IPD模式集成BIM 技術(shù)在隧道全生命周期中的應(yīng)用研究

寇邦寧

摘要：BIM以三維可視化信息模型為載體，其更大的價(jià)值體現(xiàn)在基于模型對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理分析和協(xié)同管理上;IPD先進(jìn)的管理理念，其核心思想也體現(xiàn)了跨部門、跨系統(tǒng)的協(xié)同，這與BIM理念相得益彰。BIM可以為IPD模式提供技術(shù)支撐，IPD模式可以解決由于傳統(tǒng)DDB模式引起的參與方信息交互分離、專業(yè)之間缺乏合作、效率低下、工期延誤以及成本失控等弊端。文章以珠海市大橫琴山隧道工程為依托，研究IPD模式集成BIM技術(shù)在隧道建設(shè)各個(gè)階段的應(yīng)用，分析BIM作為IPD技術(shù)支撐的功能價(jià)值以及趨勢(shì)，以推動(dòng)隧道智慧建造和精細(xì)化管理的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);IPD模式;協(xié)同管理;全生命周期

0 引言

在工程領(lǐng)域“綠色建造，智慧建造”的理念已經(jīng)深入人心，一方面要對(duì)工程進(jìn)行精細(xì)化管理，以減少由于粗放式的管理造成工期延誤、效率低下、浪費(fèi)、安全質(zhì)量問(wèn)題突出等情況;另一方面要使行業(yè)武裝先進(jìn)的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，在信息化技術(shù)的支撐下提升工程的質(zhì)量和安全。

然而，據(jù)相關(guān)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，在建筑工程項(xiàng)目中，有70%的工程項(xiàng)目工期延誤，施工中人身安全問(wèn)題是其他行業(yè)的2.5倍[1]，再加上隨著人們對(duì)出行的需求和要求的提高以及交通網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，不管是鐵路隧道還是公路隧道的建設(shè)規(guī)模與日俱增，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，技術(shù)難度增加，地質(zhì)條件復(fù)雜化，施工條件惡劣，這使得現(xiàn)代隧道工程建設(shè)更加復(fù)雜化，安全管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理以及成本管理的風(fēng)險(xiǎn)都得不到有效的把控。在這種情形下，我們就需要突破傳統(tǒng)管理思想的禁錮，尋求一種新的管理模式提高項(xiàng)目建設(shè)的效率和質(zhì)量，利用信息化技術(shù)，達(dá)到項(xiàng)目的精細(xì)化管理，突破傳統(tǒng)管理模式下的弊端，集成參加各方、各組織、各專業(yè)、各階段，在統(tǒng)一的平臺(tái)上共享信息，去其碎片化、分離化。

因此，IPD（IntegratedProjectDelivery）模式應(yīng)運(yùn)而生。IPD集成管理模式作為一種新的管理模式，通過(guò)協(xié)同項(xiàng)目的參建各方，在最大程度上滿足現(xiàn)代工程建設(shè)的需求。再加上先進(jìn)的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用也日趨成熟，BIM可以解決IPD模式在實(shí)施過(guò)程中的諸多問(wèn)題，使IPD管理理念落地，而IPD又可以為項(xiàng)目交付以及BIM應(yīng)用提供系統(tǒng)支撐，IPD與BIM結(jié)合的項(xiàng)目協(xié)同管理，利用其功能和優(yōu)勢(shì)，可以更好地為項(xiàng)目的建設(shè)增值，促進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

諸多學(xué)者為了推動(dòng)現(xiàn)代工程建設(shè)的發(fā)展，進(jìn)行了相關(guān)的研究。黃廷[2]基于BIM研究了公路隧道運(yùn)維管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。郭俊禮等[3]研究建筑信息模型各功能在IPD項(xiàng)目及各階段的應(yīng)用，提出BIM在IPD項(xiàng)目各階段的建模策略和具體應(yīng)用方法。魏曉雨等[4]通過(guò)對(duì)IPD項(xiàng)目管理模式和BIM特點(diǎn)的分析，構(gòu)建了基于BIM的IPD協(xié)同工作模型，探究了該模型在成本控制中的具體應(yīng)用。楊一凡等[5]從項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)、合同協(xié)議、實(shí)施過(guò)程、技術(shù)支撐4個(gè)方面構(gòu)建了IPD模式的管理框架，優(yōu)化項(xiàng)目管理過(guò)程。王禹杰等[6]在介紹IPD管理模式及BIM價(jià)值優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)施工、成本與進(jìn)度控制、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及組織文化形成4個(gè)方面闡述BIM在建設(shè)項(xiàng)目IPD管理模式中的應(yīng)用。

