全壽命周期BIM深度信息模型的構(gòu)建

李春紅，林旭霞，李婉嫦，肖皓天

（東莞理工學(xué)院，廣東東莞 523808）

0 引言

近年來，建設(shè)項目全壽命周期管理的理念已經(jīng)逐漸被大家所接受。全壽命周期管理的方法可以在建筑工程的規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、運營維護等階段，利用信息技術(shù)創(chuàng)建、管理和共享建筑工程的信息，有效控制工程投資和進度，保證工程質(zhì)量和安全，使工程更加環(huán)保節(jié)能，降低工程運營維護成本，實現(xiàn)工程的最大增值[1]。然而，項目全壽命周期管理時間跨度長，參與建設(shè)運營的單位和部門眾多，涉及的人、財、物繁雜，傳統(tǒng)管理鏈條上分段分片割據(jù)的現(xiàn)狀，形成了一個又一個的信息孤島。建筑信息模型BuildingInformationModeling/model（簡稱BIM）技術(shù)的出現(xiàn)，為建設(shè)項目實現(xiàn)全壽命周期管理的愿景提供了強大的技術(shù)支持，使項目信息有可能在建筑模型的航母上集中、流動和應(yīng)用。根據(jù)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》的定義，建筑信息模型是指在建設(shè)工程及實施全壽命周期內(nèi)，對其物理和功能特性進行數(shù)字化表達，并依此設(shè)計、施工和運營的過程和結(jié)果的總稱[2]。BIM技術(shù)經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，人們的關(guān)注點已經(jīng)逐漸從酷炫的三維模型“M”（model）向信息“I”（Information）的多元化應(yīng)用轉(zhuǎn)移，建設(shè)項目的信息集成化應(yīng)用是BIM技術(shù)發(fā)展的方向，也是工程項目管理的發(fā)展方向。要應(yīng)用項目全生命周期信息，關(guān)鍵的第一步是要進行信息的采集和結(jié)構(gòu)化整理。截止到2019年底，中國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了五本關(guān)于建筑信息模型的國家標準和一本行業(yè)標準，各省市也陸續(xù)發(fā)布了地方標準和指南，然而，未見全生命周期深度信息模型的詳細建模標準。全壽命周期BIM深度信息模型嘗試從建設(shè)項目的基本單元“分項工程”，打通產(chǎn)品-設(shè)計-施工-后運維之間的信息關(guān)聯(lián)，探索一種BIM模型的全生命周期信息收集模式。

1 全壽命周期BIM深度信息模型的涵義

目前，建設(shè)項目中使用的BIM模型仍然以三維模型為主。由于缺少項目全壽命周期信息，BIM模型中信息對項目各階段的決策支持顯得乏力。只有獲取了項目全壽命周期的深度信息，才可以進行建設(shè)項目全壽命周期推演，才能在建設(shè)各階段，為項目定位、設(shè)計、施工和采購提供決策支持，用后運維的信息制約前期策劃，使建造與運維形成良好的互動。建設(shè)項目由每一個分項工程組成，分項工程的信息是建設(shè)項目全壽命周期信息的基礎(chǔ)組成。建設(shè)項目全壽命周期BIM深度信息模型是指建設(shè)項目中每個分項工程都具有全壽命周期信息，包括建筑產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品采購、工程設(shè)計、可施工性、使用跟蹤、維修更換的信息，達到《建筑信息模型設(shè)計交付標準》定義的最大信息深度N4級。

2 模型構(gòu)建思路

首先，建立全壽命周期BIM深度信息模型要選定模型對象。萬達集團、中國建筑集團、廣聯(lián)達科技股份有限公司等一些龍頭企業(yè)和科技企業(yè)，正在各自探索如何建立構(gòu)件模型和整體項目的關(guān)聯(lián)。如萬達的BIM模型技術(shù)是在3D模型基礎(chǔ)上輸入數(shù)字信息，使之與成本、進度和質(zhì)量管理需求的信息掛接，滿足施工、監(jiān)理、造價咨詢各部門的管理需求。建設(shè)項目具有工作分解結(jié)構(gòu)，分項工程是工程管理的最常見單元，例如分項工程驗收、分項工程量清單。構(gòu)件模型是建設(shè)項目BIM模型的最小單元，一個分項工程可能由一個或多個構(gòu)件模型組成。選擇分項工程作為全壽命周期BIM深度信息模型的研究對象，與項目管理的慣例一致，便于與項目管理的質(zhì)量、造價和進度等維度關(guān)聯(lián)，并且可以包含相對獨立的分項工程全壽命周期信息。

