雄安市民服務中心全生命期BIM應用

(中建三局集團有限公司，武漢 430064)

1 工程概況

1.1 項目簡介

雄安市民服務中心項目位于容城縣小白塔村東，南側與榮烏高速相鄰。項目總占地面積242 449.35，總建筑面積102 105，由8棟單體建筑組成。項目承擔著雄安新區政務服務、規劃展示、會議舉辦、企業辦公等多項功能，是雄安新區面向全國乃至世界的窗口，也是新區功能定位與發展理念的率先呈現。

1.2 工程特點與難點

(1)雄安市民服務中心采用的是國內首例聯合投資人模式(UIP模式)。在該模式下，聯合投資人集投資人、建設者、運營方于一身，打破了“投資人不管建設、建設者不去使用”的傳統模式。可以發揮BIM在全生命期過程應用的最大價值。

(2)雄安市民服務中心采用了多項國內先進技術，如：地源熱泵系統、模塊化天窗系統、裝配式成品隔墻系統、集成模塊建筑、雨水花園、園區綜合管廊等。項目裝配率較高，應用BIM技術可以有效指導構件的生產、加工、運輸與安裝[1]。

(3)項目工期僅112天，工期緊且經歷冬施。項目通過建立全生命期BIM模型，引入智慧建造平臺[2-3]，采用數字化預制加工[4-5]，提高項目管理效率，保證了工期。

圖1 雄安市民服務中心園區效果圖

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

(1)項目通過建立全生命期基于BIM的數字模型，為雄安新區提供基礎數據，依托雄安云，建設首個打破數字壁壘的塊數據平臺，通過萬物互聯，打造交互映射，融合共生的數字孿生園區[6-7]。

(2)以BIM及智慧建造應用打造綠色生態宜居新城區、創新驅動發展引領區、協調發展示范區、開放發展先行區、創新發展示范區。

(3)項目設計階段，集成進度、成本、資源等信息，實現多維虛擬施工與優化，提升設計可行性。

(4)深化設計階段，集成單專業深化設計與多專業設計協調，減少設計變更與返工，實現資源節約。

(5)施工管理階段，應用模型信息集成應用平臺，支撐項目總承包管理，實現多專業、多參與方的協同工作，發揮建筑信息模型(building information modeling,BIM)在項目建造中的巨大優勢。

(6)運營維護階段，集成BIM與物業運維管理系統，實現數字園區集成交付[8]。

2.2 BIM組織架構

雄安市民服務中心項目建立以中海地產集團有限公司、中建三局集團有限公司、中國中建設計集團有限公司、中建投資基金管理有限公司組成的中建聯合體作為項目的聯合投資人。中建設計集團作為設計總承包單位負責設計階段BIM模型的創建及整合，中建三局集團有限公司作為施工總承包單位，向上承接設計階段BIM模型，經過BIM模型的深化與施工信息的添加向中海地產集團有限公司傳遞運維階段BIM模型。

在項目實施過程中，每個單位設置專門的BIM或信息化部門負責項目的BIM技術應用，對內實現各部門信息的綜合，對外提升建筑信息傳遞的效率，形成一條完整的工作鏈，將項目的圖紙信息與生產、進度、質量、成本進行結合，實現高品質建造。

以施工總承包團隊為例，組建以項目技術總監為首的BIM管理團隊，對接各設計單位匯總整理設計BIM模型，制定BIM實施方案，明確BIM工作目標，完成項目BIM工作的整體協調管理工作，并將竣工模型與現場施工質量數字化記錄成果提交運維管理團隊[9-10]。

2.3 BIM實施方案

(1)成果一致原則

項目在開工前期已經制定《統一BIM技術措施》、《管線綜合規則》、《輕量化模型導出及設置指南》、《BIM交付深度要求》等BIM實施方案，保證各方模型的命名、顏色、材質、拆分等統一。

