建設(shè)工程項目全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用管理研究

蔣小龍，魏 銳，楊兵兵

（1.酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000；2.甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，蘭州 730000）

根據(jù)建設(shè)工程項目各參與方的專業(yè)性質(zhì)，針對設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位及實驗監(jiān)控監(jiān)測等類別的內(nèi)容，其中設(shè)計單位的內(nèi)容包括模型審查、指導(dǎo)模型虛擬演示；施工單位的內(nèi)容包括BIM實施方案審查、施工深化模型審查、總體施工組織及專項方案BIM模擬、數(shù)字化加工制造方案咨詢和工地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)仿真模擬等；對鋼結(jié)構(gòu)制造廠商的內(nèi)容包括BIM智能制造方案審查、監(jiān)督生產(chǎn)過程BIM技術(shù)應(yīng)用、BIM模型數(shù)字格式轉(zhuǎn)換和總結(jié)梳理智能制造成果；對監(jiān)理方的內(nèi)容包括培訓(xùn)掌握BIM基礎(chǔ)技能、反饋BIM咨詢成果輔助計量；對試驗測控方的內(nèi)容包括指導(dǎo)培訓(xùn)掌握BIM基礎(chǔ)技能、指導(dǎo)試驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型（試驗數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)）[1]。

1 設(shè)計單位BIM技術(shù)應(yīng)用管理

針對設(shè)計單位的BIM模型技術(shù)應(yīng)用包括：施工圖設(shè)計模型咨詢審核及驗收、設(shè)計變更管理、BIM虛擬展示等三方面，各項工作內(nèi)容與要求如下。

1.1 施工圖設(shè)計模型審核、驗收

按照項目制定完成的《BIM設(shè)計與交付標(biāo)準(zhǔn)》，對建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電工程各個專業(yè)模型進(jìn)行審核，重點審核BIM模型的信息完備性、模型與施工圖的一致性。審查內(nèi)容要求模型范圍應(yīng)涵蓋全專業(yè)、全構(gòu)件建模、模型的精細(xì)度、模型屬性信息完備性、模型的互用性、模型中構(gòu)件與構(gòu)件之間、模型與外圍環(huán)境之間是否存在空間沖突、模型能夠順利導(dǎo)入施工期BIM協(xié)同管理平臺、保留主要信息。

1.2 施工設(shè)計變更管理

設(shè)計中發(fā)生變更不可避免，對設(shè)計方BIM模型的更新及時性進(jìn)行檢查，并確保相關(guān)變更流程及變更資料的留存及模型是否已完成掛接。

1.3 BIM虛擬展示和駕駛

提供平臺數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)上傳規(guī)則，設(shè)計方將BIM模型數(shù)據(jù)上傳平臺后，在PC、PAD和手機(jī)端完成模型的展示、虛擬瀏覽，方案具體要求模型渲染且畫面美觀，實現(xiàn)觸控、瀏覽等交互要求，具有較好展示效果；能夠接入VR及AR設(shè)備，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實及增強(qiáng)現(xiàn)實的體驗[2]。

2 施工單位BIM應(yīng)用管理

施工單位BIM技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容包括施工、制造單位的BIM技術(shù)實施方案、工地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)BIM模擬、總體施組及專項施工方案的仿真模擬、中間交工BIM模型和施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用成果展示等方面內(nèi)容，具體內(nèi)容與要求如下。

（1）專項施工方案BIM與總體施工組織計劃仿真模擬及成果驗收。提出各專項施工方案4DBIM施工仿真模擬的技術(shù)要求；施工方各專項方案BIM施工仿真模擬的信息完備性；各專項施工方案BIM仿真模擬的合理性和真實性；確保各專項施工方案4DBIM施工仿真模擬的及時性，確保BIM模擬成果隨各專項施工方案在專家評審會上提交給專家審查。建立BIM模型與施工計劃（project文件）及現(xiàn)場進(jìn)度數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，動態(tài)、可視化地展示標(biāo)段及全線的進(jìn)度計劃，并生成工料機(jī)等資源的需求曲線。

（2）中間交工BIM模型審核及成果驗收。協(xié)助業(yè)主針對施工單位建立基于計量支付的施工BIM模型交付機(jī)制；審核工程形象進(jìn)度，模型深化程度和工程量復(fù)核；對各階段的施工深化BIM模型進(jìn)行驗收。

