建設工程項目全生命周期BIM技術應用管理研究

蔣小龍，魏 銳，楊兵兵

（1.酒泉職業技術學院，甘肅 酒泉 735000；2.甘肅第六建設集團股份有限公司，蘭州 730000）

根據建設工程項目各參與方的專業性質，針對設計單位、施工單位、監理單位及實驗監控監測等類別的內容，其中設計單位的內容包括模型審查、指導模型虛擬演示；施工單位的內容包括BIM實施方案審查、施工深化模型審查、總體施工組織及專項方案BIM模擬、數字化加工制造方案咨詢和工地標準化建設仿真模擬等；對鋼結構制造廠商的內容包括BIM智能制造方案審查、監督生產過程BIM技術應用、BIM模型數字格式轉換和總結梳理智能制造成果；對監理方的內容包括培訓掌握BIM基礎技能、反饋BIM咨詢成果輔助計量；對試驗測控方的內容包括指導培訓掌握BIM基礎技能、指導試驗數據關聯模型（試驗數據、測量數據和監控數據）[1]。

1 設計單位BIM技術應用管理

針對設計單位的BIM模型技術應用包括：施工圖設計模型咨詢審核及驗收、設計變更管理、BIM虛擬展示等三方面，各項工作內容與要求如下。

1.1 施工圖設計模型審核、驗收

按照項目制定完成的《BIM設計與交付標準》，對建筑、結構及機電工程各個專業模型進行審核，重點審核BIM模型的信息完備性、模型與施工圖的一致性。審查內容要求模型范圍應涵蓋全專業、全構件建模、模型的精細度、模型屬性信息完備性、模型的互用性、模型中構件與構件之間、模型與外圍環境之間是否存在空間沖突、模型能夠順利導入施工期BIM協同管理平臺、保留主要信息。

1.2 施工設計變更管理

設計中發生變更不可避免，對設計方BIM模型的更新及時性進行檢查，并確保相關變更流程及變更資料的留存及模型是否已完成掛接。

1.3 BIM虛擬展示和駕駛

提供平臺數據接口與數據上傳規則，設計方將BIM模型數據上傳平臺后，在PC、PAD和手機端完成模型的展示、虛擬瀏覽，方案具體要求模型渲染且畫面美觀，實現觸控、瀏覽等交互要求，具有較好展示效果；能夠接入VR及AR設備，實現虛擬現實及增強現實的體驗[2]。

2 施工單位BIM應用管理

施工單位BIM技術應用內容包括施工、制造單位的BIM技術實施方案、工地標準化建設BIM模擬、總體施組及專項施工方案的仿真模擬、中間交工BIM模型和施工階段BIM技術應用成果展示等方面內容，具體內容與要求如下。

（1）專項施工方案BIM與總體施工組織計劃仿真模擬及成果驗收。提出各專項施工方案4DBIM施工仿真模擬的技術要求；施工方各專項方案BIM施工仿真模擬的信息完備性；各專項施工方案BIM仿真模擬的合理性和真實性；確保各專項施工方案4DBIM施工仿真模擬的及時性，確保BIM模擬成果隨各專項施工方案在專家評審會上提交給專家審查。建立BIM模型與施工計劃（project文件）及現場進度數據之間的邏輯關系，動態、可視化地展示標段及全線的進度計劃，并生成工料機等資源的需求曲線。

（2）中間交工BIM模型審核及成果驗收。協助業主針對施工單位建立基于計量支付的施工BIM模型交付機制；審核工程形象進度，模型深化程度和工程量復核；對各階段的施工深化BIM模型進行驗收。

（3）視頻、PPT和成果報告整理總結。承包人及時總結梳理施工期BIM技術應用成果，形成視頻、PPT及成果報告等資料，便于相關單位到場參觀學習。

（4）施工方案BIM仿真模擬。施工方案BIM模擬是施工階段模型應用的主要內容，通過對方案進行虛擬4D仿真，達到預演優化與可視化交流的目的。施工方應制定專項方案仿真模擬內容，同時對仿真模擬成果進行審核，提升BIM應用價值。

