以運營為導向的園區(qū)建筑群全過程 BIM 應用研究

曾莎潔（上海市建筑科學研究院有限公司， 上海 200032）

近年來，隨著我國產業(yè)轉型升級和城鎮(zhèn)化率的不斷提高，城市產業(yè)園區(qū)建設迎來了一個快速發(fā)展時期[1-2]。城市產業(yè)園是指由政府或企業(yè)為實現產業(yè)發(fā)展目標而創(chuàng)立的特殊區(qū)位。相比其他類型的園區(qū)，城市產業(yè)園區(qū)具有更加明顯的規(guī)模效應、集聚效應和協(xié)同效應。

目前，在產業(yè)園區(qū)項目建設過程中，建設單位大多按照功能單元將園區(qū)劃分為不同地塊，這使得在設計層面上，同一地塊各個單體建筑物的建筑功能能夠相互關聯(lián)，共享水、電、氣等市政基礎設施，建設過程環(huán)環(huán)相扣，減少設計錯誤；在施工層面上，同一地塊的多作業(yè)面可以同步施工，形成項目群管理，提高施工效率。在后期運維層面上，前期設計和施工過程中的數據能夠完整存留，數據的傳遞性和應用的可擴展性增強，可較好地應對改造和維護要求。然而，產業(yè)園區(qū)項目群在建設過程中，普遍存在階段割裂、協(xié)調困難、施工復雜、管控壓力大、信息化程度低和運營前期要求不明確等難題。因此，產業(yè)園區(qū)項目群建設大多采用 BIM 技術作為工程管理的核心工具[3-4]。

BIM 技術在產業(yè)園區(qū)建設項目中目前已有較多應用，如：曹洪亮和高迅[5]通過建設 BIM 可視化施工管理系統(tǒng)和多維度可視化施工管理調度平臺，降低了產業(yè)園建設過程中的風險；王肖穎等[6]基于福建三峽海上風電產業(yè)園工程，闡述了全生命周期 BIM 技術在機電安裝工程中的應用；劉豐[7]以北京平谷產業(yè)園工程為例，提出了 BIM 技術在產業(yè)園區(qū)建筑設計中的應用方法；李璽和韓杰[8]在甘肅省科學院高新技術產業(yè)園項目中應用全過程 BIM 管理技術，通過統(tǒng)一的大數據中心平臺，實現了資源分配效率的極大提升。

但是，目前國內產業(yè)園區(qū)工程的 BIM 應用主要集中于單專業(yè)或者單階段的工程應用，對于產業(yè)園區(qū)項目群，采用以運營為導向的工程項目全過程 BIM 應用研究尚十分有限。因此，本文以某產業(yè)園項目為例，以業(yè)主的“數字交付和智慧運營”為基本出發(fā)點，從數據全過程維度開展了 BIM 整體應用的系統(tǒng)研究，提出了一套以運營為導向的工程項目全過程 BIM 應用方案。

1 工程概況

該產業(yè)園項目由 24 棟建筑組成，包括 7 棟高層建筑、17 棟多層建筑與 1 層地下車庫。整體用地面積達 8 萬 m2，總建筑面積約 21 萬 m2。地塊內建筑結構類型多樣，布局靈活，設計感強，并大量使用了裝配整體式鋼筋混凝土框架結構和預制預應力混凝土雙 T 板疊合樓蓋，PC 構件預制率達到 45%。項目群的 BIM 技術應用范圍為地塊紅線范圍內所有建筑單體及地下室的全專業(yè)。

2 全過程 BIM 應用的實施策劃

在上述項目策劃階段，圍繞 BIM 模型和管理目標的項目全過程 BIM 應用實施策劃，主要包括管理模式、應用目標、組織架構、工作職責、應用流程、任務分解、技術標準、平臺工具等，用于指導各階段的 BIM 應用。