其次，要確定采集信息的內(nèi)容和途徑。分項工程的信息從設(shè)計施工圖開始出現(xiàn)，在施工圖可以獲得設(shè)計信息和施工質(zhì)量驗收標準。根據(jù)設(shè)計信息，再查找主要材料的產(chǎn)品標準和材料單價。施工質(zhì)量驗收標準規(guī)定了分項工程施工完畢后應(yīng)該達到的建筑產(chǎn)品質(zhì)量指標，結(jié)合質(zhì)量驗收標準、工程技術(shù)規(guī)范、施工手冊和施工經(jīng)驗提取施工關(guān)鍵信息，再依據(jù)此和工程造價定額獲取施工成本。《建筑信息模型設(shè)計交付標準》規(guī)定運營階段的信息包括建筑本體構(gòu)配件、設(shè)備、部品和產(chǎn)品的資產(chǎn)信息和管理信息[3]。分項工程在竣工驗收后成為建設(shè)項目固定資產(chǎn)的組成部分，根據(jù)建設(shè)項目固定資產(chǎn)編碼進一步分解編碼。建筑本體構(gòu)件的維護維修標準還很缺乏，通過收集使用階段的質(zhì)量和安全問題，為設(shè)計人員和施工人員的決策和應(yīng)對措施提供參考，提醒其重視并采取措施規(guī)避這些風(fēng)險。

最后，是信息錄入模型的方式。采集到的信息先收集到模型信息Excel表中。模型信息表可以對收集到的設(shè)計、材料產(chǎn)品、施工工藝、后運維信息進行初步的結(jié)構(gòu)化，后期可以導(dǎo)入到建筑模型中。導(dǎo)入模型的方式有三種：①直接在模型的屬性表一項一項添加，操作簡單直觀，適用于單個模型信息錄入；②采用Excel文件進行參數(shù)化建族，可以在Revit中直接操作，適用于建立種類較少而變化參數(shù)較多的模型族庫；③通過開發(fā)Revit插件把Excel表導(dǎo)入模型，導(dǎo)入效率高，但需要編程進行二次開發(fā)，如果參數(shù)結(jié)構(gòu)變化要調(diào)整程序，適用于模型種類較多數(shù)量龐大的情況。目前，信息模型處于探索階段，數(shù)量較少，用第二種方法可以滿足使用。

3 模型構(gòu)建示例

下面以某小學(xué)擴建項目3號宿舍樓給水管道安裝分項工程的全壽命周期BIM深度信息模型為例，展示構(gòu)建過程，探討如何建立全生命周期BIM深度信息模型。通過收集管道產(chǎn)品標準、采購價格、設(shè)計標準、施工標準、施工成本、使用階段的常見問題以及維修拆除成本，呈現(xiàn)給水管道安裝分項工程的全壽命周期信息。所收集到的信息整理到Excel表中，用參數(shù)化建族的方式建立全壽命周期BIM深度信息模型。管道信息模型圖如圖1所示。

圖1 管道信息模型

3.1 設(shè)計信息

選擇室內(nèi)給水管道安裝分項工程作為信息模型建模對象，管道的設(shè)計規(guī)范和施工驗收標準一般會在圖紙總說明寫清楚。該工程室內(nèi)給排水是依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GB50015—2003）》（2009年版）進行設(shè)計，管道的安裝及驗收標準按《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50242—2002）》和《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范（GB50268—2008）》執(zhí)行。GB是國家強制性標準，強制性標準是國家以行政命令和法律的規(guī)定要求相關(guān)部門、單位以及個人必須執(zhí)行的。設(shè)計圖紙說明了管道的材質(zhì)、連接方式和安裝方式等。戶內(nèi)給水支管采用304薄壁不銹鋼管，環(huán)壓連接，埋地或埋墻暗敷，管材壓力等級1.6MPa；泵房內(nèi)加壓給水管至用戶水表前，加壓供水干管采用304薄壁不銹鋼管，管道公稱直徑DN不大于100mm時環(huán)壓連接，公稱直徑DN大于100mm時卡箍式連接，管材壓力等級1.6MPa。通過查看設(shè)計圖紙，可以獲得室內(nèi)給水管分項安裝工程的主要設(shè)計信息，收集到模型信息表中。