3 運營期BIM應用管理

工程項目BIM技術應用立足建設期，著眼于全壽命周期管理。BIM應在施工階段后期開展對運營期BIM總體規劃與平臺設計。運營期BIM總體規劃包括BIM技術應用、平臺規劃及數據協同等，使設計、施工階段的模型與信息能夠流轉到運營階段。基于BIM的工程全資產管理系統設計，結合BIM技術，設計針對土建結構、機電等重要資產設施的管理系統框架和功能模塊，建立全資產管理系統理念，使全線重要資產的BIM模型和數據能夠順利流轉到運營期進行有效管理，保持數據的延續性[3]。基于GIS+BIM的工程智慧管理系統設計，借助移動互聯網技術，結合GIS+BIM，設計針對工程運營期巡檢、健康監測、定檢、特檢、技術狀況評定和維修加固的BIM智慧管理系統框架和功能模塊，規劃設計三維可視化智慧養護管理平臺，使土建基礎設施的設計和施工階段的建造信息能夠無損地流轉到運營期使用。

4 全生命周期BIM協同平臺建設管理

根據項目的特點，BIM協同管理平臺應下設1個中心，3大平臺，3個階段，8大體系。1個中心為基于BIM云計算的數據中心；3大平臺為基礎BIM平臺、GSD（地理空間數據）平臺和IoT物聯網接入平臺；3個階段涵蓋項目規劃設計階段、施工階段和運維養護階段；8大體系分別為協同設計體系、安全管理體系、質檢體系、進度管控體系、計量支付體系、資料管理體系、監控測量體系和運維養護體系。

4.1 BIM數據中心

BIM數據中心是項目的數據大腦，承擔著項目全生命周期BIM相關數據的存儲、處理、分發和決策的功能，因此其通用性、可靠性、可計算性及接口標準化程度很大程度上決定了項目的成敗。鑒于建筑工程系統數據來源及處理登錄方式：PC端+移動端賬號登錄。BIM數據中心的數據處理能力來自對多源異構數據的接入和處理，BIM平臺、GSD平臺和IoT接口平臺承擔著主要數據入口及信息在線處理功能，因此底層平臺的選擇也制約著項目能否成功。

4.1.1 BIM平臺

BIM平臺作為最重要的基礎平臺，必須滿足以下幾方面的功能要求。

（1）能兼容市面主流BIM模型格式。

（2）支持PC端和手機端在線瀏覽模型，且交互要流暢。

（3）模型與項目的管理職能以及應用場景要高度融合。

（4）平臺接口要開放，支持二次開發，支持與GIS數據、IoT數據和圖文檔數據的對接。

（5）數據承載量要高，能支持10 km2的數據，5 000萬個以上的模型三角面。

4.1.2 GSD平臺

工程項目的全生命周期中需要對周邊地理環境有準確的了解，來幫助我們在規劃設計、施工建造和運營養護階段做出更好的決策，因此利用GSD做場景還原有助于項目決策。場景還原采集周邊的地理信息，信息來源可以是衛星照片，也可以是無人機攝影掃描[4]。GSD平臺需具有以下數據兼容功能。

（1）支持tif格式衛星圖片DOM、高程DEM/DSM。

（2）支持ArchGIS柵格數據。

（3）與BIM模型對接的坐標轉換、數據處理。

4.1.3 平臺IoT接口

項目建設和運維的大量信息需要借助物聯網技術對數據的采集、傳輸及處理，涉及的信息類型多樣，且采集每種信息的設備和傳感器類型千差萬別，因此平臺要有開放和強大的接口來兼容這些軟硬件信息，并在未來的運維中具有可擴展性。對于建設工程，平臺接入的IoT設備主要有如下種類：①視頻監控；②基坑監測；③主體施工監測；④人員和設備定位；⑤沉降監測；⑥拌合站質量管控；⑦實驗室試驗檢測。

