基于BIM的智慧園區(qū)建設(shè)協(xié)同工作管理平臺研究

曾祎

（上海勘測設(shè)計研究院有限公司）

1 緒論

近年來，隨著城市化加速發(fā)展，在“智慧城市”、“數(shù)字中國”等發(fā)展理念的引導(dǎo)之下，“智慧園區(qū)”的理念也逐步成為研究熱點[1]。智慧園區(qū)是通過對信息的有效組織，形成園區(qū)的數(shù)字化鏡像，利用BIM技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)等為具體應(yīng)用提供有力支撐，實現(xiàn)針對園區(qū)各專業(yè)領(lǐng)域的規(guī)劃、建設(shè)和運行管理等應(yīng)用層級的有效協(xié)同、精確分析、實時預(yù)警以及動態(tài)的高仿真可視化管理[2]。

為了實現(xiàn)智慧園區(qū)的全生命周期記錄，使園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)階段能協(xié)同工作，基于數(shù)字孿生的各項示范應(yīng)用的智慧園區(qū)管理平臺可跟隨工程建設(shè)進(jìn)度同步呈現(xiàn)園區(qū)場景，使智慧園區(qū)的管理更加高效、便捷。基于BIM技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)把園區(qū)建設(shè)的全階段串聯(lián)起來，構(gòu)建一套高效、集約的工程建設(shè)協(xié)同工作管理體系，可以發(fā)展一種適合園區(qū)級的數(shù)字化、智慧化建設(shè)模式，為智慧園區(qū)的建設(shè)和運行打造堅實基礎(chǔ)[3]。

2 發(fā)展及現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的園區(qū)建設(shè)與運營中，園區(qū)建筑建設(shè)大多采用分期、分批、分區(qū)的建設(shè)模式，由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，信息化數(shù)字化建設(shè)水平較低。近年來我國社會進(jìn)入數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用日益廣泛，智慧園區(qū)更需要加強(qiáng)信息新基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，因此，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程必須與園區(qū)建筑的建設(shè)進(jìn)程協(xié)同，不僅要滿足園區(qū)企業(yè)的運行需求，而且需要同步聚焦園區(qū)的智慧管理，這就需要創(chuàng)新地運用BIM、數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建智慧園區(qū)管理平臺。

BIM以工程的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，通過真實數(shù)字信息模擬建（構(gòu)）筑物，擁有具體的實施標(biāo)準(zhǔn)和實踐內(nèi)容[4]。BIM技術(shù)是在數(shù)字信息集成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法。通過支持智慧園區(qū)的集成管理環(huán)境，可以使園區(qū)工程在建造全過程中提速增效、規(guī)避風(fēng)險[5]。

數(shù)字孿生即利用海量真實多源多維數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程[6]，將物理實體和數(shù)字模型在虛擬空間中一一映射，創(chuàng)造數(shù)字副本。運用數(shù)字孿生技術(shù)，可以揭示系統(tǒng)在各階段如何協(xié)同工作以創(chuàng)建一個完整的智慧園區(qū)[2]。

研究搭建基于BIM的智慧園區(qū)建設(shè)協(xié)同工作管理平臺具體來說可達(dá)到如下目標(biāo)：

①為園區(qū)建設(shè)管理提供BIM基礎(chǔ)，實現(xiàn)協(xié)同管理；

②研究適應(yīng)于智慧園區(qū)建設(shè)的BIM協(xié)同管理方法及流程；

③完成智慧園區(qū)工程建設(shè)信息的數(shù)字化管理、展示與交付；

④銜接智慧園區(qū)工程全生命周期，達(dá)成數(shù)字孿生目標(biāo)。

3 平臺內(nèi)容

基于BIM的智慧園區(qū)建設(shè)協(xié)同工作管理平臺，集成BIM協(xié)同技術(shù)，貫徹數(shù)字孿生思想，以工程建設(shè)業(yè)務(wù)為核心，實現(xiàn)工程建設(shè)管理可視化、以資產(chǎn)交付為目標(biāo)的全生命周期管理理念。

3.1 總體架構(gòu)

基于BIM的建設(shè)協(xié)同工作管理平臺總體架構(gòu)自下而上分為感知層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層及應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 管理平臺總體架構(gòu)圖