3.2 材料產(chǎn)品信息

薄壁不銹鋼管是20世紀90年代末才問世的新型管材，已大量應(yīng)用于建筑給水和直飲水管道。當項目合同和設(shè)計圖紙未指定產(chǎn)品標準時，可以參照現(xiàn)行國家、省市、行業(yè)標準作為施工和采購的依據(jù)。3號宿舍的不銹鋼管可以參考《薄壁不銹鋼管道技術(shù)規(guī)范（GB/T29038—2012）》和《建筑給水薄壁不銹鋼管管道工程技術(shù)規(guī)程（T/CECS153—2018）》，規(guī)范建議給水管材和管件的材料宜使用S30408、S30403，管道產(chǎn)品宜符合《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管（GB/T12771—2019）》和管件產(chǎn)品符合《不銹鋼環(huán)壓式管件（GB/T33926—2017）》。

企業(yè)如果積累了歷史采購數(shù)據(jù)，就可以在結(jié)構(gòu)化后錄入到BIM模型。沒有數(shù)據(jù)積累，可以通過常見的三種詢價渠道獲取。首先是各省市的工程造價信息，它一般由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)主管部門指導(dǎo)，各地工程造價協(xié)會編制發(fā)布，具有較高的權(quán)威性，特別是政府投資項目，在合同文件中一般都會指定工程造價信息作為計價依據(jù)。其次是廠家詢價，由采購方或咨詢方向3～5個廠家發(fā)出詢價請求，對方報價確定。再次就是網(wǎng)絡(luò)詢價，常用的材價網(wǎng)站有中國建材網(wǎng)、有色金屬網(wǎng)、廣材網(wǎng)等。這樣的材價信息比較分散，有專門的材料設(shè)備價格查詢軟件，如廣材助手和造價通，里面包含了工程造價信息、軟件商測定價格信息和材料設(shè)備廠商自主報價信息等。在廣材助手中可以查到304薄壁不銹鋼管單價，如公稱直徑20mm的不銹鋼管14.69元/m；管件7.19元/個，把收集到的施工標準和材料價格信息錄入到信息采集表中。

3.3 施工工藝信息

按照設(shè)計圖紙的水平和垂直走向敷設(shè)管道，施工的給水管道要符合《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》的要求。規(guī)范規(guī)定：建筑給水工程施工現(xiàn)場應(yīng)具有必要的施工技術(shù)標準、健全的質(zhì)量管理體系和工程質(zhì)量檢測制度，實現(xiàn)施工全過程質(zhì)量控制。除了上述兩本規(guī)范，施工技術(shù)人員可以參考《薄壁不銹鋼管道技術(shù)規(guī)范》《建筑給水薄壁不銹鋼管道工程技術(shù)規(guī)程》編制施工方案。《薄壁不銹鋼管道技術(shù)規(guī)范》給出了施工準備、通用規(guī)則、管道敷設(shè)、管道連接、驗收的施工全過程指引，附錄D講述了不銹鋼環(huán)壓式連接的施工步驟、檢查步驟和注意事項。除了標準，也要收集施工經(jīng)驗。如3號宿舍的薄壁不銹鋼管道是采用暗埋的方式，標準并沒給出具體的防腐方法。搜索施工經(jīng)驗，如不銹鋼管防腐，發(fā)現(xiàn)實際施工中可采用包扎防腐材料的做法。這些施工信息錄入到模型中，施工技術(shù)人員可以參考編制薄璧不銹鋼給水管的施工細則，確保施工質(zhì)量和安全。

每米除了施工質(zhì)量，還需要考慮施工成本。根據(jù)《廣東省通用安裝工程綜合定額》（2018），一個分項工程的施工成本除了主要材料價格，還有人工費、輔助材料費、施工機具費和施工管理費，該綜合定額規(guī)定了完成單位工程量所需的人工、材料、機具消耗量以及管理費標準。以室內(nèi)薄壁不銹鋼給水管公稱直徑20mm為例，分項工程的施工成本是177.70元/10m，未包含不銹鋼管材和管件的費用。該費用包括的工作內(nèi)容有：調(diào)直、切管、管道及管件安裝，水壓試驗及水沖洗。每施工10m的薄壁不銹鋼給水管道，要消耗管材9.86m，前面通過查詢材料單價，已經(jīng)知道公稱直徑20mm的不銹鋼管14.69元/m；消耗管件11.16個，每個7.19元。加上不銹鋼管材和管件的施工成本是：177.70+14.69×9.86+7.19×11.16=402.78元/10m，換算成每米的施工成本為40.28元。

