工程項目全生命周期BIM技術框架的研發及應用

張月燕 黃曉冬

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

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工程項目全生命周期BIM技術框架的研發及應用

張月燕 黃曉冬

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

通過項目全生命周期的設計、施工、運營管理等階段的BIM技術應用,構建基于Autodesk Revit 系列軟件,BIM技術“本地化”系統軟件平臺的框架，并在實際工程中應用。

協同設計;造價及成本可視化;智能運營

1 概要

國家住建部《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》的總體目標提出：“十二五”期間，加快建筑信息模型(BIM)，推動信息化標準建設的背景下,廣泛調研國內外BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)應用情況分析。2012年筆者參加中國BIM標準課題研究，深刻體會到我國BIM應用狀況，國外的BIM軟件產品難以使用，“本地化”程度低，推廣困難，與BIM兼容的族庫不夠用。改善設計與施工各方之間溝通，降低施工成本，提高施工現場協調能力等，都是當前亟待要解決的阻礙BIM技術落地的問題。結合長期對BIM應用于工程的跟蹤探索，不斷地總結實戰經驗，提出了《建設行業信息一體化軟件核心技術研發及應用》(FJ-BIM)為目標的課題研究，被立項為福建省科技重大專項專題。

本文主要論述專題的工程項目全生命周期BIM 技術框架的研發及應用的實現方法。

2 項目全生命周期BIM 技術框架設計

主要研究構建工程建設項目全生命周期的設計、施工、運維等階段BIM“本地化”系統管理平臺如圖1所示，形成具有建筑行業可實施BIM技術應用系統并以示范工程驗證，旨在提高行業BIM應用水平。

圖1 全生命周期BIM 技術應用框架

設計、施工、運營階段的任務BIM信息一體化具體實現，分別由 “基于BIM的一體化設計協同管理系統”“基于BIM 的項目全過程成本和施工進度的可視化管理系統”“基于信息一體化的智能建筑運營維護平臺”等軟件及“基于BIM的協同設計標準及管理”等3個標準2個細則組成并完成。軟件研發思路為：研究BIM在建設行業的應用，基于Autodesk Revit 系列軟件等構建符合國家現行技術標準的BIM信息一體化平臺，數據共享，拓展增值服務。

3 BIM信息一體化平臺實現方法

3.1 基于BIM的一體化設計協同管理系統

調查國內外建筑行業BIM協同設計現狀及發展趨勢，分別從三維設計標準體系、三維交付體系、三維輔助設計軟件“本地化”發展、以及下游企業BIM技術應用情況等方面，制定提出適合我省推行BIM協同設計管理系統。

首先從文件管理、設計流程管理、管綜顏色規定、3D制圖要求、3D出圖深度等方面，構建整體 “BIM協同設計體系”的實施計劃書。

軟件集成現行規范強制條文要求，在各專業協同設計過程中，各專業可基于不同設計階段的設計模型進行規范條文校核、各專業協同提資，優化專業數據配置，滿足協同作業管理要求。主要研究內容如圖2所示。

圖2 基于BIM的一體化設計協同管理系統框架

3.1.1 軟件功能實現

基礎模塊：BIM技術在各專業(建筑、結構、給排水、暖通、電氣)設計中的應用研究，主要完成各專業模型的規范建立、各專業計算分析應用、各專業與其他專業的協同應用、各專業模型與施工圖應用。

3.1.2 專業分析模塊及創新

(1)負荷分析

利用BIM建筑模型，進行負荷計算，并對結果進行校核，判斷墻體傳熱系數是否達到節能要求。

(2)風管設計

根據負荷分析結果，進行風口和風機選型。結合管道系統模型，對風管系統進行水力計算，調整管道的尺寸。并最終校核是否達到水力平衡的要求。

(3)水管設計

根據負荷分析結果，進行空調設備選型。結合管道系統模型，對空調水系統進行水力計算，調整管道的管徑，并最終校核是否達到水力平衡的要求。

(4)消防設計

根據建筑類型以及防火等級的要求，自動布置噴頭，并根據噴頭數或者噴灑流量計算管道管徑。實現智能化自動化設計，大大提高建模設計效率。

(5) 電氣設計

在電氣設計建模基礎上，提供電氣負荷計算，照度計算等設計工具，根據建筑類型以及電氣設計規范的要求，實現電氣設備選型，并可自動布置連接。

(6)基于云計算的福建建設行業三維構件庫

該構件庫系統創建了產品庫管理模塊,并可單列運行。

族庫管理：可以對不同專業的族文件進行分類管理，軟件默認帶有建筑、結構、暖通、給排水、電氣5個構件庫，用戶可以在其中進行新增自己的類別，增加私有族文件，編輯規格等操作。在設備布置方面，可方便查詢布置，還提供了各專業下豐富的批量布置工具并快速實現。

