全生命周期基于BIM協(xié)同管理的研究與應(yīng)用*

鄭文陽，杜俊豪，郤 諜，王昊楠，吳澤丙

(浙江大東吳建筑科技有限公司，浙江 湖州 313071)

0 引言

建筑信息模型(building information modeling)是以3D數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建設(shè)工程設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運維管理為一體的方法[1]，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點[2]，項目建設(shè)各參與方基于BIM模型進(jìn)行信息共享，有效增強(qiáng)團(tuán)隊間的協(xié)同管理能力，提升工作效率，實現(xiàn)精細(xì)管理、智能建造。

基于BIM協(xié)同管理在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，專家學(xué)者進(jìn)行許多探索。王巧雯等[3]探索構(gòu)建BIM一體化多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的流程框架。楊新等[4]研究以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫+模型圖紙文件管理器為核心的數(shù)模分離式BIM正向設(shè)計平臺架構(gòu)，實現(xiàn)一體化設(shè)計與管理。OH M等[5]提出基于功能集成、信息管理和過程支持的BIM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。王廷魁等[6]建立基于BIM技術(shù)與RFID技術(shù)的建筑設(shè)備運行維護(hù)管理系統(tǒng)，并證明該技術(shù)在信息更新速度、信息交流準(zhǔn)確度、節(jié)約人力物力等方面的優(yōu)勢。王寬[7]提出分別連接BIM工作站、BIM&RFID顯示終端、工廠BIM&RFID工作站、BIM&RFID移動式工作站、現(xiàn)場BIM&RFID工作站和物流BIM&RFID讀取終端的公共互聯(lián)網(wǎng)裝配式建筑構(gòu)件智能管理系統(tǒng)。李天華等[8]通過相關(guān)案例證實BIM-RFID融合技術(shù)在建筑全生命周期各階段中具有提高交流共享信息效率的效果。

裝配式建筑設(shè)計-制造-裝配過程核心如下：①設(shè)計階段 核心是實現(xiàn)BIM正向設(shè)計，統(tǒng)一BIM模型、專業(yè)計算模型、施工圖，設(shè)計信息在各專業(yè)間實現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并且各專業(yè)間實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計；②制造-裝配階段 核心是BIM模型的輕量化，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將工廠、現(xiàn)場數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享互通，實現(xiàn)各參與方高效協(xié)同與精細(xì)化管理。

1 工程概況

東升和府10號樓項目位于浙江省湖州市湖東分區(qū)，為地下2層、地上17層的板式高層住宅，地上建筑面積1.1萬m2。設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度，耐火等級為二級，屋面防水等級為Ⅰ級，綠色二星設(shè)計，裝配率為94%。

在東升和府10號樓的設(shè)計-制造-裝配過程中，通過專業(yè)培訓(xùn)讓全專業(yè)設(shè)計師達(dá)到BIM應(yīng)用水平。設(shè)計階段進(jìn)行以設(shè)計師為主導(dǎo)的深度BIM正向設(shè)計，應(yīng)用全專業(yè)BIM正向設(shè)計、提資協(xié)同、管線綜合與協(xié)同設(shè)計。制造-裝配階段通過東吳云平臺進(jìn)行信息化管理，以二維碼為信息載體，進(jìn)行質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等信息共享與協(xié)同，并通過人工智能算法進(jìn)行預(yù)警，實現(xiàn)智能化管控。

2 BIM正向設(shè)計協(xié)同管理平臺的應(yīng)用

傳統(tǒng)設(shè)計方式存在設(shè)計交互滯后、設(shè)計變更多、變更難發(fā)現(xiàn)、協(xié)同效率低等不足，而且存在多種建模與分析軟件，各軟件數(shù)據(jù)格式不一致，無法直接進(jìn)行交互，導(dǎo)致信息冗余、一致性差、數(shù)據(jù)重復(fù)利用難度大等問題。

目前BIM流程基于二維圖紙進(jìn)行三維建模，即翻模，是二維與三維的轉(zhuǎn)化階段，是逆向思維，而BIM正向設(shè)計是先建好三維模型，根據(jù)三維模型導(dǎo)出二維施工圖，再管理生產(chǎn)、施工等過程[9]。

針對以上情況，采用正向設(shè)計體系實現(xiàn)計算模型、BIM模型、施工圖三者聯(lián)動，數(shù)據(jù)無縫轉(zhuǎn)換，并通過設(shè)計管理平臺實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計，如圖1所示。BIM正向設(shè)計協(xié)同管理平臺功能如下：①族庫管理 進(jìn)行族庫標(biāo)準(zhǔn)化管理，促進(jìn)設(shè)計成果高效應(yīng)用；②BIM正向設(shè)計 可使計算模型、施工圖模型與圖紙一體化，平面、立面、剖面可聯(lián)動修改；③協(xié)同設(shè)計 進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，可及時溝通問題，解決設(shè)計階段規(guī)范性核查及錯漏碰缺問題。

