BIM技術在建筑工程項目全生命周期中的應用探索與實踐

范偉亞（亳州市重點工程建設管理服務中心，安徽 亳州 236800）

近年來我國涌現(xiàn)出一大批高水準的工程項目，為城市發(fā)展帶來新活力，也刺激了建筑行業(yè)的發(fā)展。與此同時，這些新興建筑工程項目持續(xù)沖擊著既有的技術規(guī)范、管理手段和建設方法，給建筑業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)。建筑信息化是解決建筑行業(yè)所面臨挑戰(zhàn)的鑰匙[1]。

作為建筑信息化的載體，BIM 技術受到了高度重視，甚至政府多次出文推動其普及應用。但目前BIM技術介入工程項目尚處于初級階段，局限于工程設計階段，而非項目全生命周期。因此，作為設計、施工、運維多專業(yè)信息集成平臺的BIM，其技術所帶來的行業(yè)發(fā)展紅利還沒有得到充分開發(fā)。

基于此，本文從分析項目全生命周期管理及BIM技術特點入手，闡述BIM 技術給工程全方面帶來的革命性改變，并根據一項工程案例直觀展示BIM 技術的優(yōu)勢。

1 項目全生命周期及BIM技術

1.1 項目全生命周期

全生命周期的概念是在項目管理策略層面提出的，包括項目的決策階段、實施階段和使用階段（運營階段）。項目管理的本質即為一種增值服務。因此，BIM 技術介入項目全生命周期，獲得各方單位認可，有利于各方單位達成目標，為各方單位增值。整個項目周期至少涉及八方單位，如表1所示。

雖然項目總體目標一致，但就單一參建方來說，其目標存在差異，如表2所示。

表2 相關方項目建設目標

這些目標既是分散也是統(tǒng)一的，要使這些目標都能實現(xiàn)增值，需要高度集成的信息化技術對項目全生命周期進行管控，并且信息共享。

1.2 BIM技術

BIM 技術的研究早在20 世紀70 年代就開始了，但BIM這一正式名稱的出現(xiàn)是在2002年，全稱為Building Information Modeling，意為使用三維數(shù)字技術呈現(xiàn)建筑工程項目所有相關信息的工程模型，顧名思義，該項技術的目的就是要搭建建筑工程項目所有關聯(lián)方信息匯總、交互的數(shù)字化平臺，其自然適用于項目全生命周期管理[2]。

近年來，隨著國家政策的導向，綠色建造和智能建造是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。由于BIM技術在建設過程中與綠色施工、信息化施工、裝配化施工相關聯(lián)，因此能夠發(fā)揮其極大的優(yōu)勢，進而關系到資源節(jié)約，發(fā)揮資源的精細化調配，同時又能夠滿足建筑的高質量發(fā)展。BIM技術在發(fā)展理念上與國家提出的可持續(xù)發(fā)展，既要金山銀山又要綠水青山的理念是相符合的。因此，BIM技術在現(xiàn)實工程中能夠極大地推動建筑業(yè)的良性發(fā)展，做到高質量、環(huán)境友好、人工智能等，實現(xiàn)建筑工程項目全生命周期的信息共享。

1.3 全生命周期管理中的BIM技術

BIM 技術是建筑業(yè)信息化的衍生品，信息創(chuàng)建、管理、共享是核心。基于BIM 技術進行建筑工程項目全生命周期管理，集成了項目決策階段、設計階段、施工階段和運營階段不同相關方的信息，使之成為隨項目進度同步變化的動態(tài)信息鏈，從而避免了傳統(tǒng)分散的階段性項目管理產生的信息缺失[3]。

全生命周期各個階段任務不同，所需要的信息承載體亦存在差別。BIM技術作為信息集成可視化平臺，在各階段可以承擔的主要管理任務見圖1。

由圖1可以看出，目前BIM技術更多地被應用于設計、施工及運營階段，即項目實施階段的管理工作。但可以預見的是，隨著BIM技術的完善，信息化技術在決策工作中的重要性將大大凸顯。

圖1 項目全生命周期的BIM解決方案

（1）決策階段：決策階段的主要目的是為了滿足項目的建設時序、進度安排以及質量和資金控制，具體包括：確定項目地點、確定實施組織、確定和落實建設資金、確定項目投資、進度及質量目標。所包含的信息管理有：市場信息、資源信息、環(huán)境信息、公共信息、投資信息、推廣信息。

（2）設計階段：設計工作需要多專業(yè)協(xié)同配合才能完成。不同于國外專業(yè)性設計所，我國設計院屬于集成型設計院，但即便這樣也無法確保圖紙萬無一失。該階段包含的信息有：勘察設計信息、造價信息、合同信息、同類工程信息、公共信息、材料信息、經濟信息。

