雄安市民服務(wù)中心全生命期BIM應(yīng)用

(中建三局集團(tuán)有限公司，武漢 430064)

1 工程概況

1.1 項目簡介

雄安市民服務(wù)中心項目位于容城縣小白塔村東，南側(cè)與榮烏高速相鄰。項目總占地面積242 449.35，總建筑面積102 105，由8棟單體建筑組成。項目承擔(dān)著雄安新區(qū)政務(wù)服務(wù)、規(guī)劃展示、會議舉辦、企業(yè)辦公等多項功能，是雄安新區(qū)面向全國乃至世界的窗口，也是新區(qū)功能定位與發(fā)展理念的率先呈現(xiàn)。

1.2 工程特點與難點

(1)雄安市民服務(wù)中心采用的是國內(nèi)首例聯(lián)合投資人模式(UIP模式)。在該模式下，聯(lián)合投資人集投資人、建設(shè)者、運營方于一身，打破了“投資人不管建設(shè)、建設(shè)者不去使用”的傳統(tǒng)模式。可以發(fā)揮BIM在全生命期過程應(yīng)用的最大價值。

(2)雄安市民服務(wù)中心采用了多項國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，如：地源熱泵系統(tǒng)、模塊化天窗系統(tǒng)、裝配式成品隔墻系統(tǒng)、集成模塊建筑、雨水花園、園區(qū)綜合管廊等。項目裝配率較高，應(yīng)用BIM技術(shù)可以有效指導(dǎo)構(gòu)件的生產(chǎn)、加工、運輸與安裝[1]。

(3)項目工期僅112天，工期緊且經(jīng)歷冬施。項目通過建立全生命期BIM模型，引入智慧建造平臺[2-3]，采用數(shù)字化預(yù)制加工[4-5]，提高項目管理效率，保證了工期。

圖1 雄安市民服務(wù)中心園區(qū)效果圖

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

(1)項目通過建立全生命期基于BIM的數(shù)字模型，為雄安新區(qū)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依托雄安云，建設(shè)首個打破數(shù)字壁壘的塊數(shù)據(jù)平臺，通過萬物互聯(lián)，打造交互映射，融合共生的數(shù)字孿生園區(qū)[6-7]。

(2)以BIM及智慧建造應(yīng)用打造綠色生態(tài)宜居新城區(qū)、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展引領(lǐng)區(qū)、協(xié)調(diào)發(fā)展示范區(qū)、開放發(fā)展先行區(qū)、創(chuàng)新發(fā)展示范區(qū)。

(3)項目設(shè)計階段，集成進(jìn)度、成本、資源等信息，實現(xiàn)多維虛擬施工與優(yōu)化，提升設(shè)計可行性。

(4)深化設(shè)計階段，集成單專業(yè)深化設(shè)計與多專業(yè)設(shè)計協(xié)調(diào)，減少設(shè)計變更與返工，實現(xiàn)資源節(jié)約。

(5)施工管理階段，應(yīng)用模型信息集成應(yīng)用平臺，支撐項目總承包管理，實現(xiàn)多專業(yè)、多參與方的協(xié)同工作，發(fā)揮建筑信息模型(building information modeling,BIM)在項目建造中的巨大優(yōu)勢。

(6)運營維護(hù)階段，集成BIM與物業(yè)運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字園區(qū)集成交付[8]。

2.2 BIM組織架構(gòu)

雄安市民服務(wù)中心項目建立以中海地產(chǎn)集團(tuán)有限公司、中建三局集團(tuán)有限公司、中國中建設(shè)計集團(tuán)有限公司、中建投資基金管理有限公司組成的中建聯(lián)合體作為項目的聯(lián)合投資人。中建設(shè)計集團(tuán)作為設(shè)計總承包單位負(fù)責(zé)設(shè)計階段BIM模型的創(chuàng)建及整合，中建三局集團(tuán)有限公司作為施工總承包單位，向上承接設(shè)計階段BIM模型，經(jīng)過BIM模型的深化與施工信息的添加向中海地產(chǎn)集團(tuán)有限公司傳遞運維階段BIM模型。

