智慧園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程全生命期BIM技術(shù)應(yīng)用

文｜楊林虎 王帥 蘆志強(qiáng)

2014年《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》將智慧城市作為未來城市發(fā)展的全新模式，要求大力推進(jìn)智慧城市建設(shè)。城市的智慧程度取決于城市建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的信息化建設(shè)水平。顯然，傳統(tǒng)建設(shè)手段很難滿足當(dāng)前智慧城市建設(shè)要求。BIM 技術(shù)可集成設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中的重要信息，為城市活動(dòng)提供必要的基礎(chǔ)信息，它是智慧城市建設(shè)中需要完成的重要基礎(chǔ)性工作。2011年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《2011-2015 建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出，“十二五”期間要加快建筑信息模型（BIM）等新技術(shù)在工程中的應(yīng)用，推動(dòng)信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

BIM 是在建設(shè)工程及設(shè)施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱。BIM一詞最早是在1975年，由佐治亞理工學(xué)院的Chuck Eastman 博士首次提出。美國、日本等發(fā)達(dá)國家BIM 軟件使用率已達(dá)70%以上并持續(xù)增長。我國在2002年開始將BIM 技術(shù)引入建設(shè)工程領(lǐng)域，隨后得到快速發(fā)展。

項(xiàng)目應(yīng)用概況

以京津中關(guān)村科技城智慧園區(qū)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目市政基礎(chǔ)設(shè)施工程為大型市政工程領(lǐng)域EPC 總承包項(xiàng)目，涉及十余個(gè)專業(yè)。建設(shè)內(nèi)容主要包括：修建道路16 條，全長約30km；涉及雨水、污水、給水、中水、燃?xì)?、熱力、電力、電信等各類管道總長約300km；建設(shè)公園約17.4 萬平方米，路側(cè)綠化約47.7 萬平方米，河道及水環(huán)境綜合整治長度約8.8km；建設(shè)高中壓調(diào)壓站、熱源廠、公交首末站、公共停車場，占地面積約3.9 萬平方米。

大型基礎(chǔ)設(shè)施工程通常具有地理跨度大、涉及專業(yè)多、地下管網(wǎng)排布復(fù)雜，施工作業(yè)面廣、運(yùn)營期工程資產(chǎn)管理對象分布廣，問題排查與定位困難，設(shè)備、設(shè)施及供應(yīng)商信息龐雜，管理難度大等特點(diǎn)。本項(xiàng)目在上述特點(diǎn)基礎(chǔ)上，同時(shí)還有智慧運(yùn)維要求，這一要求延長了工程信息的服務(wù)期限，強(qiáng)化了工程數(shù)據(jù)跨階段傳遞、更新、維護(hù)的重要性。

BIM 的內(nèi)涵是能夠連接建筑全生命期不同階段的數(shù)據(jù)，以及它整個(gè)形成的過程和這個(gè)過程所需要的資源 。BIM 技術(shù)能夠集成設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)階段的信息，尤其針對基礎(chǔ)設(shè)施的綜合管線工程，可以納入管線、各類閘門、閥門的安裝和供應(yīng)信息，形成完整的竣工模型，接入運(yùn)維管理平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維創(chuàng)造基礎(chǔ)性條件。

利用BIM 技術(shù)在可視化、參數(shù)化、信息化方面的優(yōu)勢還可提高項(xiàng)目信息溝通效率，支持項(xiàng)目在環(huán)境、成本、質(zhì)量、安全、進(jìn)度等多方面的分析、檢查和模擬，提高施工階段的可預(yù)測性、可控性和精細(xì)化管理程度。將BIM 技術(shù)全面應(yīng)用于道路橋梁和綜合管網(wǎng)等的設(shè)計(jì)、施工全過程，可大大減少設(shè)計(jì)變更和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，降低潛在的施工返工風(fēng)險(xiǎn)。

由此可見，引入BIM 技術(shù)對智慧園區(qū)建設(shè)是十分必要的。

BIM 實(shí)施策劃

BIM 實(shí)施策劃主要目的包括多個(gè)方面，一是明確項(xiàng)目BIM 應(yīng)用目標(biāo)和應(yīng)用內(nèi)容，二是識(shí)別項(xiàng)目BIM 應(yīng)用重點(diǎn)和難點(diǎn)，三是策劃BIM實(shí)施流程，四是確認(rèn)各實(shí)施階段模型深度，五是落實(shí)BIM 實(shí)施所需的資源，六是明確成員在項(xiàng)目中的角色和責(zé)任，七是分析和降低工程實(shí)施潛在風(fēng)險(xiǎn)。策劃的最終成果是編制項(xiàng)目BIM實(shí)施工作方案。通過BIM 策劃，京津中關(guān)村科技城智慧園區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施工程項(xiàng)目建立的BIM 實(shí)施架構(gòu)如圖1所示。