(2)實體建筑與虛擬建筑同步的原則

在施工過程中，各參建方保證模型與實際建造的同步性。及時將現場所產生的設計變更、現場變更單等內容體現在BIM模型中，保證BIM模型與實際建筑的同步，做到“數字孿生”。

(3)工作職責劃分

在項目實施過程中，堅持“誰施工、誰建模”、“誰建模、誰負責”的原則。將BIM模型管理應用工作與項目施工合同、項目施工人員相掛接。保證建設過程模型與實體建筑的一致性。

圖2 雄安市民服務中心項目管理組織架構

2.4 BIM軟硬件環境

(1)硬件環境：BIM應用采用高端臺式機與移動工作站，其具體配置如表1所示[11]。

(2)軟件環境：BIM應用主要軟件名稱、版本及用途如表2所示[12-14]。

3 BIM應用

3.1 BIM建模

本項目根據BIM應用目標，制定各專業BIM模型命名規則、建模細度、配色方案等建模標準，并根據建模標準結合進度，創建全專業的施工圖模型、基于施工圖模型的深化設計模型、施工應用模型及竣工交付模型。

項目整體BIM模型如圖3所示；BIM建模范圍及各專業BIM模型細度要求如表3所示。

圖3 雄安市民服務中心整體BIM模型

BIM交付成果包括應用過程成果及最終成果[15]。

BIM應用過程成果：提交各階段BIM模型以及相關資料成果，包括深化圖紙(如鋼結構深化加工圖)，復雜節點模型、3D大樣圖，施工方案模擬資料(包括方案模型，方案模擬演示動畫或視頻)。對于各專業內、不同專業間的碰撞檢查，提交檢查報告，優化建議。對于設計變更，提交變更模型，變更前后對比資料及相關信息。

BIM應用最終成果：收集整理并整合各專業BIM模型，形成項目竣工BIM模型，交付業主。竣工BIM模型包括產品、構件、材料以及建造信息，產品信息如專業分包各設備規格、型號、生產廠家、生產日期、相關設備參數等；構建信息如主體梁、板、柱等的幾何尺寸、混凝土標號、工程量等；材料信息如規格、型號等；建造信息如施工流水段劃分情況、建造日期等信息。

3.2 BIM應用情況[8]

3.2.1 項目設計階段

(1)基于BIM的設計輔助

1)BIM輔助圖紙會審及優化：建模過程中，隨時發現并記錄圖紙問題，并以BIM模型為媒介進行圖紙會審和優化，減少后續變更。

2)基于BIM的深化設計：項目將各專業模型整合后進行碰撞檢查，快速發現專業間的碰撞問題，提高機電綜合管線排布、鋼結構構件深化設計等工作的效率與質量。同時為項目復雜節點做深化設計服務。本項目能源中心機電管線比較復雜，利用BIM技術進行管線綜合及能源中心泵房的深化設計，極大的提高了深化設計的速度和質量[16]。

拓展使用”BIM+”系列應用，如BIM+VR、BIM+三維掃描、BIM+3D打印、BIM+二維碼技術、BIM+GIS技術等新技術應用。

圖4 BIM+GIS模型整合

3.2.2 項目施工實施階段

3.2.2.1 智慧建造系統創新應用

采用中建自主研發的智慧建造系統包含全景監控、進度管理、質量管理、安全管理、物料管理、環境管理、勞務管理、工程資料等多個模塊，以信息化的手段管理項目建設的整個建造過程，以一個大數據中心為樞紐，承載項目建設的所有工程數據，打造建造過程的環境、數據、行為三個透明。最終實現資源數據的全面共享。

圖5 智慧建造系統web端

圖6 智慧建造系統移動端

(1)進度管理

進度計劃與模型相關聯根據實際情況及各工序穿插邏輯關系，編制施工進度計劃并與BIM模型相關聯，施工員每日進行現場實際進度的填報，對施工滯后工序在智慧建造平臺上進行預警：