（3）視頻、PPT和成果報告整理總結(jié)。承包人及時總結(jié)梳理施工期BIM技術(shù)應(yīng)用成果，形成視頻、PPT及成果報告等資料，便于相關(guān)單位到場參觀學(xué)習(xí)。

（4）施工方案BIM仿真模擬。施工方案BIM模擬是施工階段模型應(yīng)用的主要內(nèi)容，通過對方案進(jìn)行虛擬4D仿真，達(dá)到預(yù)演優(yōu)化與可視化交流的目的。施工方應(yīng)制定專項方案仿真模擬內(nèi)容，同時對仿真模擬成果進(jìn)行審核，提升BIM應(yīng)用價值。

3 運(yùn)營期BIM應(yīng)用管理

工程項目BIM技術(shù)應(yīng)用立足建設(shè)期，著眼于全壽命周期管理。BIM應(yīng)在施工階段后期開展對運(yùn)營期BIM總體規(guī)劃與平臺設(shè)計。運(yùn)營期BIM總體規(guī)劃包括BIM技術(shù)應(yīng)用、平臺規(guī)劃及數(shù)據(jù)協(xié)同等，使設(shè)計、施工階段的模型與信息能夠流轉(zhuǎn)到運(yùn)營階段。基于BIM的工程全資產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合BIM技術(shù)，設(shè)計針對土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電等重要資產(chǎn)設(shè)施的管理系統(tǒng)框架和功能模塊，建立全資產(chǎn)管理系統(tǒng)理念，使全線重要資產(chǎn)的BIM模型和數(shù)據(jù)能夠順利流轉(zhuǎn)到運(yùn)營期進(jìn)行有效管理，保持?jǐn)?shù)據(jù)的延續(xù)性[3]。基于GIS+BIM的工程智慧管理系統(tǒng)設(shè)計，借助移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合GIS+BIM，設(shè)計針對工程運(yùn)營期巡檢、健康監(jiān)測、定檢、特檢、技術(shù)狀況評定和維修加固的BIM智慧管理系統(tǒng)框架和功能模塊，規(guī)劃設(shè)計三維可視化智慧養(yǎng)護(hù)管理平臺，使土建基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和施工階段的建造信息能夠無損地流轉(zhuǎn)到運(yùn)營期使用。

4 全生命周期BIM協(xié)同平臺建設(shè)管理

根據(jù)項目的特點，BIM協(xié)同管理平臺應(yīng)下設(shè)1個中心，3大平臺，3個階段，8大體系。1個中心為基于BIM云計算的數(shù)據(jù)中心；3大平臺為基礎(chǔ)BIM平臺、GSD（地理空間數(shù)據(jù)）平臺和IoT物聯(lián)網(wǎng)接入平臺；3個階段涵蓋項目規(guī)劃設(shè)計階段、施工階段和運(yùn)維養(yǎng)護(hù)階段；8大體系分別為協(xié)同設(shè)計體系、安全管理體系、質(zhì)檢體系、進(jìn)度管控體系、計量支付體系、資料管理體系、監(jiān)控測量體系和運(yùn)維養(yǎng)護(hù)體系。

4.1 BIM數(shù)據(jù)中心

BIM數(shù)據(jù)中心是項目的數(shù)據(jù)大腦，承擔(dān)著項目全生命周期BIM相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲、處理、分發(fā)和決策的功能，因此其通用性、可靠性、可計算性及接口標(biāo)準(zhǔn)化程度很大程度上決定了項目的成敗。鑒于建筑工程系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源及處理登錄方式：PC端+移動端賬號登錄。BIM數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理能力來自對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入和處理，BIM平臺、GSD平臺和IoT接口平臺承擔(dān)著主要數(shù)據(jù)入口及信息在線處理功能，因此底層平臺的選擇也制約著項目能否成功。