4.2 規劃設計BIM技術管理

規劃設計對于建設項目實施至關重要，合理的規劃、精細化的科學設計，無論是對前期工程施工和后期運維難易程度、投資的經濟性，還是通行的舒適性、對周邊環境的影響性，都具有舉足輕重的意義。利用平臺BIM和GSD技術的疊加優勢，可以輔助規劃和精確設計，從而真正做到科學決策[5]。以下僅挑選若干點來展示協同平臺在規劃設計階段的價值。

4.2.1 規劃選址

建設工程對地理依賴性強，美學上講究與周邊環境的協調性，工程的技術經濟環境指標都有賴于前期合理的場址規劃。平臺需兼具BIM和GSD 2大基礎平臺，將工程數據和地理信息數據完美對接，實現所見即所得，為工程選址提供科學決策依據。此階段協同平臺的主要價值體現如下幾點。

（1）有效避開地質不良地段和生態脆弱地段。

（2）利用平臺的虛擬仿真功能，輔助選址、可行性研究。

（3）大幅減少現場踏勘次數及工作強度，地理數據直接線上瀏覽和量取。

4.2.2 BIM協同設計

平臺應能支持多專業的協同設計。BIM協同平臺應能支持主流建模軟件的導入，為發揮BIM在建設工程中的最大優勢，協同平臺應能支持以下輔助設計功能。

（1）工程量統計。平臺可實現工程量統計，為編制預算及施工招標標底提供精準的數據支撐，同時還可以按構件的不同屬性進行快速提量，為后續計量提供數據支撐。

（2）3D虛擬展示。設計方3D模型上傳平臺后，各方無需安裝專業設計軟件即可通過PC端和手機端在線登錄平臺，查看和瀏覽項目的三維效果。

4.3 施工BIM技術管理

平臺需要考慮工程施工管控的特點，將真實的業務管理需求、場景及流程和平臺功能結合起來，主要的管理要素要能和BIM深度結合與互動。

4.3.1 質量安全管理體系

平臺要能按發現、通知提醒、解決、復驗和閉環的流程實現質安問題的識別、上報通知、整改及檢查的閉環管理，做到質量安全無死角。綜合起來，平臺要實現以下功能。

（1）參建各方尤其是業主能在BIM平臺上知曉現場實際質量安全情況。

（2）業主能從平臺上得到問題匯總，進行橫向比較，判斷出哪些部位存在問題較多，進行重點關注。

（3）平臺要有巡檢功能，可設置巡檢路線和作業表單，巡檢結果可實時上傳平臺。

基于項目結構拆解，每個分項工程下掛標準工序。針對每道工序，結合首件工程，將每道工序的標準化施工工藝操作流程和質量控制要點進行拆解，形成標準化的工藝流程卡，通過手機可以便捷查詢。

針對每個分項工程下掛的標準工序，對不可逆的中間工序設置停止點檢查，例如混凝土澆筑簽認，中間交工驗收等環節，監理人員利用手機終端對中間工序停止點進行驗收檢查。提供手機移動端的便捷式工序驗收簽認驗收流程，能夠上傳時間、班組、現場照片和質量檢驗檢測結果等影相記錄，形成電子化的監理人員現場工序驗收信息。

質量、安全巡檢功能在上述質量—安全檢查—整改—回復流程中加入檢查路線功能，可對檢查點或檢查線路進行指定，各單位相關專職質檢、安全員須定期對巡檢路線進行日常巡檢，并將巡檢結果實時上傳，有效減少因施工線路長而造成的質量安全檢查組織難、巡檢時間長、巡檢結果反饋慢和整改結果核查慢等問題。巡檢還可進行相關數據統計，包括巡檢頻率統計、質量安全問題數量統計及隱患整改完成率統計，并根據各個單位完成情況進行系統排名。