2 BIM技術在工程全生命周期中的應用

2.1 項目決策階段

決策階段的主要目的是為了滿足項目的建設時序、進度安排以及質量和資金控制。無數(shù)工程實踐證明，好的工程往往在決策階段投入了大量精力，謀定而后動。在這一階段，決策者需要綜合考慮項目收益、技術可靠性、可使用性及安全性，傳統(tǒng)方法所提供的決策支撐材料往往是分散的，需要經過多方會談才能確定，成本高昂[4]。

BIM 技術可通過概要模型（Macro or Schematic model）對擬建項目進行分析和模擬，降低論證成本，提高決策效率。此外，BIM 技術提供的信息溝通平臺，可以解決不同專業(yè)間的信息割裂，匯總各方數(shù)據以提供決策支持。在決策階段，需完成：

（1）BIM技術目標：明確各單位、各階段的BIM技術工作內容、目標及責任劃分，確定工作流程等。

（2）組建BIM團隊及搭建應用環(huán)境：通過競賽或招標確立BIM管理團隊及BIM專業(yè)小組并在各參與方駐場辦公，完成各參與方BIM使用環(huán)境構建，保障應用流暢使用。業(yè)主作為項目管理核心，應組織搭建BIM 工作平臺。

2.2 項目設計階段

BIM 技術最先應用于工程設計階段。建筑工程設計工作涉及建筑、結構、管線、園林等多專業(yè)配合，集成協(xié)同設計一直是設計人員的目標，這也是BIM 技術在設計領域得到最快推廣的原因[5]。

（1）BIM概念設計：在BIM平臺完成項目選址、外形定型、結構分析，提高信息交互水平。

（2）建立3D 模型：通過BIM 軟件繪制擬建建筑3D模型，并會同各專業(yè)進行技術交底。

（3）協(xié)同設計：根據各專業(yè)分解BIM 設計內容，并進行專業(yè)設計?；贐IM 平臺進行合圖和圖紙會審，排除碰撞點。

（4）設計變更：BIM技術可以自動更新模型參數(shù)，提高方案設計靈活度。單一專業(yè)的變更可以實時反映到3D總圖中，確保各專業(yè)同步更正。

（5）施工變更：由于前期勘察、外部環(huán)境等問題，施工單位往往在建設過程中提出變更要求。通過BIM平臺進行四方會簽將大大提高效率，保證變更合理性。

（6）成本控制：設計完成后，可通過BIM 軟件自身的構件庫統(tǒng)計工程量，并基于預設定額計算工程造價，避免因后期深化設計出現(xiàn)超預算，便于業(yè)主方控制項目投資。

2.3 項目建設階段

BIM技術不僅僅是信息交互的平臺，也是項目實施工程動態(tài)模擬及管理的工具。場地布置、進度控制、質量控制、安全方案、施工成本控制及物資管理等均可通過BIM 技術的動態(tài)模擬實現(xiàn)，為業(yè)主方直觀反映現(xiàn)場質量、安全及環(huán)境方面的信息，便于垂直化、穿透化管理。

（1）設計方案可行性研究：工程圖紙落地是一個不斷磨合的過程。施工單位可以借用BIM模型對比現(xiàn)場情況，及時與設計溝通調整方案。

（2）施工場地布置：施工場地布置是BIM技術運用在施工階段的重要一環(huán)。施工場地布置需要確定各臨時設施、臨電、臨水、物料儲存間、加工間等。施工場地布置方案通過BIM進行優(yōu)化，降低后期拆改次數(shù)，提高場地利用率[6]。

（3）機械運行分析：機械運行路線與施工場地布置方案相輔相成，在使用BIM技術確定場地布置方案時，可以通過BIM 運行模擬優(yōu)化機械路徑，防止施工過程中機械間的相互干擾。

（4）施工過程模擬：4D施工模擬是BIM技術的一大亮點。其對于施工過程的模擬不僅限于形象進度展示，還有質量、材料及安全方面的信息。因而，深化BIM技術在施工過程管理中的應用，可從時間、資金、人員、機械、材料上節(jié)約成本，優(yōu)化施工整體過程。

（5）風險管控：隨著項目進度的推進，各專業(yè)需不斷進行深化設計工作。業(yè)主代表、設計人員、施工人員將頻繁對接，確認深化設計中的細節(jié)。BIM技術提供的信息交互平臺可以有效減少大量深化設計帶來的碰撞，從源頭上控制風險。

2.4 項目運營階段

BIM 參數(shù)模型的完善是完成竣工模型（As-built model）的前提。在運營方面，BIM技術需將客戶管理信息、企業(yè)成本管理信息、租賃成本信息、設施設備運行監(jiān)控信息等進行整合[7]。主要應用于以下方面：