4.1.1 BIM平臺

BIM平臺作為最重要的基礎(chǔ)平臺，必須滿足以下幾方面的功能要求。

（1）能兼容市面主流BIM模型格式。

（2）支持PC端和手機(jī)端在線瀏覽模型，且交互要流暢。

（3）模型與項目的管理職能以及應(yīng)用場景要高度融合。

（4）平臺接口要開放，支持二次開發(fā)，支持與GIS數(shù)據(jù)、IoT數(shù)據(jù)和圖文檔數(shù)據(jù)的對接。

（5）數(shù)據(jù)承載量要高，能支持10 km2的數(shù)據(jù)，5 000萬個以上的模型三角面。

4.1.2 GSD平臺

工程項目的全生命周期中需要對周邊地理環(huán)境有準(zhǔn)確的了解，來幫助我們在規(guī)劃設(shè)計、施工建造和運(yùn)營養(yǎng)護(hù)階段做出更好的決策，因此利用GSD做場景還原有助于項目決策。場景還原采集周邊的地理信息，信息來源可以是衛(wèi)星照片，也可以是無人機(jī)攝影掃描[4]。GSD平臺需具有以下數(shù)據(jù)兼容功能。

（1）支持tif格式衛(wèi)星圖片DOM、高程DEM/DSM。

（2）支持ArchGIS柵格數(shù)據(jù)。

（3）與BIM模型對接的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理。

4.1.3 平臺IoT接口

項目建設(shè)和運(yùn)維的大量信息需要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對數(shù)據(jù)的采集、傳輸及處理，涉及的信息類型多樣，且采集每種信息的設(shè)備和傳感器類型千差萬別，因此平臺要有開放和強(qiáng)大的接口來兼容這些軟硬件信息，并在未來的運(yùn)維中具有可擴(kuò)展性。對于建設(shè)工程，平臺接入的IoT設(shè)備主要有如下種類：①視頻監(jiān)控；②基坑監(jiān)測；③主體施工監(jiān)測；④人員和設(shè)備定位；⑤沉降監(jiān)測；⑥拌合站質(zhì)量管控；⑦實驗室試驗檢測。

4.2 規(guī)劃設(shè)計BIM技術(shù)管理

規(guī)劃設(shè)計對于建設(shè)項目實施至關(guān)重要，合理的規(guī)劃、精細(xì)化的科學(xué)設(shè)計，無論是對前期工程施工和后期運(yùn)維難易程度、投資的經(jīng)濟(jì)性，還是通行的舒適性、對周邊環(huán)境的影響性，都具有舉足輕重的意義。利用平臺BIM和GSD技術(shù)的疊加優(yōu)勢，可以輔助規(guī)劃和精確設(shè)計，從而真正做到科學(xué)決策[5]。以下僅挑選若干點來展示協(xié)同平臺在規(guī)劃設(shè)計階段的價值。

4.2.1 規(guī)劃選址

建設(shè)工程對地理依賴性強(qiáng)，美學(xué)上講究與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境指標(biāo)都有賴于前期合理的場址規(guī)劃。平臺需兼具BIM和GSD 2大基礎(chǔ)平臺，將工程數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)完美對接，實現(xiàn)所見即所得，為工程選址提供科學(xué)決策依據(jù)。此階段協(xié)同平臺的主要價值體現(xiàn)如下幾點。

（1）有效避開地質(zhì)不良地段和生態(tài)脆弱地段。

（2）利用平臺的虛擬仿真功能，輔助選址、可行性研究。

（3）大幅減少現(xiàn)場踏勘次數(shù)及工作強(qiáng)度，地理數(shù)據(jù)直接線上瀏覽和量取。

4.2.2 BIM協(xié)同設(shè)計

平臺應(yīng)能支持多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。BIM協(xié)同平臺應(yīng)能支持主流建模軟件的導(dǎo)入，為發(fā)揮BIM在建設(shè)工程中的最大優(yōu)勢，協(xié)同平臺應(yīng)能支持以下輔助設(shè)計功能。

（1）工程量統(tǒng)計。平臺可實現(xiàn)工程量統(tǒng)計，為編制預(yù)算及施工招標(biāo)標(biāo)底提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，同時還可以按構(gòu)件的不同屬性進(jìn)行快速提量，為后續(xù)計量提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）3D虛擬展示。設(shè)計方3D模型上傳平臺后，各方無需安裝專業(yè)設(shè)計軟件即可通過PC端和手機(jī)端在線登錄平臺，查看和瀏覽項目的三維效果。

