IPD模式集成BIM 技術在隧道全生命周期中的應用研究

寇邦寧

摘要：BIM以三維可視化信息模型為載體，其更大的價值體現(xiàn)在基于模型對數(shù)據(jù)信息的處理分析和協(xié)同管理上;IPD先進的管理理念，其核心思想也體現(xiàn)了跨部門、跨系統(tǒng)的協(xié)同，這與BIM理念相得益彰。BIM可以為IPD模式提供技術支撐，IPD模式可以解決由于傳統(tǒng)DDB模式引起的參與方信息交互分離、專業(yè)之間缺乏合作、效率低下、工期延誤以及成本失控等弊端。文章以珠海市大橫琴山隧道工程為依托，研究IPD模式集成BIM技術在隧道建設各個階段的應用，分析BIM作為IPD技術支撐的功能價值以及趨勢，以推動隧道智慧建造和精細化管理的發(fā)展。

關鍵詞：BIM技術;IPD模式;協(xié)同管理;全生命周期

0 引言

在工程領域“綠色建造，智慧建造”的理念已經(jīng)深入人心，一方面要對工程進行精細化管理，以減少由于粗放式的管理造成工期延誤、效率低下、浪費、安全質量問題突出等情況;另一方面要使行業(yè)武裝先進的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，在信息化技術的支撐下提升工程的質量和安全。

然而，據(jù)相關調查資料統(tǒng)計，在建筑工程項目中，有70%的工程項目工期延誤，施工中人身安全問題是其他行業(yè)的2.5倍[1]，再加上隨著人們對出行的需求和要求的提高以及交通網(wǎng)絡化的發(fā)展，不管是鐵路隧道還是公路隧道的建設規(guī)模與日俱增，結構形式復雜多樣，技術難度增加，地質條件復雜化，施工條件惡劣，這使得現(xiàn)代隧道工程建設更加復雜化，安全管理、質量管理、進度管理以及成本管理的風險都得不到有效的把控。在這種情形下，我們就需要突破傳統(tǒng)管理思想的禁錮，尋求一種新的管理模式提高項目建設的效率和質量，利用信息化技術，達到項目的精細化管理，突破傳統(tǒng)管理模式下的弊端，集成參加各方、各組織、各專業(yè)、各階段，在統(tǒng)一的平臺上共享信息，去其碎片化、分離化。

因此，IPD（IntegratedProjectDelivery）模式應運而生。IPD集成管理模式作為一種新的管理模式，通過協(xié)同項目的參建各方，在最大程度上滿足現(xiàn)代工程建設的需求。再加上先進的信息技術和計算機技術的發(fā)展，BIM技術的應用也日趨成熟，BIM可以解決IPD模式在實施過程中的諸多問題，使IPD管理理念落地，而IPD又可以為項目交付以及BIM應用提供系統(tǒng)支撐，IPD與BIM結合的項目協(xié)同管理，利用其功能和優(yōu)勢，可以更好地為項目的建設增值，促進建設項目目標的實現(xiàn)。

諸多學者為了推動現(xiàn)代工程建設的發(fā)展，進行了相關的研究。黃廷[2]基于BIM研究了公路隧道運維管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)。郭俊禮等[3]研究建筑信息模型各功能在IPD項目及各階段的應用，提出BIM在IPD項目各階段的建模策略和具體應用方法。魏曉雨等[4]通過對IPD項目管理模式和BIM特點的分析，構建了基于BIM的IPD協(xié)同工作模型，探究了該模型在成本控制中的具體應用。楊一凡等[5]從項目組織結構、合同協(xié)議、實施過程、技術支撐4個方面構建了IPD模式的管理框架，優(yōu)化項目管理過程。王禹杰等[6]在介紹IPD管理模式及BIM價值優(yōu)勢的基礎上，從設計施工、成本與進度控制、運營維護及組織文化形成4個方面闡述BIM在建設項目IPD管理模式中的應用。

1 IPD模式的內涵

IPD（IntegratedProjectDelivery）即項目集成交付，與DBB（Design-Bid-Build）、DB（Design-Build）以及CMat-Risk（ConstructionManagementatRisk）同為工程項目交付方式的一種交付模式，是現(xiàn)階段建設項目交付模式新的發(fā)展方向。20世紀90年代末，IPD的雛形最先在BP（BritishPetroleum，英國石油）公司的英國北海石油鉆井平臺項目中取得成功，自此之后業(yè)界開始逐漸認識并接受IPD。2007年美國加州委員會和美國建筑師學會聯(lián)合發(fā)布了IPD指南，該指南把IPD的定義為：“整合體系、人力、實踐和企業(yè)結構為一個統(tǒng)一過程，通過協(xié)作平臺，充分利用所有參與方的見解和才能，通過設計、建造以及運營各階段的共同努力，使建設項目結果最佳化、效益最大化，增加業(yè)主的價值，減少浪費[7]”。

