工程項目全生命周期BIM技術(shù)框架的研發(fā)及應(yīng)用

張月燕 黃曉冬

(福建省建筑設(shè)計研究院 福建福州 350001)

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工程項目全生命周期BIM技術(shù)框架的研發(fā)及應(yīng)用

張月燕 黃曉冬

(福建省建筑設(shè)計研究院 福建福州 350001)

通過項目全生命周期的設(shè)計、施工、運(yùn)營管理等階段的BIM技術(shù)應(yīng)用,構(gòu)建基于Autodesk Revit 系列軟件,BIM技術(shù)“本地化”系統(tǒng)軟件平臺的框架，并在實(shí)際工程中應(yīng)用。

協(xié)同設(shè)計;造價及成本可視化;智能運(yùn)營

1 概要

國家住建部《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》的總體目標(biāo)提出：“十二五”期間，加快建筑信息模型(BIM)，推動信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的背景下,廣泛調(diào)研國內(nèi)外BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)應(yīng)用情況分析。2012年筆者參加中國BIM標(biāo)準(zhǔn)課題研究，深刻體會到我國BIM應(yīng)用狀況，國外的BIM軟件產(chǎn)品難以使用，“本地化”程度低，推廣困難，與BIM兼容的族庫不夠用。改善設(shè)計與施工各方之間溝通，降低施工成本，提高施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)能力等，都是當(dāng)前亟待要解決的阻礙BIM技術(shù)落地的問題。結(jié)合長期對BIM應(yīng)用于工程的跟蹤探索，不斷地總結(jié)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗，提出了《建設(shè)行業(yè)信息一體化軟件核心技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用》(FJ-BIM)為目標(biāo)的課題研究，被立項為福建省科技重大專項專題。

本文主要論述專題的工程項目全生命周期BIM 技術(shù)框架的研發(fā)及應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方法。

2 項目全生命周期BIM 技術(shù)框架設(shè)計

主要研究構(gòu)建工程建設(shè)項目全生命周期的設(shè)計、施工、運(yùn)維等階段BIM“本地化”系統(tǒng)管理平臺如圖1所示，形成具有建筑行業(yè)可實(shí)施BIM技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)并以示范工程驗證，旨在提高行業(yè)BIM應(yīng)用水平。

圖1 全生命周期BIM 技術(shù)應(yīng)用框架

設(shè)計、施工、運(yùn)營階段的任務(wù)BIM信息一體化具體實(shí)現(xiàn)，分別由 “基于BIM的一體化設(shè)計協(xié)同管理系統(tǒng)”“基于BIM 的項目全過程成本和施工進(jìn)度的可視化管理系統(tǒng)”“基于信息一體化的智能建筑運(yùn)營維護(hù)平臺”等軟件及“基于BIM的協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及管理”等3個標(biāo)準(zhǔn)2個細(xì)則組成并完成。軟件研發(fā)思路為：研究BIM在建設(shè)行業(yè)的應(yīng)用，基于Autodesk Revit 系列軟件等構(gòu)建符合國家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的BIM信息一體化平臺，數(shù)據(jù)共享，拓展增值服務(wù)。

3 BIM信息一體化平臺實(shí)現(xiàn)方法

3.1 基于BIM的一體化設(shè)計協(xié)同管理系統(tǒng)

調(diào)查國內(nèi)外建筑行業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分別從三維設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系、三維交付體系、三維輔助設(shè)計軟件“本地化”發(fā)展、以及下游企業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用情況等方面，制定提出適合我省推行BIM協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)。

首先從文件管理、設(shè)計流程管理、管綜顏色規(guī)定、3D制圖要求、3D出圖深度等方面，構(gòu)建整體 “BIM協(xié)同設(shè)計體系”的實(shí)施計劃書。

軟件集成現(xiàn)行規(guī)范強(qiáng)制條文要求，在各專業(yè)協(xié)同設(shè)計過程中，各專業(yè)可基于不同設(shè)計階段的設(shè)計模型進(jìn)行規(guī)范條文校核、各專業(yè)協(xié)同提資，優(yōu)化專業(yè)數(shù)據(jù)配置，滿足協(xié)同作業(yè)管理要求。主要研究內(nèi)容如圖2所示。

圖2 基于BIM的一體化設(shè)計協(xié)同管理系統(tǒng)框架

3.1.1 軟件功能實(shí)現(xiàn)

基礎(chǔ)模塊：BIM技術(shù)在各專業(yè)(建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣)設(shè)計中的應(yīng)用研究，主要完成各專業(yè)模型的規(guī)范建立、各專業(yè)計算分析應(yīng)用、各專業(yè)與其他專業(yè)的協(xié)同應(yīng)用、各專業(yè)模型與施工圖應(yīng)用。

