف وتنظيم العمليات التجارية وجَدْولَتِها.

توفير بيئة تشغيل لتطبيقات BIM والبرمجيات التجارية ذات الصلة، والوظائف التجارية الأساسية العامة، لتحقيق الوظائف التجارية القائمة على BIM.

في العادة، تتمتّع منصة BIM النموذجية بأربع خصائص تقنية مهمّة:

نظام هيكلي BIM قائم على معايير مفتوحة، قادر على التعبير الرقمي الكامل لكيانات مرافق المشروع ومنطقها المكاني والفيزيائي والهندسي وخصائصها ذات الصلة.

تقنيات نمذجة BIM قادرة على بناء علاقات طوبولوجية مكانية وعلاقات منطقية فيزيائية وهندسية للنموذج، ودعم الربط الذكي والتطوّر التلقائي والتحديث الذاتي للنموذج المدفوع بالبيانات.

تقنيات تخزين BIM قادرة على دعم التخزين السحابي الموزَّع لبيانات مستوى الكائن، مع القدرة على تخزين وإدارة البيانات المهيكلة وغير المهيكلة وبيانات التدفُّق.

تقنيات تكامل BIM قادرة على دعم استخراج بيانات BIM وتكاملها ودمجها مع بيانات غير متجانسة من إنترنت الأشياء وGIS والأنظمة الخارجية.

(2) المنصّة السحابية لـ BIM الذكي

بصفتها الدعامة المركزية لتقنية BIM وتطبيقاتها، تدعم منصة BIM التطبيقات طوال دورة حياة المشروع وتحمل بياناته الكاملة، وترتبط تطبيقاتها ارتباطًا وثيقًا بقضايا كبرى مثل ضمان أمن البيانات وفقدان الأصول المعلوماتية. ومع ذلك، لا تزال نسبة كبيرة من مشاريع التشييد في الصين حاليًا تستخدم منصّات وبرمجيات أجنبية، مما يشكّل مخاطر جسيمة. مع انتشار تطبيقات BIM، يحظى تطوير منصّات BIM وتطبيقاتها البرمجية المستقلة والقابلة للتحكُّم المحلي باهتمام كبير من الدولة والقطاع، وأُدرِجت ضمن تقنيات «اختناق العنق» والمنتجات التي تحتاج إلى اختراقات عاجلة. على سبيل المثال، يكرّس فريق بحث BIM في جامعة تسينغهوا نفسه منذ فترة طويلة لبحوث منهجية في نظريات BIM ومنهجياتها وتقنياتها وتطبيقاتها، وطوّر منصة BIM ذات الملكية الفكرية المستقلّة الكاملة وسلسلة من التطبيقات البرمجية، وحقق تحويل الإنجازات العلمية والتكنولوجية، وطبّقها بنجاح في مئات المشاريع الهندسية، محتلاًّ مرتبة رائدة محليًا ودوليًا.

بنية منصة BIM السحابية المطوّرة على أساس مفاهيم وتقنيات BIM الذكي موضّحة في الشكل 1. تعتمد منصة BIM السحابية على تقنيات الدعم الأساسية للبيانات الضخمة والحوسبة السحابية، بما في ذلك الخوادم القابلة للتوسُّع وقواعد البيانات السحابية والبيانات الضخمة والتخزين الموزَّع، لتوفير خدمات سحابية آمنة عالية المرونة منخفضة التكلفة، وتحقيق التخزين الموزَّع لبيانات BIM القائم على البنية السحابية. على هذا الأساس، تمّ تطوير محركات البيانات ومحركات الرسوم ومحركات تكامل إنترنت الأشياء كمنصّة بيانات متوسطة، وفي شكل خدمات البيانات وخدمات الرسوم وخدمات الواجهات وخدمات التكوين، لتشكيل منظومة خدمات نمطية موجَّهة للتصميم والبناء والتشغيل والصيانة. توفّر المنصّة خوارزميات لتخفيف نماذج BIM ومعالجتها بكفاءة عالية، بما في ذلك تقسيم الشبكات المعقّدة ودمج الشبكات المتكرّرة وتبسيط الشبكات وحساب LOD وضغط الهندسة وتحميل البلاطات، لدعم التحميل الفعّال والمنخفض الاستهلاك والسلس لبيانات النماذج الكبيرة النطاق. في الوقت نفسه، تطبّق المنصّة تقنيات التخزين المؤقّت السريع وتسريع CDN وتحميل البيانات غير المتزامن وتحليل البيانات الضخمة ومحركات البحث الذكية، لتتمتّع بقدرات الاستجابة السريعة والتشغيل المريح والذكاء.

