BIM，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的“數(shù)字魯班”

宋辰

魯班，土木建筑業(yè)鼻祖，匠人精神最初的標(biāo)志人物。

在未來的智慧城市和工程建設(shè)領(lǐng)域，注定是高度信息化和智能化的過程，實現(xiàn)這一過程，需要精細化的生命周期管理，BIM就是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要推手。

在天津市寶坻區(qū)京津中關(guān)村科技城項目上，筑路工人老劉發(fā)現(xiàn)，這次的施工過程和往常不一樣，每施工200米就會有工程管理人員拿著手機到工地來填報進度，一堆堆的數(shù)字讓老劉恍惚地以為自己是流水線上的工人。

在云南官渡文化新城市政公用配套建設(shè)項目中，工程運維人員小張再也不用擔(dān)心項目建成后因為找不到建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)而面對工程維護無從下手了。

這些，都要得益于BIM應(yīng)用帶來的管理價值。

BIM≠模型，是工程全生命期管理工具

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫，可以理解為建筑信息模型。在這個解釋下，BIM字面意思的重點在于“模型”，以至于很多人將BIM等同于3D建模。用戶花了不少錢上了一套BIM應(yīng)用，投入了大量的人力，最后就得到一個電腦中的模型，看起來很直觀很炫，然而在實際的工程項目中并沒有起到什么作用。

“BIM的內(nèi)涵已經(jīng)遠遠不止于建筑，現(xiàn)實生活中所有與基礎(chǔ)設(shè)施類相關(guān)的都應(yīng)該涵蓋在其中。”致力于推進基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計、施工和運營的綜合軟件解決方案提供商Bentley軟件公司大中華區(qū)高級區(qū)域銷售總監(jiān)俞興揚對記者表示。

也就是說，BIM是由完全充足的信息構(gòu)成、用以支持生命周期管理的，并可由電腦程序直接解釋的工程信息模型。BIM應(yīng)用提供了一套新的方法論，把原本牽一發(fā)而動全局的工程項目提到實施前，真正做到了成本可控，工期可控，資源少浪費，管理高效率。

BIM價值如何實現(xiàn)？

既然BIM是由數(shù)字技術(shù)支撐的工程項目的全生命期管理，那么在實際的工程中，BIM是如何應(yīng)用到工程項目的全生命期中的呢？

在縱覽基礎(chǔ)設(shè)施2018大會上，中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司、天津京津中關(guān)村科技城發(fā)展有限公司和中交總承包經(jīng)營分公司獲獎的“京津中關(guān)村科技城市政基礎(chǔ)設(shè)施一期工程BIM技術(shù)應(yīng)用”頗具代表性。

京津中關(guān)村科技城位于天津市寶坻區(qū)，該項目整合了中關(guān)村、寶坻區(qū)政府以及社會各方的優(yōu)勢資源，包括道路、橋涵、公用設(shè)施管道、公園及道路綠化等建設(shè)內(nèi)容，占地面積約14.9平方公里。項目方實施了協(xié)同 BIM流程，并協(xié)調(diào)諸多工程專業(yè)，使用 Bentley的集成BIM軟件解決方案，創(chuàng)建了整個項目的BIM信息模型。為數(shù)字城市建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

“基礎(chǔ)設(shè)施部分實際包含16條道路，78公里雨污管線，40多公里的中水、熱力配套工程基礎(chǔ)設(shè)施。選擇Bentley，在設(shè)計階段就解決了我們很多問題，比如在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了百余處管線的碰撞問題;施工過程中通過移動端填報工程進度及安全質(zhì)量數(shù)據(jù)，借助阿里云平臺，實現(xiàn)在移動端、客戶端和網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的實時同步。”中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司科技開發(fā)中心主任助理、BIM研究室主任王帥博士在縱覽基礎(chǔ)設(shè)施2018大會間隙接受采訪時對記者表示，“更重要的是，可以實現(xiàn)運維提前的思路，在設(shè)計施工階段已經(jīng)開始考慮后期運維的事情了。這一改以往市政工程建設(shè)中粗放的管理方式。”