1 IPD模式的內(nèi)涵

IPD（IntegratedProjectDelivery）即項(xiàng)目集成交付，與DBB（Design-Bid-Build）、DB（Design-Build）以及CMat-Risk（ConstructionManagementatRisk）同為工程項(xiàng)目交付方式的一種交付模式，是現(xiàn)階段建設(shè)項(xiàng)目交付模式新的發(fā)展方向。20世紀(jì)90年代末，IPD的雛形最先在BP（BritishPetroleum，英國(guó)石油）公司的英國(guó)北海石油鉆井平臺(tái)項(xiàng)目中取得成功，自此之后業(yè)界開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)并接受IPD。2007年美國(guó)加州委員會(huì)和美國(guó)建筑師學(xué)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了IPD指南，該指南把IPD的定義為：“整合體系、人力、實(shí)踐和企業(yè)結(jié)構(gòu)為一個(gè)統(tǒng)一過(guò)程，通過(guò)協(xié)作平臺(tái)，充分利用所有參與方的見(jiàn)解和才能，通過(guò)設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)營(yíng)各階段的共同努力，使建設(shè)項(xiàng)目結(jié)果最佳化、效益最大化，增加業(yè)主的價(jià)值，減少浪費(fèi)[7]”。

2 IPD模式集成BIM技術(shù)的價(jià)值

從IPD內(nèi)涵中可知，IPD集成了人、各系統(tǒng)、各組織、各業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，基于合作、互利共贏的思想，使參建各方在各個(gè)階段達(dá)到信息共享共識(shí)，促進(jìn)工程建設(shè)一體化，最大程度地減少返工和浪費(fèi)、降低成本以及縮短工期，達(dá)到最優(yōu)項(xiàng)目目標(biāo)。而B(niǎo)IM三維協(xié)同設(shè)計(jì)，作為項(xiàng)目管理的信息載體，可以在項(xiàng)目初期提供方案比選;在設(shè)計(jì)階段減少差錯(cuò)漏碰，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量;在運(yùn)維階段利用BIM進(jìn)行運(yùn)維管理和設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)，這與IPD管理理念不謀而合，為IPD模式在項(xiàng)目全壽命周期中的管理提供了可靠的技術(shù)支撐。

2.1 全員協(xié)同參與，信息交互暢通

傳統(tǒng)模式下，項(xiàng)目參建各單位信息溝通受制于體制等原因，溝通閉塞，效率低下，而在IPD模式下，參建單位基于BIM可以協(xié)同工作（見(jiàn)圖1），避免信息碎片分離，使信息交流更加便捷（見(jiàn)圖2），致力于互利共贏的建設(shè)目標(biāo)，參建各方能更好地接受和安排任務(wù)，提高工作效率。

2.2 早期介入，節(jié)省工期

如圖3所示，IPD模式相對(duì)于傳統(tǒng)的管理模式，建設(shè)項(xiàng)目各方就盡早地參與到項(xiàng)目中，在方案概念設(shè)計(jì)階段以及設(shè)計(jì)施工階段，各參與方可以集思廣益，將各自的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)充分運(yùn)用到建設(shè)項(xiàng)目中。尤其在設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的模式下只有設(shè)計(jì)單位參與設(shè)計(jì)，其他各方與設(shè)計(jì)單位缺乏溝通，甚至沒(méi)有溝通，這樣就會(huì)造成單位審圖階段與施工階段出現(xiàn)較多問(wèn)題，導(dǎo)致工期延后。另一方面IPD模式集成各參加方在統(tǒng)一的平臺(tái)上，可以將項(xiàng)目的整體執(zhí)行效率提高，以縮短工期，促使項(xiàng)目的順利起步和成功實(shí)現(xiàn)。

