互聯網+BIM 建模技術在懷柔科學城智慧工程建設中的應用

任楠REN Nan；顧偉紅GU Wei-hong

（蘭州交通大學，蘭州 730000）

1 緒論

1.1 建設背景

2016 年9 月，國務院《北京加強全國科技創(chuàng)新中心建設總體方案》明確，北京將進一步推動“三城一區(qū)”建設。懷柔科學城作為“三城一區(qū)”的重要組成部分，將助力國家重大科技基礎設施建設落地，完善基礎前沿研究，實現關鍵核心技術突破，為北京實現“四個中心”中的國際科技創(chuàng)新中心建設凝神聚力。

2017 年3 月，北京懷柔科學城建設發(fā)展有限公司成立，是由北京市、懷柔區(qū)和密云區(qū)共同出資成立的平臺公司，主要任務是負責懷柔科學城開發(fā)建設、投資和運營。

2017 年5 月，國家發(fā)改委、科技部批復《北京懷柔綜合性國家科學中心建設方案》。北京懷柔綜合性國家科學中心規(guī)劃范圍總面積100.9 平方公里，是在原中關村懷柔園、北京雁棲經濟開發(fā)區(qū)、中關村密云園、北京密云經濟開發(fā)區(qū)用地范圍基礎之上設立而成，其中位于懷柔區(qū)的面積約68.2 平方公里，位于密云區(qū)的面積約32.7 平方公里。

1.2 建設意義

我國傳統建筑行業(yè)的項目建設管理通常比較落后，隨著互聯網技術和BIM 建模技術等的普及，現代建筑行業(yè)的項目建設管理已呈現出信息化管理新模式。

懷柔科學城空間規(guī)劃面積大，同期開工項目多。筆者所在的平臺公司需要運用一定的信息化技術手段，將更多互聯網技術、BIM 建模技術等通過技術手段植入到建筑主體及各類遠程監(jiān)管系統中，實現工程管理干系人與各建筑施工項目的體系融合。智慧工程建設可以促進建設管理企業(yè)內部生產關系的轉型升級，可以完成與互聯網+社會生產力的有效對接，還可以進一步釋放企業(yè)員工的創(chuàng)新活力，為工程建設管理活動提供可持續(xù)發(fā)展的源泉[1]。

2 相關概念

2.1 智慧科學城

懷柔科學城規(guī)劃與我國建設世界科技強國“三步走”戰(zhàn)略相適應，瞄準世界前沿科技，落實國家戰(zhàn)略，體現中國特色，彰顯文化自信，努力建設“智慧科學城”。懷柔科學城智慧城市的建設將與懷柔科學城的空間規(guī)劃布局、功能定位相適應，通過云計算、大數據、人工智能等技術應用，實現懷柔科學城信息基礎設施全面覆蓋，同時構建基礎市政設施智能監(jiān)測，指導懷柔科學城的信息化相關建設任務的方案設計、建設實施、應用保障，涵蓋規(guī)劃、建設、管理和服務的全流程，從而打造基于時間、空間、領域三個維度構建虛實結合的智慧科學城創(chuàng)新發(fā)展的虛擬空間，通過三個維度的融合，既可引領科學城未來的創(chuàng)新發(fā)展，又能支撐當下的規(guī)劃建設。

2.2 智慧工程

智慧工程是順應建筑業(yè)信息化發(fā)展的要求，以工程項目的全生命周期管理為出發(fā)點，運用新一代信息技術和信息模型技術的方式，在施工活動中加以運用、整合，以各參建單位協同發(fā)展為目標，從而構建智能化的管理模式。懷柔科學城智慧工程的建設原理是將物聯網應用與計算機技術相結合，通過RFID 數據采集技術、ZigBee 無線網絡技術以及視頻監(jiān)控等手段[2]，實現對施工項目的進度、質量安全、智能監(jiān)控、資金投資、新聞中心等“五管合一”的立體化管控格局，再通過互聯網+BIM 建模技術的整合，實現項目資源信息與基礎空間數據的結合，構造一個信息共享、集成、綜合的工程管理和決策支持平臺，實現經濟和社會效益的最大化[3]。

3 互聯網+BIM 建模技術的應用

3.1 背景分析

“十三五”時期，我國持續(xù)基礎設施投資力度，建筑行業(yè)規(guī)模呈逐年上升的態(tài)勢，受2020 年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情影響，對建筑企業(yè)的管理方法和手段、技術革新、人員素質等都提出了較大的挑戰(zhàn)，因此實現“互聯網+”與建筑行業(yè)的融合和發(fā)展，是信息化時代對建筑行業(yè)提出的新要求。北京懷柔科學城空間規(guī)劃面積大、空間結構規(guī)劃形態(tài)多樣、空間單元和街區(qū)劃分類型多，2020 年-2025 年正在加快各項國家重大科技基礎設施（大科學裝置）和科學設施平臺建設，截止2025 年計劃重大開工項目約64 項，“互聯網+BIM 建模技術”能夠給懷柔科學城的工程建設管理帶來更大數量級的價值實現。