3.1.2 專業(yè)分析模塊及創(chuàng)新

(1)負(fù)荷分析

利用BIM建筑模型，進(jìn)行負(fù)荷計算，并對結(jié)果進(jìn)行校核，判斷墻體傳熱系數(shù)是否達(dá)到節(jié)能要求。

(2)風(fēng)管設(shè)計

根據(jù)負(fù)荷分析結(jié)果，進(jìn)行風(fēng)口和風(fēng)機(jī)選型。結(jié)合管道系統(tǒng)模型，對風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，調(diào)整管道的尺寸。并最終校核是否達(dá)到水力平衡的要求。

(3)水管設(shè)計

根據(jù)負(fù)荷分析結(jié)果，進(jìn)行空調(diào)設(shè)備選型。結(jié)合管道系統(tǒng)模型，對空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，調(diào)整管道的管徑，并最終校核是否達(dá)到水力平衡的要求。

(4)消防設(shè)計

根據(jù)建筑類型以及防火等級的要求，自動布置噴頭，并根據(jù)噴頭數(shù)或者噴灑流量計算管道管徑。實(shí)現(xiàn)智能化自動化設(shè)計，大大提高建模設(shè)計效率。

(5) 電氣設(shè)計

在電氣設(shè)計建模基礎(chǔ)上，提供電氣負(fù)荷計算，照度計算等設(shè)計工具，根據(jù)建筑類型以及電氣設(shè)計規(guī)范的要求，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備選型，并可自動布置連接。

(6)基于云計算的福建建設(shè)行業(yè)三維構(gòu)件庫

該構(gòu)件庫系統(tǒng)創(chuàng)建了產(chǎn)品庫管理模塊,并可單列運(yùn)行。

族庫管理：可以對不同專業(yè)的族文件進(jìn)行分類管理，軟件默認(rèn)帶有建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣5個構(gòu)件庫，用戶可以在其中進(jìn)行新增自己的類別，增加私有族文件，編輯規(guī)格等操作。在設(shè)備布置方面，可方便查詢布置，還提供了各專業(yè)下豐富的批量布置工具并快速實(shí)現(xiàn)。

云計算：基于云計算的三維構(gòu)件庫可以讓用戶在基于云平臺的基礎(chǔ)上對構(gòu)件庫進(jìn)行添加、刪除、設(shè)置權(quán)限等管理和維護(hù)操作，基于網(wǎng)絡(luò)的管理可以隨時隨地查找所需要的構(gòu)件信息，讓參與方實(shí)時共享構(gòu)件庫帶來便利。

(7)項目信息協(xié)同

以設(shè)計院信息管理為核心，理順信息傳遞方式，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的無縫結(jié)合。通過智能化協(xié)同平臺，幫助用戶實(shí)現(xiàn)碰撞檢查，碰撞沖突處理，標(biāo)記墻體開洞，墻體自動開洞，規(guī)范MEP和建筑專業(yè)的協(xié)同方式，實(shí)現(xiàn)成本計算及整體設(shè)計方案優(yōu)化，極大程度地減輕了繁瑣的相互提資過程，提高工作效率。解決多源信息融合的三維可視化智能協(xié)同設(shè)計技術(shù)難點(diǎn)。

(8)知識庫管理

在軟件中內(nèi)置了大量的規(guī)范和圖集，方便設(shè)計師在使用軟件的過程中，建模的時候會有規(guī)范做法的提醒，更加保證建模質(zhì)量和效率，在后續(xù)的模型檢查中，也包含了規(guī)范校驗的知識管理，通過檢查提示不符合設(shè)計要求的細(xì)節(jié)。具備基于三維數(shù)字化建模及智能管理技術(shù)檢測特性。

(9)出圖體系的建立

具備自動標(biāo)注、布圖一系列便于出圖的功能。出圖前，也可進(jìn)行三維仿真漫游，VR檢查技術(shù)等。

3.2 基于BIM 的項目全過程成本和施工進(jìn)度的可視化管理系統(tǒng)

首先在規(guī)范限制范圍內(nèi)編制BIM預(yù)算模型標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)滿足國家和地方要求的造價計算規(guī)則庫，開發(fā)完成基于BIM模型的成本管理軟件和施工可視化管理軟件。