2.3 提高質(zhì)量，控制成本

IPD+BIM模式要求參加各方在項(xiàng)目初期盡早地參與到項(xiàng)目中。在設(shè)計(jì)階段，參建各方深度交流，集思廣益，共同決策，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量;在施工階段進(jìn)行施工模擬，通過(guò)施工質(zhì)量和技術(shù)監(jiān)控提高施工質(zhì)量。英國(guó)政府商務(wù)辦公室（UKOGC）的研究表明，建設(shè)項(xiàng)目在運(yùn)用IPD模式下，可以促使建設(shè)項(xiàng)目持續(xù)穩(wěn)定改善一系列的項(xiàng)目績(jī)效，將項(xiàng)目建設(shè)成本實(shí)現(xiàn)高達(dá)30%的節(jié)省[8]。所以，通過(guò)參與各方協(xié)同合作，IPD可以在整體上節(jié)約工程成本。

3 IPD集成BIM技術(shù)的應(yīng)用案例分析

本案例依托于橫琴新區(qū)大橫琴山隧道工程。該項(xiàng)目位于珠海市橫琴新區(qū)，以橫琴新區(qū)為載體，大力推進(jìn)粵港澳融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)島內(nèi)交通高效組織以及區(qū)域交通的緊密銜接，路線全長(zhǎng)約5.81km。以該山嶺隧道工程為依托，開(kāi)展基于IPD+BIM的隧道建設(shè)管理的研究，提升工程的安全和質(zhì)量，節(jié)省工期，節(jié)約成本。

3.1 概念方案設(shè)計(jì)階段

概念方案設(shè)計(jì)階段，在IPD模式下，BIM技術(shù)為各參與方的早期介入與溝通提供平臺(tái)。通過(guò)繪制線路曲線，坡度設(shè)計(jì)、隧道工點(diǎn)布置，建立3D概念體量，在三維環(huán)境下直接進(jìn)行線路方案設(shè)計(jì)，直觀地看到工程周邊環(huán)境、地形地貌等情況（見(jiàn)圖4），進(jìn)而分析項(xiàng)目策劃方案，根據(jù)線路周邊環(huán)境建筑控制點(diǎn)（見(jiàn)圖5～6）調(diào)整線路的走向和縱坡，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，提前解決施工中可能出現(xiàn)的爭(zhēng)議，從根本上降低投資，提高質(zhì)量，縮短工期。

3.2 設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，各參與方共同介入，提供不同角度的設(shè)計(jì)建議，并利用土建和機(jī)電BIM整合模型進(jìn)行碰撞檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的“差錯(cuò)漏碰”，通過(guò)專業(yè)協(xié)同，快速解決碰撞問(wèn)題，減少施工階段的設(shè)計(jì)變更。

基于三維模型，利用BIM可視化和虛擬化模擬可以進(jìn)行設(shè)計(jì)性能分析，模擬車流及人員疏散分析（見(jiàn)圖7～8），能夠真實(shí)地模擬當(dāng)前救援通道設(shè)置條件下的疏散過(guò)程，輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)救援通道進(jìn)行優(yōu)化，確保緊急狀態(tài)下人員能夠及時(shí)疏散。

還可以利用BIM模型進(jìn)行光照（見(jiàn)圖9）和能耗分析，能夠動(dòng)態(tài)模擬各種工況下的實(shí)施效果。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)及模型進(jìn)行修改，使設(shè)計(jì)方案在滿足結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上更具經(jīng)濟(jì)性和合理性，減少浪費(fèi)，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3 施工階段

施工階段，基于BIM施工管理協(xié)同平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的道路、臨建、龍門吊等施工場(chǎng)地進(jìn)行了合理的布置（見(jiàn)下頁(yè)圖10），通過(guò)場(chǎng)地布置的優(yōu)化提高現(xiàn)場(chǎng)組織管理效率。

