BIM技術在智慧園區全生命周期平臺系統中的應用

雷靜 于長虹 楊曉娟

摘要：BIM與GIS、RFID等技術相融合以實現工程項目增值，正在逐步成為智慧園區建設的新趨勢。本文以時下熱點技術BIM及其他相關技術為基礎，介紹其在智慧園區全生命周期平臺系統中的應用。所搭建的系統框架依次為用戶層、應用層、平臺層、數據層和設施層共5層，涉及規劃設計、施工建設和招商運營，貫穿智慧園區建設運營全生命周期。充分利用BIM技術的可視化、協調性、參數共享和數據集成等優勢，有助于提高智慧園區工程建設效率，進而為打造智慧園區全流程管理提供保障。

關鍵詞：BIM；智慧園區；全生命周期

1 引言

近年來，在國家政策的大力扶持下，各地園區積極開展轉型升級，園區智慧化建設如火如荼。然而在實際建設管理中，仍面臨著信息化水平不高，管理效率提升緩慢等難題。難題如何破解，如何提高園區管理水平和運行效率，真正走向智慧化，已經成為園區經營者亟須解決的問題。

本文立足智慧園區全生命周期，提出基于BIM的整體框架。旨在以BIM、GIS和RFID等為技術手段，以滿足智慧園區全生命周期的管理需求為目的，通過管理創新及技術創新方法對園區全生命周期進行可視化、參數化的現場管理。

2 相關重要理論研究

2.1 BIM

BIM，英文全稱Building Information Modeling，即建筑信息模型。20世紀70年代，由Charles M. Eastman教授提出，Charles M. Eastman也因此被稱為“BIM之父”[1]。BIM的優勢在于基于三維立體數字設計及工程軟件，可以構建“可視化”的數字建筑模型，為各參與方——設計院、施工方、運營商及最終用戶等提供“模擬和分析”的綜合管理平臺，有利于促進其利用三維數字模型對項目進行科學的規劃設計、施工建設及招商運營管理[2]。其中，Autodesk公司的Revit軟件是我國建筑業BIM體系中使用最廣泛的軟件之一。BIM不單是一種技術，更是一種理念，是信息化在建筑行業應用的新工作模式。

2.2 BIM與GIS

GIS（地理信息系統）通過對城市地形、建筑物等大量數據進行綜合處理，記錄建筑物的全生命周期，提高原有建筑物的管理效率，為城市提供實時數據查詢和應用分析等功能[3]。GIS可以服務于城市基礎設施建設、管理和運營各階段，并輔助實現建筑物全生命周期管理。在眾多技術中，BIM與GIS是聯系最為緊密的。把微觀領域的BIM技術與宏觀領域的GIS技術進行相互融合，更好地利用其數據整合、數量分析和空間管理功能，為未來智慧城市的發展提供了新的方向[4]。

2.3 BIM與RFID

RFID，即無線射頻識別技術，借助無線電信號識別特定目標，能夠進行數據讀寫，大量應用于工程項目的物流管理和進度管理方面[5]。與BIM相結合，實時跟蹤構件或設備使用情況，如通過BIM提取物資需求計劃，與現場物資消耗量進行對比，可以讓采購更精準，緩解施工現場的庫存積壓難題。

2.4 BIM與智慧園區

智慧園區是通過物聯網技術、互聯網技術，構建以園區安保、設施、交通、能源和環境為核心的綜合管理指揮平臺，實現集綜合集成管理、安保消防管理、應急事件管理、園區能效協同和園區環境監測為一體的操作環境[6]。借助信息化技術可以高效利用園區各種數據，包括歷史數據及未來數據，帶動園區基礎設施建設、綜合管理運營和產業發展水平的全面提升[6]。智慧園區是智慧城市的縮影，借助BIM技術有利于推動傳統產業園區向新型智慧園區轉型，進一步邁向“以人為核心，以產興城、以城促產、產城相容”的發展目標。

3 BIM技術在智慧園區全生命周期中的應用

為實現BIM技術對智慧園區生命周期全流程管理的設計要求，結合其規劃、建設、管理的實際需求，本文所搭建的系統框架依次為用戶層、應用層、平臺層、數據層和設施層共5層，具體如圖1所示。

