【BIM應用】智慧園區基礎設施工程全生命期

2014年《國家新型城鎮化規劃》將智慧城市作為未來城市發展的全新模式，要求大力推進智慧城市建設。城市的智慧程度取決于城市建筑和基礎設施的信息化建設水平。顯然，傳統建設手段很難滿足當前智慧城市建設要求。BIM技術 可集成設計、施工、運維中的重要信息，為城市活動提供必要的基礎信息，它是智慧城市建設中需要完成的重要基礎性工作。2011年住建部印發《2011-2015建筑業信息化發展綱要》提出，“十二五”期間要加快建筑信息模型（BIM）等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。

BIM（即建筑信息模型，Building Information Modeling / Building Information Model），是在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。BIM一詞最早是在1975年，由佐治亞理工學院的Chuck Eastman博士首次提出。美國、日本等發達國家BIM軟件使用率已達70%以上并持續增長。我國在2002年開始將BIM技術引入建設工程領域，隨后得到快速發展。本文基于BIM技術在京津中關村科技城智慧園區基礎設施工程全生命期的應用實踐，全面闡述和總結了BIM技術在該項目全生命期的應用過程和方法，為今后類似工程項目BIM應用提供參考。

1  項目應用概況

1.1  工程概況

京津中關村科技城智慧園區市政基礎設施工程為大型市政工程領域EPC總承包項目，涉及十余個專業。建設內容主要包括：修建道路16條，全長約30km；涉及雨水、污水、給水、燃氣、熱力、電力、電信等各類管道總長約300km；建設公園約17.4萬平方米，路側綠化約47.7萬平方米，河道及水環境綜合整治長度約8.8km；建設高中壓調壓站、熱源廠、公交首末站、公共停車場，占地面積約3.9萬平方米。

1.2  BIM應用必要性分析

大型基礎設施工程通常具有地理跨度大、涉及專業多、地下管網排布復雜，施工作業面廣、運營期工程資產管理對象分布廣，問題排查與定位困難，設備、設施及供應商信息龐雜，管理難度大等特點。本項目在上述特點基礎上，又有智慧運維要求，這一要求延長了工程信息的服務期限，強化了工程數據跨階段傳遞、更新、維護的重要性。

BIM的內涵是能夠連接建筑全生命期不同階段的數據，以及它整個形成的過程和這個過程所需要的資源。BIM技術能夠集成設計和施工兩個階段的信息，尤其針對基礎設施的綜合管線工程，可以納入管線、各類閘門、閥門的安裝和供應信息，形成完整的竣工模型，接入運維管理平臺，為實現智慧運維創造基礎性條件。

利用BIM技術在可視化、參數化、信息化方面的優勢可提高項目信息溝通效率，支持項目在環境、成本、質量、安全、進度等多方面的分析、檢查和模擬，提高施工階段的可預測性、可控性和精細化管理程度。將BIM技術全面應用于道路橋梁和綜合管網等的設計、施工全過程，可大大減少設計變更和設計錯誤，降低潛在的施工返工風險。

由此可見，引入BIM技術對智慧園區建設是十分必要的。

2  BIM實施策劃

2.1  BIM策劃目的

BIM實施策劃主要目的是解決以下問題：（1）明確項目BIM應用目標和應用內容；（2）識別項目BIM應用重點和難點；（3）策劃BIM實施流程；（4）確認各實施階段模型深度；（5）落實BIM實施所需的資源；（5）明確成員在項目中的角色和責任；（7）分析和降低工程實施潛在風險。策劃的最終成果是編制項目BIM實施工作方案。通過BIM策劃，本項目建立的BIM實施架構如圖1所示。

圖1 項目BIM實施組織架構

項目形成了以建設單位和監理單位BIM主管為領導，EPC總承包BIM團隊組織實施，BIM咨詢團隊提供指導，設計單位和施工單位BIM人員協作的BIM實施團隊。落實了BIM技術應用領導小組和工作小組人員，及其責任分工，為項目的順利實施提供了組織保障。BIM團隊編制了項目級《BIM實施工作方案》、《BIM技術導則》等一系列項目級BIM標準，有效指導項目實施。

