冬奥会雪上场馆全寿命期BIM需求分析

张知田，司佳丽，郭红领，刘嘉丰

（清华大学 建设管理系，北京 100084，E-mail：hlguo@tsinghua.edu.cn）

北京2022冬奥会共规划了25个场馆，分布在北京城区、延庆和张家口崇礼3个赛区。其中，延庆赛区几乎均为高难度新建雪上场馆，张家口崇礼赛区则在现有滑雪场的基础上进行改建。由于延庆和张家口赛区均位于地形复杂的山区，且建设规模庞大，难度系数较高，在场馆选址、建筑能耗、赛后运营等方面将面临巨大挑战[1]。同时，《奥林匹克2020议程》中体现的高度集中、节俭、科学、可持续办奥运的思想[2]，对北京2022冬奥会场馆建设的设计、施工与运营全寿命期各个阶段均提出了更高的要求。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为对工程建设项目实体与功能特性的数字化表达[3]，能够有效辅助建设工程领域的信息集成、交互及协同作用[4]。随着相关技术的逐渐发展成熟，BIM 为建设项目全寿命期管理提供了全面有力的支持[5~7]。研究表明，BIM 技术对构建协同设计平台[8]，保证深化设计质量[9]，提高施工综合信息化管理程度[10]以及运维管理水平和效率[11]等方面发挥着越来越关键的作用。基于此，面对冬奥会场馆建设的挑战，运用BIM技术既可以为场馆的高质量建设提供技术保障，也可为BIM在大型赛事场馆建设的应用积累宝贵经验。然而，由于冬奥会建设项目参与主体众多、场馆结构复杂、验收标准严格等特征，以及大型赛事场馆建设尚缺乏明确的BIM指导标准和规范，故BIM技术在冬奥会场馆全寿命期内的应用实施过程仍面临较多瓶颈。其中，较为关键的是如何处理由于信息需求多样性带来的数据共享受阻[12]，以及如何满足冬奥会场馆特殊性要求的问题。因此，有必要掌握各参与方对BIM相关信息的具体需求内容和程度。

为解决上述问题，本文选取张家口和延庆两个涉及雪上场馆建设的赛区为研究对象，分析在冬奥会建设项目全寿命期内对BIM的实际需求。通过前期的实地考察和专家访谈，全面了解两个赛区的主要在建场馆情况、参与方情况以及BIM应用现状；根据前期调研结果设计针对不同参与方的调查问卷，进行格式化专家调查；结合调查数据分析，明确不同阶段各参与方对 BIM 信息的具体需求，为BIM在大型赛事场馆建设中的应用推广提供借鉴。

1 专家访谈与问卷设计

通过对张家口和延庆赛区的实地考察和项目初步调研，了解到雪上场馆的建设往往是以设计方为主导。为了有针对性地了解项目整体情况，本文围绕 BIM 应用的基本情况对设计方进行了专家访谈，进而设计了面向不同参与方的调查问卷。

专家访谈共涉及6人，其中2位分别为张家口和延庆赛区雪上场馆总设计师，其余4人均为承担核心任务的设计师。根据访谈结果得知，张家口赛区 BIM 的应用主要集中在设计方内部进行顶峰俱乐部结构、管线等的碰撞检测，对于其他结构较简单的部位则是简单建模；各个专业的深化设计厂家会根据需求深化所负责的模型，使用的软件有Revit、Rhino等；施工方主要是按图施工，目前基本没有使用BIM模型。延庆赛区设计方对高山滑雪中心和雪车雪橇中心两个场馆，均聘请专业的团队负责BIM建模工作。同时，施工方也建立了自己的BIM模型，但是施工模型虽具备了精细的要求，却难以满足与其它参与方整体协调的需求。在这个过程中，各参与方用到的 BIM 软件也各不相同，有Rhino、Revit、Civil 3D等，因此在模型集成上也存在一定的困难。

结合上述访谈，本文设计了专家调研问卷，分为两部分：第一部分为被调研人基本情况，第二部分为 BIM 功能需求以及反映冬奥会项目特点的BIM特殊需求。被调研人基本情况，除了工作单位、职务、年龄等基本信息外，还设置了4个问题：您在建筑行业的从业年限；您深度参与的建设项目有几个；您是否了解 BIM；您在工作中是否使用过BIM，BIM相关工作年限有多长。根据这4个问题可以评判出每个被调研人在 BIM 与建设工程方面的经验，从而确定其所答问卷的参考价值。同时，为简化整体问卷，将各赛区参与方划分为四类：业主方、设计方、施工方、专项设计与构件生产方，其中设计方包含了建筑设计、结构设计、设备设计以及大市政设计等联合体。

在问卷第二部分，通过资料收集、文献查阅以及前期调研掌握的项目实际信息，列举出了在项目建设的设计、施工、运营各个阶段BIM可能发挥作用的各项功能、使用这些功能的参与方等，以期能够覆盖全寿命期内冬奥场馆的BIM功能需求。表1以设计阶段为例列举出了部分BIM功能。另外，针对冬奥会项目的特殊需求，围绕场馆和山体等设置了多选题目，分别为“冬奥会雪上场馆主要关注的场馆性能有哪些？”“运营阶段需要基础结构/管道线路/设备设施的哪些信息？”和“设计/施工/运营阶段需要山体的哪些信息？”。