該項目在采用傳統(tǒng) DBB 建設模式的背景下，BIM 方案以后期運營需求為出發(fā)點，以項目數字化交付為最終目標。圍繞該產業(yè)園項目群 BIM 協(xié)同平臺，以 BIM 模型和數據為紐帶，將 BIM 模型與設計、資金、進度、質量、設施設備等工程信息關聯(lián)，保障產業(yè)園項目群參建各方的數據互通，支持工程全生命周期的 BIM 應用和各階段、各專業(yè)間的高效協(xié)調，有效提升項目建設和運營的精細化管理水平，完整保留項目工程信息的可追溯性和完整性，為后期運營提供數據基礎。

在 BIM 策劃階段，為實現該項目的 BIM 應用目標，使得 BIM 技術在工程建設階段發(fā)揮最大價值，編制了 BIM 實施大綱，明確了 BIM 實施工作任務以及各項任務的實施主體、工作流程和工作職責，編制了“BIM-WBS-RBS”任務矩陣表（表 1），保障各項 BIM 任務能夠最終落地。同時，為了保證各階段的數據互通和 BIM 應用的有效開展，制定了項目 BIM 應用的技術標準，如 BIM 模型標準、數據交互標準、BIM 應用標準、PC 編碼標準等。

表1 BIM-WBS-RBS 任務矩陣表

同時，針對該產業(yè)園項目建筑體量大、管線及結構關系復雜、裝配率高的特點，BIM 方案通過合理劃分工程范圍，對裝配式預制構件編制了單獨的編碼體系，從裝配式構件的深化設計階段介入，利用 BIM 技術進行了裝配式構件族庫的建立與構件歸并，并將 BIM 協(xié)同管理平臺與 RFID 物聯(lián)網技術相結合，實現了裝配式預制 PC 構件在深化設計、構件生產、構件運輸、現場倉儲、現場吊裝與檢驗、構件返廠等全產業(yè)鏈的數字化管理。

BIM 實施策劃的另一項重要應用是搭建了基于 BIM 的協(xié)同管理平臺，建立了 BIM 協(xié)同工作環(huán)境，實現了產業(yè)項目群建設過程的合同管理、設計管理、成本管理、進度管理、質量管理、安全管理、PC 管理、資料管理等協(xié)同管理功能，提高了項目信息的共享集成度和利用效率，達到了多項目、多目標、多層次的可視、動態(tài)、精細管理目標。

3 BIM 技術在設計階段的應用

在項目設計階段，BIM 技術通過導則標準和信息框架的整體設計，創(chuàng)建了能為項目和各方實施應用的三維模型，通過碰撞檢查和凈空優(yōu)化等 BIM 應用優(yōu)化設計，輔助解決了復雜的溝通協(xié)調工作。其中，結合裝配式項目的特點，結構模型又拆分成現澆結構（預制現澆段）和 PC 構件兩部分，從而建立了一個三維可視的各專業(yè)協(xié)同環(huán)境。

在設計復核方面，通過 BIM 技術的碰撞檢查功能輔助設計方案檢查，發(fā)現了各專業(yè)圖紙錯誤、減少了溝通協(xié)調次數，縮短了設計周期。同時，針對 PC 構件設計特點，檢查了預埋件與 PC 構件設計間的碰撞問題，解決了 PC 構件與幕墻埋件的搭接錯誤（圖 1），輔助幕墻深化設計定位和出圖，縮短了出圖時間。通過 LOD400 模型，實現了 PC 節(jié)點優(yōu)化，解決了縱筋、箍筋碰撞和錨固不合理的問題，避免了相關的施工損耗。

圖1 PC 構件與幕墻埋件搭接分析

在設計性能輔助優(yōu)化方面，則通過抽取相關 BIM 模型并獲取附屬信息，進行了采光、通風、風速分布、日照、阻尼器耗能、空間限高等模擬分析，為項目前期建筑物的性能分析提供了相關的決策依據。同時，通過優(yōu)化阻尼器放置位置及方法，減輕了樓體自重，減少了混凝土的用量；通過整合 BIM 數據，獲取了產業(yè)園綠色運營跨階段的數據需求等。