在項目實施過程中，每個單位設(shè)置專門的BIM或信息化部門負(fù)責(zé)項目的BIM技術(shù)應(yīng)用，對內(nèi)實現(xiàn)各部門信息的綜合，對外提升建筑信息傳遞的效率，形成一條完整的工作鏈，將項目的圖紙信息與生產(chǎn)、進(jìn)度、質(zhì)量、成本進(jìn)行結(jié)合，實現(xiàn)高品質(zhì)建造。

以施工總承包團(tuán)隊為例，組建以項目技術(shù)總監(jiān)為首的BIM管理團(tuán)隊，對接各設(shè)計單位匯總整理設(shè)計BIM模型，制定BIM實施方案，明確BIM工作目標(biāo)，完成項目BIM工作的整體協(xié)調(diào)管理工作，并將竣工模型與現(xiàn)場施工質(zhì)量數(shù)字化記錄成果提交運維管理團(tuán)隊[9-10]。

2.3 BIM實施方案

(1)成果一致原則

項目在開工前期已經(jīng)制定《統(tǒng)一BIM技術(shù)措施》、《管線綜合規(guī)則》、《輕量化模型導(dǎo)出及設(shè)置指南》、《BIM交付深度要求》等BIM實施方案，保證各方模型的命名、顏色、材質(zhì)、拆分等統(tǒng)一。

(2)實體建筑與虛擬建筑同步的原則

在施工過程中，各參建方保證模型與實際建造的同步性。及時將現(xiàn)場所產(chǎn)生的設(shè)計變更、現(xiàn)場變更單等內(nèi)容體現(xiàn)在BIM模型中，保證BIM模型與實際建筑的同步，做到“數(shù)字孿生”。

(3)工作職責(zé)劃分

在項目實施過程中，堅持“誰施工、誰建模”、“誰建模、誰負(fù)責(zé)”的原則。將BIM模型管理應(yīng)用工作與項目施工合同、項目施工人員相掛接。保證建設(shè)過程模型與實體建筑的一致性。

圖2 雄安市民服務(wù)中心項目管理組織架構(gòu)

2.4 BIM軟硬件環(huán)境

(1)硬件環(huán)境：BIM應(yīng)用采用高端臺式機與移動工作站，其具體配置如表1所示[11]。

(2)軟件環(huán)境：BIM應(yīng)用主要軟件名稱、版本及用途如表2所示[12-14]。

3 BIM應(yīng)用

3.1 BIM建模

本項目根據(jù)BIM應(yīng)用目標(biāo)，制定各專業(yè)BIM模型命名規(guī)則、建模細(xì)度、配色方案等建模標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合進(jìn)度，創(chuàng)建全專業(yè)的施工圖模型、基于施工圖模型的深化設(shè)計模型、施工應(yīng)用模型及竣工交付模型。

項目整體BIM模型如圖3所示；BIM建模范圍及各專業(yè)BIM模型細(xì)度要求如表3所示。

圖3 雄安市民服務(wù)中心整體BIM模型

BIM交付成果包括應(yīng)用過程成果及最終成果[15]。

BIM應(yīng)用過程成果：提交各階段BIM模型以及相關(guān)資料成果，包括深化圖紙(如鋼結(jié)構(gòu)深化加工圖)，復(fù)雜節(jié)點模型、3D大樣圖，施工方案模擬資料(包括方案模型，方案模擬演示動畫或視頻)。對于各專業(yè)內(nèi)、不同專業(yè)間的碰撞檢查，提交檢查報告，優(yōu)化建議。對于設(shè)計變更，提交變更模型，變更前后對比資料及相關(guān)信息。

BIM應(yīng)用最終成果：收集整理并整合各專業(yè)BIM模型，形成項目竣工BIM模型，交付業(yè)主。竣工BIM模型包括產(chǎn)品、構(gòu)件、材料以及建造信息，產(chǎn)品信息如專業(yè)分包各設(shè)備規(guī)格、型號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、相關(guān)設(shè)備參數(shù)等；構(gòu)建信息如主體梁、板、柱等的幾何尺寸、混凝土標(biāo)號、工程量等；材料信息如規(guī)格、型號等；建造信息如施工流水段劃分情況、建造日期等信息。

3.2 BIM應(yīng)用情況[8]

3.2.1 項目設(shè)計階段

(1)基于BIM的設(shè)計輔助

1)BIM輔助圖紙會審及優(yōu)化：建模過程中，隨時發(fā)現(xiàn)并記錄圖紙問題，并以BIM模型為媒介進(jìn)行圖紙會審和優(yōu)化，減少后續(xù)變更。