2.1 族庫管理

族庫管理具備族的審核、收藏、分類管理功能。依據(jù)項目特色，可創(chuàng)建大量建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、裝配式構(gòu)件等全專業(yè)族庫，在設(shè)計過程中統(tǒng)一從設(shè)計管理平臺中調(diào)用，保證所有項目人員使用族庫的一致性和準(zhǔn)確性，提高設(shè)計效率與出圖質(zhì)量。

2.2 BIM正向設(shè)計

正向設(shè)計體系以Revit為核心建模軟件，結(jié)構(gòu)計算采用盈建科軟件，結(jié)構(gòu)計算模型與BIM模型數(shù)據(jù)交互采用盈建科-Revit插件，建筑與機(jī)電計算采用鴻業(yè)BIM SPACE軟件，BIM SPACE是基于Revit的插件，將計算模型與BIM模型合為一體。

1)機(jī)電計算模型與BIM模型、施工圖一體化 給排水工程師創(chuàng)建給排水專業(yè)模型，通過鴻業(yè)BIM SPACE軟件輸入計算參數(shù)，直接在模型上進(jìn)行計算，并通過計算結(jié)果自動賦值BIM模型，實現(xiàn)計算與模型間的聯(lián)動。

2)結(jié)構(gòu)計算模型與BIM模型、施工圖一體化 由結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)建筑方案模型選用專用PEC族庫，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)專業(yè)模型，通過盈建科-Revit插件導(dǎo)入盈建科軟件進(jìn)行計算，結(jié)果自動賦值BIM模型，實現(xiàn)計算與模型間的聯(lián)動。

2.3 協(xié)同設(shè)計

多專業(yè)協(xié)同在設(shè)計管理平臺上進(jìn)行，該平臺包含客戶端與網(wǎng)頁端，協(xié)同設(shè)計主要包含專業(yè)間相互提資、專業(yè)間碰撞檢查、設(shè)計成果校審3項內(nèi)容。該項目協(xié)同設(shè)計采用設(shè)計管理平臺，基本工作流程如圖2所示。

圖2 BIM正向設(shè)計工作流程

1)專業(yè)間相互提資 基于BIM的設(shè)計提資與傳統(tǒng)提資方式不同，傳統(tǒng)提資方式是各自進(jìn)行專業(yè)設(shè)計后再進(jìn)行提資，只能在設(shè)計圖紙上進(jìn)行標(biāo)識，效率不高、提資滯后，導(dǎo)致反復(fù)修改圖紙，影響出圖進(jìn)度。

通過設(shè)計管理平臺在Revit客戶端進(jìn)行各專業(yè)提資，其他專業(yè)能及時收到提資資料并自動定位提資位置，大大提高工作效率，減少因提資不及時導(dǎo)致的窩工和反復(fù)返工現(xiàn)象。

2)專業(yè)間通過設(shè)計管理平臺進(jìn)行協(xié)同設(shè)計 設(shè)計管理平臺將全專業(yè)模型輕量化，通過輕量化模型進(jìn)行各專業(yè)協(xié)同設(shè)計并發(fā)起問題，相關(guān)設(shè)計師收到后可通過定位直接查找問題構(gòu)件并解決，提高溝通效率。

通過碰撞檢查及在輕量化模型中核查各專業(yè)設(shè)計模型等協(xié)同設(shè)計方法，解決多項設(shè)計階段的錯漏碰缺，極大提升設(shè)計質(zhì)量，對加快工程進(jìn)度和節(jié)約成本具有一定效果。

3)設(shè)計成果校審 傳統(tǒng)校審只能在完成施工圖后進(jìn)行，針對校審問題重新修改施工圖，增加重復(fù)勞動，影響施工圖進(jìn)度。

基于BIM模型進(jìn)行校審，可直接修改模型，自動修改施工圖，校審過程中有提醒消息時，可實時查看校審流轉(zhuǎn)過程，結(jié)果保存在平臺端可實時追溯。設(shè)計院的校審工作統(tǒng)一在設(shè)計管理平臺中，一目了然，審核過程實時留底，可進(jìn)行追溯。

3 東吳云協(xié)同管理平臺的應(yīng)用

東吳云協(xié)同管理平臺模型由BIM正向設(shè)計，經(jīng)協(xié)同管理平臺模型輕量化得到，實施數(shù)據(jù)有目標(biāo)性無縫連接，核心是及時傳遞與共享施工數(shù)據(jù)，通過BIM模型輕量化、可視化進(jìn)行直觀表達(dá)與智能化決策。