前文提到的，很多用戶出現(xiàn)的上了一套BIM應(yīng)用卻苦于“白花冤枉錢”的狀況，還有一個重要的原因，就是缺少業(yè)主方的支持。在開始動工前，不僅僅是設(shè)計方的參與，業(yè)主需要召集設(shè)計方、施工方、材料供應(yīng)商、監(jiān)理方等各方面一起進行項目BIM方案實施策劃。“例如，使用BIM技術(shù)的各方就經(jīng)常忽略建設(shè)中材料和設(shè)備供應(yīng)商在前期流程中起到的作用。”王帥解釋道，“在實際建造的過程中，最好的辦法就是在一開始各參與方共同進行該項目的‘虛擬建設(shè)，參與到‘?dāng)?shù)字模型的創(chuàng)建中來，共同發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。如果在建模的時候有一方?jīng)]有參與，比如施工方，那么這個數(shù)字化模型在實施的時候，同樣也會遇到和傳統(tǒng)方法一樣的問題。”

國家統(tǒng)計局的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2017年末，我國高速鐵路里程達到2.5萬公里，占世界高鐵總量的60%以上。而作為世界上第一條設(shè)計時速350km的有砟軌道高速鐵路，京張高鐵需要同時面臨高寒、大風(fēng)沙的考驗，京張高鐵作為2022年冬奧會籌備工作的一部分，可以將北京和張家口之間的出行時間從3小時減少到50分鐘。京張高鐵在解決北京西北部運輸問題的同時，還需要做到環(huán)境問題可預(yù)測、可感知、可分析、可控制，為實現(xiàn)“綠色京張”“智慧京張”提供支持。

項目正線全長約170公里，共有71段路基、64座橋梁、10座隧道和10座車站，其中包括中國埋深最大的暗挖地下車站。中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司負責(zé)初步和詳細設(shè)計及施工圖紙設(shè)計。通過使用Bentley軟件，該公司實施了協(xié)同BIM策略創(chuàng)建其要交付的成果。不僅將“一橋兩站三隧”BIM應(yīng)用、重點工程無人機傾斜攝影、BIM與GIS融合三維可視化管控等技術(shù)應(yīng)用于京張高鐵，還利用BIM技術(shù)，實現(xiàn)大量、多維度數(shù)據(jù)的綜合展示分析功能，從而提升對環(huán)境數(shù)據(jù)的綜合利用，達到環(huán)境在線監(jiān)測設(shè)備獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)與管理手段的緊密結(jié)合。

PPP項目既有政府出資，也有社會資本參與運營，由于項目參與方眾多，通常一個項目的跨度都很長，十幾二十年的項目運營周期會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)的積累，績效評價也就無從談起。在云南省昆明市，官渡文化新城市政公用配套建設(shè)項目市政道路新建工程PPP項目中，昆明市五甲塘片區(qū)快速交通系統(tǒng)工程覆蓋范圍為20平方公里，工程涵蓋23條道路以及橋梁、隧道和城市地下管廊。云南云嶺工程造價咨詢有限公司作為這一項目的BIM咨詢機構(gòu)，通過使用Bentley軟件實施BIM 解決方案，讓PPP項目自立項開始，就將所有文檔、資料全部放到項目協(xié)同平臺上，方便項目參與方推進項目，并且可為長效運營周期、績效評估后付費的計價方式提供數(shù)字支撐。