2)基于BIM的深化設(shè)計：項目將各專業(yè)模型整合后進(jìn)行碰撞檢查，快速發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的碰撞問題，提高機電綜合管線排布、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件深化設(shè)計等工作的效率與質(zhì)量。同時為項目復(fù)雜節(jié)點做深化設(shè)計服務(wù)。本項目能源中心機電管線比較復(fù)雜，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合及能源中心泵房的深化設(shè)計，極大的提高了深化設(shè)計的速度和質(zhì)量[16]。

拓展使用”BIM+”系列應(yīng)用，如BIM+VR、BIM+三維掃描、BIM+3D打印、BIM+二維碼技術(shù)、BIM+GIS技術(shù)等新技術(shù)應(yīng)用。

圖4 BIM+GIS模型整合

3.2.2 項目施工實施階段

3.2.2.1 智慧建造系統(tǒng)創(chuàng)新應(yīng)用

采用中建自主研發(fā)的智慧建造系統(tǒng)包含全景監(jiān)控、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、物料管理、環(huán)境管理、勞務(wù)管理、工程資料等多個模塊，以信息化的手段管理項目建設(shè)的整個建造過程，以一個大數(shù)據(jù)中心為樞紐，承載項目建設(shè)的所有工程數(shù)據(jù)，打造建造過程的環(huán)境、數(shù)據(jù)、行為三個透明。最終實現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的全面共享。

圖5 智慧建造系統(tǒng)web端

圖6 智慧建造系統(tǒng)移動端

(1)進(jìn)度管理

進(jìn)度計劃與模型相關(guān)聯(lián)根據(jù)實際情況及各工序穿插邏輯關(guān)系，編制施工進(jìn)度計劃并與BIM模型相關(guān)聯(lián)，施工員每日進(jìn)行現(xiàn)場實際進(jìn)度的填報，對施工滯后工序在智慧建造平臺上進(jìn)行預(yù)警：

1)節(jié)點啟動預(yù)警：關(guān)鍵節(jié)點或者里程碑節(jié)點可以通過設(shè)置關(guān)注度進(jìn)行不同層級的預(yù)警；通過不同的顏色進(jìn)行節(jié)點啟動的集中的預(yù)警分析；

2)節(jié)點完成預(yù)警：關(guān)鍵節(jié)點或者里程碑節(jié)點可以通過設(shè)置關(guān)注度進(jìn)行不同層級的預(yù)警；通過不同的顏色進(jìn)行節(jié)點完成的集中的預(yù)警分析。

3)質(zhì)量安全管理

基于BIM的智慧建造平臺系統(tǒng)中錄入質(zhì)量安全管理的規(guī)定，項目質(zhì)量安全管理人員能夠通過平臺完成質(zhì)量安全部門的日程工作，質(zhì)量安全管理的表單能夠通過BIM模型參數(shù)相互關(guān)聯(lián)。質(zhì)量安全巡檢及過程檢查借助BIM模型進(jìn)行現(xiàn)場定位。設(shè)置工程質(zhì)量安全隱患、重點部位錨點。定時提醒巡查制度。

4)環(huán)境管理

項目通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集項目環(huán)境、能耗、監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境的綜合管控。

5)物料管理

實時匯總和展現(xiàn)鋼筋、混凝土、砂石等主要材料從開工到現(xiàn)在為止累計收料情況和累計消耗情況。實時匯總和展現(xiàn)鋼筋、混凝土、砂石等主要材料當(dāng)月的收料情況和發(fā)料情況。實時匯總和展現(xiàn)主要構(gòu)配件當(dāng)月的收料情況和發(fā)料情況。實時匯總和展現(xiàn)主要構(gòu)配件當(dāng)月的運輸狀態(tài)。

6)勞務(wù)管理

勞務(wù)實名制。顯示項目實名制工人當(dāng)前總數(shù)以及累計進(jìn)場的工人總數(shù)。分包單位考勤：統(tǒng)計分包單位勞務(wù)人員出勤人數(shù)，便于管理人員掌握分包單位對工人的管理情況，避免分包單位管理不善、工人遲到、曠工的情況。工人考勤。匯總展示現(xiàn)場實時工人人數(shù)及班組出勤人數(shù)，可幫助管理了解每個隊伍、班組當(dāng)前進(jìn)場人員情況。幫助管理人員動態(tài)監(jiān)控在場勞務(wù)人員變化，掌握人數(shù)變化趨勢。

