BIM助力項目全生命周期管理升級

文｜肖曲 楊香風

BIM 技術的核心是通過建立虛擬的建筑三維模型，利用數字化技術，為模型提供完整的，與實際情況一致的建筑工程信息庫，不僅可以在設計中應用，還可應用于建設工程項目的全生命周期中。BIM 的數據庫是動態變化的，在應用過程中不斷在更新、豐富和充實，為項目參與各方提供了協同工作的平臺。

BIM 應用邁入“智慧時代”

BIM 技術在工業上的應用發展，在國內大致可劃分為模型時代-數字時代-智慧時代三個時期。

圖1 廠區三維實景模型

模型時代。在最初的圖紙時代，CAD 二維設計已完全取代手工繪圖，在國內工業設計中成為絕對主流，少部分項目采用三維設計的方式，但大多停留在翻模階段，即將二維圖紙轉為可視化的三維模型，具體應用也主要停留在向業主進行展示、渲染圖及廠區瀏覽動畫等方面，應用范圍較為局限。

數字時代。隨著我國經濟的高速發展，工業化、城鎮化的快速推進，大型工程項目越來越多，對后期運營維護精細化要求也越來越高，而數字化的BIM 模型帶有的建造屬性正好滿足這一需求。于是很快便進入了數字模型時代，這一時期除了對模型形體的要求，更加著重于構件信息的創建及其全生命周期的應用，也著重于各專業協同設計和正向設計在項目中的運用。

智慧時代。最近幾年，隨著BIM 技術與無人機實景建模技術、VR 技術、GIS 技術、云計算技術等新興科技的深度融合，BIM 技術的應用得到了進一步拓展，繼而提出了數字孿生模型、智慧城市、智慧工廠等概念。同時在實際生產運維中引入了更多的智能裝備，并結合大數據、云計算、人工智能、VR 技術、GIS 平臺等技術，實現智能資產管理、智能巡檢、數據分析、危機模擬、智能生產管理等。

規劃設計 提升設計方案表達性、可實施性

項目規劃階段。在項目開始的前期階段，需要對項目的建設位置進行選址，涉及面積大，服務范圍廣。很多項目都會在指定的工業園區進行建設，需綜合考慮城市空間布局、土地使用、開發建設等因素。

在工程規劃中引入三維GIS、BIM 等技術手段，通過無人機傾斜攝影，生成地面現狀環境與建構筑物的實景模型，利用成熟GIS 平臺獲取最新的現狀資料，并利用三維GIS 平臺集成已取得的資料，建立可視化的三維規劃工作環境。運用OpenBuildings Designer，OpenRoads Designer 及OpenPlant Modeler 等軟件設計多個BIM 方案模型，如圖1。

在此基礎上，組織相關專業人員進行初始的廠區規劃、制定相應的規模，并大致選定相應輔助設施的位置，初步分析和考慮交通運輸狀況，進行土方量分析、洪水分析等，確定較好的經濟指標。

圖2 建筑結構BIM 模型

項目設計階段。BIM 技術在設計階段的應用，改善了現有的設計和分析手段。構建協同工作環境，搭建全專業的工程數字模型，再通過必要的分析應用，極大的提高了設計方案的表達性和可實施性。且BIM 設計成果可向施工與運維階段傳遞，有利于提升現場施工作業的精細化水平，為智慧運維管理提供底層圖像和數據基礎。

通過搭建協同設計平臺，建立相應的項目源文件，根據項目實際運行情況，將項目任務分解為不同子項或工作包并設定對應的目錄結構，對各專業參與人員分配相應的權限。同時，對規劃階段取得的實景模型及BIM 模型進行進一步的細化，研究已有實景模型是否能滿足實際設計地點的精度需要，若不滿足，還需再進行重拍或補拍，最終生成所需模型。

通過現有勘測數據，包括文本數據、圖形數據、點云數據等利用OpenRoads Designer 創建現有數字化地形，為廠區的工藝布置及總圖設計提供原始依據。總圖專業利用OpenRoads Designer 的地形模塊根據工藝專業布置方案進行場平設計；利用道路、廊道模塊設計廠區道路。利用OpenBuildings Designer 軟件根據工藝布置方案對各區域的車間或廠房單體進行建筑、結構、設備及電氣的三維模型的設計，軟件涵蓋了四個功能模塊，使用者可以采用下拉工作流的方式進行切換，同時軟件完全基于同一個平臺，在進行建筑設計的同時，也可以根據需求切換至其他的專業設計模塊進行多專業協同設計，這樣的設計使四個專業的設計模塊被整合在同一個設計環境中，用同一套標準進行設計，如圖2所示。

對于項目中的工藝管線和公用管線部分，特別是燃氣、熱力等管線，采用OpenPlant CE 作為三維管道設計解決方案。它通過數據信息的交互提高項目團隊的協同能力，通過遵循ISO 15926 標準，應用iModel 技術，支持多種模型格式（如DGN、DWG、點云、實景應用），為用戶提供了靈活的設計和校審過程，支持多個成熟模塊如設備、管道、HVAC、電纜橋架、管道支吊架快速地進行智能建模，輸出可定制的平面圖、軸測圖和材料報表，滿足各個環節的設計需求，見圖3。

