智慧园区基础设施工程全生命期BIM技术应用

文｜杨林虎 王帅 芦志强

2014年《国家新型城镇化规划》将智慧城市作为未来城市发展的全新模式，要求大力推进智慧城市建设。城市的智慧程度取决于城市建筑和基础设施的信息化建设水平。显然，传统建设手段很难满足当前智慧城市建设要求。BIM 技术可集成设计、施工、运维中的重要信息，为城市活动提供必要的基础信息，它是智慧城市建设中需要完成的重要基础性工作。2011年住房和城乡建设部印发《2011-2015 建筑业信息化发展纲要》提出，“十二五”期间要加快建筑信息模型（BIM）等新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设。

BIM 是在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。BIM一词最早是在1975年，由佐治亚理工学院的Chuck Eastman 博士首次提出。美国、日本等发达国家BIM 软件使用率已达70%以上并持续增长。我国在2002年开始将BIM 技术引入建设工程领域，随后得到快速发展。

项目应用概况

以京津中关村科技城智慧园区项目为例，该项目市政基础设施工程为大型市政工程领域EPC 总承包项目，涉及十余个专业。建设内容主要包括：修建道路16 条，全长约30km；涉及雨水、污水、给水、中水、燃气、热力、电力、电信等各类管道总长约300km；建设公园约17.4 万平方米，路侧绿化约47.7 万平方米，河道及水环境综合整治长度约8.8km；建设高中压调压站、热源厂、公交首末站、公共停车场，占地面积约3.9 万平方米。

大型基础设施工程通常具有地理跨度大、涉及专业多、地下管网排布复杂，施工作业面广、运营期工程资产管理对象分布广，问题排查与定位困难，设备、设施及供应商信息庞杂，管理难度大等特点。本项目在上述特点基础上，同时还有智慧运维要求，这一要求延长了工程信息的服务期限，强化了工程数据跨阶段传递、更新、维护的重要性。

BIM 的内涵是能够连接建筑全生命期不同阶段的数据，以及它整个形成的过程和这个过程所需要的资源 。BIM 技术能够集成设计和施工两个阶段的信息，尤其针对基础设施的综合管线工程，可以纳入管线、各类闸门、阀门的安装和供应信息，形成完整的竣工模型，接入运维管理平台，为实现智慧运维创造基础性条件。

利用BIM 技术在可视化、参数化、信息化方面的优势还可提高项目信息沟通效率，支持项目在环境、成本、质量、安全、进度等多方面的分析、检查和模拟，提高施工阶段的可预测性、可控性和精细化管理程度。将BIM 技术全面应用于道路桥梁和综合管网等的设计、施工全过程，可大大减少设计变更和设计错误，降低潜在的施工返工风险。

由此可见，引入BIM 技术对智慧园区建设是十分必要的。

BIM 实施策划

BIM 实施策划主要目的包括多个方面，一是明确项目BIM 应用目标和应用内容，二是识别项目BIM 应用重点和难点，三是策划BIM实施流程，四是确认各实施阶段模型深度，五是落实BIM 实施所需的资源，六是明确成员在项目中的角色和责任，七是分析和降低工程实施潜在风险。策划的最终成果是编制项目BIM实施工作方案。通过BIM 策划，京津中关村科技城智慧园区市政基础设施工程项目建立的BIM 实施架构如图1所示。

该项目形成了以建设单位和监理单位BIM主管为领导，EPC 总承包BIM 团队组织实施，BIM 咨询团队提供指导，设计单位和施工单位BIM 人员协作的BIM 实施团队。落实了BIM技术应用领导小组和工作小组人员，及其责任分工，为项目的顺利实施提供了组织保障。BIM 团队编制了项目级《BIM 实施工作方案》《BIM 技术导则》等一系列项目级BIM 标准，有效指导项目实施。

在BIM 实施策划时，制定了如下实施目标：

设计阶段：通过搭建BIM 协同设计平台，形成协同设计工作模式，以提高沟通效率。通过创建BIM 设计模型，并与设计交互工作，进行设计阶段BIM 应用，提前发现潜在设计缺陷，克服传统设计沟通不及时、不通畅带来的弊端，以提高和优化设计成果，并为施工、运维阶段提供基础模型及属性信息。