7)全景監(jiān)控

通過移動端、PC端遠(yuǎn)程監(jiān)控施工現(xiàn)場情況及施工進(jìn)度, 直觀了解各區(qū)域的詳細(xì)狀況，跟蹤生產(chǎn)進(jìn)度，檢查工人的工作狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時處理，最大限度地確保工人的安全，減輕災(zāi)難帶來的損失。

(2)基于BIM的移動數(shù)字化加工

本項目在機電管道制作安裝過程，引進(jìn)了基于BIM的移動式數(shù)字化預(yù)制加工廠。

移動式數(shù)字化預(yù)制加工廠將成套預(yù)制加工設(shè)備安裝在集裝箱內(nèi)，根據(jù)需求快速的部署到選好的場地，在最短時間內(nèi)形成預(yù)制加工能力。本項目預(yù)制加工設(shè)備為管道切割、管道坡口、管道組對及管道焊接四道工序，配以自行式龍門起重機，形成流水作業(yè)，提前預(yù)制。

通過管道預(yù)制軟件實現(xiàn)預(yù)制管道建模、生成管道安裝平面圖、生成管道單線圖、生成預(yù)制管段圖、生成設(shè)備材料明細(xì)清單、統(tǒng)計預(yù)制及現(xiàn)場焊口數(shù)量等；從三維BIM模型產(chǎn)生的各種材料表，可以幫助項目更好地進(jìn)行材料控制，有助于及時開展材料集中采購，避免浪費；從三維模型產(chǎn)生的焊接工程量，可以計算加工周期及現(xiàn)場焊接時間，便于項目施工進(jìn)度的整體安排。

(3)基于BIM的裝配標(biāo)準(zhǔn)化

本項目企業(yè)臨時辦公區(qū)為裝配式集成房屋[17]。利用BIM軟件，建立建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電、精裝各個專業(yè)的BIM模型，進(jìn)一步細(xì)化建筑、結(jié)構(gòu)及各專業(yè)在方案設(shè)計階段的協(xié)同，達(dá)到完善建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的目標(biāo)。施工深化設(shè)計階段利用BIM建立構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化拆分模型：

圖7 管道預(yù)制加工

1)標(biāo)準(zhǔn)化戶型;

2)預(yù)制構(gòu)件拆分標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計;

3)預(yù)制集成房屋節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計;

4)各專業(yè)整體模型融合的單個集裝箱BIM模型,包含：結(jié)構(gòu)、建筑、裝飾、機電等專業(yè)。

圖8 集成房屋標(biāo)準(zhǔn)模塊BIM模型

3.2.3 項目運維階段

(1)基于BIM的數(shù)字園區(qū)運維

雄安市民服務(wù)中心運維階段采用中國建筑自主研發(fā)的SOP-BIM運維管理平臺，實現(xiàn)運維期間對整個園區(qū)的智慧運維管理[18]。

項目通過SOP-BIM運維管理平臺，配合智能傳感設(shè)備，對園區(qū)的人車流量、溫濕度、設(shè)備運行及保養(yǎng)維修情況、房屋空置率、物業(yè)工單、水電能耗、停車場使用情況等實現(xiàn)智慧運營管理。

4 BIM應(yīng)用效果

4.1 智慧建造平臺應(yīng)用

采用中建自主研發(fā)的智慧建造系統(tǒng)以信息化的手段管理項目建設(shè)的整個建造過程，以一個大數(shù)據(jù)中心為樞紐，承載項目建設(shè)的所有工程數(shù)據(jù)，打造建造過程的環(huán)境、數(shù)據(jù)、行為三個透明，實現(xiàn)了對項目建造過程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、環(huán)境、勞務(wù)、物料的全面管控，使現(xiàn)場建筑垃圾減少約80%。