3.1 進(jìn)度監(jiān)控

BIM模型與進(jìn)度數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，可實時反映工廠和現(xiàn)場狀況，實現(xiàn)裝配式BIM 模型與工廠及現(xiàn)場裝配數(shù)據(jù)的互通與實時反饋。采用二維碼技術(shù)，即基于物聯(lián)網(wǎng)智能識別技術(shù)，BIM模型中的每個構(gòu)件都有唯一ID和二維碼，二維碼對應(yīng)施工現(xiàn)場的預(yù)制構(gòu)件，包含生產(chǎn)商、構(gòu)件類別、尺寸、位置、運輸單位等信息，通過APP掃碼識別，將信息同步至 BIM 平臺，即可實時反饋現(xiàn)場狀態(tài)。

1)二維碼系統(tǒng) BIM模型通過輕量化引擎發(fā)布在東吳云協(xié)同管理平臺上，每個構(gòu)件生成獨立二維碼，掃描二維碼可實時查看現(xiàn)場進(jìn)度與構(gòu)件相關(guān)信息。

2)構(gòu)件追蹤 掃描二維碼可查看實時進(jìn)度，通過輕量化引擎反映在進(jìn)度模型中，實現(xiàn)裝配式構(gòu)件全過程實時追蹤。二維碼系統(tǒng)可定義生產(chǎn)完成-構(gòu)件入庫-構(gòu)件出庫-吊裝完成管理過程，實時收集構(gòu)件生產(chǎn)、倉儲、安裝階段信息，供各參與方進(jìn)行可視化查看。

3)智能化預(yù)警 項目管理成員提前根據(jù)各自崗位職責(zé)定義智能化預(yù)警機(jī)制，東吳云協(xié)同管理平臺依據(jù)實際進(jìn)度自動推送預(yù)警消息，可提前規(guī)避進(jìn)度風(fēng)險，保證工程進(jìn)度，方便管控現(xiàn)場。

4)工程量實時統(tǒng)計 進(jìn)度款的管控以現(xiàn)場實際完成工程量為基準(zhǔn)，提高使用平臺的積極性和對進(jìn)度款的掌控能力。

3.2 質(zhì)量安全協(xié)同管理

裝配式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆的區(qū)別在于構(gòu)件預(yù)制，因此需保證構(gòu)件質(zhì)量， 結(jié)合BIM 技術(shù)與二維碼技術(shù)，可實現(xiàn)全過程監(jiān)控，能隨時追溯構(gòu)件質(zhì)量與安全問題，相關(guān)責(zé)任人可準(zhǔn)確掌握缺陷構(gòu)件位置，隨時監(jiān)督、檢查整改過程及結(jié)果，形成閉環(huán)管理。

項目中質(zhì)量員、安全員、技術(shù)員日常使用協(xié)同管理平臺配套的微信小程序，將施工現(xiàn)場中的問題及時上傳平臺。各相關(guān)方收到問題后可查看問題照片，及時回復(fù)處理方案，極大加強(qiáng)質(zhì)量安全管理的時效性、可追溯性。全員參與的質(zhì)量安全協(xié)同管理模式在該項目中取得良好效果。

3.3 智慧工地

該項目應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、勞務(wù)實名制系統(tǒng)、塔式起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、揚塵檢測系統(tǒng)，可對接視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，可在東吳云協(xié)同管理平臺中直接遠(yuǎn)程實時查看現(xiàn)場和揚塵檢測情況。

3.4 駕駛艙

駕駛艙界面可查看項目概況、構(gòu)件追蹤模型、現(xiàn)場監(jiān)控、現(xiàn)場人員、現(xiàn)場問題統(tǒng)計等信息，可更快、更直觀、更高效展示項目宏觀信息，為各參與方提供可視化的頂層決策分析數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

在東升和府10號樓項目中，對BIM正向設(shè)計整體流程、操作方法進(jìn)行分析，并對東吳云協(xié)同管理平臺的進(jìn)度追蹤、質(zhì)量安全管理功能進(jìn)行研究。BIM正向設(shè)計可整合項目在設(shè)計階段中各專業(yè)的設(shè)計信息，減少重復(fù)勞動、提高設(shè)計質(zhì)量。建立以BIM模型為基礎(chǔ)的協(xié)同管理平臺，可有效整合各階段的管理數(shù)據(jù)，從而使無序的項目管理變?yōu)橛行?、智能的管理，有利于實現(xiàn)各部門、各專業(yè)間的協(xié)同工作，加快工程進(jìn)度、節(jié)約成本。