該項(xiàng)目形成了以建設(shè)單位和監(jiān)理單位BIM主管為領(lǐng)導(dǎo)，EPC 總承包BIM 團(tuán)隊(duì)組織實(shí)施，BIM 咨詢團(tuán)隊(duì)提供指導(dǎo)，設(shè)計(jì)單位和施工單位BIM 人員協(xié)作的BIM 實(shí)施團(tuán)隊(duì)。落實(shí)了BIM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)小組和工作小組人員，及其責(zé)任分工，為項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了組織保障。BIM 團(tuán)隊(duì)編制了項(xiàng)目級(jí)《BIM 實(shí)施工作方案》《BIM 技術(shù)導(dǎo)則》等一系列項(xiàng)目級(jí)BIM 標(biāo)準(zhǔn)，有效指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施。

在BIM 實(shí)施策劃時(shí)，制定了如下實(shí)施目標(biāo)：

設(shè)計(jì)階段：通過搭建BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，形成協(xié)同設(shè)計(jì)工作模式，以提高溝通效率。通過創(chuàng)建BIM 設(shè)計(jì)模型，并與設(shè)計(jì)交互工作，進(jìn)行設(shè)計(jì)階段BIM 應(yīng)用，提前發(fā)現(xiàn)潛在設(shè)計(jì)缺陷，克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)溝通不及時(shí)、不通暢帶來的弊端，以提高和優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，并為施工、運(yùn)維階段提供基礎(chǔ)模型及屬性信息。

施工階段：通過搭建BIM 施工管理平臺(tái)，進(jìn)行項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)、施工模擬、方案優(yōu)化，實(shí)施項(xiàng)目質(zhì)量安全、進(jìn)度管理、人材機(jī)管理、可視化技術(shù)交底等多方面集成應(yīng)用，以降低施工潛在風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本，提高現(xiàn)場精細(xì)化管理水平。

運(yùn)維階段：通過集成設(shè)計(jì)階段模型的屬性信息和施工階段的建造信息，形成數(shù)字化資產(chǎn)，接入智慧園區(qū)管理平臺(tái)，用于道路、綜合管線、設(shè)備設(shè)施的智慧運(yùn)營管理，提高突發(fā)事件的響應(yīng)速度和處理效率，降低運(yùn)營成本。

京津中關(guān)村科技城智慧園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程BIM 實(shí)施流程可分為BIM 實(shí)施策劃、BIM 準(zhǔn)備工作、BIM 實(shí)施、BIM 應(yīng)用總結(jié)四個(gè)階段，如圖2所示。

BIM 實(shí)施準(zhǔn)備

BIM 實(shí)施準(zhǔn)備工作主要包括：落實(shí)BIM實(shí)施所采用的各類軟、硬件資源，創(chuàng)建項(xiàng)目BIM 元件庫、制定通用和專用工作環(huán)境，搭建協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，并進(jìn)行設(shè)計(jì)工作環(huán)境托管，搭建BIM 施工管理平臺(tái)，并對施工管理平臺(tái)人員進(jìn)行培訓(xùn)，同時(shí)編制項(xiàng)目級(jí)BIM 標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施。

本項(xiàng)目采用了Bentley 公司系列軟件創(chuàng)建設(shè)計(jì)和施工模型。搭建了ProjectWise 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)（圖3）和4D-BIM 施工管理平臺(tái)（圖4），并對施工現(xiàn)場業(yè)主方、監(jiān)理方、總承包方和各施工分部進(jìn)行了多次集中培訓(xùn)，掌握了平臺(tái)使用技能。編制了多本BIM 標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)項(xiàng)目順利實(shí)施。

圖1 項(xiàng)目BIM 實(shí)施組織架構(gòu)

圖2 EPC 項(xiàng)目BIM 技術(shù)實(shí)施階段與主要內(nèi)容

全生命期BIM 應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段BIM 應(yīng)用。創(chuàng)建了道路、橋梁、涵洞、雨污管線、交通工程等十余個(gè)專業(yè)BIM模型，同時(shí)運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程三維實(shí)景建模。按照“模型文件—結(jié)構(gòu)組裝—專業(yè)分裝—區(qū)域總裝—項(xiàng)目總裝”的順序逐級(jí)裝配，形成整個(gè)項(xiàng)目的總裝模型，如圖5所示。在此基礎(chǔ)上開展了BIM 可視化、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)以及仿真性等多種應(yīng)用。