4.3 施工BIM技術(shù)管理

平臺需要考慮工程施工管控的特點，將真實的業(yè)務(wù)管理需求、場景及流程和平臺功能結(jié)合起來，主要的管理要素要能和BIM深度結(jié)合與互動。

4.3.1 質(zhì)量安全管理體系

平臺要能按發(fā)現(xiàn)、通知提醒、解決、復(fù)驗和閉環(huán)的流程實現(xiàn)質(zhì)安問題的識別、上報通知、整改及檢查的閉環(huán)管理，做到質(zhì)量安全無死角。綜合起來，平臺要實現(xiàn)以下功能。

（1）參建各方尤其是業(yè)主能在BIM平臺上知曉現(xiàn)場實際質(zhì)量安全情況。

（2）業(yè)主能從平臺上得到問題匯總，進(jìn)行橫向比較，判斷出哪些部位存在問題較多，進(jìn)行重點關(guān)注。

（3）平臺要有巡檢功能，可設(shè)置巡檢路線和作業(yè)表單，巡檢結(jié)果可實時上傳平臺。

基于項目結(jié)構(gòu)拆解，每個分項工程下掛標(biāo)準(zhǔn)工序。針對每道工序，結(jié)合首件工程，將每道工序的標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝操作流程和質(zhì)量控制要點進(jìn)行拆解，形成標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程卡，通過手機(jī)可以便捷查詢。

針對每個分項工程下掛的標(biāo)準(zhǔn)工序，對不可逆的中間工序設(shè)置停止點檢查，例如混凝土澆筑簽認(rèn)，中間交工驗收等環(huán)節(jié)，監(jiān)理人員利用手機(jī)終端對中間工序停止點進(jìn)行驗收檢查。提供手機(jī)移動端的便捷式工序驗收簽認(rèn)驗收流程，能夠上傳時間、班組、現(xiàn)場照片和質(zhì)量檢驗檢測結(jié)果等影相記錄，形成電子化的監(jiān)理人員現(xiàn)場工序驗收信息。

質(zhì)量、安全巡檢功能在上述質(zhì)量—安全檢查—整改—回復(fù)流程中加入檢查路線功能，可對檢查點或檢查線路進(jìn)行指定，各單位相關(guān)專職質(zhì)檢、安全員須定期對巡檢路線進(jìn)行日常巡檢，并將巡檢結(jié)果實時上傳，有效減少因施工線路長而造成的質(zhì)量安全檢查組織難、巡檢時間長、巡檢結(jié)果反饋慢和整改結(jié)果核查慢等問題。巡檢還可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，包括巡檢頻率統(tǒng)計、質(zhì)量安全問題數(shù)量統(tǒng)計及隱患整改完成率統(tǒng)計，并根據(jù)各個單位完成情況進(jìn)行系統(tǒng)排名。

4.3.2 進(jìn)度管理體系

業(yè)主在自身人員緊張的情況下，要想了解建設(shè)工程的全面進(jìn)度，傳統(tǒng)的聽匯報、現(xiàn)場檢查等方式所采集上來的信息往往是不準(zhǔn)確且不及時的，借助BIM協(xié)同管理平臺，項目的進(jìn)度信息配合相應(yīng)的獎懲制度可以第一時間第一手地收集上來并動態(tài)直觀呈現(xiàn)。平臺需要實現(xiàn)的管理性需求如下。

（1）業(yè)主及施工方可以根據(jù)工期安排合理編排與調(diào)整施工組織計劃，并對重點工序作針對性細(xì)化。

（2）業(yè)主及其他參建方要能在BIM平臺上知曉實際進(jìn)度。

（3）業(yè)主及參建方要能從平臺上知曉實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度的偏差情況，并且能找到偏差發(fā)生的原因，繼而督促施工單位調(diào)整進(jìn)度計劃。

