基于BIM 技術(shù)的智能管理在全壽命周期管理中的應(yīng)用
——以某國際機場建設(shè)為例

朱雙穎 ZHU Shuang-ying；陳喚 CHEN Huan；吳繼剛 WU Ji-gang；王婷婷 WANG Ting-ting；劉金川 LIU Jin-chuan

（①昆明學(xué)院，昆明 650214；②云南信永中和工程咨詢管理有限公司，昆明 650100；③重慶城市管理職業(yè)學(xué)院，重慶 400000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)由Autodesk公司在2002 年率先提出，它是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。從2011 年至今，BIM 技術(shù)從實現(xiàn)對工程建造的可視化到BIM5D 運用，為中國智慧建造提供了有力的技術(shù)支持。

2020 年國家發(fā)布的《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出建筑行業(yè)要加快智能建造的步伐，顯著提高建筑工業(yè)化、數(shù)字化、智能化水平，通過運用新型計算機技術(shù)集成到建筑業(yè)以實現(xiàn)建筑業(yè)升級[1]?！笆奈濉币?guī)劃中更是對新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了“智能升級、融合創(chuàng)新”，構(gòu)建“系統(tǒng)完備、高效實用、智建綠色、安全可靠的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系”[2]。在此數(shù)字革命的推動下，建筑業(yè)發(fā)展更是朝著智慧設(shè)計、智慧建造、智慧管理的方向蓬勃發(fā)展。本文以某國際機場為案例，探討基于BIM 智能管理技術(shù)在建設(shè)項目全壽命周期的應(yīng)用。

1 項目背景

某國際機場是信永中和工程管理有限公司承擔(dān)全壽命周期咨詢服務(wù)的一個涉外國際工程項目。該項目是在“一帶一路”背景下，云南省投資建設(shè)的重點建設(shè)項目，也是項目所在國的門窗工程。機場采用BOT（建設(shè)-運營-移交）方式運作，由中方承擔(dān)建設(shè)，項目建設(shè)期加運營期共55 年（建設(shè)期預(yù)計3-5 年），運營期結(jié)束后將項目移交給項目所在國政府。項目一期總投資約8.8 億美元，包含新建4E 級跑道、滑行道，空側(cè)站坪、新建航站樓、機場附屬工程，以及市政、道路等配套設(shè)施工程。一期工程滿足年旅客吞吐量700 萬人次，遠期要規(guī)劃2000 萬人次。機場包含航站樓（建筑面積約：7.8 萬平米)、飛行區(qū)工程（70.98 萬平米）、飛行區(qū)供電及助航燈光工程、機場消防工程、供水工程、雨水污水污物處理工程、供冷工程、供油工程等。

2 基于BIM 技術(shù)的全壽命周期智能管理

某國際機場項目是通過利用BIM 數(shù)字平臺對項目進行全壽命周期智能管理，并在項目實施的各階段將建設(shè)信息參數(shù)化、數(shù)字化以后建筑模型在設(shè)計方、甲方、施工方等各參建單位之間進行信息的共享、改進以及模擬分析，從而實現(xiàn)節(jié)約成本、節(jié)省能源、降低污染和提高效率。

2.1 利用BIM 輕量化息化協(xié)同平臺實現(xiàn)設(shè)計問題的閉環(huán)管理

BIM 的協(xié)同平臺的研究在我國已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，理論方面，戴成元[3]提出了構(gòu)建“數(shù)據(jù)-中心-決策（Data-Center-Decision）”工程建造信息化管理模式（DCD模式），設(shè)置決策層、數(shù)字信息中心和數(shù)據(jù)端三個結(jié)構(gòu)層次，利用BIM 模型與工程信息的深度融合進行信息的處理與傳遞，將決策信息分解、重組并分發(fā)到數(shù)據(jù)端的各執(zhí)行單位，同時將數(shù)據(jù)端采集的經(jīng)過處理成簡明的、可供參考的信息上傳至決策層。徐志斌[4]指出利用二維碼或無線射頻識別技術(shù)（RFID）作為載體將BIM 模型數(shù)據(jù)及施工過程中的相關(guān)信息進行傳遞，能避免二次轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，節(jié)約了人力、物力。

本項目由于工期緊，采用邊設(shè)計邊施工模式。為了將BIM 模型進行輕量化處理，實現(xiàn)在無需任何BIM 平臺軟件的情況下自由瀏覽、修改BIM 模型，項目采用BIMe 輕量化協(xié)同平臺上傳項目施工圖紙、設(shè)計階段模型、深化模型，便于甲方、BIM 咨詢單位、施工單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位就圖紙及模型問題在協(xié)同平臺上作業(yè)，更重要的是施工單位也可以就深化模型指導(dǎo)施工現(xiàn)場應(yīng)用。輕量化息化協(xié)同平臺一方面改變以前BIM 建模管理的松散以及管理不到位的情況，實現(xiàn)實時、深入的對建模執(zhí)行情況強化管理；另一方面方便各專業(yè)在同一平臺上進行協(xié)調(diào)和碰撞檢查，實現(xiàn)了設(shè)計問題的閉環(huán)管理。（圖2）