3.2 項目案例

先進光源技術研發(fā)與測試平臺項目位于北京市懷柔區(qū)11 街區(qū)懷柔科學城起步區(qū)，建安工程建設主體為北京懷柔科學城建設發(fā)展有限公司，根據市政府安排采用“一會三函”模式并于2019 年開工建設，現已完成項目竣工驗收備案并交由中國科學院高能物理研究所進行實驗設備安裝及具體使用。項目規(guī)劃用地面積約42640 平方米，規(guī)劃總建筑面積約21295 平方米，由6 棟單體建筑組成，包含有1#實驗廳、2#實驗廳、3#低溫廳、4#公輔廳、5#變電站、6#空環(huán)樓等。項目建設全過程采用基于“互聯網+BIM建模技術”為應用的懷柔科學城智慧工程管理平臺，經過平臺公司領導和驗收組專家后期復盤，該智慧工程管理平臺有力地促進了綠色施工的推進，保證了施工過程的進度、質量和安全，取得了較好的經濟和社會效益，預估共節(jié)約市發(fā)改委投資約1500 萬元，并在平臺公司后續(xù)項目進一步推廣和應用。項目建筑指標如表1 所示。

表1 項目建筑指標

3.3 架構設計

3.3.1 信息采集層

使用Zigbee 無線定位網絡具有雙向短距離傳輸、低功耗、組網靈活、網絡自愈能力強等特點，可在施工工程中進行組網，并將檢測到的數據進行傳輸。定位終端和各種傳感器將感知數據實時傳送到Zigbee 分站，分站通過網絡無線傳輸到網關，由數據傳輸層負責統一上傳。

3.3.2 數據傳輸層

借助RJ45、RS485/232、光纖環(huán)網、4G/5G、Wifi、Internet等網絡技術，將信息采集層的數據遠距離傳輸到物聯網的中間服務器。

3.3.3 中間服務層

通過使用不同種類的傳感設備適配器，獲取海量原始數據并進行分析，提供復雜事件的處理引擎，對分析后的數據進行過濾、分組、匹配、聚合，形成透明的傳感數據供用戶使用，同時根據具體需求形成具體的業(yè)務場景服務，提供接口服務供用戶感知層直接訂閱。

3.3.4 用戶感知層

根據分析的感知數據，通過“互聯網+BIM 建模技術”的綜合應用，實時動態(tài)采集施工過程中涉及的人、機、料、法、環(huán)等要素，有效地支持用戶感知層的現場施工人員、項目管理干系人提高施工質量安全、成本和進度水平，并確保工程項目的成功。

3.4 平臺應用

考慮到建筑工程一般需要進行進度管理、質量管理、安全管理、成本管理、資料管理、方案管理、環(huán)境管理、人員管理等特點，通過平臺公司內部業(yè)務量化整理和與互聯網技術提供商的多次討論和溝通，針對現階段懷柔科學城智慧工程建設的特點，綜合考慮“項目周期較長、管理風險大，項目參與方多、協調工作難、項目數據量大、溝通效率低”等現實狀況，通過BIM 建模工具搭建形成含有9 個模塊的基本功能雛形，為“互聯網+BIM 建模技術”的應用找到了準確切入點。智慧工程管理平臺操作界面如圖1 所示。

圖1 懷柔科學城智慧工程管理平臺

3.4.1 主要功能模塊應用

①進度管理。施工進度管理中的不斷進度優(yōu)化是進度控制的關鍵，通過實時獲取相關BIM 模型進度計劃數據，導出相應的工序進度參考，由施工單位項目經理每天匯報進度，將實際進度與計劃進度進行對比，分析影響施工關鍵線路工期偏差的原因，及時調整施工計劃和方案，同時分析預判設計、質量安全、環(huán)境等影響進度的因素，實施進度預警及跟蹤。

②質量安全管理。質量安全管理則是在工程管理干系人管理經驗的基礎上，主要以來自BIM 模型的質量安全數據來記錄建筑物在檢查過程中發(fā)現的隱患信息，包括隱患點位置、隱患情況信息、現場照片和影像、責任單位及責任人等信息，通過模型索引將質量安全問題高效傳播到每個工程管理干系人手中，并實時記錄相關問題整改的后續(xù)進程，提供事后復盤功能，以確保整個管理記錄的完整性和管理過程的可追溯性。