（4）業(yè)主能從平臺上知曉每道工序的實際發(fā)生時間及完成時間，便于信息追溯。

要實現(xiàn)以上功能，平臺需具備以下功能。

（1）支持4DBIM模型。系統(tǒng)不僅支持直接在其中編制進(jìn)度計劃，也可直接導(dǎo)入Excel、Project的進(jìn)度進(jìn)度計劃，并支持導(dǎo)出。通過將經(jīng)過項目結(jié)構(gòu)分解后編排好的進(jìn)度計劃和相應(yīng)BIM模型進(jìn)行快速的關(guān)聯(lián)，給3D模型添加上時間維度變成4D模型，讓計劃進(jìn)度結(jié)構(gòu)化地存儲于BIM模型，為后續(xù)進(jìn)度管理創(chuàng)造條件[6]。

（2）實際進(jìn)度采集。可以利用電腦端或者移動客戶端實時添加構(gòu)件生產(chǎn)、施工狀態(tài)信息，對當(dāng)天施工完成的部位精準(zhǔn)定位。

（3）時間節(jié)點智能提醒。（4）進(jìn)度對比分析。

4.3.3 質(zhì)檢體系

平臺需內(nèi)置表單引擎，便于各類質(zhì)檢表單的靈活配置，表單內(nèi)容需符合項目所在省份的標(biāo)準(zhǔn)與格式。

4.3.4 監(jiān)測監(jiān)控體系

施工現(xiàn)場涉及大量有關(guān)施工狀態(tài)及施工安全方面的信息需要被采集和監(jiān)控起來，從而指導(dǎo)信息化施工。這些信息和BIM信息屬于不同種類的信息，因此平臺需要提供強(qiáng)大的接口去接入這些信息。此部分內(nèi)容可參考前面IoT接入平臺內(nèi)容。

4.3.5 資料管理體系

平臺除具備基本的資料收集、分類、存儲及下載打印功能外，還需具備以下功能。

（1）可設(shè)置資料查閱權(quán)限。

（2）支持電子資料與工程相關(guān)或者與具體的模型構(gòu)件相關(guān)聯(lián)。

（3）文件的上傳支持多種格式（Word文件、Excel文件、PDF文件及jpg等圖片文件），支持PC和手機(jī)端在線瀏覽查看。（4）符合建設(shè)工程項目特點的文件分類。（5）配置有文檔審核引擎。

4.3.6 計量支付體系對于一些線下蓋章后的掃描件也可上傳至附件，作為支付的憑證。發(fā)起計量通過對分項工程、變更工程、計日工簽證等數(shù)據(jù)自動調(diào)取，相關(guān)指標(biāo)中的數(shù)據(jù)自動生成，無需手動再次輸入。

4.3.7 運(yùn)維養(yǎng)護(hù)接口

工程項目的建設(shè)和運(yùn)營通常是不同的主體來完成，運(yùn)營期工作需要大量的建設(shè)期信息支撐，而根據(jù)統(tǒng)計，通常項目建設(shè)期結(jié)束后轉(zhuǎn)交給運(yùn)維方的信息不超過60%，因此在項目交竣工期間，BIM咨詢方有必要協(xié)助業(yè)主方參與竣工資料驗收，確保各參建方信息與資料完整、真實地上傳到平臺并和BIM模型掛接，并移交后續(xù)運(yùn)維方[7]。

運(yùn)維期一般單位均有成熟的軟件，大部分是基于表單作業(yè)的，沒有相關(guān)的構(gòu)件和地理信息。借助BIM協(xié)同平臺，不僅可以將設(shè)計建設(shè)期的信息完整繼承，還可以將二維管理升級成三維可視化管理，效率、精度以及成本上都會有質(zhì)的提升。運(yùn)維期平臺主要做好以下四方面的接口：①基于GIS+BIM智慧管理系統(tǒng)接口；②基于BIM健康監(jiān)測系統(tǒng)接口開發(fā)；③基于BIM機(jī)電設(shè)備集成控制系統(tǒng)接口開發(fā)；④基于BIM應(yīng)急管理平臺接口開發(fā)。

5 結(jié)束語

BIM技術(shù)針對設(shè)計單位、施工單位及監(jiān)理單位等類別的內(nèi)容，集成了BIM模型、GIS、IoT和圖紙文檔等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過可視化瀏覽工程結(jié)構(gòu)、周邊地理環(huán)境等信息，查看工程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全及資金等工程數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)做到工程信息一覽無余，解決了信息不對稱、信息孤島及工程現(xiàn)場視察難等管理問題，真正起到工程數(shù)字化管理的功能。