基于BIM技術(shù)的全生命周期數(shù)字交付管理研究*

王志海,李 兵

(1.江蘇省公共工程建設中心有限公司,江蘇 南京 210008;2.中通服咨詢設計研究院有限公司,江蘇 南京 210019)

本文結(jié)合BIM技術(shù),以BIM運維為導向,構(gòu)建了一套符合智能建造應用要求的數(shù)字交付成果標準,明確策劃、設計、施工及運維不同階段數(shù)字交付物的具體要求。明確了不同階段數(shù)字交付工具的要求,實現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)的縱向生長與橫向擴展,真正發(fā)揮數(shù)據(jù)鏈價值,為管理賦能。

1 全生命周期數(shù)字交付現(xiàn)狀

1.1 全生命周期數(shù)字交付應用現(xiàn)狀

1.1.1交付物多樣性

隨著BIM應用軟件的成熟,基于BIM數(shù)據(jù)的交付物形式也越來越豐富,不僅包含了三維模型,同時可基于三維模型輸出相應的圖紙成果、視頻動畫成果、統(tǒng)計表單成果等;除了模型交付物外,在不同階段也有不同的管理平臺,如設計階段的協(xié)同設計平臺、施工階段的BIM施工管理平臺、運維階段的BIM運維管理平臺,通過平臺可將原本獨立的工程資料數(shù)據(jù)與BIM數(shù)據(jù)形成結(jié)構(gòu)化交付物。

1.1.2交付物協(xié)同性

BIM數(shù)據(jù)是信息協(xié)同基礎,在工程全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)同方面發(fā)揮著重要作用。工程交付過程中,設計階段不同設計專業(yè)可基于中心協(xié)同文件開展專業(yè)間的碰撞協(xié)調(diào)、優(yōu)化;施工階段各項目參建方基于BIM施工管理平臺,開展工程施工過程數(shù)據(jù)的動態(tài)關(guān)聯(lián);運維階段基于BIM運維管理平臺,開展物理實體與數(shù)字模型的實時模擬,為管理進行賦能。在全生命周期交付過程中,BIM數(shù)據(jù)作為協(xié)同的媒介,承載著不同階段管理要求。

1.2 全生命周期數(shù)字交付存在的問題及應對措施

相較于傳統(tǒng)交付方式,基于BIM的數(shù)字交付不僅僅是將傳統(tǒng)二維圖紙為主的紙質(zhì)資料轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮游臋n,在數(shù)字交付過程中通過不同的數(shù)字交付工具,數(shù)字交付成果間也形成有特定關(guān)聯(lián)關(guān)系,從單一數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)鏈路,固化為工程全生命周期數(shù)字資產(chǎn),為后續(xù)階段管理和分析提供基礎。

正因為BIM交付物的多樣性和協(xié)同性,在工程全生命周期應用過程中,也出現(xiàn)了交付標準難執(zhí)行、圖模不一致、實模不一致、成果精度不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不流轉(zhuǎn)等問題,這些問題制約了BIM技術(shù)在全生命周期的應用。為了進一步規(guī)范數(shù)字交付過程,需從數(shù)字交付標準、數(shù)字交付工具2方面進行約束。

2 基于BIM的全生命周期數(shù)字交付體系設計

2.1 目標規(guī)劃

對照工程全生命周期各階段管理目標,數(shù)字交付在不同階段的交付目標也不盡相同。在策劃階段,需進一步明確項目所執(zhí)行的標準規(guī)范是以運維為導向,標準需可執(zhí)行、可檢驗;在設計階段,需借助數(shù)字交付過程,對交付成果進行協(xié)同優(yōu)化、智能審核,提升設計成果品質(zhì);在施工階段,借助數(shù)字交付,實現(xiàn)智能建造相關(guān)技術(shù)的集成應用,提升建造管理效率;在運維階段,依托數(shù)字化模型與物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù),引入綠色低碳運營算法,搭建數(shù)字孿生運維平臺,在數(shù)字空間中模擬,在現(xiàn)實空間中執(zhí)行,提升運維服務水平。

2.2 流程設計

為便于工程全生命周期數(shù)字交付,對交付流程進行設計,明確不同階段的關(guān)鍵工作,如表1所示。

3 全生命周期數(shù)字交付管理要點

3.1 策劃階段數(shù)字交付

3.1.1組織架構(gòu)