通過對項目設(shè)計圖進行BIM 模型審查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題共402 個，標注信息不明確或遺漏、圖紙信息矛盾等信息類問題192 個；建筑與結(jié)構(gòu)沖突、管道沖突、管線排布安裝空間不足、使用功能受影響等空間類問題193 個；未開洞口（除設(shè)計注明外）、洞口位置信息不一致、洞口未使用等洞口類問題17 個。這些BIM 模型設(shè)計的問題第一時間通過BIMe 輕量化息化協(xié)同平臺在設(shè)計方、BIM 咨詢單位和甲方之間同時交流溝通，實現(xiàn)了全過程跟蹤問題匯總報告，通過BIM 咨詢單位對不同的處理狀態(tài)進行實時標記，對設(shè)計澄清內(nèi)容和問題處理進展狀態(tài)定期（每周）向各參建方匯總報告，使各參建方能及時協(xié)調(diào)資料情況，及對相關(guān)問題進行反饋，實現(xiàn)設(shè)計問題的閉環(huán)處理流程。（圖3）

圖3 問題匯總表及處理情況

2.2 利用BIM 技術(shù)與VR 技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)設(shè)計深化

VR 技術(shù)是當(dāng)今的熱門黑科技之一。它能借助110°廣角的頭戴式設(shè)備，利用雙目成像原理將計算機中的圖像直接傳輸于頭盔內(nèi)的雙目前方，并借助手柄的觸覺反饋、頭盔的聽覺反饋等技術(shù)使用戶產(chǎn)生一種“身臨其境”的沉浸式感覺，克服了BIM 技術(shù)無法從空間上確認設(shè)計布局的合理性與科學(xué)性，無法合理感知設(shè)計內(nèi)容的色彩搭配[5]。BIM+VR 技術(shù)使項目各參建方直觀感受漫步機場的視覺效果，并能對設(shè)計效果進行優(yōu)化。在進行中心區(qū)設(shè)計時，為節(jié)約投資，設(shè)計方提出柱子頂部離地高度可由2.233m 變?yōu)?.233m，指廊區(qū)柱子頂部離地高度可由2.43m 變?yōu)?.43m。通過BIM 技術(shù)與VR 技術(shù)結(jié)合，對兩種方案指廊區(qū)域進行了直觀展示，專家和甲方在感受漫步機場的視覺效果后，很快發(fā)現(xiàn)柱子高度壓縮雖然能帶來成本的節(jié)約，但明顯感覺空間感不足，視覺效果不佳。最終確定保留原設(shè)計方案，在最大程度上減少了設(shè)計單位的方案論證的時間，縮短設(shè)計的進程。（圖4、圖5）

圖5 VR 技術(shù)的運用

另一方面，VR 技術(shù)的沉浸式體驗，實現(xiàn)了對不同功能區(qū)域的建筑凈高控制。根據(jù)甲方對建筑品質(zhì)及后期的使用要求，在充分考慮管道施工安裝可行性、檢修空間便利性、綜合支吊架安裝規(guī)范性、管道排布合理性等問題，發(fā)現(xiàn)了一些凈高不足及施工不可行性的問題，并對此及時提出解決方案和專業(yè)性優(yōu)化建議，避免把問題遺留到施工，造成更大的損失及變更。如指廊區(qū)域三樓樓結(jié)構(gòu)板7.6 米，二樓樓板建筑面4.5 米，大部分區(qū)域梁高0.6 米，梁下只有2.5 米，為了不影響吊頂高度，BIM+VR 技術(shù)指導(dǎo)施工單位將機電管線和預(yù)留洞口深化到位，使公共區(qū)域管線沿穿梁洞口布置，避免了公共區(qū)域預(yù)留管線鋪設(shè)造成層高不夠而產(chǎn)生的空間壓迫感與急促感。

2.3 利用BIM 技術(shù)與無人機技術(shù)結(jié)合對施工過程數(shù)字管理

隨著智慧城市步伐加快，構(gòu)建建筑物的高度可視化三維模型已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域及建筑工程領(lǐng)域重要發(fā)展方向[6]。通過無人機的傾斜攝影技術(shù)定期將施工現(xiàn)場的進度、質(zhì)量、安全狀況反饋給國內(nèi)甲方，是該國際機場項目全過程管理中一大亮點。項目應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)，每個月定期進行航拍，無人機的GPS 和慣導(dǎo)系統(tǒng)會自動記錄拍攝照片的空間位置和角度姿態(tài)，多角度傳感器，打破地表建筑與復(fù)雜地形的限制，獲取地面高質(zhì)量的多角度影像及地理網(wǎng)格，將擬建項目實際施工情況進行三維重建并反饋到BIM 三維管理模型中，再通過BIM 輕量化協(xié)同平臺，為國內(nèi)的各參建方提供項目現(xiàn)場進度、質(zhì)量、安全情況。如在進度管理過程中，無人機將采集的進度數(shù)據(jù)更新到協(xié)同平臺中，項目咨詢服務(wù)方再將進度數(shù)據(jù)與實際的人工、機械、材料的消耗量進行關(guān)聯(lián)并動態(tài)匯總，實現(xiàn)計劃進度、成本與實際施工進度、成本的動態(tài)對比、分析。當(dāng)某項工作計劃與實際有偏差時，平臺系統(tǒng)會自動對偏差構(gòu)件進行預(yù)警，生成偏差數(shù)據(jù)并傳遞給項目各參建方，使各參建方能及時掌握工程動態(tài)，針對偏差分析原因，采取有針對性的改進措施。（圖6）

