BIM技術(shù)在建筑工程項目全生命周期中的應(yīng)用探索

■ 中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司 李盼

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢不可擋，信息技術(shù)發(fā)展日新月異。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》在“加快數(shù)字化發(fā)展 建設(shè)數(shù)字中國”專篇中，提出打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢、加強(qiáng)關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用、加快推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、建設(shè)智慧城市、營造良好數(shù)字生態(tài)等，實(shí)施“上云用數(shù)賦智”行動，推動數(shù)據(jù)賦能全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同轉(zhuǎn)型。作為建筑信息化的載體，BIM技術(shù)受到了高度重視，但目前BIM技術(shù)介入工程項目尚處于初級階段，大都局限于工程設(shè)計階段，而非項目全生命周期。作為設(shè)計、施工、運(yùn)維多專業(yè)信息集成平臺的BIM，其所帶來的行業(yè)發(fā)展紅利還沒有得到充分開發(fā)。基于此，本文從分析項目全生命周期管理及BIM技術(shù)特點(diǎn)入手，闡述BIM技術(shù)給工程全方面帶來的革命性改變，并以鄭州鄭東新區(qū)白沙安置區(qū)二期（永盛家園）項目為例，直觀展示BIM技術(shù)的優(yōu)勢，以期為類似工程提供參考與借鑒。

項目全生命周期及BIM技術(shù)

項目全生命周期

全生命周期概念是在項目管理策略層面提出的，包括項目的決策階段、實(shí)施階段和使用階段（運(yùn)營階段），提供從項目構(gòu)想、研究與設(shè)計、建造施工到項目運(yùn)營及維護(hù)整個過程的全生命周期管理及專業(yè)技術(shù)咨詢服務(wù)。BIM技術(shù)介入項目全生命周期、獲得項目各參與方認(rèn)可，有利于各方單位達(dá)成目標(biāo)，為各方單位服務(wù)增值。整個項目周期涉及至少八方單位，如圖1所示，其中，藍(lán)色為直接參與方，白色為項目相關(guān)方。

圖1 項目全生命周期相關(guān)方

雖然項目總體目標(biāo)一致，但就單一參建方來說，其目標(biāo)存在差異，見表1。這些目標(biāo)既分散又統(tǒng)一，要使這些目標(biāo)都能實(shí)現(xiàn)增值，需要高度集成的信息化技術(shù)對項目全生命周期進(jìn)行管控，并實(shí)現(xiàn)信息共享。

表1 相關(guān)方項目建設(shè)目標(biāo)

BIM技術(shù)

BIM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)70年代，但BIM這一名稱的正式出現(xiàn)是在2002年，全稱為建筑信息模型（Building Information Modeling），旨在采用三維數(shù)字技術(shù)呈現(xiàn)建筑工程項目所有相關(guān)信息的工程模型，搭建建筑工程項目所有關(guān)聯(lián)方信息匯總、交互的數(shù)字化平臺，以滿足項目全生命周期管理需求。

全生命周期管理中的BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是建筑業(yè)信息化的衍生品，信息的創(chuàng)建、管理、共享是核心。基于BIM技術(shù)進(jìn)行建筑工程項目全生命周期管理，有利于實(shí)現(xiàn)項目決策階段、設(shè)計階段、施工階段和運(yùn)營階段不同相關(guān)方信息的集成，使之成為隨項目進(jìn)度同步變化的動態(tài)信息鏈，從而避免傳統(tǒng)分散的階段性項目管理產(chǎn)生的信息缺失，如圖2所示。

圖2 項目信息管理方法比較

全生命周期各個階段的任務(wù)不同，所需要的信息承載體亦存在差別。BIM技術(shù)作為信息集成可視化平臺，在各階段可以承擔(dān)的主要管理任務(wù)如圖3所示。

圖3 BIM技術(shù)在全生命周期中的應(yīng)用

從圖3可以看出，目前BIM技術(shù)更多地被應(yīng)用于設(shè)計、施工及運(yùn)營階段，即項目實(shí)施階段的管理工作。以設(shè)計階段為例，其工作需要多專業(yè)協(xié)同配合才能完成。不同于國外專業(yè)性設(shè)計所，我國設(shè)計院大多屬于集成型設(shè)計院，但即便這樣也無法確保圖紙萬無一失。該階段包含的信息主要包括勘察設(shè)計信息、造價信息、合同信息、同類工程信息、公共信息、材料信息、經(jīng)濟(jì)信息等。

隨著BIM技術(shù)的逐漸完善，信息化技術(shù)在決策階段的重要性將大大增加。在決策階段，其主要任務(wù)是確定項目的定義，包括項目地點(diǎn)、實(shí)施組織、建設(shè)目的和任務(wù)、落實(shí)建設(shè)資金、項目投資、進(jìn)度及質(zhì)量目標(biāo)。所包含的信息管理包括市場信息、資源信息、環(huán)境信息、公共信息、投資信息、推廣信息等。