3.1 BIM技術在規劃設計中的應用

3.1.1 三維設計及出圖

BIM技術是由眾多軟件實現的，在設計建模階段，因Revit兼容性高，應用較為廣泛。建模時，可以對項目中的構件賦予相關信息，如梁、柱和板混凝土的強度，墻體材質顏色，通風系統位置，室內外裝修信息等，并可以直觀地向業主、造價咨詢單位展示項目的整體三維設計效果。在BIM中，可以對設計圖樣進行剖切，方便地獲取所需方位的平面圖、剖面圖和立面圖。

3.1.2 設計審核

設計審核階段常用的BIM碰撞測試，能夠加強各專業間的協調一致性。例如進行管道工程項目中不同專業（結構、暖通、消防、給排水和電氣架橋等）空間上的沖突檢查，管道間隙、節點的監測等。BIM能夠自動生成檢測報告，為設計方有針對性地解決問題提供思路，反復修正后，可以有效避免設計缺陷的產生。在得到業主方認可后，可以以此為施工依據，BIM技術可以大幅減少設計變更，施工返工，避免成本的浪費。

3.1.3 可視化漫游展示

對比于傳統CAD圖樣，BIM的顯著優勢是可以更立體更直觀地向參建各方展示最終效果，不單是建筑外形，更可以有效展示建筑內部。通常用BIM設計模型導出DAE，而后導入Lumion進行設計渲染，可以進行更豐富更直觀的全景漫游展示。

3.1.4 工程量統計

在BIM三維建模設計中，可以很直觀地計算構建數量，了解構建參數，可以為施工方提供科學的數據參考，同時也可以為工程造價單位提供算量基礎。

3.2 BIM技術在施工建設中的應用

3.2.1基于BIM技術的施工動態模擬

施工動態模擬過程中，BIM可以將Project（施工計劃書）、Revit（三維模型）與Navisworks（施工動態模擬軟件）加以時間（時間節點）、空間（運動軌跡）及構件屬性信息（材料費、人工費等）相融合。對比不同的施工方案，并進行優化，可以直觀、準確地反映施工進度，提高對施工進度的把控。

3.2.2 BIM在施工質量管控中的應用

施工質量管控在工程項目中占有舉足輕重的地位，包括對施工方案及施工資源配置等方面的事前預控、事中控制以及事后處理，貫穿了項目施工建設的始終。事前控制：將施工現場的平面布局、進度計劃、材料周轉等數據信息都事先在計算機中進行預演，提前找出潛在的質量風險。而后進行整改，再反饋到模型中，反復多次，可有效規避質量問題。BIM的事中控制與事前控制類似。事后控制：充分利用BIM的問題點標注功能，對每次問題原因進行分類匯總，為后期類似問題提供預判經驗和處理經驗。

3.2.3 BIM在施工進度控制中的應用

BIM的進度控制是在Revit中創建進度管理模型，再轉換到Navisworks，使用工作包劃分功能，使得構件與相應的WBS對應，有效反映真實的工程進度，形成4D-BIM模型。采用進度模擬有助于提前發現工程進度的空間沖突問題；發現是否可進一步優化工期，有助于縮短工期減少成本，充分體現BIM的經濟價值。

3.2.4 BIM在施工安全控制中的應用

如今人們防災減災意識不斷提高，而面對多發的建筑安全事故，結構檢測研究已成為國內外建筑領域重點關注的課題之一。施工作業中，預應力鋼結構因高風險是重點關注對象，需要實時掌握其受力及運行狀態，通過BIM三維動態監測，實時監測鋼結構應力狀態和變形狀態是否處于安全控制范圍內，為安全施工提供切實保障。

3.3 BIM技術在招商運營中的應用

招商運維階段作為智慧園區全生命周期中時間最長的階段，在園區的維護管理過程中，不僅會產生大量的數據信息，涉及園區安全、空間、環境、能耗和設備維護等許多方面，對比于設計階段和施工階段，管理難度更大。隨著BIM技術的發展為園區建設帶來信息化的變革，在設計與施工階段已經有了成熟的應用研究，在設計可視化、進度控制、施工安全等多方面全方位提升了過程管理。而在運維階段則處于起步發展階段，面對園區運維的周期長、情況復雜的現狀，通過BIM的系統集成，融合物聯網的定位、感知和識別等相關技術，使得應用BIM覆蓋智慧園區全生命期的管理變成現實。本文所設計的具體功能如圖2所示。