1)節點啟動預警：關鍵節點或者里程碑節點可以通過設置關注度進行不同層級的預警；通過不同的顏色進行節點啟動的集中的預警分析；

2)節點完成預警：關鍵節點或者里程碑節點可以通過設置關注度進行不同層級的預警；通過不同的顏色進行節點完成的集中的預警分析。

3)質量安全管理

基于BIM的智慧建造平臺系統中錄入質量安全管理的規定，項目質量安全管理人員能夠通過平臺完成質量安全部門的日程工作，質量安全管理的表單能夠通過BIM模型參數相互關聯。質量安全巡檢及過程檢查借助BIM模型進行現場定位。設置工程質量安全隱患、重點部位錨點。定時提醒巡查制度。

4)環境管理

項目通過物聯網技術，采集項目環境、能耗、監測的實時數據，通過對數據進行分析，實現對現場環境的綜合管控。

5)物料管理

實時匯總和展現鋼筋、混凝土、砂石等主要材料從開工到現在為止累計收料情況和累計消耗情況。實時匯總和展現鋼筋、混凝土、砂石等主要材料當月的收料情況和發料情況。實時匯總和展現主要構配件當月的收料情況和發料情況。實時匯總和展現主要構配件當月的運輸狀態。

6)勞務管理

勞務實名制。顯示項目實名制工人當前總數以及累計進場的工人總數。分包單位考勤：統計分包單位勞務人員出勤人數，便于管理人員掌握分包單位對工人的管理情況，避免分包單位管理不善、工人遲到、曠工的情況。工人考勤。匯總展示現場實時工人人數及班組出勤人數，可幫助管理了解每個隊伍、班組當前進場人員情況。幫助管理人員動態監控在場勞務人員變化，掌握人數變化趨勢。

7)全景監控

通過移動端、PC端遠程監控施工現場情況及施工進度, 直觀了解各區域的詳細狀況，跟蹤生產進度，檢查工人的工作狀態。發現安全隱患并及時處理，最大限度地確保工人的安全，減輕災難帶來的損失。

(2)基于BIM的移動數字化加工

本項目在機電管道制作安裝過程，引進了基于BIM的移動式數字化預制加工廠。

移動式數字化預制加工廠將成套預制加工設備安裝在集裝箱內，根據需求快速的部署到選好的場地，在最短時間內形成預制加工能力。本項目預制加工設備為管道切割、管道坡口、管道組對及管道焊接四道工序，配以自行式龍門起重機，形成流水作業，提前預制。

通過管道預制軟件實現預制管道建模、生成管道安裝平面圖、生成管道單線圖、生成預制管段圖、生成設備材料明細清單、統計預制及現場焊口數量等；從三維BIM模型產生的各種材料表，可以幫助項目更好地進行材料控制，有助于及時開展材料集中采購，避免浪費；從三維模型產生的焊接工程量，可以計算加工周期及現場焊接時間，便于項目施工進度的整體安排。

(3)基于BIM的裝配標準化

本項目企業臨時辦公區為裝配式集成房屋[17]。利用BIM軟件，建立建筑、結構、水、暖、電、精裝各個專業的BIM模型，進一步細化建筑、結構及各專業在方案設計階段的協同，達到完善建筑、結構設計方案的目標。施工深化設計階段利用BIM建立構件標準化拆分模型：

圖7 管道預制加工

1)標準化戶型;

2)預制構件拆分標準化設計;

3)預制集成房屋節點標準化設計;

4)各專業整體模型融合的單個集裝箱BIM模型,包含：結構、建筑、裝飾、機電等專業。

圖8 集成房屋標準模塊BIM模型

3.2.3 項目運維階段

(1)基于BIM的數字園區運維

雄安市民服務中心運維階段采用中國建筑自主研發的SOP-BIM運維管理平臺，實現運維期間對整個園區的智慧運維管理[18]。

項目通過SOP-BIM運維管理平臺，配合智能傳感設備，對園區的人車流量、溫濕度、設備運行及保養維修情況、房屋空置率、物業工單、水電能耗、停車場使用情況等實現智慧運營管理。

