基于BIM技術(shù)的政府投資工程全生命周期數(shù)字化管理研究*

于 浩,王志海,李 兵,倪鈺翔

(1.江蘇省公共工程建設(shè)中心有限公司,江蘇 南京 210024; 2.江蘇中江數(shù)字建設(shè)技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210024; 3.中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司,江蘇 南京 210019;4.南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,江蘇 南京 210008)

0 引言

2020年江蘇省在省級政府投資工程試點集中建設(shè)的基礎(chǔ)上,在全省范圍內(nèi)全面推廣政府投資工程集中建設(shè)管理模式,有效控制了投資規(guī)模,提高了工程質(zhì)量,防止了腐敗發(fā)生,政府投資工程總量位居全國前列。政府投資工程具備投資、建設(shè)、監(jiān)管、使用分離的特性,如何進(jìn)一步提高并加強工程建設(shè)全生命周期各環(huán)節(jié)數(shù)字化管理水平,打破信息壁壘,是工程管理人員面臨的突出問題[1]。

建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中起舉足輕重的作用。為推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的思路,并在全國范圍內(nèi)開展智能建造試點,江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、南京市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會、蘇州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局相繼出臺智能建造實施方案,為行業(yè)數(shù)字化發(fā)展提供了指引[2]。

結(jié)合各地實施方案,建筑信息模型(BIM)技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)的代表,在工程設(shè)計、施工、運維全生命周期的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用[3]。由于參建各方對項目的建設(shè)目標(biāo)理解不一致,項目統(tǒng)籌能力不足等原因,現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用往往也存在圖模不一致、數(shù)據(jù)難流轉(zhuǎn)、應(yīng)用不連貫的情況[4]。政府投資工程的管理歸于同一角色,能有效規(guī)避以上問題。

本文結(jié)合政府投資工程特點,論述了一模建到底、一模管到底、一模用到底的實踐方法,從流程、標(biāo)準(zhǔn)、平臺3個角度出發(fā),探討應(yīng)用流程數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)字化、管理平臺數(shù)字化的關(guān)鍵任務(wù),為政府投資工程全生命周期數(shù)字化管理提供理論指導(dǎo)。

1 集中建設(shè)工程全生命周期數(shù)字化管理分析

1.1 現(xiàn)狀分析

江蘇省公共工程建設(shè)中心有限公司作為江蘇省省級政府投資工程集中建設(shè)的實施單位,自成立以來承擔(dān)了大量教育、醫(yī)療、公檢法、文化體育等工程的建設(shè)任務(wù),在建設(shè)過程中大量推廣應(yīng)用BIM技術(shù)。實際應(yīng)用中普遍存在參建單位協(xié)調(diào)難、應(yīng)用場景分散、內(nèi)部系統(tǒng)不銜接、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、缺乏專業(yè)人才、缺乏管理手段等問題,導(dǎo)致現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)圖紙與模型不一致、現(xiàn)場與模型不一致等問題,BIM的價值未能充分發(fā)揮[5]。

為進(jìn)一步分析導(dǎo)致這些問題出現(xiàn)的關(guān)鍵因素,運用文獻(xiàn)分析、問卷調(diào)查、實地訪談、案例分析等方法,進(jìn)一步探明如何進(jìn)行全生命周期數(shù)字化管理。結(jié)合分析結(jié)論,提出全生命周期數(shù)字化管理的應(yīng)對策略。

1.2 文獻(xiàn)分析

以BIM、全生命周期、數(shù)字化等為關(guān)鍵詞,進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。李曉軍等[6]在隧道工程BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上,提出下一步應(yīng)完善相關(guān)模型標(biāo)準(zhǔn)、模型自動更新及全生命周期集成平臺的研發(fā),從而推進(jìn)BIM技術(shù)從設(shè)計到施工、運維階段的流轉(zhuǎn)。陳婷婷等[7]為實現(xiàn)水利工程建設(shè)和運維提質(zhì)增效,構(gòu)建基于BIM的水務(wù)工程全生命周期管理平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與傳遞,促進(jìn)實體資產(chǎn)與數(shù)字資產(chǎn)的雙交付。張裕等[8]通過實踐應(yīng)用明確了施工管理及深化應(yīng)用的場景。劉菠等[9]指出要實現(xiàn)設(shè)計施工運維一體化體系的構(gòu)建,需關(guān)注BIM標(biāo)準(zhǔn)體系編制、企業(yè)BIM資源庫建立、企業(yè)BIM平臺及插件開發(fā)等環(huán)節(jié),將BIM技術(shù)融入項目管理,可促進(jìn)基于BIM的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。盧昱杰等[10]為推動新型建筑工業(yè)化應(yīng)用,提出了集成數(shù)字化交付的項目管理模式,首要任務(wù)是對集成數(shù)字化交付流程進(jìn)行梳理。柯善北[11]對住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于開展工程建設(shè)項目全生命周期數(shù)字化管理改革試點工作的通知》文件進(jìn)行了解讀,打破全生命周期信息壁壘,是全生命周期數(shù)字化的必然要求,未來將在全流程數(shù)字化基礎(chǔ)上,進(jìn)一步向全生命周期數(shù)字化延伸,探索基于BIM的建筑全生命周期審批監(jiān)管創(chuàng)新模式,促進(jìn)工程建設(shè)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。

