基于BIM技術的全生命周期數字交付管理研究*

王志海,李 兵

(1.江蘇省公共工程建設中心有限公司,江蘇 南京 210008;2.中通服咨詢設計研究院有限公司,江蘇 南京 210019)

本文結合BIM技術,以BIM運維為導向,構建了一套符合智能建造應用要求的數字交付成果標準,明確策劃、設計、施工及運維不同階段數字交付物的具體要求。明確了不同階段數字交付工具的要求,實現全生命周期數據的縱向生長與橫向擴展,真正發揮數據鏈價值,為管理賦能。

1 全生命周期數字交付現狀

1.1 全生命周期數字交付應用現狀

1.1.1交付物多樣性

隨著BIM應用軟件的成熟,基于BIM數據的交付物形式也越來越豐富,不僅包含了三維模型,同時可基于三維模型輸出相應的圖紙成果、視頻動畫成果、統計表單成果等;除了模型交付物外,在不同階段也有不同的管理平臺,如設計階段的協同設計平臺、施工階段的BIM施工管理平臺、運維階段的BIM運維管理平臺,通過平臺可將原本獨立的工程資料數據與BIM數據形成結構化交付物。

1.1.2交付物協同性

BIM數據是信息協同基礎,在工程全生命周期數據協同方面發揮著重要作用。工程交付過程中,設計階段不同設計專業可基于中心協同文件開展專業間的碰撞協調、優化;施工階段各項目參建方基于BIM施工管理平臺,開展工程施工過程數據的動態關聯;運維階段基于BIM運維管理平臺,開展物理實體與數字模型的實時模擬,為管理進行賦能。在全生命周期交付過程中,BIM數據作為協同的媒介,承載著不同階段管理要求。

1.2 全生命周期數字交付存在的問題及應對措施

相較于傳統交付方式,基于BIM的數字交付不僅僅是將傳統二維圖紙為主的紙質資料轉變為電子文檔,在數字交付過程中通過不同的數字交付工具,數字交付成果間也形成有特定關聯關系,從單一數據形成數據鏈路,固化為工程全生命周期數字資產,為后續階段管理和分析提供基礎。

正因為BIM交付物的多樣性和協同性,在工程全生命周期應用過程中,也出現了交付標準難執行、圖模不一致、實模不一致、成果精度不統一、數據不流轉等問題,這些問題制約了BIM技術在全生命周期的應用。為了進一步規范數字交付過程,需從數字交付標準、數字交付工具2方面進行約束。

2 基于BIM的全生命周期數字交付體系設計

2.1 目標規劃

對照工程全生命周期各階段管理目標,數字交付在不同階段的交付目標也不盡相同。在策劃階段,需進一步明確項目所執行的標準規范是以運維為導向,標準需可執行、可檢驗;在設計階段,需借助數字交付過程,對交付成果進行協同優化、智能審核,提升設計成果品質;在施工階段,借助數字交付,實現智能建造相關技術的集成應用,提升建造管理效率;在運維階段,依托數字化模型與物聯網傳感數據,引入綠色低碳運營算法,搭建數字孿生運維平臺,在數字空間中模擬,在現實空間中執行,提升運維服務水平。

2.2 流程設計

為便于工程全生命周期數字交付,對交付流程進行設計,明確不同階段的關鍵工作,如表1所示。

3 全生命周期數字交付管理要點

3.1 策劃階段數字交付

3.1.1組織架構

在項目建設全生命周期過程中,項目參加單位眾多,在項目協調過程中需明確各方權利與義務,通過明確項目組織架構,利用組織管理的方法,實現項目管理目標。結合BIM項目管理的特點,推薦成立項目BIM全生命周期數字交付領導小組,配置包含設計、施工、運營全專業融合團隊,支撐項目數字化應用,推薦組織架構如圖1所示。

圖1 項目組織架構

領導小組成員包含項目全部參建方,在BIM咨詢工作開展中,通過項目經理、技術負責人、專業負責人三級管理實現BIM數字交付質量、進度目標。

3.1.2實施方案

明確項目組織后,需進一步分析項目管理目標,編制對應的實施方案。主要包含目標分析、實施依據、實施計劃、實施要點、質量管理措施、進度管理措施、安全管理措施、成本管理措施等,明確不同階段、不同應用場景的數字交付方案、數字交付管理措施。

3.2 設計階段數字交付

設計階段主要工作包含模型生產、基于模型的應用及基于模型的監管,需重點關注圖模一致。

在模型生產環節,需借助專業軟件、輔助工具,搭建符合標準規范要求的模型。在模型生產過程中,借助BIM的協同性優勢,實現多專業交叉復核,對圖紙進行校核;基于可視化碰撞報告,對模型進行設計優化,避免施工過程中變更。模型生產環節需對照數字交付標準,檢查模型的完整性與合規性。

師：請同桌互相合作，一位同學摸幾何體模型并描述它的特征，另一位同學猜猜它的名字，然后交換進行．老師提兩個要求：第一，描述幾何體的時候，注意使用數學語言，要有條理的表達；第二，自己選擇一個你認為描述最準確最好的幾何體，準備匯報．