3.2.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

圖3 基于BIM施工進(jìn)度可視化系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)在施工階段基于Revit二次開發(fā)、SQLite、db4o數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，從外部或設(shè)計階段傳遞的Revit BIM模型，都可以與本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)上進(jìn)行無縫對接，真正實(shí)現(xiàn)軟件信息一體化如圖3所示。BIM數(shù)據(jù)對接是以《福建省BIM預(yù)算模型標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)，主要從交付物類型和模型深度等角度進(jìn)行規(guī)范數(shù)據(jù)格式，保證BIM模型預(yù)算精度以及經(jīng)過施工階段深化后，可以傳遞到運(yùn)維階段繼續(xù)在建設(shè)行業(yè)信息一體化平臺中使用。

3.2.2 軟件主要功能

(1)BIM預(yù)算模型標(biāo)準(zhǔn)模塊

建立或繼承設(shè)計階段的BIM模型和處理為滿足預(yù)算精度要求的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)。

(2)工程量統(tǒng)計模塊

據(jù)BIM預(yù)算模型統(tǒng)計工程量，同時開發(fā)滿足福建省造價計算要求的計算規(guī)則庫，以便套用清單和定額，實(shí)現(xiàn)施工過程的成本可視化控制(5D)。

(3)造價計算軟件(計價)模塊

基于福建省造價計算相關(guān)要求開發(fā)BIM造價計算規(guī)則庫，含國標(biāo)2013清單，福建05土建定額、福建05裝飾定額和12安裝定額庫及計算規(guī)則，便于套用清單與定額。

(4)成本和施工進(jìn)度可視化

基于BIM三維展示技術(shù)，模擬進(jìn)度與成本關(guān)系，分析人、材、機(jī)費(fèi)用、合同產(chǎn)值與施工進(jìn)度的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)施工過程進(jìn)度可視化控制。

系統(tǒng)根據(jù)BIM模型，安排施工進(jìn)度，并根據(jù)施工過程信息跟蹤施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)施工過程的進(jìn)度可視化控制(4D)。如在施工階段，可以根據(jù)工程形象進(jìn)度，按一定時間段(如月、季和年度)統(tǒng)計工程量，生成工程量清單列表，可以作為業(yè)主與總包，總包與分包的進(jìn)度款審核和支付的參考依據(jù)；可以對項目進(jìn)行施工進(jìn)度成本可視化模擬，展示各時間段的項目實(shí)際成本和計劃成本比對情況。

在可視化模擬過程中，當(dāng)實(shí)際值與計劃值偏差超過控制范圍時，界面將予紅字警示，工程項目管理者可即時分析原因并采取措施進(jìn)行調(diào)整，使進(jìn)度與成本恢復(fù)受控狀態(tài)。

3.2.3 BIM數(shù)據(jù)檢查管理模塊

開發(fā)了基于《福建省BIM預(yù)算模型標(biāo)準(zhǔn)》檢查功能模塊，對設(shè)計階段的BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和提示，降低模型出錯率，提高工作效率。主要完成過程有BIM數(shù)據(jù)自動檢查、拆分，存入BIM數(shù)據(jù)庫；BIM數(shù)據(jù)分層歸檔；BIM數(shù)據(jù)自動累積，提供數(shù)據(jù)安全保障。

圖4 金山綜合辦公樓施工進(jìn)度可視化

3.3 基于信息一體化的智能建筑運(yùn)營維護(hù)平臺軟件

基于信息一體化模型，建立建筑主體三維模型和附屬設(shè)備設(shè)施的三維數(shù)據(jù)庫，對建筑主體及附屬設(shè)備設(shè)施的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控或定期檢測，形成基于一體化信息模型的建筑及附屬設(shè)備設(shè)施的維護(hù)數(shù)據(jù)庫，為建筑使用單位、維護(hù)單位提供維護(hù)預(yù)警和合理的維護(hù)方案，降低建筑及附屬設(shè)備設(shè)施的運(yùn)營成本，延長建筑及附屬設(shè)備設(shè)施經(jīng)濟(jì)壽命。總體架構(gòu)如圖5所示。

主要軟件主要功能：

(1)空間管理：通過三維BIM模型及ID定位展示建筑主體及附屬設(shè)備設(shè)施運(yùn)營的實(shí)時狀態(tài)。

(2)設(shè)備狀態(tài)集成：主要完成基于BIM 的能耗分析管理和節(jié)能控制的解決方案，實(shí)現(xiàn)對建筑能耗的在線動態(tài)監(jiān)控，從而為運(yùn)營建筑的能耗控制在最合理區(qū)域。

(3)監(jiān)控預(yù)警具備報警提示、記錄、查詢功能，并與安防等系統(tǒng)進(jìn)行有效聯(lián)動。

(4)運(yùn)營信息發(fā)布：及時發(fā)布月季年度設(shè)備運(yùn)營情況，提供物業(yè)管理數(shù)據(jù)等。

圖5 運(yùn)營維護(hù)總體結(jié)構(gòu)