通過文獻(xiàn)分析,政府投資工程的全生命周期數(shù)字化管理應(yīng)重點關(guān)注全生命周期流程、標(biāo)準(zhǔn)體系及平臺,明確了后續(xù)調(diào)研的重點方向。

1.3 問卷調(diào)查

為進(jìn)一步理清公建中心內(nèi)部管理流程、已應(yīng)用系統(tǒng)的管理現(xiàn)狀,進(jìn)行相應(yīng)的問卷調(diào)查,調(diào)研不同對象對BIM的熟悉程度、對應(yīng)用場景的真實訴求,也為后續(xù)研究提供參考。調(diào)研問卷主要內(nèi)容包含基本信息、BIM技術(shù)概念、BIM技術(shù)在設(shè)計和施工階段的應(yīng)用、BIM行業(yè)發(fā)展、項目BIM應(yīng)用5部分。

1.4 實地訪談、案例分析

通過對已實施BIM技術(shù)的7個項目主要應(yīng)用情況進(jìn)行成果分析,項目主要應(yīng)用場景還停留在模型創(chuàng)建、問題記錄、碰撞監(jiān)測、凈高分析及漫游動畫等。根據(jù)現(xiàn)場訪談反饋,目前在使用過程中普遍存在因無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致交付界面不清晰、BIM應(yīng)用深度和場景不統(tǒng)一、BIM協(xié)同平臺功能不實用等問題。

2 全生命周期數(shù)字化管理核心要素抽取

現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用得不到廣泛認(rèn)可的主要原因在于流程、標(biāo)準(zhǔn)及平臺,主要的問題如表1所示。

表1 BIM全生命周期主要應(yīng)用問題

綜上分析,為實現(xiàn)一模到底的目標(biāo),將政府投資工程全生命周期數(shù)字化的關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)一步聚焦于應(yīng)用流程數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)字化及管理平臺數(shù)字化。在實際應(yīng)用過程中,工程建設(shè)全生命周期數(shù)字化管理主要包含建、管、用3個方面,對應(yīng)的一模到底的目標(biāo)相應(yīng)地分解為一模建到底、一模管到底、一模用到底。構(gòu)建面向政府投資工程招投標(biāo)、交付管理、數(shù)據(jù)貫通等方面標(biāo)準(zhǔn)體系,滿足標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行、可檢驗的要求,打通全生命周期應(yīng)用,實現(xiàn)一模建到底;通過對現(xiàn)有的管理流程進(jìn)行重構(gòu),以BIM數(shù)據(jù)傳遞為核心,實現(xiàn)設(shè)計、施工、運維全流程覆蓋,一模管到底;打造基于BIM的多方協(xié)同管理平臺,充分發(fā)揮BIM設(shè)計成果價值,通過平臺實現(xiàn)不同階段數(shù)據(jù)的可銜接、可協(xié)作,一模用到底。

3 基于BIM技術(shù)的全生命周期數(shù)字化管理

3.1 應(yīng)用流程數(shù)字化

借鑒軟件開發(fā)中的迭代開發(fā)理念,以模型為主線,在全生命周期過程中,主模型數(shù)據(jù)不斷生長,形成一條主模型流。為滿足不同階段不同場景的特定應(yīng)用要求,還會在主模型的基礎(chǔ)上衍生出子模型,通過對子模型數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展,滿足模型監(jiān)管與模型應(yīng)用的要求,主要流程設(shè)計如圖1所示。

圖1 基于主模型與子模型理念的流程設(shè)計

為實現(xiàn)管理流程數(shù)字化,對項目設(shè)計階段、參建單位、應(yīng)用場景、應(yīng)用成果等要素進(jìn)行解析,以一模到底為目標(biāo),對主模型與子模型流程進(jìn)行優(yōu)化與抽象,優(yōu)化流程如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的一模到底數(shù)字化流程