4 BIM應用效果

4.1 智慧建造平臺應用

采用中建自主研發的智慧建造系統以信息化的手段管理項目建設的整個建造過程，以一個大數據中心為樞紐，承載項目建設的所有工程數據，打造建造過程的環境、數據、行為三個透明，實現了對項目建造過程的進度、質量、安全、環境、勞務、物料的全面管控，使現場建筑垃圾減少約80%。

圖9 雄安市民服務中心SOP-BIM運維管理平臺

圖10 系統能耗統計分析統計

4.2 基于BIM的移動數字化加工廠的應用

移動數字化預制加工廠可在最短時間內形成預制加工能力，且可以減少惡劣天氣的影響，配備以自行式龍門起重機，形成流水作業，采用自動焊接設備大大提高焊接質量和效率，自動焊的速度為人工的4～6倍，達到每小時15～20m；焊接質量至少達到15年工齡焊工的水平，有效地保證了項目的工期及履約。

4.3 基于BIM的深化設計

應用BIM技術進行機電管綜深化設計及精裝修點位排布，通過參照優化完成的機電管綜模型就行二次結構機電洞口的預留。避免了二次結構的二次開洞。提高了深化設計出圖效率，降低了現場的拆改和浪費。

4.4 拓展使用“BIM+”系列

BIM+VR的使用是精裝修效果更直觀的展現，運用三維掃描技術校核現場施工完成的鋼結構、機電等專業內容與圖紙模型的偏差和沖突，及時溝通解決，為內外裝深化設計工作提供準確的依據。將BIM模型與二維碼技術鏈接起來，實現了材料的實時追蹤和現場質量安全的協同管控。

4.5 BIM運維

通過SOP-BIM運維管理平臺，配合智能傳感設備，對園區的人車流量、溫濕度、設備運行及保養維修情況、房屋空置率、物業工單、水電能耗、停車場使用情況等實現了智慧運營管理。

5 總結

5.1 實踐創新

(1)創新使用智慧建造管理平臺，以一個大數據中心為樞紐，承載項目建設的所有工程數據，實現了對項目建設過程中的進度、安全、質量、環境、勞務、物料、工程資料的全面管控，是目前階段建造管理技術的一次創新。

(2)基于BIM的移動數字化加工廠的使用，使管道焊接提高了4～6倍，焊接質量可達到15年工齡焊工水平。

(3)通過BIM模型的綜合應用，嚴格按照預先制定的建模標準，除直觀展示外，還用于圖紙會審、碰撞檢查、深化設計、3D打印、三維掃描等。提高了深化設計速度，推動項目履約。

(4)通過BIM運維系統，關聯智能數據采集設備(如：智能電表、智能水表、智能燃氣表等)，利用采集到的數據，開展運維階段對園區人車流量、溫濕度、設備運行、能耗分析等智慧運營管理。

5.2 展望與思考

(1)BIM模型是BIM應用的基礎，模型細度及創建質量直接影響著BIM的應用深度及其應用價值。但精細的BIM模型會花費大量的精力，因此工程前期需充分理解設計意圖，掌握工程重難點，明確各專業BIM應用需求。針對不同應用需求制定BIM建模標準及實施規程，確保各專業模型應用價值的最大化。

(2)目前市場上BIM模型輕量化的引擎還有待優化，當加載大體量園區、多單體、全專業的情況下，解析能力較差，還需要行業進行改進。

(3)BIM全生命期應用需要做到全階段、全部門、全專業參與，以合理的組織為基礎，提高項目人員的參與度，才能發揮其真正價值。

(4)目前運維期BIM相關的數據和技術標準均不完善，還需要繼續研究數據存儲標準，提高數據的利用效率。此外，如何有效的將施工階段冗余的數據進行分離，精準提取運維所關注的內容，仍需大量的實踐和探索。