表1 设计阶段BIM功能清单（举例）

由于各参与方工作内容存在明显差异，问卷设计应充分考虑不同参与方在各阶段的工作特点。其中，部分 BIM 功能在所有参与方中具有普遍适用性，如利用BIM功能实现设计方案可视化。针对参与方的差异性，调研问卷设计应结合前期调查访谈结果。业主方全过程参与项目建设，因此从设计阶段的成本估算到运营阶段的辅助管理均需要在调研内容中有所体现；设计方在整个过程中起主导作用，调研内容应反映设计方与其他参与方的协同工作特点，如同专业与跨专业的协同设计、设计方案进行施工可行性评估；专项设计与构件生产方的调研内容，一方面要反应出与设计方的信息传递需求，另一方面还应考虑施工安装过程的操作配合需求，如进行构件的模拟安装；施工阶段作为BIM在项目建设过程中发挥价值的关键环节，施工方的调研内容应重点体现 BIM 对实际施工作业的指导作用，如关注“人、材、机的需求与安排”等。

为调研各参与方对所列举功能的需求程度，问卷设计采用李克特5级量表的形式，将需求程度设定5个选项“不需要、不太需要、一般需要、有时需要、非常需要”，分值分别为1~5。表2以业主方为例列出了设计阶段的调研问卷。

表2 业主方设计阶段BIM需求调研问卷（举例）

2 问卷收集与分析

2.1 问卷收集

在张家口赛区设计方、延庆赛区设计方和业主方的协调下，本文依托上述格式化调查问卷先后在两个赛区进行了专家调查。共收集有效问卷55份，其中张家口赛区39份，占比70.9%，具体情况如表3所示。

表3 专家问卷收集情况 （单位：份数）

通过对有效问卷的专家信息进行统计（见图1），发现60%以上的专家在建设行业的从业年限大于4年，一半以上专家深度参与4个以上建设项目，全部被调研专家均了解或听说过BIM，其中近一半专家使用过BIM技术。

图1 专家基本信息统计结果

同时，这些专家在本届冬奥项目各个阶段承担着较为重要的职务，如项目负责人、工程技术部长等，保证了问卷的代表性、全面性和权威性，可以满足调研需求。

2.2 数据分析

针对冬奥建设项目BIM功能需求调研，本文选择各专家打分平均值作为该功能的需求程度。通过对分数均值进行排序，更好地比较各参与方的需求情况。由于各被调研专家对每个功能评分的最高分为5，因此本文将需求程度3分以上的功能视为“需要”，3分及以下的功能视为“不需要”。

此外，根据前期专家访谈，BIM特殊需求包括场馆性能需求、运营阶段场馆构件需求以及山体信息需求。本文主要统计各特殊需求的被选择频率，以60%作为判断该信息是否需要的依据，60%及以上视为该信息为“关注”或“需要”。

3 结果与讨论

3.1 BIM功能一般需求

各参与方在设计、施工和运营阶段所需BIM功能评分取平均值后，得到如下结果：

（1）业主方。如表4所示，业主方BIM功能需求在 3个阶段都有涉及，且所有针对业主方的BIM功能需求得分均在3分以上，体现了业主方对项目全寿命期的持续关注。其中，设计阶段有关三维可视化和赛区运行流线的需求程度较高，而进行成本估算和场馆性能分析程度相对较低，反映出业主方对设计阶段的 BIM 应用需求侧重于功能的直观性；在施工阶段，业主方主要关注BIM辅助进度和成本管控；针对运营阶段的三类建筑构件信息，管线和设备比基础结构的需求程度更高，可以看出建筑内部的细节构造是 BIM 模型在运营阶段的重点内容。

表4 业主方BIM功能需求

（2）设计方。如表 5所示，设计方排名第一位的功能需求为“利用BIM进行冲突检测等”，通过前期专家访谈得知这也是目前设计方在工作过程中使用程度最高的功能之一。另外，也有专家补充，施工过程中同样需要利用BIM进行有关变更内容的碰撞检查，这体现了设计与施工存在着协同作业需求。同时，专业间协同设计和设计方案施工可行性评估也是需求度较高的BIM功能。对于“进行赛区规划、建筑整体布局”“决定场馆在山中的选址”等设计初期所体现的BIM功能，设计方并没有需求，主要是因为传统的设计手段和分析方法足以满足实际需求。

表5 设计方BIM功能需求

（3）施工方。如表6所示，施工方对BIM功能需求聚焦于设计阶段和施工阶段，且总体需求程度得分较高。其中，在设计阶段提出了很多用于指导后续施工的BIM功能，如“设计方案施工可行性评估”等，体现了施工方希望通过BIM增进与设计方的协同配合，一定程度上减少施工阶段变更。同时，在施工阶段“对赛道混凝土底板的曲线进行控制”和“施工方案模拟分析”需求程度排名前两位，但该两类功能在实际应用中还不足够。因此，BIM技术在施工阶段中的应用潜力巨大且亟需提高。