平臺主要解決工程建設(shè)期以及竣工交付過程中的項目管理業(yè)務(wù)，主要分為內(nèi)外兩個層面。對內(nèi)重點解決工程項目管理的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化模式，結(jié)合BIM技術(shù)實現(xiàn)對工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等內(nèi)容進(jìn)行管理。對外關(guān)注的是工程門戶、系統(tǒng)集成等，將工程數(shù)字資產(chǎn)移交至園區(qū)運維平臺，完善數(shù)字孿生智慧園區(qū)。

3.2 技術(shù)架構(gòu)（見圖2）

圖2 技術(shù)架構(gòu)圖

基礎(chǔ)服務(wù)層：應(yīng)用部署所需要的硬件設(shè)施、軟件框架及網(wǎng)絡(luò)等。

數(shù)據(jù)服務(wù)層：數(shù)據(jù)最終存儲的方式，包括BIM模型、工程參建單位信息、設(shè)備設(shè)施等靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和建設(shè)過程中各類業(yè)務(wù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等動態(tài)數(shù)據(jù)庫。

平臺服務(wù)層：主要利用成熟的工作流引擎、報表引擎、安全權(quán)限框架、文件文檔服務(wù)、BIM三維引擎服務(wù)等技術(shù)搭建整體服務(wù)架構(gòu)。

軟件服務(wù)層：應(yīng)用的展示形式。基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)請求方式，依托業(yè)務(wù)需求提供相應(yīng)的接口、采用單點登錄方式，解決異構(gòu)平臺壁壘，打通智慧園區(qū)建設(shè)全過程一體化管控鏈，為各建設(shè)方提供更高效服務(wù)。

4 應(yīng)用情況

基于BIM的智慧園區(qū)建設(shè)協(xié)同工作管理平臺在智慧園區(qū)建設(shè)過程中充分秉承“綠色、現(xiàn)代、高效”的理念，通過將規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、運維管理等全生命周期內(nèi)不同階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成，客觀地將建筑模型和工程環(huán)境進(jìn)行虛實融合，為工程建設(shè)過程管理決策提供綜合性技術(shù)支撐，提高工程項目的管理效率，同時竣工資產(chǎn)的數(shù)字化交付為運維階段的資產(chǎn)管理提供基礎(chǔ)。

4.1 BIM綜合展示

4.1.1 3D掛圖作戰(zhàn)

平臺構(gòu)建BIM+GIS場景并依托其展示項目進(jìn)展，實現(xiàn)“掛圖作戰(zhàn)”理念的信息化，能夠根據(jù)進(jìn)度計劃時間動態(tài)預(yù)覽項目進(jìn)展，結(jié)合WBS、甘特圖、進(jìn)度模擬圖以及視頻監(jiān)控等多種數(shù)據(jù)更直觀地把握項目的進(jìn)度態(tài)勢，為進(jìn)度計劃的追蹤、反饋及修正等決策提供輔助。

3D掛圖作戰(zhàn)功能基于工程業(yè)務(wù)圖層、BIM和傾斜攝影模型，展示該工程的計劃/實際的開（完）工時間和各里程碑時間節(jié)點，通過WBS編碼關(guān)聯(lián)進(jìn)度信息以三維可視化場景模式展示工程隨時間動態(tài)模擬相關(guān)數(shù)據(jù)；同時“虛實結(jié)合”，以模型和現(xiàn)場視頻圖片綜合展示進(jìn)度實際情況和偏差，直觀感知工程的整體施工進(jìn)展態(tài)勢（見圖3）。

圖3 進(jìn)度對比及甘特圖

4.1.2 BIM+安全生產(chǎn)

創(chuàng)建基于BIM模型的安全狀態(tài)場景，掌握工程整體和安全狀態(tài)，實現(xiàn)工程安全隱患處理的跟蹤、空間定位監(jiān)控和交互式瀏覽、安全數(shù)據(jù)的可視化查詢，輔助安全管理決策。

針對現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)的安全隱患及已發(fā)現(xiàn)的安全問題，支持以圖、表形式進(jìn)行統(tǒng)計展示危險源及安全問題事件，在BIM+GIS場景中展示安全問題詳情，同時能夠使用警告標(biāo)識反映安全問題的整改情況和整改結(jié)果，實現(xiàn)園區(qū)安全生產(chǎn)閉環(huán)（見圖4）。

圖4 BIM+安全生產(chǎn)