全生命周期中的BIM技術(shù)決策階段設(shè)計階段施工階段運(yùn)營階段建筑策劃場地分析性能化分析參數(shù)化分析可視化交流多專業(yè)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計工程量統(tǒng)計數(shù)字化制造管線綜合設(shè)計4D施工模擬5D預(yù)算管理施工現(xiàn)場配合運(yùn)營信息集成資產(chǎn)及空間管理系統(tǒng)優(yōu)化分析災(zāi)害應(yīng)急模擬建筑改造

BIM技術(shù)在工程全生命周期中的應(yīng)用

工程概況

鄭州鄭東新區(qū)白沙安置區(qū)二期（永盛家園）項目，規(guī)劃用地面積31725m2，總建筑面積139072.05m2。該地塊工程內(nèi)容包括地下車庫，6棟住宅樓，社區(qū)便民店、紅事禮堂及服務(wù)用房各一棟，以及大門、公廁與室外工程。項目共設(shè)3層地下室，地上25層，建筑總高度72.8m，屬于高層建筑。地下工程又細(xì)分為停車場、設(shè)備房及二級人防區(qū)，工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用CFG樁復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)采集和深度的確定

目前，國內(nèi)BIM信息集成系統(tǒng)主要由Autodesk Revit和魯班軟件構(gòu)建。Revit系列軟件可直接建立建筑信息模型，可以在項目建設(shè)全周期流程中通過樣本信息來設(shè)計和增刪項目；魯班軟件則集成眾多建筑外觀及結(jié)構(gòu)構(gòu)件，利用可視化來模擬項目內(nèi)部和外部的真實(shí)環(huán)境，讓項目各方直觀地掌握工程構(gòu)成、工期和環(huán)境的影響。

該項目BS23-10-02地塊工程的三維BIM信息庫采用Revit軟件和魯班系列軟件，在項目的方案階段即明確BIM技術(shù)團(tuán)隊的職責(zé)和任務(wù)，詳細(xì)了解工程建設(shè)場地的勘察、設(shè)計等數(shù)據(jù)成果，最大程度地掌握項目的實(shí)際情況和所面臨的技術(shù)難點(diǎn)。

收集數(shù)據(jù)完成后，統(tǒng)一對建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電、通風(fēng)、消防、人防等各專業(yè)模型進(jìn)行定制專業(yè)項目樣板（三維模型），確定各個專業(yè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和文檔命名。例如，該項目分別對各專業(yè)進(jìn)行下列命名：C—場地；TJ—土建；JZ—建筑；A—結(jié)構(gòu)；W—給排水；P—暖通；E—電氣；B—設(shè)備；M—幕墻；ZX—裝修。

在這種框架下，利用軟件再統(tǒng)一編制各建筑或構(gòu)件格式。例如，<項目代號>—<子項代號>—<擬建樓棟>—<擬建樓層>—<配套專業(yè)>—<模型類型>；通過命名規(guī)則可以在BIM系統(tǒng)中統(tǒng)一對不同類型的構(gòu)件進(jìn)行管理和調(diào)用，例如對“墻體”格式可編輯為：<樓棟號>—<使用的具體位置>—<主體結(jié)構(gòu)類型>—<結(jié)構(gòu)的尺寸>—<結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成>。比如，“—F3—主體外墻—混凝土結(jié)構(gòu)—350—C40P8”，其表示的意思為建筑地下3層外墻使用的為350mm厚C40抗?jié)B等級P8的混凝土。此外，BIM中構(gòu)建模型顏色采用MEP模型顏色定義，對不同構(gòu)建或不同模型類型進(jìn)行顏色區(qū)分。

工程設(shè)計階段

開展BIM工程設(shè)計，首先要明確設(shè)計方案的可行性，為今后的施工全過程起到指導(dǎo)性作用。與CAD繪制施工圖設(shè)計形式不同，BIM集成大量數(shù)據(jù)以三維乃至四維的方式進(jìn)行展示，設(shè)計人員不必受二維圖紙的約束，在BIM軟件中進(jìn)行建模，并通過可視化功能直觀地呈現(xiàn)建筑的全方位狀態(tài)，同時將工程所處的周邊環(huán)境展示在構(gòu)建的模型中。

根據(jù)場地實(shí)際情況，該工程的三維BIM模型盡可能真實(shí)地反映周邊環(huán)境和擬建的物件特征，劃分不同的工作區(qū)域逐個進(jìn)行建模，如在場地內(nèi)擬建成的生活區(qū)、辦公區(qū)、施工區(qū)等，大部分結(jié)構(gòu)可利用魯班軟件進(jìn)行搭建，如板房、塔吊、道路、加工棚等，再通過實(shí)際尺寸對所選構(gòu)架進(jìn)行參數(shù)完善，形成完整的三維場地模型（圖4）。