表6 施工方BIM功能需求

（4）专项设计与构件生产方。如表 7所示，专项设计与构件生产方的工作内容在项目中位于设计方与施工方之间，一是承接设计方的设计继续进行专项深化；二是生产出可以用于施工的构配件，因此其对BIM功能的需求主要集中在设计和施工两个阶段。与设计方不同的是，其在设计阶段对于“自动检查设计是否满足设计规范”等功能并不需要，主要是因为专项设计与构件生产方所负责的项目范围相对较小，而这几类功能更适用于全局性的设计工作。而在施工阶段，“提取构件参数信息指挥生产”和“模拟安装”等功能体现了其工作特点，前者实现了特殊构配件的预制生产，后者能够为施工方提供完善的前期准备。

表7 专项设计与构件生产方BIM功能需求

3.2 BIM功能特殊需求

通过分析，体现 BIM 特殊需求的场馆性能需求、运营阶段场馆构件需求以及山体信息需求的分析结果如表8至表10所示。

（1）冬奥场馆性能需求。如表 8所示，灯光照明、赛道风速和能耗 3个性能的选择频率均在60%以上。灯光照明是各比赛场馆尤其是夜间比赛场馆的重要因素，需同时满足运动员的比赛要求与观众的观赛要求。另外，与普通建筑重点关注通风情况不同，冬奥场馆在风环境上更关注赛道风速，这对于高速竞赛项目至关重要，部分场馆会安装专门的挡风网来控制赛道周围的风速。此外，鉴于冬奥项目人流量与人容量都很巨大的特点，关注能耗符合绿色办奥的理念。这些性能可结合BIM模型进行相关分析。有业主方表示，虽然分析结果表明用水量相关的BIM需求程度较低，但该性能仍然值得关注。一方面由于冬奥会场馆多位于山上，高山运水环境复杂；另一方面是因为雪上运动必需的雪环境不可能只依靠自然天气，而水作为关键的造雪原料，为人工造雪工作提供基础支持。

表8 冬奥场馆性能需求情况 （%）

（2）运营阶段场馆构件需求。除了场馆性能外，运营过程中对场馆构件的需求也值得关注。如表9所示，对于维修周期较长的基础结构，只需要结合 BIM 对其尺寸、材料组成等基本信息进行记录，而维修更换记录并不需要；对于场馆中复杂的管道线路，在场馆中相对隐蔽，因此格外需要利用BIM记录其内部构造与检查维修情况；对于场馆中最易观察到的设备类构件，其更换与检查只需日常观察就足够满足需求，不需额外进行提醒。

表9 运营阶段场馆构件需求情况 （%）

（3）山体信息需求。如表10所示，各阶段对于等高线、地质勘探信息、维度坐标以及山体表面情况的需求程度还存在较大的差异性。其中，设计阶段对等高线、地质勘探信息的需求较高；施工阶段对等高线、地质勘探信息、山体表面情况的需求较高，特别是山体表面情况直接影响着施工作业的顺利开展；而运营阶段仅对地质勘探信息的需求程度较高。此外，有专家补充气象资料、数字高程模型、建成后的场外山体情况以及方格网坐标，其同样发挥着较为重要的作用。这些信息可以结合BIM技术集成起来，为各阶段相关参与方提供支持。

表10 山体信息需求情况 （%）

4 结语

本文结合 2022年冬奥会中张家口和延庆两个赛区雪上场馆建设项目，系统调研了冬奥会项目的BIM需求情况。通过对调研数据的分析，明确了冬奥雪上场馆建设项目各阶段各参与方对 BIM 的需求情况。业主方对BIM的功能需求均衡分布于项目各阶段。冬奥项目的意义和影响深远，业主方对全过程的重视有利于把握项目整体情况，同时业主方对技术性需求相对较低，对直观可视化的需求程度较高。BIM功能需满足设计方与施工方的深入协调配合。对于难度高、挑战大的冬奥会建设项目而言，设计方和施工方的合作质量对保障项目顺利进行十分关键。BIM技术一方面有助于设计方及时掌握施工变更情况；另一方面有助于更加形象精准的设计交付，能够辅助施工方对施工过程的科学把控。专项设计与构件生产方借助BIM功能，更好地发挥其专业特点。由于专项设计与构件生产方聚焦于某一结构或构件的深化设计或生产，与设计方或施工方存在合作关系，因此BIM功能应满足相关信息的对接需求，严格保证设计和生产细节。冬奥会场馆特殊需求，因项目阶段和信息类型的不同，而存在较为明显的差异。为了满足信息使用需求，场馆信息应重点关注灯光照明、赛道风速和能耗。同时，为了提高信息利用效率，场馆构件和山体的信息存储应更有针对性。