對于設計階段的優化,一方面是要解決本專業設計的合規性問題,另外也需解決交叉專業合理性問題。對于管線路由優化,選取有代表性剖面,綜合考慮支吊架、檢修空間、管道翻轉等因素,對管線的布置方案進行設計,出具管線剖面圖、主要路由平面圖、凈高分析圖,指導項目精裝修方案。常見的設計優化手段如表2所示。

表2 設計優化方法

在設計優化前,可利用三維設計軟件碰撞檢查功能輸出模型碰撞報告,并結合碰撞報告進行設計模型優化,合理排布管線路由。管線優化的目標一方面是要驗證設計凈高的合理性,同時進行交叉專業綜合路由設計,指導后續施工深化。管線優化的重點區域主要包含公共走道、專業設備用房、管井、門廳、屋面、室外管網等區域,驗證管線安裝檢修的便利性、空間凈高的合規性。

模型優化完成后,基于模型可輸出相應的凈高分析圖、各專業平面圖、立面圖、剖面圖、局部三維視圖、構件清單等,實現三維設計二維表達。在圖紙中應注意表達如表3所示內容。

表3 三維設計二維表達要點

其剖面如圖2所示,圖中展示了公共走道區域的機電管線優化方案,按綜合吊架原則對管線進行綜合排布,并預留管線轉換、綜合吊架位置。

圖2 公共走道綜合管線剖面

為進一步利用設計模型,可結合專業軟件進行模型的VR/MR展示,在虛擬空間直觀感受模型空間效果;結合專業模擬分析軟件,在真實環境中模擬日照、風環境、疏散等,進一步驗證設計合理性。

設計模型完成后,為進一步驗證模型是否符合規劃報建、施工圖規范要求,部分地區也相繼開展了基于BIM的智慧監管:BIM規劃報建是基于BIM方案模型自動輸出規劃要點表單,基于城市CIM場景,進行規劃方案審查;BIM施工圖審查是將規范條文轉化成機器可識別的計算機語句,在BIM施工圖模型中提取關鍵信息,與之比對,驗證模型合規性。隨著BIM應用越來越成熟,BIM智慧監管也進一步規范了模型生產的質量,為全生命周期數字交付奠定了基礎。

3.3 施工階段數字交付

為便于項目參建方的協同,基于BIM協同施工管理平臺,可實現模型的在線輕量化瀏覽、資料與模型的關聯、施工信息的添加、物聯網監測設施的接入,滿足施工現場質量、安全、進度、成本、資料管理要求,協同施工平臺核心功能,如表4所示。

表4 BIM協同施工管理平臺核心功能

在項目施工過程中,需結合施工平臺移動端錄入施工的實時數據,保證施工現場與模型同步修改,實模一致。

項目施工完成后,需在施工模型基礎上,對照數字交付要求,對模型進行復核并修正。利用BIM施工平臺資料導出功能,將施工過程形成的資料導出為結構化施工資料,在項目竣工交付中同步移交。

3.4 運維階段數字交付

運維階段的主要工作是進一步挖掘竣工模型價值,對接物聯網動態數據,開發數字孿生智慧運維平臺,為運維管理賦能。在運維平臺開發過程中,需重點關注數據、平臺、服務3方面。

1)數據 在運維交付過程中,數據作為運維的基礎,主要包含靜態數據與動態數據。靜態數據通常是在項目設計、施工過程中形成的數據,在運維過程中基本保持不變,數據承載的信息量大,需經過輕量化按需取用;動態數據通常是指利用物聯網傳感器收集到的實時數據,反映建筑的實時狀態。靜態與動態數據通過統一編碼進行映射,在平臺中實現自動關聯,主要的數據類型如表5所示。

表5 靜態與動態數據主要類型

2)平臺 運維平臺在開發交付中,通過解構平臺功能,可將運維平臺拆解為數據中臺、物聯網中臺、服務引擎及業務中臺。其中,數據中臺可滿足多源異構數據的在線轉換,滿足服務引擎加載要求;物聯網中臺鏈接不同種類物聯網硬件,實現動態與靜態數據組裝;服務引擎為運維平臺服務場景的開發提供了共性的開發組件,提高開發效率;業務中臺是對統一登錄、用戶服務等功能化組件的集合,避免同類平臺的重復建設,統一平臺風格。

3)服務 運維管理的目標是為運營維護賦能,基于平臺組件,利用項目真實數據搭建數字孿生場景。根據業務管理的需求,搭建運維一張圖、安防管理、環境管理、能源管理、空間管理等智慧化管理場景,滿足在現實空間中執行、在數字空間中動態展現的數字孿生運維模式。

4 結語

1)明確了設計階段數字交付需重點關注模型生產、模型應用及模型監管3個環節,提出設計優化的系統性方法。

2)借助BIM協同施工管理平臺,可將施工深化模型與施工動態過程資料進行關聯,實現施工現場的質量、安全、進度、資料的可視化管控,項目竣工交付時輸出結構化竣工資料。

3)基于竣工模型、過程資料,搭建BIM智慧運維管理平臺,實現物聯網數據與模型數據的關聯映射,實現數字孿生管理。

4)明確了工程全生命周期應用要點。