云計算：基于云計算的三維構件庫可以讓用戶在基于云平臺的基礎上對構件庫進行添加、刪除、設置權限等管理和維護操作，基于網絡的管理可以隨時隨地查找所需要的構件信息，讓參與方實時共享構件庫帶來便利。

(7)項目信息協同

以設計院信息管理為核心，理順信息傳遞方式，實現各專業之間的無縫結合。通過智能化協同平臺，幫助用戶實現碰撞檢查，碰撞沖突處理，標記墻體開洞，墻體自動開洞，規范MEP和建筑專業的協同方式，實現成本計算及整體設計方案優化，極大程度地減輕了繁瑣的相互提資過程，提高工作效率。解決多源信息融合的三維可視化智能協同設計技術難點。

(8)知識庫管理

在軟件中內置了大量的規范和圖集，方便設計師在使用軟件的過程中，建模的時候會有規范做法的提醒，更加保證建模質量和效率，在后續的模型檢查中，也包含了規范校驗的知識管理，通過檢查提示不符合設計要求的細節。具備基于三維數字化建模及智能管理技術檢測特性。

(9)出圖體系的建立

具備自動標注、布圖一系列便于出圖的功能。出圖前，也可進行三維仿真漫游，VR檢查技術等。

3.2 基于BIM 的項目全過程成本和施工進度的可視化管理系統

首先在規范限制范圍內編制BIM預算模型標準，開發滿足國家和地方要求的造價計算規則庫，開發完成基于BIM模型的成本管理軟件和施工可視化管理軟件。

3.2.1 系統軟件架構

圖3 基于BIM施工進度可視化系統架構

該系統在施工階段基于Revit二次開發、SQLite、db4o數據庫等技術，從外部或設計階段傳遞的Revit BIM模型，都可以與本系統在數據上進行無縫對接，真正實現軟件信息一體化如圖3所示。BIM數據對接是以《福建省BIM預算模型標準》為基礎，主要從交付物類型和模型深度等角度進行規范數據格式，保證BIM模型預算精度以及經過施工階段深化后，可以傳遞到運維階段繼續在建設行業信息一體化平臺中使用。

3.2.2 軟件主要功能

(1)BIM預算模型標準模塊

建立或繼承設計階段的BIM模型和處理為滿足預算精度要求的BIM模型標準。

(2)工程量統計模塊

據BIM預算模型統計工程量，同時開發滿足福建省造價計算要求的計算規則庫，以便套用清單和定額，實現施工過程的成本可視化控制(5D)。

(3)造價計算軟件(計價)模塊

基于福建省造價計算相關要求開發BIM造價計算規則庫，含國標2013清單，福建05土建定額、福建05裝飾定額和12安裝定額庫及計算規則，便于套用清單與定額。

(4)成本和施工進度可視化

基于BIM三維展示技術，模擬進度與成本關系，分析人、材、機費用、合同產值與施工進度的關系，實現施工過程進度可視化控制。

系統根據BIM模型，安排施工進度，并根據施工過程信息跟蹤施工進度，實現施工過程的進度可視化控制(4D)。如在施工階段，可以根據工程形象進度，按一定時間段(如月、季和年度)統計工程量，生成工程量清單列表，可以作為業主與總包，總包與分包的進度款審核和支付的參考依據；可以對項目進行施工進度成本可視化模擬，展示各時間段的項目實際成本和計劃成本比對情況。

在可視化模擬過程中，當實際值與計劃值偏差超過控制范圍時，界面將予紅字警示，工程項目管理者可即時分析原因并采取措施進行調整，使進度與成本恢復受控狀態。

3.2.3 BIM數據檢查管理模塊

開發了基于《福建省BIM預算模型標準》檢查功能模塊，對設計階段的BIM數據進行檢查和提示，降低模型出錯率，提高工作效率。主要完成過程有BIM數據自動檢查、拆分，存入BIM數據庫；BIM數據分層歸檔；BIM數據自動累積，提供數據安全保障。