تتمتّع منصة BIM السحابية بقدرات مرنة على تكامل الأنظمة وربط الأجهزة، لتشكيل دعم بيئة ذكية، يشمل أجهزة جمع البيانات والمعدّات الذكية للإدراك وأجهزة التشغيل متعدّدة المنصّات والأنظمة الخارجية وأجهزة المراقبة التابعة لها وأجهزة العرض المرئي. يمكنها دعم وتكامل أنظمة التطبيقات الإنشائية والتشغيل الذكي والصيانة، ومصانع العوارض الذكية، وأنظمة الطرق الديناميكية للقياس والتسعير، وتكامل بيانات مشاريع مختلفة، لتحقيق مزايا التطبيقات المختلفة.

الشكل 1 مخطّط بنية منصة BIM السحابية (مثال من جامعة تسينغهوا)

3.4 دعم تقنية BIM الذكي

يوفّر تشييد منصة BIM ومركز البيانات وتطبيقهما دعمًا تقنيًا لمزيد من دمج التقنيات الذكية، واستغلال البيانات الضخمة لدفع الإدارة الذكية واتخاذ القرار. تشمل تطبيقات الدمج بين BIM والتقنيات الذكية: الإدارة المدفوعة بالبيانات، والمراقبة الرقمية الديناميكية، والإدراك الذكي وتحديد المواقع، واتخاذ القرار الذكي القائم على «البيانات + الخوارزميات».

(1) الإدارة المدفوعة بالبيانات

يمكن لمنصة BIM السحابية أن توفّر للمستخدمين وظائف الإدارة المدفوعة بالبيانات مثل محرّك البحث عن البيانات الزمانية المكانية والتحليل التجميعي، وتحديد المواقع التلقائي للنموذج والربط الذكي لبيانات الأعمال، والربط التجاري والتحليل التجميعي، واستخراج النماذج متعدّدة المستويات.

1) البحث عن المعلومات والتحليل التجميعي على أساس الخصائص الزمانية المكانية: بالنسبة لأيّ كائن أو عنصر في النموذج، تحقيق البحث والتجميع لبيانات الأعمال الهندسية وبيانات الموارد (العمالة والمواد والمعدّات) في أيّ وقت محدّد، وتوفير الإدارة الوظيفية المتخصّصة واتخاذ القرار التحليلي. مثل حساب إنجاز كمّيات الأعمال في أيّ موقع وفي أيّ فترة زمنية، أو أوضاع التكلفة أو موارد العمالة والمواد والمعدّات.

2) تحديد المواقع التلقائي للنموذج والربط الذكي لبيانات الأعمال: من خلال إنشاء قواعد الربط بين عناصر النموذج وبيانات الأعمال، لتحقيق الربط الديناميكي الذكي بين النموذج والأعمال، بحيث يتكيّف الربط تلقائيًا عند تغيير النموذج أو تغيّر بيانات الأعمال.

3) الربط التجاري والتحليل التجميعي: تحقيق الربط الذكي والتحليل التجميعي للأنظمة التجارية ذات الصلة. على سبيل المثال، بربط نظام حساب الكمّيات الديناميكي بنظام إدارة موارد العمالة والمواد والمعدّات، يمكن ربط كمّيات الأعمال واحتياجات الموارد المحدّدة لموقع محدّد في فترة زمنية محدّدة تلقائيًا بنظام إدارة الموارد، لتقييم ما إذا كانت الموارد المتاحة قبل بدء العمل تلبي الاحتياجات، وإجراء توزيع ومعالجة الموارد اللازمة.

4) استخراج النماذج متعدّدة المستويات: وفقًا لمتطلبات التطبيق، استخراج نماذج بدرجات تفصيل مختلفة، مما يدعم الإدارة متعدّدة المستويات من الكلّي إلى التفصيلي الدقيق، والتعامل الفعّال مع إدارة BIM وعرض المشاريع الكبيرة النطاق والإقليمية والخطّية.

(2) المراقبة الرقمية الديناميكية

يدمج BIM المراقبة الرقمية لتحقيق نموّ متعدّد الأشكال للبيانات، بدمج BIM مع المراقبة الرقمية والقياس الحديث والمسح الضوئي بالليزر ثلاثي الأبعاد وغيرها من التقنيات، مما يحلّ بشكل فعّال مشاكل المراقبة الديناميكية للجودة والسلامة في مواقع البناء، وتحليل تحديد المواقع بدقّة للبناء الهيكلي المعقّد. وفي الوقت نفسه، تحقيق المراقبة البيئية والإدارة في الوقت الحقيقي حول موقع البناء، بما في ذلك تركيز الغبار وتركيز الجسيمات ومؤشّر الضوضاء ومراقبة الفيديو.