4 BIM技術在全生命周期中的SWOT分析

BIM技術的使用極大地解決了園區工程建設領域信息不暢的瓶頸問題，不僅有助于緩解各參建方應用傳統的紙質媒介傳遞信息產生的信息斷層，也能解決應用系統彼此間信息孤島的問題。同時，在智慧園區建設管理的各個階段均能發揮改善和促進作用，為園區帶來了顯著的經濟和社會效益。本文，我們運用SWOT（優勢分析、劣勢分析、機會分析和威脅分析）的方法進行總結分析。

4.1 基于BIM技術的優勢分析（S）

BIM技術可以將規劃設計階段到招商運維階段的信息集合起來，同時根據其可視化、參數化的特性，直觀地進行展示，并支持隨時更改。特別是在園區招商運營階段，面對復雜繁多且需要不斷更新的數據，借助BIM技術可以使其更加簡單有效，節約運維成本。

4.2 基于BIM技術的劣勢分析（W）

如今BIM技術在規劃設計和開發建設中應用較多，在招商運營中的應用處于起步階段，暫未形成統一的標準。同時新技術的發展需要前期大量的資金投入，比如設備更新、軟件上線和人員培訓等，使得很多中小企業望而卻步。實現我國BIM軟件的完全產業化、本土化還有一定距離。

4.3 基于BIM技術的機會分析（O）

21世紀互聯網技術不斷發展，極大地帶動各行各業向信息化、智能化轉變，行業迭代升級已然進入加速期，然而產業園區的智能化應用還處于落后、不足的地位。與此同時，國際上BIM技術的成熟發展應用也將引領我國BIM技術的發展和完善，鑒于我國園區建設產業巨大，BIM技術必然具有廣闊的市場前景。

4.4 基于BIM技術的威脅分析（T）

BIM軟件的使用需要更長的適應過程，其對硬件配置的要求也遠遠高于二維設計，并且更適合于單體建筑。對于并未做到設計施工一體化的項目，施工BIM圖樣還需在設計二維圖樣上進行建模深化，過程中發現的不合理設計，必須先向設計院進行反饋，待其確認后才能修改變動，整個審核流程非常煩瑣耗時。施工建設中，各參建單位間傳統的工作方式一時難以改變，以及對新技術的排斥性等，不按BIM出圖施工，會造成返工及進度緩慢等問題。

5 結語

智慧園區是智慧城市建設的重要組成部分之一，高規格建設需要融合各種技術，毫無疑問是一項復雜的系統性工程。隨著“新基建”的推進，作為“新基建”的重要載體和表現形式的智慧園區勢必迎來高質量發展與轉型升級，為園區各參與方帶來更多智慧化服務。本文所構建的智慧園區全生命周期平臺，以BIM為基礎，融合各種新一代信息技術，將高新技術應用到園區規劃、建設和運營等各個方面，為園區企業提供高效、便捷且安全的入駐環境和公共服務，打造優良的創新、發展環境。

參考文獻

[1] LI C Z， XUE F， LI X， et al. An Internet of Thingsenabled BIM platform for on-site assembly services in prefabricated construction [J]. Automation in Construction， 2018， 89： 146-161.

[2] LOGOTHETIS S， KARACHALIOU E，VALARI E， et al. Open source cloud-based technologies for BIM [J].The International Archives of the Photogrammetry， Remote Sensing & Spatial Information Sciences， 2018， 42（2）.

[3] 陳曉.基于BIM的校園運維管理系統研究[D].四川：西南交通大學，2016.

[4] XU T. Achieving Cooperative Design Based on BIM Cloud Platform[C]//CDVE 2018：International Conference on Cooperative Design， Visualization and Engineering. Swiss Cham： Springer， 2018： 321-325.

[5] 談榮.BIM技術在工程項目全壽命周期成本管理中的應用[J].城市建筑，2017，325（16）：170-171.

[6] 張維民.基于BIM技術的商業地產項目的運維管理應用研究[D].山東：青島理工大學，2019.

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[8]曾浪.智慧園區工程項目全生命周期管理平臺系統研究[J].綠色建筑，2019，01（01）：21-24.