2 IPD模式集成BIM技術的價值

從IPD內涵中可知，IPD集成了人、各系統(tǒng)、各組織、各業(yè)務結構，基于合作、互利共贏的思想，使參建各方在各個階段達到信息共享共識，促進工程建設一體化，最大程度地減少返工和浪費、降低成本以及縮短工期，達到最優(yōu)項目目標。而BIM三維協(xié)同設計，作為項目管理的信息載體，可以在項目初期提供方案比選;在設計階段減少差錯漏碰，提高設計質量;在運維階段利用BIM進行運維管理和設備運營維護，這與IPD管理理念不謀而合，為IPD模式在項目全壽命周期中的管理提供了可靠的技術支撐。

2.1 全員協(xié)同參與，信息交互暢通

傳統(tǒng)模式下，項目參建各單位信息溝通受制于體制等原因，溝通閉塞，效率低下，而在IPD模式下，參建單位基于BIM可以協(xié)同工作（見圖1），避免信息碎片分離，使信息交流更加便捷（見圖2），致力于互利共贏的建設目標，參建各方能更好地接受和安排任務，提高工作效率。

2.2 早期介入，節(jié)省工期

如圖3所示，IPD模式相對于傳統(tǒng)的管理模式，建設項目各方就盡早地參與到項目中，在方案概念設計階段以及設計施工階段，各參與方可以集思廣益，將各自的知識和經(jīng)驗充分運用到建設項目中。尤其在設計階段，傳統(tǒng)的模式下只有設計單位參與設計，其他各方與設計單位缺乏溝通，甚至沒有溝通，這樣就會造成單位審圖階段與施工階段出現(xiàn)較多問題，導致工期延后。另一方面IPD模式集成各參加方在統(tǒng)一的平臺上，可以將項目的整體執(zhí)行效率提高，以縮短工期，促使項目的順利起步和成功實現(xiàn)。

2.3 提高質量，控制成本

IPD+BIM模式要求參加各方在項目初期盡早地參與到項目中。在設計階段，參建各方深度交流，集思廣益，共同決策，提高設計質量;在施工階段進行施工模擬，通過施工質量和技術監(jiān)控提高施工質量。英國政府商務辦公室（UKOGC）的研究表明，建設項目在運用IPD模式下，可以促使建設項目持續(xù)穩(wěn)定改善一系列的項目績效，將項目建設成本實現(xiàn)高達30%的節(jié)省[8]。所以，通過參與各方協(xié)同合作，IPD可以在整體上節(jié)約工程成本。

3 IPD集成BIM技術的應用案例分析

本案例依托于橫琴新區(qū)大橫琴山隧道工程。該項目位于珠海市橫琴新區(qū)，以橫琴新區(qū)為載體，大力推進粵港澳融合發(fā)展，實現(xiàn)島內交通高效組織以及區(qū)域交通的緊密銜接，路線全長約5.81km。以該山嶺隧道工程為依托，開展基于IPD+BIM的隧道建設管理的研究，提升工程的安全和質量，節(jié)省工期，節(jié)約成本。

3.1 概念方案設計階段

概念方案設計階段，在IPD模式下，BIM技術為各參與方的早期介入與溝通提供平臺。通過繪制線路曲線，坡度設計、隧道工點布置，建立3D概念體量，在三維環(huán)境下直接進行線路方案設計，直觀地看到工程周邊環(huán)境、地形地貌等情況（見圖4），進而分析項目策劃方案，根據(jù)線路周邊環(huán)境建筑控制點（見圖5～6）調整線路的走向和縱坡，對方案進行優(yōu)化，提前解決施工中可能出現(xiàn)的爭議，從根本上降低投資，提高質量，縮短工期。

3.2 設計階段

在設計階段，各參與方共同介入，提供不同角度的設計建議，并利用土建和機電BIM整合模型進行碰撞檢查，及時發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的“差錯漏碰”，通過專業(yè)協(xié)同，快速解決碰撞問題，減少施工階段的設計變更。

基于三維模型，利用BIM可視化和虛擬化模擬可以進行設計性能分析，模擬車流及人員疏散分析（見圖7～8），能夠真實地模擬當前救援通道設置條件下的疏散過程，輔助設計人員對救援通道進行優(yōu)化，確保緊急狀態(tài)下人員能夠及時疏散。

還可以利用BIM模型進行光照（見圖9）和能耗分析，能夠動態(tài)模擬各種工況下的實施效果。根據(jù)分析結果，對設計參數(shù)及模型進行修改，使設計方案在滿足結構安全的基礎上更具經(jīng)濟性和合理性，減少浪費，提升設計質量。