圖4 設(shè)計階段所構(gòu)架的BIM板房模型

利用軟件進(jìn)一步對各專業(yè)所需的模型進(jìn)行架構(gòu)，建成后的三維模型能完整清晰地呈現(xiàn)土建施工、機(jī)電安裝、暖通構(gòu)件等專業(yè)的數(shù)據(jù)信息，使設(shè)計人員能借助三維模擬圖合理地劃分各自的使用條件和使用步驟，最后進(jìn)行4D施工模擬。這一作法打破了傳統(tǒng)項目管理以及施工模式，對施工材料的準(zhǔn)確需求量進(jìn)行精確度計算，可以有效地改善和解決動態(tài)施工過程問題（圖5）。

圖5 設(shè)計階段所構(gòu)架的管線系統(tǒng)

施工組織階段

BIM技術(shù)所建立的三維模型，在施工階段同樣具有重要的作用。在施工組織階段，BIM技術(shù)展現(xiàn)整個項目從工程圍擋搭建—土方開挖—基礎(chǔ)施工—竣工的全過程信息，有效預(yù)防、提醒施工現(xiàn)場管理問題，避免錯誤施工或施工不明確的現(xiàn)象，可在實(shí)際施工中加快施工進(jìn)度，使施工質(zhì)量顯著提升。

以該項目BS23-10-02地塊2#樓第3層所設(shè)計的三維走廊管線布設(shè)模型為例，相比以往傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙，三維信息系統(tǒng)具有較高的辨識度，不同類型的管線在模型中操作更簡便、易于查找。同時，三維信息可明確區(qū)分走廊處的管線布置位置，在模型中點(diǎn)擊各種不同位置的管線，可進(jìn)一步了解各種管線的詳細(xì)參數(shù)，如管線的類型、型號以及安裝各拐點(diǎn)高度等，使施工方能夠快速理解設(shè)計意圖，進(jìn)一步提高工程建設(shè)質(zhì)量（圖6）。

圖6 3層走廊管線BIM立面圖

運(yùn)營管理階段

工程建造完成并不意味著BIM技術(shù)應(yīng)用的終止，BIM構(gòu)建的三維集成數(shù)據(jù)庫，對于竣工后的建筑試運(yùn)營階段管理將發(fā)揮重要的作用。在施工完成后，對于埋置于建筑內(nèi)部的隱蔽管線以及管網(wǎng)、構(gòu)建的型號及其埋置位置，BIM數(shù)據(jù)庫可直接查詢、變更或修改；工程若采用以往的管理流程，則需要再次收集設(shè)計圖、施工圖、圖紙修改通知單、竣工圖等過程圖紙，變更圖紙未進(jìn)行存檔、缺失或管理稍有不慎等，都將給建筑后期使用階段的運(yùn)營和維護(hù)造成較大的影響。

以該項目BS23-10-02地塊主樓及附屬建筑為例，模擬建立的三維BIM數(shù)據(jù)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，其數(shù)據(jù)庫隨施工過程逐漸補(bǔ)充、完善，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可便捷查詢和修改，在運(yùn)營管理階段仍可繼續(xù)使用，也可以再對信息庫進(jìn)行補(bǔ)充完善。如對該工程的地下車庫埋設(shè)管線進(jìn)行檢查，可利用三維模型快速查詢各管線的接頭及走向布置，工程人員在現(xiàn)場核查時，對比BIM三維模型便可快速進(jìn)行維護(hù)和管理（圖7）。

圖7 BIM系統(tǒng)維護(hù)階段的管線檢查

由此可見，BIM技術(shù)也可以在工程完成施工之后繼續(xù)使用，有針對地對易損構(gòu)件進(jìn)行管理和維護(hù)，進(jìn)而提升建筑項目的使用壽命。同時，BIM模型能夠準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)和定位空間，進(jìn)而有效地管理和運(yùn)營建筑項目，避免在維護(hù)管理階段中產(chǎn)生問題，從而提升整個項目的附加價值。

總結(jié)

本文分析項目全生命周期及BIM技術(shù)的特點(diǎn)及適應(yīng)性，闡述BIM技術(shù)在建筑工程全生命周期的應(yīng)用細(xì)節(jié)，并以鄭州鄭東新區(qū)白沙安置區(qū)二期（永盛家園）項目BS23-10-02地塊2#樓及附屬建筑工程為例，分階段闡述BIM技術(shù)在建筑項目全生命周期中的應(yīng)用效果。研究表明，BIM技術(shù)可運(yùn)用于建筑工程全生命周期，并取得以下主要成果：一是BIM數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)采集階段，需嚴(yán)格遵守定制專業(yè)項目樣板（三維模型），確定各專業(yè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和文檔命名，以方便后期的數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)調(diào)用；二是設(shè)計階段所構(gòu)建的BIM數(shù)據(jù)系統(tǒng)可在項目的全生命周期繼續(xù)使用，設(shè)計人員利用三維可視化可將具體的項目形象化，讓工程所處的周邊環(huán)境呈現(xiàn)在構(gòu)建的模型中；三是利用BIM技術(shù)，有利于快速提升工程后期維護(hù)效率和附加價值，避免在維護(hù)管理階段中產(chǎn)生一系列問題；四是BIM技術(shù)信息庫的建立和使用，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計可視化、施工質(zhì)量可控化、后期維護(hù)高效化。