2.4 制定適用項目全壽命周期管理的BIM 標準

將BIM 技術(shù)貫穿于建設(shè)項目全壽命周期智能管理是該建設(shè)項目的一大目標。為使BIM 的模型信息在全壽命周期管理中各個階段實現(xiàn)應(yīng)用上的共享，就需要使BIM標準與各類應(yīng)用的現(xiàn)行行業(yè)標準進行有效對接。因此為保障項目BIM 技術(shù)滲透各環(huán)節(jié)、各參建方，保證項目信息能夠在工程各階段、各參建方流暢、有序傳遞，制定了適用項目的BIM 實施方法，包括BIM 實施策略、實施方案、技術(shù)標準。

另一方面，本項目將BIM 軟件與現(xiàn)行工程計量、計價標準結(jié)合，實現(xiàn)了在Revit 軟件下“一步算量”的目標。通常情況下，為了使BIM 應(yīng)用能適應(yīng)各建設(shè)階段工程造價管理的需求，需要將BIM 標準中EBS 標準與工程量清單匹配，在工程分解結(jié)構(gòu)上采用線分類法，將工程量清單計價模式應(yīng)用提前到建設(shè)前期階段，再通過重建工程量清單并與BIM 模型工程數(shù)量建立聯(lián)系，初步實現(xiàn)BIM 全過程的工程造價管理[7]。本項目解決了Revit 明細表統(tǒng)計工程量不符合我國工程量清單計算規(guī)則，在Revit 軟件中無法準確進行算量的問題。首先，在建模前就制定技術(shù)標準，將族命名根據(jù)圖紙構(gòu)件特征進行細化；其次，在滿足現(xiàn)有BIM 標準及規(guī)范的前提下，將BIM 的族命名規(guī)則匹配到工程量清單項目名稱及項目特征上，對于異形構(gòu)件，更是在構(gòu)建模型前就提前根據(jù)構(gòu)件的計量規(guī)則，創(chuàng)建與工程量清單匹配的族構(gòu)件；最后，項目設(shè)計了基于Revit 的算量插件，將BIM 模型與造價信息相關(guān)聯(lián)，構(gòu)件扣減規(guī)則與工程量清單計量規(guī)則匹配，達到在Revit 模型下精確計算項目工程量的目標。實現(xiàn)了“一模多用”“一步算量”，跳過了造價數(shù)據(jù)在不同軟件之間轉(zhuǎn)化的繁瑣步驟。不僅將BIM技術(shù)貫穿項目全生命周期，更是將項目的進度、質(zhì)量、造價管理統(tǒng)一到了BIM 平臺中。（圖7）

圖7 在BIM 模型中計算工程量示意圖

該際機場項目預(yù)計2023 年底竣工，竣工后將會對建筑、機電、施工、運維、設(shè)備信息、監(jiān)控信息等資料在BIMe 輕量化協(xié)同平臺進行集成，創(chuàng)建三維可視化的運維管理系統(tǒng)，并構(gòu)建智能化運維管理系統(tǒng)的移動端和綜合端，實現(xiàn)移動管理。當(dāng)然，項目的投資方也在與項目BIM 技術(shù)團隊積極溝通，力圖打造一個基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM、人臉識別、安防系統(tǒng)等高度集成的智慧管理平臺。

3 結(jié)束語

某國際機場項目基于BIM 技術(shù)的全壽命周期智能管理，是BIM 深化運用“智”造未來的一個重要的探索，項目是以機場項目為載體，面向項目建設(shè)全過程，面向各參建方，采用BIM 技術(shù)和協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)項目的數(shù)字化、精細化管理，探索空港建設(shè)的新模式，以達到項目價值創(chuàng)造、管理能力提升、創(chuàng)新模式探索的BIM 技術(shù)應(yīng)用目標。項目在模型維護、工程量統(tǒng)計、建筑策劃、產(chǎn)地分析、設(shè)計論證、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、3D 管線綜合、施工現(xiàn)場配合、施工進度模擬等十個方面運用BIM 技術(shù)及數(shù)字化管理，更將VR 技術(shù)、無人機傾斜攝影技術(shù)與BIM 技術(shù)高度融合，為智能化項目管理提供有力支持。本文通過對該項目一些典型的智能管理技術(shù)的分析，希望為智能建造的推廣實施提供一些建議和方法。