圖4 金山綜合辦公樓施工進度可視化

3.3 基于信息一體化的智能建筑運營維護平臺軟件

基于信息一體化模型，建立建筑主體三維模型和附屬設備設施的三維數據庫，對建筑主體及附屬設備設施的運營狀態進行實時監控或定期檢測，形成基于一體化信息模型的建筑及附屬設備設施的維護數據庫，為建筑使用單位、維護單位提供維護預警和合理的維護方案，降低建筑及附屬設備設施的運營成本，延長建筑及附屬設備設施經濟壽命。總體架構如圖5所示。

主要軟件主要功能：

(1)空間管理：通過三維BIM模型及ID定位展示建筑主體及附屬設備設施運營的實時狀態。

(2)設備狀態集成：主要完成基于BIM 的能耗分析管理和節能控制的解決方案，實現對建筑能耗的在線動態監控，從而為運營建筑的能耗控制在最合理區域。

(3)監控預警具備報警提示、記錄、查詢功能，并與安防等系統進行有效聯動。

(4)運營信息發布：及時發布月季年度設備運營情況，提供物業管理數據等。

圖5 運營維護總體結構

3.4 工程項目各階段數據交付設計

基于BIM信息一體化，對于工程項目全生命周期各階段BIM數據移交與管理基本原則要滿足如下關系如圖6所示。

圖6 各階段數據交付基本原則關系

BIM 數據指BIM模型、BIM數據庫、BIM協同管理、BIM圖紙及文檔等。BIM數據標準含有模型文件命名標準、BIM模型文件存儲格式、BIM數據字段屬性定義、數據通信協議、導入導出格式等。BIM模型含規范建模、深度、應用、交付等。BIM數據庫的分類、編碼、存儲格式標準化,方便數據拓展應用。例如在福建省建設行業三維數字化構件庫、成品庫標準建庫，需進行統一、整合、構建符合技術規范的數據交換格式，其BIM數據可移交至下一階段應用，如幕墻設計、材料庫等，延伸到新型建筑工業化建設等，形成BIM大數據基礎信息,用于精確調度與采集,促進建筑業新業態產生。

總之基本原則實施條件為建模標準、數據標準、應用標準。

各階段BIM數據管理可參見福建《基于BIM的協同設計標準及管理》《基于BIM的工程實施各階段交付標準》《福建省BIM預算模型標準》等。

4 示范工程驗證

成果在設計階段的工程應用情況：金山綜合辦公樓示范工程如圖7所示，主要應用于三維互動設計、三維綠色分析、建構三維地質模型及建筑、結構、機電等專業建模，綜合模型及檢測碰撞，三維可視化協同設計、施工圖出圖、管線綜合、 施工管理、 運維管理等，如圖8所示。經泉州南益廣場等二十多項中、高層工程項目應用進行了建筑、結構、給排水、暖通、電氣三維數字化建模、綜合模型、仿真漫游及碰撞檢測技術等，可明顯地提高圖紙質量控制，如圖9所示。

圖7 金山綜合辦公樓全生命周期過程應用展示

圖8 金山全專業3D可視化協同設計，信息多維度提取

圖9 泉州南益廣場三維模型

5 結語

綜上所述,BIM 技術框架經課題組研發及調試,以示范工程設計、施工、模擬運維驗證,初步形成 BIM信息一體化的軟件應用平臺，其成果可直接應用于建筑全生命周期各階段的可視化協同管理,提高各階段間BIM數據共享，效果良好。

[1] 國家住建部.2011-2015年建筑業信息化發展綱要[Z].2012.

[2] GB/T51212-2016 建筑信息模型應用統一標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2017.

[3] 國家住建部.關于推進建筑信息模型應用的指導意見[Z].2015.

[4] 李邵建.BIM綱要[M].上海：同濟大學出版社,2015.

[5] 李志龍,李劍,朱昊毅.基于BIM 的造價大數據管理解決方案[J].福建電腦，2015(2)：76-77.

[6] 張智云,陳明元,高磊.基于BIM 在運營階段的能耗分析管理和節能控制[J].福建電腦，2015(2).

Development and application of BIM technology framework for whole life cycle of construction project

ZHANGYueyanHUANGXiaodong

(Fujian Provicial InstituteofArchtecturalDesign and Research,Fuzhou 350001)

This article discussed the application of BIM technology throughout the whole life cycle in design,construction,operation management,then built a framework that based on the "Autodesk Revit" and localization of BIM technology system software platform.

Collaborative design;Cost and cost visualization;Intelligent operation

2013福建省科技重大專項(2013HZ0004-3)。

張月燕(1955.3- ),女,教授高級工程師。

E-mail:zyy@fjadi.com.cn

2017-04-20

TU17

A

1004-6135(2017)08-0109-04