智慧園區基礎設施工程全生命期BIM技術應用

文｜楊林虎 王帥 蘆志強

2014年《國家新型城鎮化規劃》將智慧城市作為未來城市發展的全新模式，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年住房和城鄉建設部印發《2011-2015 建筑業信息化發展綱要》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 是在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。BIM一詞最早是在1975年，由佐治亞理工學院的Chuck Eastman 博士首次提出。美國、日本等發達國家BIM 軟件使用率已達70%以上并持續增長。我國在2002年開始將BIM 技術引入建設工程領域，隨后得到快速發展。

項目應用概況

以京津中關村科技城智慧園區項目為例，該項目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。建設內容主要包括：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，路側綠化約47.7 萬平方米，河道及水環境綜合整治長度約8.8km；建設高中壓調壓站、熱源廠、公交首末站、公共停車場，占地面積約3.9 萬平方米。

大型基礎設施工程通常具有地理跨度大、涉及專業多、地下管網排布復雜，施工作業面廣、運營期工程資產管理對象分布廣，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，同時還有智慧運維要求，這一要求延長了工程信息的服務期限，強化了工程數據跨階段傳遞、更新、維護的重要性。

BIM 的內涵是能夠連接建筑全生命期不同階段的數據，以及它整個形成的過程和這個過程所需要的資源 。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，為實現智慧運維創造基礎性條件。

利用BIM 技術在可視化、參數化、信息化方面的優勢還可提高項目信息溝通效率，支持項目在環境、成本、質量、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 技術對智慧園區建設是十分必要的。

BIM 實施策劃

BIM 實施策劃主要目的包括多個方面，一是明確項目BIM 應用目標和應用內容，二是識別項目BIM 應用重點和難點，三是策劃BIM實施流程，四是確認各實施階段模型深度，五是落實BIM 實施所需的資源，六是明確成員在項目中的角色和責任，七是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，京津中關村科技城智慧園區市政基礎設施工程項目建立的BIM 實施架構如圖1所示。

該項目形成了以建設單位和監理單位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。

在BIM 實施策劃時，制定了如下實施目標：

設計階段：通過搭建BIM 協同設計平臺，形成協同設計工作模式，以提高溝通效率。通過創建BIM 設計模型，并與設計交互工作，進行設計階段BIM 應用，提前發現潛在設計缺陷，克服傳統設計溝通不及時、不通暢帶來的弊端，以提高和優化設計成果，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、方案優化，實施項目質量安全、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、節約成本，提高現場精細化管理水平。

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，形成數字化資產，接入智慧園區管理平臺，用于道路、綜合管線、設備設施的智慧運營管理，提高突發事件的響應速度和處理效率，降低運營成本。

京津中關村科技城智慧園區基礎設施工程BIM 實施流程可分為BIM 實施策劃、BIM 準備工作、BIM 實施、BIM 應用總結四個階段，如圖2所示。

BIM 實施準備

BIM 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，創建項目BIM 元件庫、制定通用和專用工作環境，搭建協同設計管理平臺，并進行設計工作環境托管，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 公司系列軟件創建設計和施工模型。搭建了ProjectWise 協同設計平臺（圖3）和4D-BIM 施工管理平臺（圖4），并對施工現場業主方、監理方、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1 項目BIM 實施組織架構

圖2 EPC 項目BIM 技術實施階段與主要內容

全生命期BIM 應用

設計階段BIM 應用。創建了道路、橋梁、涵洞、雨污管線、交通工程等十余個專業BIM模型，同時運用無人機傾斜攝影技術實現工程三維實景建模。按照“模型文件—結構組裝—專業分裝—區域總裝—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、工程量統計以及仿真性等多種應用。

該項目進行了三維設計模型可視化、三維實景模型可視化、項目整體漫游可視化應用，直觀形象地展示工程全貌，使各參與方對設計方案和現場有更加準確的理解。利用BIM 碰撞檢測功能，對項目土建專業與其他各專業之間，以及各專業內部之間，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），發現問題及時修改設計方案，確保管線間距滿足規范要求，規避施工返工風險，提升設計品質。