在項目建設全生命周期過程中,項目參加單位眾多,在項目協(xié)調(diào)過程中需明確各方權(quán)利與義務,通過明確項目組織架構(gòu),利用組織管理的方法,實現(xiàn)項目管理目標。結(jié)合BIM項目管理的特點,推薦成立項目BIM全生命周期數(shù)字交付領導小組,配置包含設計、施工、運營全專業(yè)融合團隊,支撐項目數(shù)字化應用,推薦組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 項目組織架構(gòu)

領導小組成員包含項目全部參建方,在BIM咨詢工作開展中,通過項目經(jīng)理、技術(shù)負責人、專業(yè)負責人三級管理實現(xiàn)BIM數(shù)字交付質(zhì)量、進度目標。

3.1.2實施方案

明確項目組織后,需進一步分析項目管理目標,編制對應的實施方案。主要包含目標分析、實施依據(jù)、實施計劃、實施要點、質(zhì)量管理措施、進度管理措施、安全管理措施、成本管理措施等,明確不同階段、不同應用場景的數(shù)字交付方案、數(shù)字交付管理措施。

3.2 設計階段數(shù)字交付

設計階段主要工作包含模型生產(chǎn)、基于模型的應用及基于模型的監(jiān)管,需重點關(guān)注圖模一致。

在模型生產(chǎn)環(huán)節(jié),需借助專業(yè)軟件、輔助工具,搭建符合標準規(guī)范要求的模型。在模型生產(chǎn)過程中,借助BIM的協(xié)同性優(yōu)勢,實現(xiàn)多專業(yè)交叉復核,對圖紙進行校核;基于可視化碰撞報告,對模型進行設計優(yōu)化,避免施工過程中變更。模型生產(chǎn)環(huán)節(jié)需對照數(shù)字交付標準,檢查模型的完整性與合規(guī)性。

師：請同桌互相合作，一位同學摸幾何體模型并描述它的特征，另一位同學猜猜它的名字，然后交換進行．老師提兩個要求：第一，描述幾何體的時候，注意使用數(shù)學語言，要有條理的表達；第二，自己選擇一個你認為描述最準確最好的幾何體，準備匯報．

對于設計階段的優(yōu)化,一方面是要解決本專業(yè)設計的合規(guī)性問題,另外也需解決交叉專業(yè)合理性問題。對于管線路由優(yōu)化,選取有代表性剖面,綜合考慮支吊架、檢修空間、管道翻轉(zhuǎn)等因素,對管線的布置方案進行設計,出具管線剖面圖、主要路由平面圖、凈高分析圖,指導項目精裝修方案。常見的設計優(yōu)化手段如表2所示。

表2 設計優(yōu)化方法

在設計優(yōu)化前,可利用三維設計軟件碰撞檢查功能輸出模型碰撞報告,并結(jié)合碰撞報告進行設計模型優(yōu)化,合理排布管線路由。管線優(yōu)化的目標一方面是要驗證設計凈高的合理性,同時進行交叉專業(yè)綜合路由設計,指導后續(xù)施工深化。管線優(yōu)化的重點區(qū)域主要包含公共走道、專業(yè)設備用房、管井、門廳、屋面、室外管網(wǎng)等區(qū)域,驗證管線安裝檢修的便利性、空間凈高的合規(guī)性。

模型優(yōu)化完成后,基于模型可輸出相應的凈高分析圖、各專業(yè)平面圖、立面圖、剖面圖、局部三維視圖、構(gòu)件清單等,實現(xiàn)三維設計二維表達。在圖紙中應注意表達如表3所示內(nèi)容。

表3 三維設計二維表達要點

其剖面如圖2所示,圖中展示了公共走道區(qū)域的機電管線優(yōu)化方案,按綜合吊架原則對管線進行綜合排布,并預留管線轉(zhuǎn)換、綜合吊架位置。

圖2 公共走道綜合管線剖面

為進一步利用設計模型,可結(jié)合專業(yè)軟件進行模型的VR/MR展示,在虛擬空間直觀感受模型空間效果;結(jié)合專業(yè)模擬分析軟件,在真實環(huán)境中模擬日照、風環(huán)境、疏散等,進一步驗證設計合理性。

設計模型完成后,為進一步驗證模型是否符合規(guī)劃報建、施工圖規(guī)范要求,部分地區(qū)也相繼開展了基于BIM的智慧監(jiān)管:BIM規(guī)劃報建是基于BIM方案模型自動輸出規(guī)劃要點表單,基于城市CIM場景,進行規(guī)劃方案審查;BIM施工圖審查是將規(guī)范條文轉(zhuǎn)化成機器可識別的計算機語句,在BIM施工圖模型中提取關(guān)鍵信息,與之比對,驗證模型合規(guī)性。隨著BIM應用越來越成熟,BIM智慧監(jiān)管也進一步規(guī)范了模型生產(chǎn)的質(zhì)量,為全生命周期數(shù)字交付奠定了基礎。