在流程設(shè)計過程中,隨著項目的推進(jìn),主模型信息不斷增長,形成一條模型流。在不同階段,將主模型拆分為1.0,2.0,3.0等不同的分階段,導(dǎo)出的成果滿足實際應(yīng)用要求,形成一條成果流。通過協(xié)同設(shè)計平臺、施工管理平臺、智慧運維平臺的應(yīng)用,打通不同階段的數(shù)據(jù)流,實現(xiàn)一條數(shù)據(jù)可銜接的平臺流。為進(jìn)一步規(guī)范成果的有效性,模型成果流轉(zhuǎn)至BIM施工圖審查、BIM竣工驗收、BIM檔案管理平臺,滿足政府監(jiān)管流要求。

通過上述流程的設(shè)計,實現(xiàn)監(jiān)管流、平臺流、模型流、成果流的統(tǒng)一,達(dá)到一模管到底的目標(biāo),為項目管理賦能,從而實現(xiàn)設(shè)計品質(zhì)、建造效率、運維能力的提升。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)字化

在國家、省市已頒布的標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上,結(jié)合一模到底數(shù)字化流程,按照可執(zhí)行、可檢驗的原則,編制通用版BIM招標(biāo)任務(wù)書、成果驗收標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn),約束項目招標(biāo)、成果驗收評價、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方面的技術(shù)要求,指導(dǎo)實際工作,實現(xiàn)一模建到底。

3.2.1招標(biāo)任務(wù)書

政府投資工程具有項目類型多、參建單位多、應(yīng)用場景多的特點,在招標(biāo)任務(wù)書編制過程中,遵循按需應(yīng)用的原則,分階段、分類型、分星級編制相應(yīng)的BIM應(yīng)用任務(wù)書,明確任務(wù)書中的技術(shù)要求,從源頭把控項目交付要求,如表2所示。

表2 招標(biāo)任務(wù)書主要要求

3.2.2成果驗收標(biāo)準(zhǔn)

借鑒GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》的編制思路,根據(jù)項目特點,將BIM技術(shù)應(yīng)用分為一星級、二星級、三星級,編制《BIM成果驗收與評價指南》,實現(xiàn)BIM成果的可檢驗與可評價目標(biāo)。主要包括規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維4個階段,分為控制項、評分項、提高和創(chuàng)新3個評分項,評價手段包括人工審查和機器智能審查,依托基于BIM的數(shù)字交付系統(tǒng),評價維度可分為:①模型信息 幾何信息精度、非幾何信息深度、圖模一致等;②模型成果 檢查報告、圖紙、分析報告、動畫等;③應(yīng)用場景 土方平衡、碰撞檢查、凈高分析、施工模擬等;④平臺應(yīng)用 數(shù)字設(shè)計、智慧施工、智慧運維、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)等;⑤智能裝備 云電腦、施工機器人、測量機器人等;⑥數(shù)據(jù)安全 國產(chǎn)化、本地部署、保密管理等;⑦知識產(chǎn)權(quán) 獲獎、論文、軟件著作權(quán)、專利等;⑧應(yīng)用培訓(xùn) 培訓(xùn)師資、培訓(xùn)教材、培訓(xùn)內(nèi)容等。

3.2.3數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)

為實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在設(shè)計、施工、運維不同階段流轉(zhuǎn)過程中不受不同平臺、模型輕量化影響,按照自動化編碼、體系化應(yīng)用規(guī)則編制《BIM編碼標(biāo)準(zhǔn)》,為每個構(gòu)件添加唯一標(biāo)識符,滿足數(shù)據(jù)全生命周期流轉(zhuǎn)、存儲及共享應(yīng)用要求。在編碼規(guī)則設(shè)計中,借鑒身份證編碼規(guī)則,將模型編碼分為構(gòu)件編碼、空間編碼兩大部分,如圖3所示。為提高編碼效率,配套開發(fā)模型自動編碼工具,自動生成帶有編碼的模型、編碼清單表、編碼平面圖,通過BIM編碼實現(xiàn)數(shù)字模型與實體物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的自動映射,實現(xiàn)數(shù)實聯(lián)動。

圖3 BIM編碼規(guī)則

3.3 管理平臺數(shù)字化

為實現(xiàn)一模用到底的目標(biāo),對標(biāo)《關(guān)于推進(jìn)江蘇省智能建造發(fā)展的實施方案(試行)》,結(jié)合政府投資工程特點,將全生命周期數(shù)字化平臺拆解為一個大系統(tǒng)+N個實用平臺,縱向聯(lián)通工程全生命周期,橫向打通不同應(yīng)用場景,滿足公建中心、設(shè)計、施工、運維等單位多樣化數(shù)字化要求,實現(xiàn)全生命周期數(shù)字化管理,助力高質(zhì)量發(fā)展,系統(tǒng)平臺框架如圖4所示。

