智慧園區(qū)基礎設施工程全生命期BIM技術應用
2019-10-11 來源：中交水運規(guī)劃設計院有限公司 作者：楊林虎，王帥，蘆志強，李薇，于水
本文摘要：本文依托京津中關村科技城智慧園區(qū)市政基礎設施工程，分析了智慧園區(qū)大型基礎設施工程建設的特點，以及項目引入BIM技術的重要性。然后闡述了BIM技術在項目設計、施工、運維三個階段的應
摘要：智慧城市是未來城市建設的全新模式，BIM技術是革新傳統(tǒng)建設手段，實施智慧城市建設的重要技術支撐。本文依托京津中關村科技城智慧園區(qū)市政基礎設施工程，分析了智慧園區(qū)大型基礎設施工程建設的特點，以及項目引入BIM技術的重要性。然后闡述了BIM技術在項目設計、施工、運維三個階段的應用過程和價值貢獻。最后基于本次BIM技術應用存在的不足之處，并提出了改進建議，為今后類似工程項目BIM應用提供參考。
關鍵詞：BIM；智慧園區(qū)；基礎設施；EPC工程；全生命期
引言
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，要求大力推進智慧城市建設。城市的智慧程度取決于城市建筑和基礎設施的信息化建設水平。顯然，傳統(tǒng)建設手段很難滿足當前智慧城市建設要求。BIM技術可集成設計、施工、運維中的重要信息，為城市活動提供必要的基礎信息，它是智慧城市建設中需要完成的重要基礎性工作。2011年住建部印發(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）等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。
BIM（即建筑信息模型，BuildingInformationModeling/BuildingInformationModel），是在建設工程及設施全生命期內(nèi)，對其物理和功能特性進行數(shù)字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結(jié)果的總稱[1]。BIM一詞最早是在1975年，由佐治亞理工學院的ChuckEastman博士首次提出。美國、日本等發(fā)達國家BIM軟件使用率已達70%以上并持續(xù)增長[2]。我國在2002年開始將BIM技術引入建設工程領域，隨后得到快速發(fā)展。本文基于BIM技術在京津中關村科技城智慧園區(qū)基礎設施工程全生命期的應用實踐，全面闡述和總結(jié)了BIM技術在該項目全生命期的應用過程和方法，為今后類似工程項目BIM應用提供參考。
1項目應用概況
1.1工程概況
京津中關村科技城智慧園區(qū)市政基礎設施工程為大型市政工程領域EPC總承包項目，涉及十余個專業(yè)。建設內(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、燃氣、熱力、電力、電信等各類管道總長約300km；建設公園約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。
1.2BIM應用必要性分析
大型基礎設施工程通常具有地理跨度大、涉及專業(yè)多、地下管網(wǎng)排布復雜，施工作業(yè)面廣、運營期工程資產(chǎn)管理對象分布廣，問題排查與定位困難，設備、設施及供應商信息龐雜，管理難度大等特點。本項目在上述特點基礎上，又有智慧運維要求[3]，這一要求延長了工程信息的服務期限，強化了工程數(shù)據(jù)跨階段傳遞、更新、維護的重要性。
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)，以及它整個形成的過程和這個過程所需要的資源[4]。BIM技術能夠集成設計和施工兩個階段的信息，尤其針對基礎設施的綜合管線工程，可以納入管線、各類閘門、閥門的安裝和供應信息，形成完整的竣工模型，接入運維管理平臺，為實現(xiàn)智慧運維創(chuàng)造基礎性條件。
利用BIM技術在可視化、參數(shù)化、信息化方面的優(yōu)勢可提高項目信息溝通效率，支持項目在環(huán)境、成本、質(zhì)量、安全、進度等多方面的分析、檢查和模擬，提高施工階段的可預測性、可控性和精細化管理程度。將BIM技術全面應用于道路橋梁和綜合管網(wǎng)等的設計、施工全過程，可大大減少設計變更和設計錯誤，降低潛在的施工返工風險。
由此可見，引入BIM技術對智慧園區(qū)建設是十分必要的。
2BIM實施策劃
12.1BIM策劃目的
BIM實施策劃主要目的是解決以下問題：（1）明確項目BIM應用目標和應用內(nèi)容；（2）識別項目BIM應用重點和難點；（3）策劃BIM實施流程；（4）確認各實施階段模型深度；（5）落實BIM實施所需的資源；（5）明確成員在項目中的角色和責任；（7）分析和降低工程實施潛在風險。策劃的最終成果是編制項目BIM實施工作方案。通過BIM策劃，本項目建立的BIM實施架構(gòu)如圖1所示。
圖1項目BIM實施組織架構(gòu)