施工阶段：通过搭建BIM 施工管理平台，进行项目深化设计、施工模拟、方案优化，实施项目质量安全、进度管理、人材机管理、可视化技术交底等多方面集成应用，以降低施工潜在风险、节约成本，提高现场精细化管理水平。

运维阶段：通过集成设计阶段模型的属性信息和施工阶段的建造信息，形成数字化资产，接入智慧园区管理平台，用于道路、综合管线、设备设施的智慧运营管理，提高突发事件的响应速度和处理效率，降低运营成本。

京津中关村科技城智慧园区基础设施工程BIM 实施流程可分为BIM 实施策划、BIM 准备工作、BIM 实施、BIM 应用总结四个阶段，如图2所示。

BIM 实施准备

BIM 实施准备工作主要包括：落实BIM实施所采用的各类软、硬件资源，创建项目BIM 元件库、制定通用和专用工作环境，搭建协同设计管理平台，并进行设计工作环境托管，搭建BIM 施工管理平台，并对施工管理平台人员进行培训，同时编制项目级BIM 标准，用于指导项目实施。

本项目采用了Bentley 公司系列软件创建设计和施工模型。搭建了ProjectWise 协同设计平台（图3）和4D-BIM 施工管理平台（图4），并对施工现场业主方、监理方、总承包方和各施工分部进行了多次集中培训，掌握了平台使用技能。编制了多本BIM 标准，指导项目顺利实施。

图1 项目BIM 实施组织架构

图2 EPC 项目BIM 技术实施阶段与主要内容

全生命期BIM 应用

设计阶段BIM 应用。创建了道路、桥梁、涵洞、雨污管线、交通工程等十余个专业BIM模型，同时运用无人机倾斜摄影技术实现工程三维实景建模。按照“模型文件—结构组装—专业分装—区域总装—项目总装”的顺序逐级装配，形成整个项目的总装模型，如图5所示。在此基础上开展了BIM 可视化、碰撞检查、工程量统计以及仿真性等多种应用。

该项目进行了三维设计模型可视化、三维实景模型可视化、项目整体漫游可视化应用，直观形象地展示工程全貌，使各参与方对设计方案和现场有更加准确的理解。利用BIM 碰撞检测功能，对项目土建专业与其他各专业之间，以及各专业内部之间，尤其是地下各类管道之间进行碰撞检测，包括硬碰撞和软碰撞（如不满足管线之间净距要求），发现问题及时修改设计方案，确保管线间距满足规范要求，规避施工返工风险，提升设计品质。

图3 BIM 协同设计平台

图4 BIM 施工管理平台

图5 项目总装模型

该项目还利用BIM 技术进行工程量统计，实现BIM 模型工程量一键输出，提升了工程量统计效率。除上述应用外，该项目实现了道路视距仿真分析、照明方案展示、景观方案展示与比选，及时优化设计方案。

施工阶段BIM 应用。根据现场施工情况，制定了项目施工模型WBS 分解原则，即道路工程按照200 米一段进行划分，桥涵工程按照构件进行划分，管线工程按照井到井进行划分，其他专业模型按照单体划分。施工过程中，采用“三端一云”的方式协助施工管理，即利用PC 端、网页端和移动端实现BIM 模型的实时数据填报、查看；利用云平台实现项目数据的集中存储和计算分析。开展了施工方案模拟与优化、可视化技术交底、进度管理、质量与安全管理、人员材料机械管理、综合信息展示、档案管理等多方面应用。

传统施工方案的编制一般是基于二维图纸和施工经验，由于缺乏现场验证，其施工可行性往往无法满足实际要求，导致施工方案往往是边施工、边修改、边优化，对工期、质量和成本均产生较大影响。通过BIM 技术三维可视化可实现施工方案模拟和优化，直观地了解总体施工方案的重要时间节点和相关工序，清晰掌握施工过程中的难点和要点，优化施工组织设计。通过不同颜色设置，演示施工进展，如图6所示。