(3) الإدراك الذكي وتحديد المواقع

من خلال دمج BIM مع تقنية إنترنت الأشياء، تحقيق ربط معلومات المستشعرات مثل رموز QR وRFID والاستشعار بالأشعة تحت الحمراء والمسح بالليزر مع BIM، لحلّ مشاكل التعرُّف الذكي وتحديد المواقع والتتبُّع والمراقبة والإدارة في تطبيقات BIM. يمكن تحديد مواقع أجهزة إنترنت الأشياء IOT داخل النموذج، مع إشارة ديناميكية لحالتها التشغيلية، لتحقيق المراقبة الفورية لحالة الأجهزة IOT وتتبع البيانات الفورية وتوفير خدمات الإنذار. وقد نجح تطبيق تقنية الإدراك الذكي وتحديد المواقع في المراقبة الأمنية والبيئية أثناء البناء وفي الموقع، وتوزيع مواد البناء وتتبع الخدمات اللوجستية، ومراقبة تشغيل المرافق والمعدّات في التشغيل والصيانة الذكي للمشروع، والتعرُّف على الأعطال بالإدراك، ومراقبة استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون.

(4) اتخاذ القرار الذكي «البيانات + الخوارزميات»

بناءً على تخزين البيانات طوال دورة المشروع القائم على البنية السحابية ومحركات البحث عن البيانات الضخمة وآليات دمج البيانات وتنقيبها، يمكن دعم خوارزميات التحليل مثل التعلُّم العميق ومعالجة اللغة الطبيعية والتعرُّف بالإدراك، وتشكيل منظومة اتخاذ القرار الذكي «البيانات + الخوارزميات». من خلال أدوات التحليل مثل البحث المكاني الزمني والتحليل التجميعي والتحليل التنبّؤي بالاتّجاهات وتنقيب الأنماط المتكرّرة والمراقبة غير الطبيعية والتصنيف والتجميع التلقائي، يمكن توفير التحليل واتخاذ القرار وفقًا للاحتياجات الفعلية لمراحل التصميم والبناء والتشغيل والصيانة للمشروع، ودعم القرارات القيادية على مستوى المؤسسة وإدارة الأعمال المختلفة بناءً على تحليل معمَّق للبيانات.

4. التحديات وسبل المواجهة

4. التحديات وسبل المواجهة

وفقًا لاستراتيجية الرقمنة الوطنية والتوجّهات السياساتية لقطاع التشييد، يُعدّ اتخاذ البناء الذكي كنقطة انطلاق لدفع التحوّل في قطاع التشييد تيارًا لا رجعة فيه. ومع ذلك، لا يزال القطاع يواجه مشاكل مثل ضعف البنية التحتية للبيانات ونقص تراكم البيانات الضخمة، مما لم يؤدِّ إلى تحسّن ملحوظ في مستوى الرقمنة؛ ولا تزال تطبيقات الذكاء الاصطناعي من الجيل الجديد في مراحلها المبكّرة، مع افتقارها لحلول منهجية شاملة؛ ولا يزال التطبيق الواسع لتقنية BIM —كحجر أساس للرقمنة— يواجه مشاكل عديدة مثل عدم اكتمال نظام المعايير، وضعف السياسات واللوائح، والحاجة إلى اختراقات تقنية، وعدم توافق البرمجيات التطبيقية. وبخاصّة أنّ تقنيات اختناق عنق الزجاجة مثل محرّكات نماذج التوأم الرقمي وبرمجيات النمذجة الأساسية تفتقر إلى الحلول، مما يعيق تطبيقات BIM التصميمية، ويجعل التكامل بين التطبيقات صعبًا، ويحول دون تحقيق النمذجة الرقمية الكاملة لـ BIM، ويجعلها غير كافية لدعم رقمنة دورة حياة المشروع الكاملة والبناء الذكي.