2.2  BIM實施目標

在BIM實施策劃時，制定了如下實施目標：

（1）設計階段：通過搭建BIM協同設計平臺，形成協同設計工作模式，以提高溝通效率；通過創建BIM設計模型，并與設計交互工作，進行設計階段BIM應用，提前發現潛在設計缺陷，克服傳統設計溝通不及時、不通暢帶來的弊端，以提高和優化設計成果，并為施工、運維階段提供基礎模型及屬性信息。

（2）施工階段：通過搭建BIM施工管理平臺，進行項目深化設計、施工模擬、方案優化，實施項目質量安全、進度管理、人材機管理、可視化技術交底等多方面集成應用，以降低施工潛在風險、節約成本，提高現場精細化管理水平。

（3）運維階段：通過集成設計階段模型的屬性信息和施工階段的建造信息，形成數字化資產，接入智慧園區管理平臺，用于道路、綜合管線、設備設施的智慧運營管理，提高突發事件的響應速度和處理效率，降低運營成本。

2.3  BIM實施過程與主要內容

該智慧園區基礎設施工程BIM實施流程可分為BIM實施策劃、BIM準備工作、BIM實施、BIM應用總結四個階段，如圖2所示。

圖2 EPC項目BIM技術實施階段與主要內容

3 BIM實施準備

BIM實施準備工作主要包括：落實BIM實施所采用的各類軟、硬件資源，創建項目BIM元件庫、制定通用和專用工作環境，搭建協同設計管理平臺，并進行設計工作環境托管，搭建BIM施工管理平臺，并對施工管理平臺人員進行培訓，同時編制項目級BIM標準，用于指導項目實施。

本項目搭建了ProjectWise協同設計平臺 （圖3）和4D-BIM施工管理平臺（圖4），并對施工現場業主方、監理方、總承包方和各施工分部進行了多次集中培訓，掌握了平臺使用技能。編制了多本BIM標準，指導項目順利實施。

圖4 BIM施工管理平臺

4 全生命期BIM應用

4.1  設計階段BIM應用

創建了道路、橋梁、涵洞、雨污管線、交通工程等十余個專業BIM模型，同時運用無人機傾斜攝影技術實現工程三維實景建模。按照“模型文件—結構組裝—專業分裝—區域總裝—項目總裝”的順序逐級裝配，形成整個項目的總裝模型，如圖5所示。在此基礎上開展了BIM可視化、碰撞檢查、工程量統計以及仿真性等多種應用。

圖5 項目總裝模型

（1）可視化：進行了三維設計模型可視化、三維實景模型可視化、項目整體漫游可視化、直觀形象地展示工程全貌，使各參與方對設計方案和現場有更加準確的理解。

（2）碰撞檢查：利用BIM碰撞檢測功能，對項目土建專業與其他各專業之間，以及各專業內部之間，尤其是地下各類管道之間進行碰撞檢測，包括硬碰撞和軟碰撞（如不滿足管線之間凈距要求），發現問題及時修改設計方案，確保管線間距滿足規范要求，規避施工返工風險，提升設計品質。

（3）工程量統計：實現BIM模型工程量一鍵輸出，提升了工程量統計效率。

（4）除上述應用外，還進行了實現了道路視距仿真分析，照明方案展示、景觀方案展示與比選，及時優化設計方案。

4.2  施工階段BIM應用

根據現場施工情況，制定了項目施工模型WBS分解原則，即道路工程按照200米一段進行劃分，橋涵工程按照構件進行劃分，管線工程按照井到井進行劃分，其他專業模型按照單體劃分。施工過程中，采用“三端一云”的方式協助施工管理，即利用PC端、網頁端和移動端實現BIM模型的實時數據填報、查看。利用云平臺實現項目數據的集中存儲和計算分析。開展了施工方案模擬與優化、可視化技術交底、進度管理、質量與安全管理、人員材料機械管理、綜合信息展示、檔案管理等多方面應用。