4.1.3 BIM+質(zhì)量管控

基于BIM展示園區(qū)各層級構(gòu)件質(zhì)量檢測問題及點位，實現(xiàn)參建各方數(shù)據(jù)的高度集中，基于數(shù)據(jù)共享對齊各方信息，避免質(zhì)量問題掌握不及時引發(fā)施工事故，通過對建設(shè)質(zhì)量關(guān)鍵信息的發(fā)現(xiàn)、整改和分析，隨時隨地以信息模型作為交流語言，全過程、全方位追溯質(zhì)量問題、把控施工質(zhì)量（見圖5）。

圖5 BIM+質(zhì)量管控

4.2 BIM協(xié)同管理

4.2.1 模型管理

BIM模型的輕量化處理技術(shù)可使不同格式的三維模型在瀏覽器端流暢展示，并能實現(xiàn)在線瀏覽、平移、剖切、測量等操作。平臺支持通過BIM模型引擎實現(xiàn)上傳、下載、升級，拓寬BIM技術(shù)的研究價值和應(yīng)用價值。

4.2.2 協(xié)同校審

智慧園區(qū)BIM模型在設(shè)計-施工-竣工階段中會經(jīng)歷多次審核和修改，多方協(xié)同模式更加有效。園區(qū)設(shè)計/施工單位完成模型設(shè)計/修改后，將BIM模型上傳到平臺，提交至咨詢單位進(jìn)行審查，流程在線上進(jìn)行跟蹤（見圖6），基于同一套BIM模型實現(xiàn)設(shè)計階段的模型審核與施工階段的模型深化，根據(jù)模型校審信息可追溯相關(guān)問題。

圖6 模型校審意見圖

4.2.3 模型關(guān)聯(lián)

結(jié)合BIM的建設(shè)管理可從源頭解決智慧園區(qū)工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化問題，將施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全等項目管理所關(guān)注的工程信息通過BIM模型和編碼進(jìn)行掛接、集成和維護(hù)，發(fā)掘BIM技術(shù)應(yīng)用在工程建設(shè)全過程中的價值，開創(chuàng)可視化建設(shè)管理模式（見圖7）。

圖7 模型關(guān)聯(lián)

4.2.4 資產(chǎn)交付

做好智慧園區(qū)工程的數(shù)字化交付，從而實現(xiàn)全生命周期管理是建設(shè)協(xié)同工作管理平臺建設(shè)主要目標(biāo)之一。參照數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)，平臺在工程完工時可以根據(jù)模型、WBS編碼和設(shè)備編碼完成資產(chǎn)數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)及設(shè)備數(shù)據(jù)）的一次性交付，或在工程各關(guān)鍵里程碑實現(xiàn)階段式交付，保證園區(qū)工程信息從建設(shè)期到運維期的銜接與應(yīng)用。

從建設(shè)協(xié)同工作管理平臺的數(shù)據(jù)庫底層實現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、清洗和分類，并最終通過接口或服務(wù)推送至運維平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理和發(fā)布，完成數(shù)字化資料的一站式、自動化交付。

5 結(jié)語

在智慧園區(qū)的建設(shè)實施過程當(dāng)中，融合BIM技術(shù)，搭建智慧園區(qū)建設(shè)協(xié)同工作管理平臺有兩個維度的現(xiàn)實意義，可以為智慧園區(qū)相關(guān)工程的建設(shè)管理提供參考。

在橫向維度上，可以實現(xiàn)智慧園區(qū)整合協(xié)同管理的建設(shè)目標(biāo)。BIM技術(shù)是目前工程建設(shè)中用來提升信息化、數(shù)字化水平，提高工程建設(shè)質(zhì)量的主要技術(shù)手段。此外，基于BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多角色、多專業(yè)的整合，各類工程資料、流程、信息的統(tǒng)一管理，為構(gòu)建高效集約的工程建設(shè)協(xié)同工作、管理體系提供有效抓手。

在縱向維度上，可以貫徹從智慧園區(qū)工程規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理、監(jiān)測和運維的全生命周期數(shù)字化管理的建設(shè)理念。研究BIM技術(shù)在項目全階段的具體應(yīng)用、貫穿全生命周期的一套編碼規(guī)則，最終使全過程的數(shù)字虛擬與現(xiàn)實物理數(shù)據(jù)相互映射，項目全階段成為一個有機(jī)的整體，筑牢智慧園區(qū)數(shù)字孿生基礎(chǔ)底座。