（1）空間管理：主要服務業(yè)主方及物業(yè)方的管理，包括空間改造、建筑翻新、拆改搬遷、公共維護。

（2）設施運行維護：主要服務于物業(yè)管理，包括日常維護信息、應急維修處理、優(yōu)化運行方案、人員培訓安排、運行狀態(tài)監(jiān)控、備品備件物資管理。

（3）運營管理戰(zhàn)略規(guī)劃：服務于業(yè)主方管理，主要為空間、時間、隊伍、成本綜合戰(zhàn)略管理。

（4）建筑物優(yōu)化管理：服務于業(yè)主方及物業(yè)方管理，包括能耗分析、空間環(huán)境優(yōu)化、照明優(yōu)化、負荷預測、結構性能安全性評估等[8]。

（5）建筑物綜合指揮及管理：服務于業(yè)主方及物業(yè)方管理，包括公共安全監(jiān)控、設施設備安全監(jiān)控、應急預案優(yōu)化、消防疏散模擬、應急綜合指揮等。

3 案例分析

3.1 工程概況

安徽某地科研綜合樓項目在決策階段即被定位為國家三星綠色建筑，項目業(yè)主在招標文件中明確需采用BIM 技術，并提交相關的數(shù)字化成果。該項目分兩棟一中心，北側停車樓，南側“L”型科研樓及中心綠地，總建筑面積31600m2，整體效果圖如圖2所示。

圖2 項目整體效果圖

3.2 決策期規(guī)劃布局

在BIM 軟件中建立擬建項目外觀模型，進行風環(huán)境及日照模擬，對場地風環(huán)境及輻射環(huán)境進行評估，如圖3 所示。根據評估結果，對規(guī)劃布局進行必選，并為后續(xù)設計方案提出優(yōu)化要求。

圖3 日照輻射模擬和風環(huán)境模擬

3.3 初步設計階段

項目應用BIM 技術對建筑內部空間進行了設計，并優(yōu)化建筑風格。在該階段中，充分運用BIM 的信息模型對內部空間進行分配，由于模型和數(shù)據同步生成，并且可以交互調整，大大縮短了方案制作時間。同樣的，在該階段需要對建筑進行多方面模擬評估，比對選出最優(yōu)方案。

此外，在初步設計階段，可以借助BIM軟件強大的外接口功能，引入地形圖和地質圖，對場區(qū)的工程地質條件和周邊環(huán)境進行初步設計，合理布置場地以及安排施工流程，對場地的道路、水電、材料堆放以及設備進度進行安排，為后續(xù)的方案設計和施工圖設計做好基礎工作。

3.4 方案深化階段

在該階段除了傳統(tǒng)的深化設計、定期會審、排除碰撞之外，還根據項目綠色建筑節(jié)能減排的定位，確定可再生能源利用方案包括太陽能集熱器布置、自然通風系統(tǒng)等。隨著BIM 軟件的推廣，其自帶的構件族庫越來越齊全，確保了深化設計的便利。避免了建筑工程施工圖紙審查過程中，審查人員細節(jié)審閱不到位，審查程序不規(guī)范、審查人員素質良莠不齊等缺點。

項目結合現(xiàn)行的圖紙規(guī)范制定了適合項目自身情況的BIM企業(yè)標準，使用三維數(shù)字模型打印二維圖紙，實現(xiàn)了100%BIM出圖。

3.5 項目實施階段

項目實施階段充分利用了前期的BIM 模型，對模型進行分解、梳理及安排，從而編制施工組織計劃，確定具體施工方案。往往項目的深化設計是隨著施工進度的推進而開展的，以管線綜合為例，房建工程涉及的管線復雜，種類眾多，數(shù)量巨大，材質不一，包含給排水管線、暖通管線、網絡通信管線等，各個管線之間相互穿插，存在交叉碰撞的可能。本項目中基于BIM 施工技術對管線復雜部位的設計方案進行了優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 基于施工工法的管線優(yōu)化

4 結語

本文分析了項目全生命周期及BIM技術的特點及適應性，詳述了BIM 技術在建筑工程全生命周期的應用細節(jié)，并通過高水準的工程案例展示了BIM 技術的優(yōu)勢，BIM 技術的實施使得項目達到了節(jié)約成本的目的，減少了過多的成本消耗，同時基于BIM技術對方案進行優(yōu)化，實現(xiàn)了工程質量的控制，保障了施工安全，使項目的各個環(huán)節(jié)和參與各方的信息交流更加暢通，達到了命令的方便快捷傳遞，促進了整個項目的管理提升。信息化技術的普及和深化所帶來的影響絕不會限制于建筑項目的全生命周期管理，可以預見它將會在方方面面提升我們對工程的認識。