“數(shù)字雙胞胎”，讓BIM更真實

二十年后，我們的城市生活將發(fā)生怎樣的變化？作為一個重要推動力，第四次工業(yè)革命已經(jīng)開始在城市發(fā)展中扮演重要角色，新的智慧城市與生活場景即將或正在出現(xiàn)。這其中不可或缺的就是各種傳感器和AI技術(shù)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的功勞自不必說。然而，智慧城市的建設(shè)中，我們更多看到的是更少的停車場，到智能化的行程管理、智能充電道路，再到地下空間的拓展、快速交通與飛行通勤……這些風(fēng)光的AI解決方案、智能設(shè)備廠商能否在“真”智能的城市空間里自由展翅，其實很大程度上取決于一個城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的智能，讓道路、河流、大廈有了“生命力”，才能在之上開出城市“智能之花”。而且一切的基礎(chǔ)，又是將物理世界的萬物數(shù)字化，即“真實對象的虛擬映射”，Gartner將“數(shù)字化雙胞胎”定義為此，這意味著，數(shù)字雙胞胎可以是產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)、設(shè)施或系統(tǒng)。

數(shù)字雙胞胎可以在早期應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計;測試期應(yīng)用于研發(fā)和工程中來改進產(chǎn)品原型的制造;最終能夠通過工程和服務(wù)相結(jié)合，利用數(shù)據(jù)生成的數(shù)字雙胞胎，對產(chǎn)品進行數(shù)字化監(jiān)控與操作。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)賦能企業(yè)的數(shù)字雙胞胎，可以推動企業(yè)實現(xiàn)對“物”的性能、運行和質(zhì)量的跟蹤。

基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)業(yè)主及其團隊在很多大型工程中已經(jīng)認識到了利用數(shù)字孿生模型的潛力，其中包括在設(shè)計、施工和運營全生命周期的模擬和決策支持中應(yīng)用分析、人工智能 （AI） 和機器學(xué)習(xí) （ML）。為了實現(xiàn)此潛力，資產(chǎn)的表現(xiàn)形式顯然需要數(shù)字化，但要安全地利用孿生模型，必須有可行的解決方案，使其與現(xiàn)實世界中不斷變化的實際情況同步。而且，如果不理解在工程或資產(chǎn)工程規(guī)范中采集的“數(shù)字 DNA”，僅僅采集和表現(xiàn)包括物聯(lián)網(wǎng)輸入數(shù)據(jù)在內(nèi)的物理狀況，永遠不足以理解、分析或?qū)︻A(yù)期改進進行建模。

因此，要真正變得有價值，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生模型必須可靠地同步反映資產(chǎn)的物理現(xiàn)實及其“虛擬”（工程數(shù)據(jù)）。數(shù)字孿生模型可以滿足在地理空間上融合數(shù)字環(huán)境（代表著現(xiàn)實）與數(shù)字組件（代表著虛擬）的要求，因此可以為可視化和分析可視化提供一個沉浸式環(huán)境。

但是，到目前為止，已經(jīng)很難對運營時資產(chǎn)不斷演變的三維物理現(xiàn)實進行數(shù)字化采集，更不用說不斷保持更新了。與此同時，相應(yīng)的運營時工程信息也越來越難獲取，或者更好一些的情況，獲取的信息是過時的，往往是不透明的工程文件或非智能文檔格式中實際上不可訪問的各種“暗數(shù)據(jù)”。

Bentley軟件公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Keith Bentley認為，技術(shù)整合使面向基礎(chǔ)設(shè)施工程的工程數(shù)字孿生模型和性能數(shù)字孿生模型成為可能。在縱覽基礎(chǔ)設(shè)施2018 大會上，Bentley宣布即將推出 iTwin Services，即面向基礎(chǔ)設(shè)施工程（工程數(shù)字孿生模型）和資產(chǎn)（性能數(shù)字孿生模型）的數(shù)字孿生模型云服務(wù)。據(jù)Bentley介紹，iTwin Services 可以為使用其ProjectWise和AssetWise產(chǎn)品套件的用戶在Bentley的互連數(shù)據(jù)環(huán)境 （CDE） 中輕松進行配置，這一服務(wù)將在2019年初提供，每個iTwin按季度支付基本訂購費，收費將依據(jù)規(guī)模、數(shù)字組件和數(shù)字環(huán)境，此外還包括云配置和 Web 可訪問性。