項目形成了以建設單位和監(jiān)理單位BIM主管為領導，EPC總承包BIM團隊組織實施，BIM咨詢團隊提供指導，設計單位和施工單位BIM人員協(xié)作的BIM實施團隊。落實了BIM技術應用領導小組和工作小組人員，及其責任分工，為項目的順利實施提供了組織保障。BIM團隊編制了項目級《BIM實施工作方案》、《BIM技術導則》等一系列項目級BIM標準，有效指導項目實施。
2.2BIM實施目標
在BIM實施策劃時，制定了如下實施目標：
（1）設計階段：通過搭建BIM協(xié)同設計平臺，形成協(xié)同設計工作模式，以提高溝通效率；通過創(chuàng)建BIM設計模型，并與設計交互工作，進行設計階段BIM應用，提前發(fā)現(xiàn)潛在設計缺陷，克服傳統(tǒng)設計溝通不及時、不通暢帶來的弊端，以提高和優(yōu)化設計成果，并為施工、運維階段提供基礎模型及屬性信息。
?。?）施工階段：通過搭建BIM施工管理平臺，進行項目深化設計、施工模擬、方案優(yōu)化，實施項目質(zhì)量安全、進度管理、人材機管理、可視化技術交底等多方面集成應用，以降低施工潛在風險、節(jié)約成本，提高現(xiàn)場精細化管理水平。
?。?）運維階段：通過集成設計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，用于道路、綜合管線、設備設施的智慧運營管理，提高突發(fā)事件的響應速度和處理效率，降低運營成本。
2.3BIM實施過程與主要內(nèi)容
該智慧園區(qū)基礎設施工程BIM實施流程可分為BIM實施策劃、BIM準備工作、BIM實施、BIM應用總結(jié)四個階段，如圖2所示。
圖2EPC項目BIM技術實施階段與主要內(nèi)容
3BIM實施準備
2BIM實施準備工作主要包括：落實BIM實施所采用的各類軟、硬件資源，創(chuàng)建項目BIM元件庫、制定通用和專用工作環(huán)境，搭建協(xié)同設計管理平臺，并進行設計工作環(huán)境托管，搭建BIM施工管理平臺，并對施工管理平臺人員進行培訓，同時編制項目級BIM標準，用于指導項目實施。
本項目采用了Bentley公司系列軟件創(chuàng)建設計和施工模型。搭建了ProjectWise協(xié)同設計平臺（圖3）和4D-BIM施工管理平臺（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行了多次集中培訓，掌握了平臺使用技能。編制了多本BIM標準，指導項目順利實施。
圖3BIM協(xié)同設計平臺圖4BIM施工管理平臺
4全生命期BIM應用
4.1設計階段BIM應用
創(chuàng)建了道路、橋梁、涵洞、雨污管線、交通工程等十余個專業(yè)BIM模型，同時運用無人機傾斜攝影技術實現(xiàn)工程三維實景建模。按照“模型文件—結(jié)構(gòu)組裝—專業(yè)分裝—區(qū)域總裝—項目總裝”的順序逐級裝配，形成整個項目的總裝模型，如圖5所示。在此基礎上開展了BIM可視化、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計以及仿真性等多種應用。
圖5項目總裝模型
?。?）可視化：進行了三維設計模型可視化、三維實景模型可視化、目整體漫游可視化、直觀形象地展示工程全貌，使各參與方對設計方案和現(xiàn)場有更加準確的理解。
?。?）碰撞檢查：利用BIM碰撞檢測功能，對項目土建專業(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[5]），發(fā)現(xiàn)問題及時修改設計方案，確保管線間距滿足規(guī)范要求，規(guī)避施工返工風險，提升設計品質(zhì)。
?。?）工程量統(tǒng)計：實現(xiàn)BIM模型工程量一鍵輸出，提升了工程量統(tǒng)計效率。
?。?）除上述應用外，還進行了實現(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，及時優(yōu)化設計方案。
4.2施工階段BIM應用
根據(jù)現(xiàn)場施工情況，制定了項目施工模型WBS分解原則，即道路工程按照200米一段進行劃分，橋涵工程按照構(gòu)件進行劃分，管線工程按照井到井進行劃分，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)頁端和移動端實現(xiàn)BIM模型的實時數(shù)據(jù)填報、查看。利用云平臺實現(xiàn)項目數(shù)據(jù)的集中存儲和計算分析。開展了施工方案模擬與優(yōu)化、可視化技術交底、進度管理、質(zhì)量與安全管理、人員材料機械管理、綜合信息展示、檔案管理等多方面應用。
?。?）施工方案模擬與優(yōu)化：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，由于缺乏現(xiàn)場驗證，其施工可行性往往無法滿足實際要求，導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[6]。通過BIM技術三維可視化可實現(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間節(jié)點和相關工序，清晰掌握施工過程中的難點和要點，優(yōu)化施工組織設計。通過不同顏色設置，演示施工進展，如圖6所示。