將設計好的結構建筑模型導入至ProStructures CE 中，用于繪制和生成結構詳圖。在各子項或工作包的模型通過設計審核后，將各區域、各子項的模型在ProjectWise 平臺上進行模型組裝和固化的工作。并利用現有模型進行切圖、材料統計等工作，得到符合此階段深度的交付文件。

當完成最終的設計后，得到初設階段的三維信息模型、相應文檔、設計說明、設計依據、相應設備資料、相關概算數據等資料以及中間與業主或設備廠商的中間過程文件等，按合同要求或相應標準，將所有資料按指定編碼格式或數字平臺形式進行移交。

施工把控 提高效益、節省成本

在施工階段，大部分項目還缺乏深化設計的概念，有些項目雖然有深化設計，但也只是利用CAD 圖紙進行翻模，造成重復工作，無法體現BIM 設計的優勢。這里提倡對BIM 模型的延續使用，即多個階段一個BIM 模型，隨著項目的深入，BIM 模型也隨之不斷的優化和更新。

對設計階段交付的BIM 模型進行深化設計，使用BIM 作為工具來組織和實施深化設計工作，并交付以深化設計模型為代表的設計成果。BIM深化設計是用于形成和驗證深化設計成果合理性的BIM 應用，應充分考慮并滿足實際施工要求。

對設計階段的BIM 模型根據施工需求進行深化設計，生成三維結構注釋圖、三維結構透視圖、鋼筋示意圖等。按照相應標準的精度要求，對原有設計模型進行進一步的細化，完善一些節點的模型精度，將施工及設備安裝階段的部分過程信息錄入至BIM 模型中。

按照施工要求對BIM 模型進行拆分組合，并進行碰撞檢查分析和研究，對設計中設備與管道、管道與結構的碰撞，現有設計未考慮施工便利性或施工實施成本太高的，結合設計單位及業主進行設計優化，最終生成可靠的BIM 深化設計數字模型。

在施工進度管理、施工方案編制及技術交底方面，可以利用4D 進度模擬軟件，導入BIM 數字模型及項目進度計劃，生成可視化的進度控制體系，提前發現可能對關鍵工序產生影響的工序，并對滯后的原因進行分析，及時反饋給項目部及業主進行優化調整，最大限度的提高效益、節省成本。

利用三維信息模型展現直觀、信息量全、方便查詢、效率高等優點，結合傳統技術交底的方式，作為對傳統交底方式的補充和直觀反映。參與施工吊裝方案的編制，按照當期施工進度，對重要設備或工序施工吊裝方案進行模擬，規劃合理的起吊順序和就位方案，并生成相應的施工模擬視頻媒體文件。

數據集成 構建信息化、規范化、可視化運維管理體系

在運維管理階段，將BIM數字模型與GIS平臺、管控平臺相結合，真正實現了BIM 模型數據的全生命周期傳導，構建了信息化、規范化、三維可視化的運維管理體系。

圖3 管道及設備模型

具體而言，以三維數字模型為基礎，構建涵蓋項目全生命周期的數據中心，將規劃、設計、施工及運維各階段數據通過運維管控平臺進行統一管理。

將設計及施工階段所有存儲于協同平臺上基礎信息及數據通過發布為I-model 2.0 的方式進行數據的傳導，以其作為一個數據轉化格式，利用最新iModelHub 工具，將數字模型數據打包傳輸至AssetWise 運維平臺中，從而通過此平臺對所有數據進行統一管控。

AssetWise 運維平臺上的數字模型是經過輕量化處理后導入而成，各設備設施模型在三維空間內的位置與實際施工情況一致，且其屬性能夠反應實際的信息，因此平臺可以對項目資產進行直觀的、可視化的管理，通過平臺的三維模型即可了解設備設施的基本信息。同時，平臺將現場采集的實時檢測信息與三維模型進行整合，從而實現在三維場景中了解現場的實際狀態。

基于BIM 三維數字模型，結合虛擬現實技術，系統可實現沉浸式的三維虛擬漫游，同時結合運維管理標準流程，實現對運維人員巡檢、保養、維修等運維流程及應急流程的演示及培訓考核。

將最終模型導入至軟件中，并布置相應的場景，利用HTC Vive 虛擬現實設備，進行BIM+VR 互動展示應用，在其中可以實時測量所需的尺寸，瀏覽所需的信息，并對巡檢流程等進行相應的模擬。

伴隨BIM 技術的快速發展，部分企業和項目已進入智慧設計、智慧建造的時代，但仍有一些企業經過多年的發展，仍然停留在翻模、出效果圖及出渲染視頻的階段。究其原因是因為制度建立不完善，流程混亂，目標結果不明確，將二維設計與三維設計割裂開來所致。

對于BIM 的推進必須要有公司高層領導的大力支持，制定正確的頂層設計及未來發展方向，在項目中輔以一定的激勵措施，讓盡量多的項目人員參與和獲得獎勵，形成良好的氛圍，形成良性循環。要明確應用BIM 技術并不是取代和摒棄傳統的工作方式，而是對傳統工作方式的延伸、補充和優化。