BIM在設(shè)計施工一體化中的應(yīng)用

文｜蔣學(xué)紅 劉菊 李巖松 王成望 楊印波

在“數(shù)字中國”戰(zhàn)略和工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的雙重推動下，工程建設(shè)領(lǐng)域逐步向數(shù)字化、信息化、智能化方向變革。BIM 技術(shù)作為工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)，探索其在工程建設(shè)設(shè)計施工一體化應(yīng)用新模式，發(fā)揮其在工程設(shè)計、施工、管理、運營各階段應(yīng)用價值，推動工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展是擺在工程建設(shè)行業(yè)各類專業(yè)技術(shù)人員面前的首要任務(wù)。

一、河北省BIM 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國家與地方相繼出臺有關(guān)政策，推廣BIM 技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，為工程建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了良好的環(huán)境。河北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2021 年頒布了《河北省建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用指南（試行）》，提出要提高全省勘察、施工、咨詢、運行維護(hù)等單位的BIM應(yīng)用水平；鼓勵企業(yè)優(yōu)化BIM 設(shè)計組織方式，逐步推廣基于BIM 技術(shù)的工程項目數(shù)字化資產(chǎn)管理和智慧化運維服務(wù)，進(jìn)一步提升建設(shè)工程質(zhì)量、效益和管理水平。

當(dāng)前河北省各類工程項目建設(shè)過程中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用并未完全打破各參建方之間的技術(shù)壁壘，跨階段、全生命期的BIM 應(yīng)用尚在探索。現(xiàn)階段BIM 技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)單階段、點狀和碎片化的特征，各參與方對BIM 應(yīng)用認(rèn)知不一、權(quán)責(zé)不明，導(dǎo)致各方協(xié)作困難；目前應(yīng)用主要聚焦在兩個方面：一是把BIM 作為單項業(yè)務(wù)生產(chǎn)工具，如正向設(shè)計、深化設(shè)計，用BIM工具對施工組織進(jìn)行表達(dá)等；二是把BIM 作為單項業(yè)務(wù)管理工具，如多專業(yè)的設(shè)計管理、多專業(yè)的深化設(shè)計協(xié)調(diào)、對多方的施工組織BIM成果進(jìn)行工作統(tǒng)籌等。BIM 技術(shù)未深度融入招投標(biāo)、施工過程管理及竣工交付過程。對于設(shè)計院，BIM 技術(shù)的引入將打破傳統(tǒng)工具使用習(xí)慣，并增加人員和資金投入，施工企業(yè)主要使用BIM 技術(shù)的MEP 功能解決機(jī)電管線安裝的問題，而建設(shè)單位目前大都欠缺項目建設(shè)中應(yīng)用BIM 進(jìn)行采購、設(shè)計、建設(shè)、合同等方面的專業(yè)管控能力和應(yīng)用思路。因此BIM 數(shù)據(jù)無法在各階段間共享，致使業(yè)務(wù)管理無法協(xié)同。因此，加強(qiáng)并推動BIM 在設(shè)計施工一體化領(lǐng)域的應(yīng)用仍有許多工作要開展。

二、BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計施工管理一體化中的應(yīng)用價值及策略

依托BIM 技術(shù)的可視化、參數(shù)化、可模擬、可協(xié)調(diào)特性，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI 等技術(shù)，可實現(xiàn)建筑物從設(shè)計到后期維護(hù)的全套數(shù)字化管理和模擬優(yōu)化。立足BIM 技術(shù)在建筑全生命期應(yīng)用優(yōu)勢，在項目設(shè)計前期，制定設(shè)計施工一體化BIM 技術(shù)應(yīng)用策略和一體化信息模型，對項目場地、環(huán)境（聲、光、熱、風(fēng)、日照等）、施工工藝工序、材料、設(shè)備、成本、進(jìn)度等進(jìn)行模擬，對各專業(yè)在設(shè)計過程中的合規(guī)性和錯、漏、碰、缺等協(xié)調(diào)性問題進(jìn)行檢查，能夠指導(dǎo)施工進(jìn)程，更好的控制施工過程，消除潛在問題，優(yōu)化施工組織，減少施工過程中的不確定性，最終實現(xiàn)對工程建設(shè)成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、資料和運維的協(xié)同、精細(xì)化管理，達(dá)到“保證質(zhì)量，降低成本，提升效益”的目的。