通过移动设备可将BIM 施工方案带入施工现场，如图7所示。对照现场实际情况进行可视化技术交底，极大方便了施工人员对施工方案的直观了解。现场工作人员根据每天施工进度在移动端填报进度数据。以填报数据和施工进度计划为基础，可以选择按照计划进度或实际进度，进行施工进度模拟和进度追踪分析，发现偏差，及时采取措施纠正，如图8所示。

当管理人员（发起人）发现问题后，可直接在移动端上传图片，填写问题员 田可心——访河北省建筑设计研究院有限责任描述和整改要求，发送给整改人。整改人收到整改通知后，根据整改要求完成整改，并将整改情况以及整改后的照片反馈给发起人；发起人收到反馈信息后，对整改情况进行验收确认，形成“发起—整改—确认”的闭环管理。可以对质量安全问题进行定期统计，分析问题构成、专业分布情况、问题整改情况，生成分析报告发送给相关负责人，方便让对方及时、快速掌握项目整体质量、安全情况，如图9所示。

该项目创建了施工综合信息大屏，设置了项目位置、进度分析、安全施工天数、当前任务进度、实时问题、问题月度数量统计、问题分类统计、问题实时状态统计等八个功能模块，汇总现场重要信息，为快速科学决策提供依据，如图10所示。

利用BIM 施工管理平台，通过赋予不同人员角色和权限进行人员管理，确保工程信息安全通过收料单、发料单、盘点单实现工程材料的严格管理；通过扫描机械设备二维码，可填报机械的台班、检查和维修情况，实现机械管理；通过人员、材料、机械的管理，可以进一步提高现场精细化管理水平。此外，项目还开发了档案管理功能，在平台上实现档案材料的集中存放和分类，方便查阅和管理，如技术交底、会议纪要等。

运维阶段BIM 应用。根据京津中关村科技城智慧园区顶层设计，针对基础设施的智慧运营管理指标包括：市政管网智能化监测管理率80%以上；交通诱导屏和智能停车场覆盖率100%；智能路灯覆盖率90%以上。

结合智慧运营管理要求，在施工阶段将相关构件、设备、传感器、管线的闸门和阀门等的安装位置、规格型号、尺寸、生产单位、安装单位、安装日期等信息录入施工管理平台，在竣工验收阶段形成竣工模型，进行数字化移交，并接入园区数据中心，用于道路维护、综合管线维修、设备设施管控、突发事件处置等方面园区的智慧运营管理。

图6 施工方案模拟

图7 可视化技术交底

图8 进度填报与进度分析

结论与建议

BIM 技术在本项目的应用，创新形成了协同设计、协同管理工作模式，实现了模型信息从设计阶段到施工阶段，再到运维阶段的高效传递，形成了一次BIM 技术在智慧园区市政工程领域全生命期应用的重要实践，为后续类似工程应用提供参考案例。

图9 质量安全问题分析

图10 施工综合信息大屏

利用BIM 技术在可视化、协同性、优化性、仿真性方面的优势，革新了传统设计和施工管理手段，体现了BIM 技术在提高沟通效率、精细化管理、形成数字资产方面的重要作用和价值贡献。

智能化是全球发展趋势，结合项目智慧运营要求，在项目策划、BIM 准备工作、BIM 实施等阶段均需要考虑智慧运维需求，在BIM 模型创建时要增加与智慧运维相关的基础模型创建。在施工管理平台搭建时要增加与智慧运维相关的过程信息采集功能，将设计和施工阶段的基础性信息传递到运维阶段。

由于BIM 技术在我国建设领域应用才刚刚开始，相关配套条件还不完全成熟，虽然BIM技术在本项目的应用取得了一定应用成果，但在应用过程中也出现了BIM 认识不到位、协同设计流程和协同管理流程不完善、平台之间接口不匹配等问题。在今后类似工程BIM 应用时，应进一步加强BIM 宣传、提高认识，完善设计阶段协同设计流程和施工阶段协同管理流程，通过二次开发进一步完善不同平台之间的数据接口等相关工作，以更好地推进BIM 实施，发挥BIM 在项目全生命期应用的更大价值。