يتضمّن التحوّل الرقمي للقطاع والبناء الذكي أطرافًا متعدّدة في قطاع التشييد، ويتأثّر بشدّة بالتوجّهات السياساتية وأوضاع السوق ونشر الأبحاث وآليات الترويج، ومسيرة تنميته طويلة. يدرس هذا البحث، من خلال رقمنة دورة حياة المشروع الكاملة، مسارًا تقنيًا لربط سلسلة بيانات التشييد وسلسلة الأعمال. غير أنّ ربط سلسلة الصناعات وسلسلة التموين الهندسية يتطلّب ليس فقط دعمًا تقنيًا، بل أيضًا تحوّلات شاملة وتمكينًا رقميًا في جميع المراحل وأنظمة الإنتاج وأساليب التنظيم ونماذج الأعمال والتعاون بين المؤسسات. الأولوية الحالية هي إنشاء هيكل تنظيمي وآليات تشغيل تعاوني للدفع بالبناء الذكي، وإكمال البنية التحتية للبيانات؛ وزيادة الاستثمار في البحوث العلمية وتطوير البرمجيات الأساسية، واختراق التقنيات الرئيسية المحورية «اختناق العنق»، لتشكيل منظومة برمجيات شاملة ومستقلة لسلسلة الصناعات تتمحور حول برمجيات BIM؛ من خلال تصميم علوي متكامل، رسم خارطة طريق لتطبيقات BIM والتنمية الرقمية وتنفيذ البناء الذكي، ودفع التطبيقات العميقة لـ BIM ورقمنة دورة حياة المشروع الكاملة بشكل تدريجي ومنهجي، لتحقيق التطوّر السريع للبناء الذكي مدفوعًا بالرقمنة.

المراجع:

[1] SACKS R, EASTMAN C, LEE G, وآخرون. BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, designers, engineers, contractors, and facility managers[M]. John Wiley & Sons, 2018.

[2] Lin Jiarui. تقنيات ومنصّة إدارة دورة الحياة الكاملة للمساكن الخضراء الموجَّهة نحو التصنيع [D]. جامعة تسينغهوا، 2016.

[3] Lin Jiarui، Zhang Jianping. مراجعة شاملة لتطوّرات سياسة BIM في الصين وتحليل نصّي [J]. تقنيات البناء، 2018، 47(06): 73-78.

[4] Zhang Jianping، Li Ding، Lin Jiarui، Yan Gangwen. تطبيقات BIM في التشييد الهندسي [J]. تقنيات البناء، 2012، 41(16): 10-17.

[5] Lin Jiarui، Zhang Jianping. التوليد التلقائي لنموذج محاكاة توزيع الموارد الإنشائية القائم على BIM وتطبيقه [J]. تقنيات البناء، 2016، 45(18): 1-6.

[6] Hu Zhenzhong، Peng Yang، Tian Peilong. مراجعة لأبحاث وتطبيقات إدارة التشغيل والصيانة القائمة على BIM [J]. مجلّة علوم الرسوم، 2015، 36(05): 802-810.

[7] ZHANG J, LIU Q, HU Z. A Multi-Server Information-Sharing Environment for Cross-Party Collaboration on a Private Cloud[J]. Automation in Construction, 2017, 81: 180–195. DOI:10.1016/j.autcon.2017.06.021.

[8] ZHANG J, HU Z. BIM-and 4D-based integrated solution of analysis and management for conflicts and structural safety problems during construction: 1. Principles and methodologies[J]. Automation in construction, 2011, 20(2): 155–166.

[9] LIN J-R, ZHANG J-P, ZHANG X-Y. Automating Closed-Loop Structural Safety Management for Bridge Construction through Multisource Data Integration[J]. Advances in Engineering Software, 2019, 128: 152–168. DOI:10.1016/j.advengsoft.2018.11.013.

[10] ZHANG Y-Y, KANG K, LIN J-R. Building Information Modeling–Based Cyber-Physical Platform for Building Performance Monitoring:[J/OL]. International Journal of Distributed Sensor Networks, 2020[2020–05–18]. https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1550147720908170. DOI:10.1177/1550147720908170.

[11] ZHOU Y-W, HU Z-Z, LIN J-R. A review on 3D spatial data analytics for building information models[J]. Archives of Computational Methods in Engineering, 2020, 27(5): 1449–1463.

[12] WEN Q, ZHANG J-P, HU Z-Z. A data-driven approach to improve the operation and maintenance management of large public buildings[J]. IEEE Access, 2019, 7: 176127–176140.

نبذة عن المؤلف

Zhang Jianping، حاصل على درجة الدكتوراه، أستاذ ومشرف دكتوراه في قسم الهندسة المدنية بجامعة تسينغهوا.