③智能監(jiān)控管理。通過BIM 模型的智能監(jiān)控模塊，實現施工現場遠程視頻監(jiān)控、現場消防報警遠程接收、固定人員“電子哨兵”遠程管控、來訪人員遠距離語音對話控制等功能，工程管理干系人可以實時了解施工現場的施工進度、安全情況、人員到崗及防疫情況、來訪人員動線管理等，實現對工程項目的遠程監(jiān)管。

④資金投資管理。通過BIM 模型的資金投資管理模塊，實現對基建概（預）算投資額、已完成投資額、已簽約合同額、已支出資金的實時明細管控，為政府資金落實、公司財務監(jiān)管、項目合同管理和動態(tài)成本控制帶來便利。

⑤新聞中心管理項目建設過程中受到國家發(fā)改委、北京市發(fā)改委、市政府各委辦局、中科院各研究院所的高度關注，領導現場調研期間所作的重要指示以及國內各大新聞媒體的跟蹤報道均被新聞中心模塊實時記錄、轉載和報道，這既是對項目建設者辛勤付出的一種褒獎和鼓舞，又是企業(yè)文化傳承的一項重要的“固定資產”。

3.4.2 其他重難點應用

①現場布置優(yōu)化本項目施工期間周邊市政道路及配套設施不完善，對項目組織協調要求高，加之施工場地較大，各項目施工存在交集，后期市政管廊和道路項目集中開工，導致場地布局不斷變化，給管理帶來困難。BIM 建模技術的應用為本項目的布置工作提供了很好的手段，通過建立場地的三維布置，可以更加直觀地模擬現場每一步的情況，靈活安排場地，實現合理布局。

②多專業(yè)協調由于受場地布局、專業(yè)協調、技術差異等因素的影響，本項目機電各專業(yè)初期缺乏協調配合，難免存在很多不可預見的問題，造成機電各專業(yè)之間在平面或立體空間內無法交圈，達不到設計要求。通過BIM 建模技術的可視化、參數化、智能化等特點，進行多專業(yè)碰撞檢查、凈高控制檢查和精確預留預埋，并以此建立機電各專業(yè)會商機制，盡可能減少技術失誤并加強溝通，現場需要協調的問題大大減少，降低了施工成本。

③工作面管理本項目分包單位較多，專業(yè)間交叉工作頻繁，特別是實驗室工藝設備安裝與建安工程各分包歸屬不同的建設主體，不同專業(yè)、資源、分包之間的協調與合理搭接工作尤為重要。BIM 建模技術以工作面為關聯對象，實時統計同一工作面上不同專業(yè)的所有施工作業(yè)，按邏輯或工藝規(guī)則規(guī)范不同專業(yè)、資源、分包之間的工作內容和時序，以順利推進工作。

④打造企業(yè)工作庫工作庫通?？梢詾檎Y金管理和工程造價管理提供數據支持，客觀反映工程的技術和管理水平。通過BIM 建模技術打造符合懷柔科學城平臺公司特點的工作庫，選取工程樣本，針對工程本體測定和動態(tài)成本測算，逐步累積形成龐大的數據集，并通過科學的統計計算，以期最終形成符合自身特色的企業(yè)工作庫，形成平臺公司原始積累。

4 結論

本文初步分析了如何運用“互聯網+BIM 建模技術”來保障懷柔科學城的智慧工程建設，主要的價值內容濃縮體現為：①完善項目規(guī)劃，②科學制定建設環(huán)節(jié)，③有效降低項目成本，④有效提高項目質量，⑤有效縮短項目工期，⑥有效減少安全風險。通過懷柔科學城智慧工程管理平臺的應用，能更好地實現對工程項目全周期、全方位和全要素的管理，提高了施工現場的作業(yè)質量和工作效率、加強了工程管理的標準化和精細化管理水平，通過互聯網+BIM 建模技術的整合，實現了項目資源信息與基礎空間數據的結合，構造了一個信息共享、集成、綜合的工程管理和決策支持平臺，實現了經濟和社會效益的最大化，為筆者所在的平臺公司工程管理標準化建設和發(fā)展提供了有效支撐。

現階段懷柔科學城智慧工程建設仍處于逐步探索的過程，將是一項系統而復雜的工作，很多方面還有不足。今后還需要從完善“互聯網+”應用系統、合理應用“EBIM”平臺、引入智能化參與項目過程管理等幾個方面入手，有效提速智慧工程建設效率。相信通過各方的合作，基于“互聯網+BIM 建模技術”的智慧工程管理平臺，必定可以更好提高管理效率和管理質量，使懷柔科學城的工程建設管理邁上一個新臺階。