（1）施工方案模擬與優化：傳統施工方案的編制一般是基于二維圖紙和施工經驗，由于缺乏現場驗證，其施工可行性往往無法滿足實際要求，導致施工方案往往是邊施工、邊修改、邊優化，對工期、質量和成本均產生較大影響。通過BIM技術三維可視化可實現施工方案模擬和優化，直觀地了解總體施工方案的重要時間節點和相關工序，清晰掌握施工過程中的難點和要點，優化施工組織設計。通過不同顏色設置，演示施工進展，如圖6所示。

（2）可視化技術交底：通過移動設備可將BIM施工方案帶入施工現場，如圖7所示。對照現場實際情況進行可視化技術交底，極大方便了施工人員對施工方案的直觀了解。

圖6 施工方案模擬

圖7 可視化技術交底

（3）進度管理：現場工作人員根據每天施工進度在移動端填報進度數據。以填報數據和施工進度計劃為基礎，可以選擇按照計劃進度或實際進度，進行施工進度模擬和進度追蹤分析，發現偏差，及時采取措施糾正，如圖8所示。

圖8 進度填報與進度分析

（4）質量與安全管理：當管理人員（發起人）發現問題后，可直接在移動端上傳圖片，填寫問題描述和整改要求，發送給整改人。整改人收到整改通知后，根據整改要求完成整改，并將整改情況以及整改后的照片反饋給發起人，發起人收到反饋信息后，對整改情況進行驗收確認，形成“發起——整改——確認”的閉環管理?？梢詫|量安全問題進行定期統計，分析問題構成、專業分布情況、問題整改情況，生成分析報告發送給相關負責人，方便讓對方及時、快速掌握項目整體質量、安全情況，如圖9所示。

（5）施工綜合信息展示：創建了施工綜合信息大屏，設置了項目位置、進度分析、安全施工天數、當前任務進度、實時問題、問題月度數量統計、問題分類統計、問題實時狀態統計等八個功能模塊，匯總現場重要信息，為快速科學決策提供依據，如圖10所示。

圖10 施工綜合信息大屏

（6）其他管理：利用BIM施工管理平臺，通過賦予不同人員角色和權限進行人員管理，確保工程信息安全；通過收料單、發料單、盤點單實現工程材料的嚴格管理；通過掃描機械設備二維碼，可填報機械的排班、檢查和維修情況，實現機械管理。通過人員、材料、機械的管理，可以進一步提高現場精細化管理水平。此外，還開發了檔案管理功能，在平臺上實現檔案材料的集中存放和分類，方便查閱和管理，如技術交底、會議紀要等。

4.3  運維階段BIM應用

根據園區頂層設計，針對基礎設施的智慧運營管理指標包括：

（1）市政管網智能化監測管理率80%以上；

（2）交通誘導屏和智能停車場覆蓋率100%；

（3）智能路燈覆蓋率90%以上；

結合智慧運營管理要求，在施工階段將相關構件、設備、傳感器、管線的閘門和閥門等的安裝位置、規格型號、尺寸、生產單位、安裝單位、安裝日期等信息錄入施工管理平臺，在竣工驗收階段形成竣工模型，進行數字化移交，并接入園區數據中心，用于道路維護、綜合管線維修、設備設施管控、突發事件處置等方面園區的智慧運營管理

5 結論

（1）BIM技術在本項目的應用，創新形成了協同設計、協同管理工作模式，實現了模型信息從設計階段到施工階段，再到運維階段的高效傳遞，形成了一次BIM技術在智慧園區市政工程領域全生命期應用的重要實踐，為后續類似工程應用提供參考案例。

（2）利用BIM技術在可視化、協同性、優化性、仿真性方面的優勢，革新了傳統設計和施工管理手段，體現了BIM技術在提高溝通效率、精細化管理、形成數字資產方面的重要作用和價值貢獻。

（3）智能化是全球發展趨勢，結合項目智慧運營要求，在項目策劃、BIM準備工作、BIM實施等階段均需要考慮智慧運維需求，在BIM模型創建時要增加與智慧運維相關的基礎模型創建；在施工管理平臺搭建時要增加與智慧運維相關的過程信息采集功能，將設計和施工階段的基礎性信息傳遞到運維階段。