كرّس نفسه منذ فترة طويلة للتدريس والبحوث في مجال تقنية المعلومات في الهندسة المدنية، وهو من أوائل الباحثين والمروِّجين لتقنية BIM ومعايير IFC في الصين. ترأّس وأكمل عشرات المشاريع البحثية شملت الخطط الخمسية «الحادية عشرة» و«الثانية عشرة» و«الثالثة عشرة»، وبرنامج 863 الوطني، ومؤسّسة العلوم الطبيعية الوطنية. أجرى بحوثًا مثمرة في مجالات CAD/CAE للهندسة المدنية و4D-CAD وBIM وإدارة دورة حياة المباني والمعلوماتية في قطاع التشييد والحدّ من الكوارث الرقمية وتقنيات اتخاذ القرار الذكي، محقِّقًا مكانة أكاديمية رفيعة ومحتلًّا مرتبة رائدة محليًا ودوليًا. نشر 6 كتب ومؤلفات وأكثر من 200 ورقة بحثية أكاديمية. حصل 3 مرّات على الجائزة الأولى لعلوم وتكنولوجيا التشييد (Huaxia)، ومرة واحدة على الجائزة الثانية، وجائزة بكين للعلوم والتكنولوجيا من الدرجتَين الثانية والثالثة، وجائزة بكين للنتائج التعليمية في التعليم العالي من الدرجة الثانية، وغيرها. وحصل على ألقاب العامل العلمي والتكنولوجي المتقدّم على المستوى الوطني، والمعلّم المتميِّز في الجامعات البكينجية، والفرد المتقدّم في «رائد التعليم» ببكين، ورئيس المقرّرات الوطنية النموذجية.

يشغل حاليًا مناصب متزامنة تشمل: عضو لجنة البناء الأخضر التابعة لوزارة الإسكان والتنمية الحضرية والريفية (MOHURD)، وعضو استشاري في لجنة توحيد معايير تقنية المعلومات بالوزارة، ونائب رئيس مجلس الرقابة في الجمعيّة الصينيّة للرسوم الهندسيّة، ومستشار خبير في اللجنة الأكاديميّة لتقنية BIM التابعة للجمعيّة المعماريّة الصينيّة، وعضو دائم في لجنة BIM/CIM لجمعيّة توحيد معايير الهندسة المعماريّة الصينيّة، وعضو دائم في مجلس إدارة تحالف تطوير BIM الصيني، ومستشار خبير في تحالف تطبيقات BIM ببكين، وعضو في لجنة BIM للجمعيّة الدوليّة للحوسبة في الهندسة المدنيّة والبناء.

END

يُحظر إعادة النشر دون تصريح

عند إعادة النشر يُرجى ذكر المصدر: Zhuwei Architectural Technology

شركة Zhuwei للتكنولوجيا المعمارية هي شركة خدمات تقنية من طراز جديد، متخصصة في التحسين المتكامل للتصميم واستشارات BIM واستشارات التصميم المسبق الصنع. يجمع فريقنا مهندسين كبار من كبريات معاهد التصميم، ومديرين تنفيذيين سابقين في شركات عقارية، ومهندسي BIM ومهندسي تصنيع مسبق، ويقدم التحسين المتكامل للتصميم، والمراجعة الدقيقة للمخططات، واستشارات BIM مع تفصيل MEP، وخدمات التصميم المسبق الصنع.

استشارات تحسين التصميم: نعمل امتداداً ومكملاً لإدارة التصميم لدى المطورين العقاريين، ونركز على الاستشارات والتحسين للمباني المدنية. عبر العملية بأكملها — أو في المراحل الرئيسية التي يحددها العميل — نضبط اقتصادية التصميم وعقلانيته وسلامته، ونزيل التكاليف غير الضرورية مع تحسين جودة المخططات بشكل قابل للقياس، محققين "تكلفة أقل وكفاءة أعلى".

استشارات BIM: من خلال تقنيات البناء الرقمي، نساعد المصممين على تقليل الأخطاء ورفع الجودة في مرحلة التصميم، ونساعد المقاولين على توفير التكاليف وتخطيط تركيبات MEP عالية الجودة في مرحلة البناء، ونمد نماذج BIM إلى إدارة المرافق في مرحلة التشغيل — بالتعاون مع كبرى شركات البرمجيات.

استشارات التصميم مسبق الصنع: تصميم كامل العملية على منصات BIM، باستخدام Revit وTekla لتفصيل مكونات PC. ترتبط هندسة المكونات وحديد التسليح بارامترياً — ما تراه هو ما تحصل عليه. نسلم مخططات جاهزة للثورة الصناعية 4.0 مع أطوال القص لكل قضيب حديد، ودعماً بإنترنت الأشياء لإنتاج مكونات PC وتخزينها ونقلها وتركيبها.

يضم فريق خبرائنا كوادر من كبريات مؤسسات التصميم، بقاعدة تقنية راسخة وخبرة غنية في التصميم والتحسين المزدوج، مع قدرة تقنية ومستوى تحكم في صدارة القطاع.

—— هذا المقال مزامَن تلقائيًا من حساب WeChat الرسمي «Zhuwei Architectural Technology». اقرأ الأصل ——

→ العودة إلى الأخبار