4.3.2 進度管理體系

業主在自身人員緊張的情況下，要想了解建設工程的全面進度，傳統的聽匯報、現場檢查等方式所采集上來的信息往往是不準確且不及時的，借助BIM協同管理平臺，項目的進度信息配合相應的獎懲制度可以第一時間第一手地收集上來并動態直觀呈現。平臺需要實現的管理性需求如下。

（1）業主及施工方可以根據工期安排合理編排與調整施工組織計劃，并對重點工序作針對性細化。

（2）業主及其他參建方要能在BIM平臺上知曉實際進度。

（3）業主及參建方要能從平臺上知曉實際進度與計劃進度的偏差情況，并且能找到偏差發生的原因，繼而督促施工單位調整進度計劃。

（4）業主能從平臺上知曉每道工序的實際發生時間及完成時間，便于信息追溯。

要實現以上功能，平臺需具備以下功能。

（1）支持4DBIM模型。系統不僅支持直接在其中編制進度計劃，也可直接導入Excel、Project的進度進度計劃，并支持導出。通過將經過項目結構分解后編排好的進度計劃和相應BIM模型進行快速的關聯，給3D模型添加上時間維度變成4D模型，讓計劃進度結構化地存儲于BIM模型，為后續進度管理創造條件[6]。

（2）實際進度采集。可以利用電腦端或者移動客戶端實時添加構件生產、施工狀態信息，對當天施工完成的部位精準定位。

（3）時間節點智能提醒。（4）進度對比分析。

4.3.3 質檢體系

平臺需內置表單引擎，便于各類質檢表單的靈活配置，表單內容需符合項目所在省份的標準與格式。

4.3.4 監測監控體系

施工現場涉及大量有關施工狀態及施工安全方面的信息需要被采集和監控起來，從而指導信息化施工。這些信息和BIM信息屬于不同種類的信息，因此平臺需要提供強大的接口去接入這些信息。此部分內容可參考前面IoT接入平臺內容。

4.3.5 資料管理體系

平臺除具備基本的資料收集、分類、存儲及下載打印功能外，還需具備以下功能。

（1）可設置資料查閱權限。

（2）支持電子資料與工程相關或者與具體的模型構件相關聯。

（3）文件的上傳支持多種格式（Word文件、Excel文件、PDF文件及jpg等圖片文件），支持PC和手機端在線瀏覽查看。（4）符合建設工程項目特點的文件分類。（5）配置有文檔審核引擎。

4.3.6 計量支付體系對于一些線下蓋章后的掃描件也可上傳至附件，作為支付的憑證。發起計量通過對分項工程、變更工程、計日工簽證等數據自動調取，相關指標中的數據自動生成，無需手動再次輸入。

4.3.7 運維養護接口

工程項目的建設和運營通常是不同的主體來完成，運營期工作需要大量的建設期信息支撐，而根據統計，通常項目建設期結束后轉交給運維方的信息不超過60%，因此在項目交竣工期間，BIM咨詢方有必要協助業主方參與竣工資料驗收，確保各參建方信息與資料完整、真實地上傳到平臺并和BIM模型掛接，并移交后續運維方[7]。

運維期一般單位均有成熟的軟件，大部分是基于表單作業的，沒有相關的構件和地理信息。借助BIM協同平臺，不僅可以將設計建設期的信息完整繼承，還可以將二維管理升級成三維可視化管理，效率、精度以及成本上都會有質的提升。運維期平臺主要做好以下四方面的接口：①基于GIS+BIM智慧管理系統接口；②基于BIM健康監測系統接口開發；③基于BIM機電設備集成控制系統接口開發；④基于BIM應急管理平臺接口開發。

5 結束語

BIM技術針對設計單位、施工單位及監理單位等類別的內容，集成了BIM模型、GIS、IoT和圖紙文檔等多源異構數據，通過可視化瀏覽工程結構、周邊地理環境等信息，查看工程的進度、質量、安全及資金等工程數據，利用BIM技術做到工程信息一覽無余，解決了信息不對稱、信息孤島及工程現場視察難等管理問題，真正起到工程數字化管理的功能。