圖3 BIM 協同設計平臺

圖4 BIM 施工管理平臺

圖5 項目總裝模型

該項目還利用BIM 技術進行工程量統計，實現BIM 模型工程量一鍵輸出，提升了工程量統計效率。除上述應用外，該項目實現了道路視距仿真分析、照明方案展示、景觀方案展示與比選，及時優化設計方案。

施工階段BIM 應用。根據現場施工情況，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，橋涵工程按照構件進行劃分，管線工程按照井到井進行劃分，其他專業模型按照單體劃分。施工過程中，采用“三端一云”的方式協助施工管理，即利用PC 端、網頁端和移動端實現BIM 模型的實時數據填報、查看；利用云平臺實現項目數據的集中存儲和計算分析。開展了施工方案模擬與優化、可視化技術交底、進度管理、質量與安全管理、人員材料機械管理、綜合信息展示、檔案管理等多方面應用。

傳統施工方案的編制一般是基于二維圖紙和施工經驗，由于缺乏現場驗證，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、邊優化，對工期、質量和成本均產生較大影響。通過BIM 技術三維可視化可實現施工方案模擬和優化，直觀地了解總體施工方案的重要時間節點和相關工序，清晰掌握施工過程中的難點和要點，優化施工組織設計。通過不同顏色設置，演示施工進展，如圖6所示。

通過移動設備可將BIM 施工方案帶入施工現場，如圖7所示。對照現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。現場工作人員根據每天施工進度在移動端填報進度數據。以填報數據和施工進度計劃為基礎，可以選擇按照計劃進度或實際進度，進行施工進度模擬和進度追蹤分析，發現偏差，及時采取措施糾正，如圖8所示。

當管理人員（發起人）發現問題后，可直接在移動端上傳圖片，填寫問題員 田可心——訪河北省建筑設計研究院有限責任描述和整改要求，發送給整改人。整改人收到整改通知后，根據整改要求完成整改，并將整改情況以及整改后的照片反饋給發起人；發起人收到反饋信息后，對整改情況進行驗收確認，形成“發起—整改—確認”的閉環管理。可以對質量安全問題進行定期統計，分析問題構成、專業分布情況、問題整改情況，生成分析報告發送給相關負責人，方便讓對方及時、快速掌握項目整體質量、安全情況，如圖9所示。

該項目創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、當前任務進度、實時問題、問題月度數量統計、問題分類統計、問題實時狀態統計等八個功能模塊，匯總現場重要信息，為快速科學決策提供依據，如圖10所示。

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、發料單、盤點單實現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，實現機械管理；通過人員、材料、機械的管理，可以進一步提高現場精細化管理水平。此外，項目還開發了檔案管理功能，在平臺上實現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。

運維階段BIM 應用。根據京津中關村科技城智慧園區頂層設計，針對基礎設施的智慧運營管理指標包括：市政管網智能化監測管理率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。

結合智慧運營管理要求，在施工階段將相關構件、設備、傳感器、管線的閘門和閥門等的安裝位置、規格型號、尺寸、生產單位、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，進行數字化移交，并接入園區數據中心，用于道路維護、綜合管線維修、設備設施管控、突發事件處置等方面園區的智慧運營管理。

圖6 施工方案模擬

圖7 可視化技術交底

圖8 進度填報與進度分析

結論與建議

BIM 技術在本項目的應用，創新形成了協同設計、協同管理工作模式，實現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 技術在智慧園區市政工程領域全生命期應用的重要實踐，為后續類似工程應用提供參考案例。

圖9 質量安全問題分析

圖10 施工綜合信息大屏

利用BIM 技術在可視化、協同性、優化性、仿真性方面的優勢，革新了傳統設計和施工管理手段，體現了BIM 技術在提高溝通效率、精細化管理、形成數字資產方面的重要作用和價值貢獻。

智能化是全球發展趨勢，結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 模型創建時要增加與智慧運維相關的基礎模型創建。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。

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了BIM 認識不到位、協同設計流程和協同管理流程不完善、平臺之間接口不匹配等問題。在今后類似工程BIM 應用時，應進一步加強BIM 宣傳、提高認識，完善設計階段協同設計流程和施工階段協同管理流程，通過二次開發進一步完善不同平臺之間的數據接口等相關工作，以更好地推進BIM 實施，發揮BIM 在項目全生命期應用的更大價值。