3.4 工程項目各階段數(shù)據(jù)交付設(shè)計

基于BIM信息一體化，對于工程項目全生命周期各階段BIM數(shù)據(jù)移交與管理基本原則要滿足如下關(guān)系如圖6所示。

圖6 各階段數(shù)據(jù)交付基本原則關(guān)系

BIM 數(shù)據(jù)指BIM模型、BIM數(shù)據(jù)庫、BIM協(xié)同管理、BIM圖紙及文檔等。BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)含有模型文件命名標(biāo)準(zhǔn)、BIM模型文件存儲格式、BIM數(shù)據(jù)字段屬性定義、數(shù)據(jù)通信協(xié)議、導(dǎo)入導(dǎo)出格式等。BIM模型含規(guī)范建模、深度、應(yīng)用、交付等。BIM數(shù)據(jù)庫的分類、編碼、存儲格式標(biāo)準(zhǔn)化,方便數(shù)據(jù)拓展應(yīng)用。例如在福建省建設(shè)行業(yè)三維數(shù)字化構(gòu)件庫、成品庫標(biāo)準(zhǔn)建庫，需進(jìn)行統(tǒng)一、整合、構(gòu)建符合技術(shù)規(guī)范的數(shù)據(jù)交換格式，其BIM數(shù)據(jù)可移交至下一階段應(yīng)用，如幕墻設(shè)計、材料庫等，延伸到新型建筑工業(yè)化建設(shè)等，形成BIM大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息,用于精確調(diào)度與采集,促進(jìn)建筑業(yè)新業(yè)態(tài)產(chǎn)生。

總之基本原則實(shí)施條件為建模標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

各階段BIM數(shù)據(jù)管理可參見福建《基于BIM的協(xié)同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及管理》《基于BIM的工程實(shí)施各階段交付標(biāo)準(zhǔn)》《福建省BIM預(yù)算模型標(biāo)準(zhǔn)》等。

4 示范工程驗證

成果在設(shè)計階段的工程應(yīng)用情況：金山綜合辦公樓示范工程如圖7所示，主要應(yīng)用于三維互動設(shè)計、三維綠色分析、建構(gòu)三維地質(zhì)模型及建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)建模，綜合模型及檢測碰撞，三維可視化協(xié)同設(shè)計、施工圖出圖、管線綜合、 施工管理、 運(yùn)維管理等，如圖8所示。經(jīng)泉州南益廣場等二十多項中、高層工程項目應(yīng)用進(jìn)行了建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣三維數(shù)字化建模、綜合模型、仿真漫游及碰撞檢測技術(shù)等，可明顯地提高圖紙質(zhì)量控制，如圖9所示。

圖7 金山綜合辦公樓全生命周期過程應(yīng)用展示

圖8 金山全專業(yè)3D可視化協(xié)同設(shè)計，信息多維度提取

圖9 泉州南益廣場三維模型

5 結(jié)語

綜上所述,BIM 技術(shù)框架經(jīng)課題組研發(fā)及調(diào)試,以示范工程設(shè)計、施工、模擬運(yùn)維驗證,初步形成 BIM信息一體化的軟件應(yīng)用平臺，其成果可直接應(yīng)用于建筑全生命周期各階段的可視化協(xié)同管理,提高各階段間BIM數(shù)據(jù)共享，效果良好。

[1] 國家住建部.2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要[Z].2012.

[2] GB/T51212-2016 建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2017.

[3] 國家住建部.關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見[Z].2015.

[4] 李邵建.BIM綱要[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2015.

[5] 李志龍,李劍,朱昊毅.基于BIM 的造價大數(shù)據(jù)管理解決方案[J].福建電腦，2015(2)：76-77.

[6] 張智云,陳明元,高磊.基于BIM 在運(yùn)營階段的能耗分析管理和節(jié)能控制[J].福建電腦，2015(2).

Development and application of BIM technology framework for whole life cycle of construction project

ZHANGYueyanHUANGXiaodong

(Fujian Provicial InstituteofArchtecturalDesign and Research,Fuzhou 350001)

This article discussed the application of BIM technology throughout the whole life cycle in design,construction,operation management,then built a framework that based on the "Autodesk Revit" and localization of BIM technology system software platform.

Collaborative design;Cost and cost visualization;Intelligent operation

2013福建省科技重大專項(2013HZ0004-3)。

張月燕(1955.3- ),女,教授高級工程師。

E-mail:zyy@fjadi.com.cn

2017-04-20

TU17

A

1004-6135(2017)08-0109-04