圖9 雄安市民服務(wù)中心SOP-BIM運維管理平臺

圖10 系統(tǒng)能耗統(tǒng)計分析統(tǒng)計

4.2 基于BIM的移動數(shù)字化加工廠的應(yīng)用

移動數(shù)字化預(yù)制加工廠可在最短時間內(nèi)形成預(yù)制加工能力，且可以減少惡劣天氣的影響，配備以自行式龍門起重機，形成流水作業(yè)，采用自動焊接設(shè)備大大提高焊接質(zhì)量和效率，自動焊的速度為人工的4～6倍，達(dá)到每小時15～20m；焊接質(zhì)量至少達(dá)到15年工齡焊工的水平，有效地保證了項目的工期及履約。

4.3 基于BIM的深化設(shè)計

應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行機電管綜深化設(shè)計及精裝修點位排布，通過參照優(yōu)化完成的機電管綜模型就行二次結(jié)構(gòu)機電洞口的預(yù)留。避免了二次結(jié)構(gòu)的二次開洞。提高了深化設(shè)計出圖效率，降低了現(xiàn)場的拆改和浪費。

4.4 拓展使用“BIM+”系列

BIM+VR的使用是精裝修效果更直觀的展現(xiàn)，運用三維掃描技術(shù)校核現(xiàn)場施工完成的鋼結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)內(nèi)容與圖紙模型的偏差和沖突，及時溝通解決，為內(nèi)外裝深化設(shè)計工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。將BIM模型與二維碼技術(shù)鏈接起來，實現(xiàn)了材料的實時追蹤和現(xiàn)場質(zhì)量安全的協(xié)同管控。

4.5 BIM運維

通過SOP-BIM運維管理平臺，配合智能傳感設(shè)備，對園區(qū)的人車流量、溫濕度、設(shè)備運行及保養(yǎng)維修情況、房屋空置率、物業(yè)工單、水電能耗、停車場使用情況等實現(xiàn)了智慧運營管理。

5 總結(jié)

5.1 實踐創(chuàng)新

(1)創(chuàng)新使用智慧建造管理平臺，以一個大數(shù)據(jù)中心為樞紐，承載項目建設(shè)的所有工程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對項目建設(shè)過程中的進(jìn)度、安全、質(zhì)量、環(huán)境、勞務(wù)、物料、工程資料的全面管控，是目前階段建造管理技術(shù)的一次創(chuàng)新。

(2)基于BIM的移動數(shù)字化加工廠的使用，使管道焊接提高了4～6倍，焊接質(zhì)量可達(dá)到15年工齡焊工水平。

(3)通過BIM模型的綜合應(yīng)用，嚴(yán)格按照預(yù)先制定的建模標(biāo)準(zhǔn)，除直觀展示外，還用于圖紙會審、碰撞檢查、深化設(shè)計、3D打印、三維掃描等。提高了深化設(shè)計速度，推動項目履約。

(4)通過BIM運維系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備(如：智能電表、智能水表、智能燃?xì)獗淼?，利用采集到的數(shù)據(jù)，開展運維階段對園區(qū)人車流量、溫濕度、設(shè)備運行、能耗分析等智慧運營管理。

5.2 展望與思考

(1)BIM模型是BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)，模型細(xì)度及創(chuàng)建質(zhì)量直接影響著BIM的應(yīng)用深度及其應(yīng)用價值。但精細(xì)的BIM模型會花費大量的精力，因此工程前期需充分理解設(shè)計意圖，掌握工程重難點，明確各專業(yè)BIM應(yīng)用需求。針對不同應(yīng)用需求制定BIM建模標(biāo)準(zhǔn)及實施規(guī)程，確保各專業(yè)模型應(yīng)用價值的最大化。

(2)目前市場上BIM模型輕量化的引擎還有待優(yōu)化，當(dāng)加載大體量園區(qū)、多單體、全專業(yè)的情況下，解析能力較差，還需要行業(yè)進(jìn)行改進(jìn)。

(3)BIM全生命期應(yīng)用需要做到全階段、全部門、全專業(yè)參與，以合理的組織為基礎(chǔ)，提高項目人員的參與度，才能發(fā)揮其真正價值。

(4)目前運維期BIM相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均不完善，還需要繼續(xù)研究數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)，提高數(shù)據(jù)的利用效率。此外，如何有效的將施工階段冗余的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，精準(zhǔn)提取運維所關(guān)注的內(nèi)容，仍需大量的實踐和探索。