圖4 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化管理平臺框架

3.3.1政府投資工程全生命周期數(shù)字交付系統(tǒng)

數(shù)字交付系統(tǒng)是以建設(shè)單位管理為重點,滿足工程項目在前期策劃、工程實施、項目移交階段不同參建單位協(xié)作要求。平臺用戶對象包含公建中心、勘察單位、設(shè)計單位、咨詢單位、施工單位及監(jiān)理單位,主要包含項目立項及流程管理、成果上傳審核及變更管理、項目管理協(xié)作等模塊。系統(tǒng)通過開發(fā)接口,對接數(shù)字化設(shè)計、智能化施工、智慧化運維平臺,打通項目管理全流程。

3.3.2數(shù)字化設(shè)計

在項目設(shè)計階段,以正向設(shè)計推進(jìn)為目標(biāo),建立BIM統(tǒng)一族庫平臺,統(tǒng)一項目使用的基本圖元,奠定正向設(shè)計基礎(chǔ);BIM設(shè)計輔助平臺提供模型信息批量檢查與修改、版本協(xié)同等功能,提高正向設(shè)計效率;BIM設(shè)計智能審查平臺提供智能化審查工具,自動出具審核結(jié)果,提高成果審查效率。

3.3.3智能化施工

在施工階段,以智能建造技術(shù)集成應(yīng)用為目標(biāo),建立BIM智慧施工管理平臺,滿足項目一張圖總覽全局、資料管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、成本管理、安全管理等要求,通過對接現(xiàn)場的智慧工地等智能設(shè)備,還能實現(xiàn)工地現(xiàn)場的動態(tài)監(jiān)測,提高協(xié)同管理效率;提供BIM輔助施工圖移動端平臺,為施工現(xiàn)場人員提供輕量化瀏覽、問題實施記錄與反饋等功能,加強現(xiàn)場協(xié)作效率;結(jié)合智能建造管理要求,提供統(tǒng)一的建筑機器人操作平臺,統(tǒng)一操作系統(tǒng)與工具,提高建造效率。

3.3.4智慧化運維

當(dāng)前建設(shè)模式下,公建中心建設(shè)完成后即移交至使用單位,沒有真正實現(xiàn)全生命周期數(shù)字化交付。為提升運維管理能力,打造統(tǒng)一的BIM智慧運維底座平臺,基于底座平臺,打造面向校園、辦公的典型應(yīng)用平臺,充分挖掘BIM數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值。智慧運維底座平臺可提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中臺、服務(wù)引擎、業(yè)務(wù)中臺、物聯(lián)網(wǎng)中臺,可有效避免同類平臺開發(fā)過程中存在的系統(tǒng)壁壘;通過提煉同類項目的共性功能,打造典型BIM智慧校園平臺、BIM智慧辦公平臺,滿足同類型項目的智慧化運維管理,避免重復(fù)建設(shè)等問題。

4 結(jié)語

面對建筑業(yè)從高速發(fā)展向精細(xì)化發(fā)展的轉(zhuǎn)變,為實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,政府投資工程的數(shù)字化管理是必然趨勢。結(jié)合文獻(xiàn)分析、問卷調(diào)查、實地訪談、案例分析等手段,可知政府投資工程全生命周期數(shù)字化管理需重點關(guān)注流程、標(biāo)準(zhǔn)、平臺3個方面,以一模到底為目標(biāo)進(jìn)行分解。

1)在應(yīng)用流程數(shù)字化方面,以一模管到底為目標(biāo),創(chuàng)新性地引入主模型生長、子模型擴(kuò)展理念,構(gòu)建一套打通數(shù)據(jù)流、成果流、平臺流、監(jiān)管流的數(shù)字化管理流程,指導(dǎo)實踐。

2)在標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)字化方面,以一模建到底為目標(biāo),借鑒綠色建筑評價體系,按照類型、階段、星級明確項目模型標(biāo)準(zhǔn)、成果驗收標(biāo)準(zhǔn);通過統(tǒng)一編碼體系,實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同階段、平臺之間的流轉(zhuǎn)。

3)在管理平臺數(shù)字化方面,以一模用到底為目標(biāo),探索全生命周期數(shù)字化平臺框架,通過一個大系統(tǒng)+N個實用平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)流在不同平臺之間無縫流轉(zhuǎn),打通數(shù)據(jù)壁壘。