該項(xiàng)目進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)模型可視化、三維實(shí)景模型可視化、項(xiàng)目整體漫游可視化應(yīng)用，直觀形象地展示工程全貌，使各參與方對設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場有更加準(zhǔn)確的理解。利用BIM 碰撞檢測功能，對項(xiàng)目土建專業(yè)與其他各專業(yè)之間，以及各專業(yè)內(nèi)部之間，尤其是地下各類管道之間進(jìn)行碰撞檢測，包括硬碰撞和軟碰撞（如不滿足管線之間凈距要求），發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案，確保管線間距滿足規(guī)范要求，規(guī)避施工返工風(fēng)險(xiǎn)，提升設(shè)計(jì)品質(zhì)。

圖3 BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

圖4 BIM 施工管理平臺(tái)

圖5 項(xiàng)目總裝模型

該項(xiàng)目還利用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)BIM 模型工程量一鍵輸出，提升了工程量統(tǒng)計(jì)效率。除上述應(yīng)用外，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了道路視距仿真分析、照明方案展示、景觀方案展示與比選，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

施工階段BIM 應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，制定了項(xiàng)目施工模型WBS 分解原則，即道路工程按照200 米一段進(jìn)行劃分，橋涵工程按照構(gòu)件進(jìn)行劃分，管線工程按照井到井進(jìn)行劃分，其他專業(yè)模型按照單體劃分。施工過程中，采用“三端一云”的方式協(xié)助施工管理，即利用PC 端、網(wǎng)頁端和移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)BIM 模型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)填報(bào)、查看；利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和計(jì)算分析。開展了施工方案模擬與優(yōu)化、可視化技術(shù)交底、進(jìn)度管理、質(zhì)量與安全管理、人員材料機(jī)械管理、綜合信息展示、檔案管理等多方面應(yīng)用。

傳統(tǒng)施工方案的編制一般是基于二維圖紙和施工經(jīng)驗(yàn)，由于缺乏現(xiàn)場驗(yàn)證，其施工可行性往往無法滿足實(shí)際要求，導(dǎo)致施工方案往往是邊施工、邊修改、邊優(yōu)化，對工期、質(zhì)量和成本均產(chǎn)生較大影響。通過BIM 技術(shù)三維可視化可實(shí)現(xiàn)施工方案模擬和優(yōu)化，直觀地了解總體施工方案的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)和相關(guān)工序，清晰掌握施工過程中的難點(diǎn)和要點(diǎn)，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)。通過不同顏色設(shè)置，演示施工進(jìn)展，如圖6所示。

通過移動(dòng)設(shè)備可將BIM 施工方案帶入施工現(xiàn)場，如圖7所示。對照現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行可視化技術(shù)交底，極大方便了施工人員對施工方案的直觀了解?，F(xiàn)場工作人員根據(jù)每天施工進(jìn)度在移動(dòng)端填報(bào)進(jìn)度數(shù)據(jù)。以填報(bào)數(shù)據(jù)和施工進(jìn)度計(jì)劃為基礎(chǔ)，可以選擇按照計(jì)劃進(jìn)度或?qū)嶋H進(jìn)度，進(jìn)行施工進(jìn)度模擬和進(jìn)度追蹤分析，發(fā)現(xiàn)偏差，及時(shí)采取措施糾正，如圖8所示。

當(dāng)管理人員（發(fā)起人）發(fā)現(xiàn)問題后，可直接在移動(dòng)端上傳圖片，填寫問題員 田可心——訪河北省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任描述和整改要求，發(fā)送給整改人。整改人收到整改通知后，根據(jù)整改要求完成整改，并將整改情況以及整改后的照片反饋給發(fā)起人；發(fā)起人收到反饋信息后，對整改情況進(jìn)行驗(yàn)收確認(rèn)，形成“發(fā)起—整改—確認(rèn)”的閉環(huán)管理。可以對質(zhì)量安全問題進(jìn)行定期統(tǒng)計(jì)，分析問題構(gòu)成、專業(yè)分布情況、問題整改情況，生成分析報(bào)告發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人，方便讓對方及時(shí)、快速掌握項(xiàng)目整體質(zhì)量、安全情況，如圖9所示。

該項(xiàng)目創(chuàng)建了施工綜合信息大屏，設(shè)置了項(xiàng)目位置、進(jìn)度分析、安全施工天數(shù)、當(dāng)前任務(wù)進(jìn)度、實(shí)時(shí)問題、問題月度數(shù)量統(tǒng)計(jì)、問題分類統(tǒng)計(jì)、問題實(shí)時(shí)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等八個(gè)功能模塊，匯總現(xiàn)場重要信息，為快速科學(xué)決策提供依據(jù)，如圖10所示。