3.4 使用階段信息

給水管道竣工驗收后就可以投入使用，為3號宿舍樓的食堂和宿舍房間供水。3號宿舍樓設(shè)計使用年限為50年。目前，國家還未發(fā)布建筑飲用水給水管道系統(tǒng)的維護規(guī)范。在建筑后運維領(lǐng)域，還有很多需要完善的標準。建筑給水系統(tǒng)的維護制度主要由物業(yè)管理公司制定。收集三個在使用階段出現(xiàn)管道系統(tǒng)功能下降的案例，分析和整理常見的質(zhì)量安全問題，主要是防止不銹鋼管腐蝕。不銹鋼管的抗腐蝕性能主要是因為管道表面覆蓋著一層極薄的致密的鈍化膜，當這層膜被破壞，就會引起變色或腐蝕。使用階段的問題，往往是設(shè)計和施工引起的。在設(shè)計時需要特別關(guān)注管道熱脹冷縮、管壁厚度和管徑大小的問題。在施工階段關(guān)鍵要管路布局合理、安裝人員持證上崗、管道避免長期積水引起不銹鋼管腐蝕。

合格的管材管件、合理的設(shè)計和正確的施工，不銹鋼管理論上可以與建筑具有相同的壽命，但是給水系統(tǒng)長期使用后，還是會存在腐蝕滲漏或管道污染水質(zhì)的問題。那么就需要拆除原有水管，安裝新的水管。《廣東省房屋建筑和市政修繕工程綜合定額》（2012）中，給出了拆除不銹鋼管施工成本，如公稱直徑20mm以內(nèi)的定額基價為36.27元/10m，2012年的定額人工單價為51元/工日，調(diào)整為2020年1月綜合人工單價為110元/工日，每10m消耗人工為0.539工日，每米不銹鋼鋼管拆除的定額施工成本為：（36.27+（110-51）×0.539）/10=6.81 元。不銹鋼材料可以完全回收使用。

4 模型的應(yīng)用

建設(shè)項目由單項工程組成，單項工程由分部分項工程組成。每一個分項工程都收集了全壽命周期信息，模型就具備了實體工程的全壽命周期信息，可以進行項目建造和運維的推演。結(jié)合不同的進度計劃、產(chǎn)品選型、設(shè)計方案，推演算出項目在建造階段和運維階段的成本、可施工性、使用效果等，為建設(shè)各階段提供決策依據(jù)，為后運維提供方案。除了工程應(yīng)用，全壽命周期信息模型的構(gòu)建和模擬還可以應(yīng)用在工程人員的專業(yè)教學(xué)上?！秶野l(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于推進全過程工程咨詢服務(wù)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改投資規(guī)〔2019〕515號），《工程總承包管理辦法》（建市規(guī)〔2019〕12號），《工程造價改革工作方案》（建辦標〔2020〕38號），等建設(shè)領(lǐng)域改革的文件和措施的不斷推出，要求工程人員除了掌握所從事的專業(yè)的基礎(chǔ)知識和技能，同時還要學(xué)習(xí)如何把工作進行數(shù)字化和信息化。全壽命周期信息模型的構(gòu)建和推演模擬，涉及工程設(shè)計、工程材料、工程管理、物業(yè)管理、維修檢測等，是跨學(xué)科跨專業(yè)的綜合性的新型訓(xùn)練項目，可以幫助在校學(xué)生或在職工程人員從項目全壽命周期的視角理解項目建設(shè)。

5 結(jié)語

全壽命周期管理與BIM技術(shù)的結(jié)合是實現(xiàn)建設(shè)項目可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。項目全壽命周期信息由每個分項工程的全壽命周期信息組成。探索建設(shè)項目全壽命周期BIM深度信息模型的涵義和構(gòu)建模式，以某宿舍樓給水管道安裝分項工程為例，收集整理管道產(chǎn)品標準、采購價格、設(shè)計標準、施工標準、施工成本、使用階段的常見問題以及維修拆除成本，采用參數(shù)化建族的方式建立BIM模型，展示了全壽命周期BIM深度信息模型的構(gòu)建過程。全壽命周期信息模型既可以應(yīng)用于項目建設(shè)，也可以應(yīng)用于工程人員的專業(yè)能力提升。然而，要真正應(yīng)用于實際項目建設(shè)前期決策、輔助設(shè)計和施工，模型的數(shù)量、信息深度和規(guī)模還需要進一步提升。