（2）可視化技術交底：通過移動設備可將BIM施工方案帶入施工現(xiàn)場，如圖7所示。對照現(xiàn)場實際情況進行可視化技術交底，極大方便了施工人員對施工方案的直觀了解。
圖6施工方案模擬圖7可視化技術交底
（3）進度管理：現(xiàn)場工作人員根據(jù)每天施工進度在移動端填報進度數(shù)據(jù)。以填報數(shù)據(jù)和施工進度計劃為基礎，可以選擇按照計劃進度或?qū)嶋H進度，進行施工進度模擬和進度追蹤分析，發(fā)現(xiàn)偏差，及時采取措施糾正，如圖8所示。
圖8進度填報與進度分析
（4）質(zhì)量與安全管理：當管理人員（發(fā)起人）發(fā)現(xiàn)問題后，可直接在移動端上傳圖片，填寫問題描述和整改要求，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，對整改情況進行驗收確認，形成“發(fā)起——整改——確認”的閉環(huán)管理?？梢詫|(zhì)量安全問題進行定期統(tǒng)計，分析問題構(gòu)成、專業(yè)分布情況、問題整改情況，生成分析報告發(fā)送給相關負責人，方便讓對方及時、快速掌握項目整體質(zhì)量、安全情況，如圖9所示。
圖9質(zhì)量安全問題分析圖
（5）施工綜合信息展示：創(chuàng)建了施工綜合信息大屏，設置了項目位置、進度分析、安全施工天數(shù)、當前任務進度、實時問題、問題月度數(shù)量統(tǒng)計、問題分類統(tǒng)計、問題實時狀態(tài)統(tǒng)計等八個功能模塊，匯總現(xiàn)場重要信息，為快速科學決策提供依據(jù)，如圖10所示。
圖10施工綜合信息大屏
?。?）其他管理：利用BIM施工管理平臺，通過賦予不同人員角色和權限進行人員管理，確保工程信息安全；通過收料單、發(fā)料單、盤點單實現(xiàn)工程材料的嚴格管理；通過掃描機械設備二維碼，可填報機械的臺班、檢查和維修情況，實現(xiàn)機械管理。通過人員、材料、機械的管理，可以進一步提高現(xiàn)場精細化管理水平。此外，還開發(fā)了檔案管理功能，在平臺上實現(xiàn)檔案材料的集中存放和分類，方便查閱和管理，如技術交底、會議紀要等。
4.3運維階段BIM應用
根據(jù)園區(qū)頂層設計，針對基礎設施的智慧運營管理指標包括：
?。?）市政管網(wǎng)智能化監(jiān)測管理率80%以上；
?。?）交通誘導屏和智能停車場覆蓋率100%；
?。?）智能路燈覆蓋率90%以上；
結(jié)合智慧運營管理要求，在施工階段將相關構(gòu)件、設備、傳感器、管線的閘門和閥門等的安裝位置、規(guī)格型號、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，在竣工驗收階段形成竣工模型，進行數(shù)字化移交，并接入園區(qū)數(shù)據(jù)中心，用于道路維護、綜合管線維修、設備設施管控、突發(fā)事件處置等方面園區(qū)的智慧運營管理。
5結(jié)論與建議
5.1結(jié)論
?。?）BIM技術在本項目的應用，創(chuàng)新形成了協(xié)同設計、協(xié)同管理工作模式，實現(xiàn)了模型信息從設計階段到施工階段，再到運維階段的高效傳遞，形成了一次BIM技術在智慧園區(qū)市政工程領域全生命期應用的重要實踐，為后續(xù)類似工程應用提供參考案例。
?。?）利用BIM技術在可視化、協(xié)同性、優(yōu)化性、仿真性方面的優(yōu)勢，革新了傳統(tǒng)設計和施工管理手段，體現(xiàn)了BIM技術在提高溝通效率、精細化管理、形成數(shù)字資產(chǎn)方面的重要作用和價值貢獻。
?。?）智能化是全球發(fā)展趨勢，結(jié)合項目智慧運營要求，在項目策劃、BIM準備工作、BIM實施等階段均需要考慮智慧運維需求，在BIM模型創(chuàng)建時要增加與智慧運維相關的基礎模型創(chuàng)建；在施工管理平臺搭建時要增加與智慧運維相關的過程信息采集功能，將設計和施工階段的基礎性信息傳遞到運維階段。
5.2建議
由于BIM技術在我國建設領域應用才剛剛開始，相關配套條件還不完全成熟，雖然BIM技術在本項目的應用取得了一定應用成果，但在應用過程中也出現(xiàn)了BIM認識不到位、協(xié)同設計流程和協(xié)同管理流程不完善、平臺之間接口不匹配等問題。為此，筆者建議在今后類似工程BIM應用時，應進一步加強BIM宣傳、提高認識，完善設計階段協(xié)同設計流程和施工階段協(xié)同管理流程，通過二次開發(fā)進一步完善不同平臺之間的數(shù)據(jù)接口等相關工作，以更好地推進BIM實施，發(fā)揮BIM在項目全生命期應用的更大價值。
參考文獻
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