在設計協(xié)同工作方面，主要是圍繞一個 BIM 模型開展設計方案討論，通過一個協(xié)同平臺共享設計成果和信息，從而提高設計質量，節(jié)約溝通時間，加快建設單位決策效率，減少現場施工返工，從而輔助解決設計多專業(yè)間的復雜溝通和專業(yè)協(xié)同。

4 BIM 技術在施工階段的應用

在該項目施工階段，通過 BIM 技術，解決了大量的施工進度模擬和模型深化工作，輔助了工程施工對進度、質量、安全的整體把控。同時，通過 RFID 技術與協(xié)同管理平臺相結合，對 BIM 成果進行了共享和傳遞，保證了各方信息一致性，延伸了 BIM 技術的應用范圍，實現了多環(huán)節(jié)、多維度的現場管理。

在施工管理方面，應用基于 BIM 模型的 4D 進度模擬方法，通過實際進度與項目計劃進度的對比分析，發(fā)現當前施工的潛在問題，及時調整施工措施及進度計劃，做到施工進度的有效控制，并對延期部分進行了動態(tài)預警。針對該項目 PC 構件運輸量大等情況，根據施工場地方案，利用 BIM 技術進行了場地布置模擬，考慮到車輛載重大和 PC構件自重量大的特點，針對場地內主要行車路線和構件堆場進行了模擬，并對場地布置、行車路線及構件堆場進行了優(yōu)化。同時，基于協(xié)同管理平臺實現多方面的項目現場聯(lián)合管理，建立了扁平化的項目現場決策流程，實現了現場問題信息屬性的自動鑒別，從而在有關單位范圍內隨時共享相關信息，加快了問題的處理效率。

對于這類裝配率較高的項目，BIM 技術可作為協(xié)同管理平臺的物理延伸，使用 PC 構件編碼寫入芯片，結合 RFID 追蹤，實現預制構件從生產、運輸到現場倉儲、吊裝的全過程管理追蹤。在精確追蹤獨立構件位置狀態(tài)的基礎之上，則進行了 PC 構件的進場堆放模擬，充分利用場地空間，且最大限度地依照施工順序進行堆放，優(yōu)化施工速度；另外，進行了 PC 構件的吊裝方位模擬，模擬了整體吊裝過程，一方面保證了裝配式結構在未完全形成結構整體時的穩(wěn)定性，另一方面實現了吊裝順序優(yōu)化。

在項目竣工階段，通過竣工模型整合，項目對建造過程中的信息進行了分類提取，完成項目數字化交付和竣工歸檔，并預留了與未來運營管理平臺的接口。通過 BIM 模型二維至三維的升級和轉變，動態(tài)展示各目標對象，并基于輕量化設計，實現了較低硬件要求下的全局可視化展示；進而通過 BIM 數據管理能力，對設施設備信息、資產資料等進行跨階段傳遞，為后期運營管理提供了基礎信息，也為后期運營階段多源數據分析實現了信息的定向共享。結合二維碼、物聯(lián)網和移動互聯(lián)技術等，降低了整體運營維護成本，為后續(xù)項目的高效運營進行了標桿示范和技術管理輸出。

5 結語

本文以某產業(yè)園區(qū)項目群為研究對象，以實現“數字交付和智慧運營”為基本出發(fā)點，從數據全過程共享與傳遞維度提出了一套以運營為導向的工程項目全過程 BIM 應用方案。該方案既考慮了建設階段的 BIM 應用目標，同時兼顧了后期運營需求，預留了運營管理平臺接口，實現了全生命周期的可擴展性。研究結果表明：以運營為導向的園區(qū)建筑群全過程 BIM 應用可實現從策劃、設計、施工到運營階段的全過程信息傳遞和維護。同時，結合的裝配式產業(yè)園區(qū)的項目特點，將 BIM、IoT 和 PC 進行深度融合，結合協(xié)同管理平臺對 PC 構件實施全產業(yè)鏈的信息化動態(tài)跟蹤和管理，可以實現裝配式建筑構件精細化管控目標，有助于智能建造、精益管理和智慧運營遠期目標的實現。研究成果可為同類項目的全過程 BIM 技術應用提供技術參考。