將BIM模型與時(shí)間和空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，利用詳細(xì)的施工方案和施工進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)4D施工工法模擬和5D進(jìn)度模擬，明確各項(xiàng)工作所需的資源以及供應(yīng)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工（見(jiàn)圖11）。

為了管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多方數(shù)據(jù)交互，業(yè)主、監(jiān)理、施工方同時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)信息，開(kāi)發(fā)了手機(jī)移動(dòng)端?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員通過(guò)手機(jī)移動(dòng)端能夠快速獲取當(dāng)前工程部位的設(shè)計(jì)參數(shù)，方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)存在的施工質(zhì)量問(wèn)題通過(guò)拍照上傳，提示有關(guān)部門進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工管理，有效提高現(xiàn)場(chǎng)管理效率。通過(guò)幫助管理層提前預(yù)防，并在過(guò)程中部署檢查的重點(diǎn)，對(duì)平臺(tái)記錄進(jìn)行跟蹤管理，有效分析出質(zhì)量、安全問(wèn)題的多發(fā)部位，促使資源最優(yōu)化。

基于BIM可視化平臺(tái)，可獲取高效的協(xié)調(diào)和管理監(jiān)控信息（見(jiàn)圖12）。通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)自動(dòng)綜合測(cè)試系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)安裝的監(jiān)控設(shè)備與電腦平臺(tái)相連，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工情況，達(dá)到安全文明施工。

3.4 運(yùn)維階段

在IPD模式下，BIM協(xié)同平臺(tái)（見(jiàn)圖13）集成了設(shè)計(jì)和施工階段的所有數(shù)據(jù)信息，這將會(huì)極大地方便運(yùn)維階段的管理。例如平臺(tái)錄入了所有設(shè)計(jì)圖紙和施工過(guò)程中的資料，不論經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，運(yùn)維管理人員都可以輕松查詢和存儲(chǔ)。工程施工結(jié)束后，在運(yùn)營(yíng)階段往往存在對(duì)人員管理混亂、責(zé)任不清等問(wèn)題，而平臺(tái)構(gòu)建了各參與單位人員資源信息，可以查詢項(xiàng)目實(shí)施階段各責(zé)任人的信息，便于運(yùn)維管理。

病害維護(hù)是隧道運(yùn)營(yíng)階段的任務(wù)之一，建立隧道健康專項(xiàng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌漏水、開(kāi)裂等病害后及時(shí)進(jìn)行整治。安裝相關(guān)感應(yīng)元件，進(jìn)行火災(zāi)煙霧、CO濃度等監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)行車安全預(yù)警，可及時(shí)上報(bào)并采取應(yīng)急措施。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)IPD模式集成BIM技術(shù)，從單純的平面交付轉(zhuǎn)向全信息模型集成交付;從各單位分離完成項(xiàng)目轉(zhuǎn)向各單位協(xié)同完成;從離散的管理轉(zhuǎn)向基于同一模型的全生命周期的管理。隨著先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展和移動(dòng)終端的普及，建立基于BIM技術(shù)的云管理平臺(tái)和移動(dòng)管理平臺(tái)，匯聚所有參建方參與其中，以提高參建各方的溝通效率，使項(xiàng)目質(zhì)量得到保證，工期得到控制，成本得到節(jié)約，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理，為項(xiàng)目的增值服務(wù)。

目前國(guó)內(nèi)IPD模式結(jié)合BIM技術(shù)的應(yīng)用還很少，還存在很多問(wèn)題，尤其受到傳統(tǒng)模式的制約，各參與方都是以自己的利益為中心，很難構(gòu)建一個(gè)利益共同體。其次缺乏健全的法律和標(biāo)準(zhǔn)的體系，使得IPD+BIM推進(jìn)很緩慢。政府部門和建設(shè)工程行業(yè)應(yīng)加快制定相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并給予相關(guān)的政策優(yōu)惠，以加快IPD+BIM的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)建筑工程智慧建造的發(fā)展。

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