利用BIM 施工管理平臺(tái)，通過賦予不同人員角色和權(quán)限進(jìn)行人員管理，確保工程信息安全通過收料單、發(fā)料單、盤點(diǎn)單實(shí)現(xiàn)工程材料的嚴(yán)格管理；通過掃描機(jī)械設(shè)備二維碼，可填報(bào)機(jī)械的臺(tái)班、檢查和維修情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)械管理；通過人員、材料、機(jī)械的管理，可以進(jìn)一步提高現(xiàn)場精細(xì)化管理水平。此外，項(xiàng)目還開發(fā)了檔案管理功能，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)檔案材料的集中存放和分類，方便查閱和管理，如技術(shù)交底、會(huì)議紀(jì)要等。

運(yùn)維階段BIM 應(yīng)用。根據(jù)京津中關(guān)村科技城智慧園區(qū)頂層設(shè)計(jì)，針對基礎(chǔ)設(shè)施的智慧運(yùn)營管理指標(biāo)包括：市政管網(wǎng)智能化監(jiān)測管理率80%以上；交通誘導(dǎo)屏和智能停車場覆蓋率100%；智能路燈覆蓋率90%以上。

結(jié)合智慧運(yùn)營管理要求，在施工階段將相關(guān)構(gòu)件、設(shè)備、傳感器、管線的閘門和閥門等的安裝位置、規(guī)格型號(hào)、尺寸、生產(chǎn)單位、安裝單位、安裝日期等信息錄入施工管理平臺(tái)，在竣工驗(yàn)收階段形成竣工模型，進(jìn)行數(shù)字化移交，并接入園區(qū)數(shù)據(jù)中心，用于道路維護(hù)、綜合管線維修、設(shè)備設(shè)施管控、突發(fā)事件處置等方面園區(qū)的智慧運(yùn)營管理。

圖6 施工方案模擬

圖7 可視化技術(shù)交底

圖8 進(jìn)度填報(bào)與進(jìn)度分析

結(jié)論與建議

BIM 技術(shù)在本項(xiàng)目的應(yīng)用，創(chuàng)新形成了協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同管理工作模式，實(shí)現(xiàn)了模型信息從設(shè)計(jì)階段到施工階段，再到運(yùn)維階段的高效傳遞，形成了一次BIM 技術(shù)在智慧園區(qū)市政工程領(lǐng)域全生命期應(yīng)用的重要實(shí)踐，為后續(xù)類似工程應(yīng)用提供參考案例。

圖9 質(zhì)量安全問題分析

圖10 施工綜合信息大屏

利用BIM 技術(shù)在可視化、協(xié)同性、優(yōu)化性、仿真性方面的優(yōu)勢，革新了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工管理手段，體現(xiàn)了BIM 技術(shù)在提高溝通效率、精細(xì)化管理、形成數(shù)字資產(chǎn)方面的重要作用和價(jià)值貢獻(xiàn)。

智能化是全球發(fā)展趨勢，結(jié)合項(xiàng)目智慧運(yùn)營要求，在項(xiàng)目策劃、BIM 準(zhǔn)備工作、BIM 實(shí)施等階段均需要考慮智慧運(yùn)維需求，在BIM 模型創(chuàng)建時(shí)要增加與智慧運(yùn)維相關(guān)的基礎(chǔ)模型創(chuàng)建。在施工管理平臺(tái)搭建時(shí)要增加與智慧運(yùn)維相關(guān)的過程信息采集功能，將設(shè)計(jì)和施工階段的基礎(chǔ)性信息傳遞到運(yùn)維階段。

由于BIM 技術(shù)在我國建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用才剛剛開始，相關(guān)配套條件還不完全成熟，雖然BIM技術(shù)在本項(xiàng)目的應(yīng)用取得了一定應(yīng)用成果，但在應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了BIM 認(rèn)識(shí)不到位、協(xié)同設(shè)計(jì)流程和協(xié)同管理流程不完善、平臺(tái)之間接口不匹配等問題。在今后類似工程BIM 應(yīng)用時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)BIM 宣傳、提高認(rèn)識(shí)，完善設(shè)計(jì)階段協(xié)同設(shè)計(jì)流程和施工階段協(xié)同管理流程，通過二次開發(fā)進(jìn)一步完善不同平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)接口等相關(guān)工作，以更好地推進(jìn)BIM 實(shí)施，發(fā)揮BIM 在項(xiàng)目全生命期應(yīng)用的更大價(jià)值。