3.3 施工階段

施工階段，基于BIM施工管理協(xié)同平臺，對現(xiàn)場的道路、臨建、龍門吊等施工場地進行了合理的布置（見下頁圖10），通過場地布置的優(yōu)化提高現(xiàn)場組織管理效率。

將BIM模型與時間和空間數(shù)據(jù)關聯(lián)，利用詳細的施工方案和施工進度計劃，實現(xiàn)4D施工工法模擬和5D進度模擬，明確各項工作所需的資源以及供應計劃，實現(xiàn)精細化施工（見圖11）。

為了管理平臺實現(xiàn)多方數(shù)據(jù)交互，業(yè)主、監(jiān)理、施工方同時掌握現(xiàn)場信息，開發(fā)了手機移動端。現(xiàn)場施工人員通過手機移動端能夠快速獲取當前工程部位的設計參數(shù)，方便指導現(xiàn)場施工。對于現(xiàn)場存在的施工質量問題通過拍照上傳，提示有關部門進行處理，可實現(xiàn)精細化施工管理，有效提高現(xiàn)場管理效率。通過幫助管理層提前預防，并在過程中部署檢查的重點，對平臺記錄進行跟蹤管理，有效分析出質量、安全問題的多發(fā)部位，促使資源最優(yōu)化。

基于BIM可視化平臺，可獲取高效的協(xié)調和管理監(jiān)控信息（見圖12）。通過無線傳輸技術自動綜合測試系統(tǒng)，將現(xiàn)場安裝的監(jiān)控設備與電腦平臺相連，實時監(jiān)控現(xiàn)場施工情況，達到安全文明施工。

3.4 運維階段

在IPD模式下，BIM協(xié)同平臺（見圖13）集成了設計和施工階段的所有數(shù)據(jù)信息，這將會極大地方便運維階段的管理。例如平臺錄入了所有設計圖紙和施工過程中的資料，不論經(jīng)過多長時間，運維管理人員都可以輕松查詢和存儲。工程施工結束后，在運營階段往往存在對人員管理混亂、責任不清等問題，而平臺構建了各參與單位人員資源信息，可以查詢項目實施階段各責任人的信息，便于運維管理。

病害維護是隧道運營階段的任務之一，建立隧道健康專項檢測，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌漏水、開裂等病害后及時進行整治。安裝相關感應元件，進行火災煙霧、CO濃度等監(jiān)測，一旦出現(xiàn)行車安全預警，可及時上報并采取應急措施。

4 結語

通過IPD模式集成BIM技術，從單純的平面交付轉向全信息模型集成交付;從各單位分離完成項目轉向各單位協(xié)同完成;從離散的管理轉向基于同一模型的全生命周期的管理。隨著先進信息技術的發(fā)展和移動終端的普及，建立基于BIM技術的云管理平臺和移動管理平臺，匯聚所有參建方參與其中，以提高參建各方的溝通效率，使項目質量得到保證，工期得到控制，成本得到節(jié)約，最終實現(xiàn)項目的精細化管理，為項目的增值服務。

目前國內IPD模式結合BIM技術的應用還很少，還存在很多問題，尤其受到傳統(tǒng)模式的制約，各參與方都是以自己的利益為中心，很難構建一個利益共同體。其次缺乏健全的法律和標準的體系，使得IPD+BIM推進很緩慢。政府部門和建設工程行業(yè)應加快制定相關的規(guī)范標準，并給予相關的政策優(yōu)惠，以加快IPD+BIM的應用，促進我國建筑工程智慧建造的發(fā)展。

參考文獻：

[1]滕佳穎，吳賢國，翟海周.基于BIM和多方合作的IPD協(xié)同管理框架[J].土木工程與管理學報，2013，30（2）：80-84.

[2]黃 廷，陳麗娟，史培新，等.基于BIM的公路隧道運維管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)[J].隧道建設，2017，37（1）：48-55.

[3]郭俊禮，滕佳穎，吳賢國，等.基于BIM的IPD建設項目協(xié)同管理方法研究[J].施工技術，2012，41（22）：75-79.

[4]魏曉雨，吳忠富.基于BIM的IPD協(xié)同工作模型在項目成本控制中的應用[J].項目管理技術，2015，13（8）：40-45.

[5]楊一凡，杜 靜.建設項目IPD模式及其管理框架研究[J].工程管理學報，2015，29（1）：107-112.

[6]王禹杰，侯亞瑋.BIM在建設項目IPD管理模式中的應用研究[J].建筑經(jīng)濟，2015，36（9）：52-55.

[7]AIA.IntegratedProjectDelivery：Aguide[R]California：AIA，2007.

[8]OfficeofGovernmentCommerce.AchievingExcellenceinConstructionProcurementGuide[EB/OL].www.ogc.gov.uk，2007-05-06.