圖1 設(shè)計施工一體化BIM 技術(shù)應(yīng)用實施組織架構(gòu)圖

圖2 設(shè)計施工一體化BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

以河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院正定新區(qū)醫(yī)院項目為例，該醫(yī)院項目具有建筑功能分類繁多，醫(yī)療工藝與機(jī)電管線復(fù)雜等特征，同時項目建設(shè)工期緊，質(zhì)量要求高，參與方眾多，交叉配合作業(yè)頻繁。基于以上實際，項目在建設(shè)前期引入專業(yè)BIM 咨詢服務(wù)團(tuán)隊，創(chuàng)新了覆蓋設(shè)計-施工-竣工交付全過程的一體化BIM 技術(shù)應(yīng)用和管理模式：一是改變組織內(nèi)生產(chǎn)關(guān)系，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作，構(gòu)建了數(shù)據(jù)化、透明化、輕中心化的組織模式以及扁平化的管理層級，重構(gòu)了企業(yè)與客戶、企業(yè)與員工、組織與組織之間的關(guān)系，構(gòu)建了各方實時溝通-反饋的響應(yīng)機(jī)制；二是改變項目全過程協(xié)作關(guān)系。在數(shù)字化平臺的賦能下，建設(shè)方、施工方與咨詢方等各參與方以項目為中心，形成風(fēng)險共擔(dān)、價值共創(chuàng)、利益共享的新型生態(tài)關(guān)系和共同體；三是BIM技術(shù)應(yīng)用采用建設(shè)單位（業(yè)主）主導(dǎo)實施模式，BIM 咨詢單位協(xié)助業(yè)主對BIM 實施進(jìn)行總策劃、總協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)各參與方在項目全生命期內(nèi)協(xié)同應(yīng)用BIM 技術(shù)，充分發(fā)揮了BIM 技術(shù)的最大效益和價值。

三、BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計施工一體化中應(yīng)用的路徑

隨著BIM 技術(shù)全過程應(yīng)用提上日程，國家及地方政府以及越來越多的建設(shè)方對企業(yè)在承接市場項目的過程中，在不同總包形式、相應(yīng)階段、不同數(shù)據(jù)集成等方面提出了較高的BIM數(shù)據(jù)承接能力，要求通過BIM 技術(shù)將設(shè)計到建造的數(shù)據(jù)打通，并實現(xiàn)基于平臺的信息協(xié)同。

圖3 基于BIM 技術(shù)的工程數(shù)字化協(xié)調(diào)管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計施工一體化的BIM 應(yīng)用體系是“一把手”工程，“一把手”角色由業(yè)主/建設(shè)方擔(dān)任，BIM 技術(shù)應(yīng)用應(yīng)圍繞業(yè)主的四大目標(biāo)即投資、進(jìn)度、質(zhì)量、安全，制定體系化的應(yīng)用策劃。

基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交付規(guī)范，設(shè)計階段的BIM 數(shù)據(jù)傳遞至施工深化設(shè)計階段，繼而在土建模型基礎(chǔ)上，對二次結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計，精確計算各砌塊數(shù)量、下料規(guī)格，并基于總平面圖和地理信息，排布施工場地中的堆場、加工場和塔吊群。

基于BIM 技術(shù)的工程數(shù)字化協(xié)同管理平臺，匯集了設(shè)計、招投標(biāo)、深化設(shè)計各階段的BIM 數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全過程、精細(xì)化、分級管理的能力，輔助建造過程中工程成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全管理、合同管理、物資管理、工程技術(shù)/驗收資料管理等工作，實現(xiàn)精益建造。

圖4 麥克利米曲線圖（圖例：PD：設(shè)計前期；SD：方案設(shè)計；DD：擴(kuò)初設(shè)計；CD：施工圖；PR：采購；CA：施工管理；OP：運營）

四、BIM 技術(shù)應(yīng)用趨勢與展望

我國大部分建筑業(yè)企業(yè)正在經(jīng)歷由麥克利米曲線3 向曲線4 發(fā)展階段的過渡。曲線3 代表著我們當(dāng)前傳統(tǒng)的設(shè)計過程，即在擴(kuò)初設(shè)計及施工圖階段進(jìn)行大量設(shè)計變更，而曲線4 則代表最優(yōu)選的設(shè)計過程，即大多數(shù)設(shè)計在設(shè)計前期及方案設(shè)計中完成。

建筑業(yè)企業(yè)合作方式正在逐步由最初的切段式合作向總承包、一體化合作過渡，各方協(xié)作階段逐步前移，能夠充分發(fā)揮BIM 優(yōu)勢，代表BIM 技術(shù)應(yīng)用的未來趨勢不是DBB、CMR和EPC 合作模式，而是IPD“一體化綜合交付模式”。IPD 模式集成人員、系統(tǒng)、知識、經(jīng)驗，能夠最大化降低成本、避免返工、減少浪費、縮短工期，實現(xiàn)了建造流程和合作方式高度精細(xì)化和協(xié)同化。因此，拓寬和更新項目管理思維，擁抱行業(yè)發(fā)展趨勢，及時進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用和管理模式變革，是推動工程建設(shè)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。