3.3 施工階段數(shù)字交付

為便于項目參建方的協(xié)同,基于BIM協(xié)同施工管理平臺,可實現(xiàn)模型的在線輕量化瀏覽、資料與模型的關(guān)聯(lián)、施工信息的添加、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設施的接入,滿足施工現(xiàn)場質(zhì)量、安全、進度、成本、資料管理要求,協(xié)同施工平臺核心功能,如表4所示。

表4 BIM協(xié)同施工管理平臺核心功能

在項目施工過程中,需結(jié)合施工平臺移動端錄入施工的實時數(shù)據(jù),保證施工現(xiàn)場與模型同步修改,實模一致。

項目施工完成后,需在施工模型基礎上,對照數(shù)字交付要求,對模型進行復核并修正。利用BIM施工平臺資料導出功能,將施工過程形成的資料導出為結(jié)構(gòu)化施工資料,在項目竣工交付中同步移交。

3.4 運維階段數(shù)字交付

運維階段的主要工作是進一步挖掘竣工模型價值,對接物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)數(shù)據(jù),開發(fā)數(shù)字孿生智慧運維平臺,為運維管理賦能。在運維平臺開發(fā)過程中,需重點關(guān)注數(shù)據(jù)、平臺、服務3方面。

1)數(shù)據(jù) 在運維交付過程中,數(shù)據(jù)作為運維的基礎,主要包含靜態(tài)數(shù)據(jù)與動態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)通常是在項目設計、施工過程中形成的數(shù)據(jù),在運維過程中基本保持不變,數(shù)據(jù)承載的信息量大,需經(jīng)過輕量化按需取用;動態(tài)數(shù)據(jù)通常是指利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器收集到的實時數(shù)據(jù),反映建筑的實時狀態(tài)。靜態(tài)與動態(tài)數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一編碼進行映射,在平臺中實現(xiàn)自動關(guān)聯(lián),主要的數(shù)據(jù)類型如表5所示。

表5 靜態(tài)與動態(tài)數(shù)據(jù)主要類型

2)平臺 運維平臺在開發(fā)交付中,通過解構(gòu)平臺功能,可將運維平臺拆解為數(shù)據(jù)中臺、物聯(lián)網(wǎng)中臺、服務引擎及業(yè)務中臺。其中,數(shù)據(jù)中臺可滿足多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的在線轉(zhuǎn)換,滿足服務引擎加載要求;物聯(lián)網(wǎng)中臺鏈接不同種類物聯(lián)網(wǎng)硬件,實現(xiàn)動態(tài)與靜態(tài)數(shù)據(jù)組裝;服務引擎為運維平臺服務場景的開發(fā)提供了共性的開發(fā)組件,提高開發(fā)效率;業(yè)務中臺是對統(tǒng)一登錄、用戶服務等功能化組件的集合,避免同類平臺的重復建設,統(tǒng)一平臺風格。

3)服務 運維管理的目標是為運營維護賦能,基于平臺組件,利用項目真實數(shù)據(jù)搭建數(shù)字孿生場景。根據(jù)業(yè)務管理的需求,搭建運維一張圖、安防管理、環(huán)境管理、能源管理、空間管理等智慧化管理場景,滿足在現(xiàn)實空間中執(zhí)行、在數(shù)字空間中動態(tài)展現(xiàn)的數(shù)字孿生運維模式。

4 結(jié)語

1)明確了設計階段數(shù)字交付需重點關(guān)注模型生產(chǎn)、模型應用及模型監(jiān)管3個環(huán)節(jié),提出設計優(yōu)化的系統(tǒng)性方法。

2)借助BIM協(xié)同施工管理平臺,可將施工深化模型與施工動態(tài)過程資料進行關(guān)聯(lián),實現(xiàn)施工現(xiàn)場的質(zhì)量、安全、進度、資料的可視化管控,項目竣工交付時輸出結(jié)構(gòu)化竣工資料。

3)基于竣工模型、過程資料,搭建BIM智慧運維管理平臺,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)映射,實現(xiàn)數(shù)字孿生管理。

4)明確了工程全生命周期應用要點。