全生命周期基于BIM协同管理的研究与应用*

郑文阳，杜俊豪，郤 谍，王昊楠，吴泽丙

(浙江大东吴建筑科技有限公司，浙江 湖州 313071)

0 引言

建筑信息模型(building information modeling)是以3D数字技术为基础，集成建设工程设计、生产、施工、运维管理为一体的方法[1]，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点[2]，项目建设各参与方基于BIM模型进行信息共享，有效增强团队间的协同管理能力，提升工作效率，实现精细管理、智能建造。

基于BIM协同管理在建筑领域的应用，专家学者进行许多探索。王巧雯等[3]探索构建BIM一体化多专业协同设计的流程框架。杨新等[4]研究以关系型数据库+模型图纸文件管理器为核心的数模分离式BIM正向设计平台架构，实现一体化设计与管理。OH M等[5]提出基于功能集成、信息管理和过程支持的BIM协同设计系统。王廷魁等[6]建立基于BIM技术与RFID技术的建筑设备运行维护管理系统，并证明该技术在信息更新速度、信息交流准确度、节约人力物力等方面的优势。王宽[7]提出分别连接BIM工作站、BIM&RFID显示终端、工厂BIM&RFID工作站、BIM&RFID移动式工作站、现场BIM&RFID工作站和物流BIM&RFID读取终端的公共互联网装配式建筑构件智能管理系统。李天华等[8]通过相关案例证实BIM-RFID融合技术在建筑全生命周期各阶段中具有提高交流共享信息效率的效果。

装配式建筑设计-制造-装配过程核心如下：①设计阶段 核心是实现BIM正向设计，统一BIM模型、专业计算模型、施工图，设计信息在各专业间实现无缝数据转换，并且各专业间实现协同设计；②制造-装配阶段 核心是BIM模型的轻量化，并通过物联网技术，将工厂、现场数据实现共享互通，实现各参与方高效协同与精细化管理。

1 工程概况

东升和府10号楼项目位于浙江省湖州市湖东分区，为地下2层、地上17层的板式高层住宅，地上建筑面积1.1万m2。设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，耐火等级为二级，屋面防水等级为Ⅰ级，绿色二星设计，装配率为94%。

在东升和府10号楼的设计-制造-装配过程中，通过专业培训让全专业设计师达到BIM应用水平。设计阶段进行以设计师为主导的深度BIM正向设计，应用全专业BIM正向设计、提资协同、管线综合与协同设计。制造-装配阶段通过东吴云平台进行信息化管理，以二维码为信息载体，进行质量、安全、进度、成本等信息共享与协同，并通过人工智能算法进行预警，实现智能化管控。

2 BIM正向设计协同管理平台的应用

传统设计方式存在设计交互滞后、设计变更多、变更难发现、协同效率低等不足，而且存在多种建模与分析软件，各软件数据格式不一致，无法直接进行交互，导致信息冗余、一致性差、数据重复利用难度大等问题。

目前BIM流程基于二维图纸进行三维建模，即翻模，是二维与三维的转化阶段，是逆向思维，而BIM正向设计是先建好三维模型，根据三维模型导出二维施工图，再管理生产、施工等过程[9]。

针对以上情况，采用正向设计体系实现计算模型、BIM模型、施工图三者联动，数据无缝转换，并通过设计管理平台实现各专业协同设计，如图1所示。BIM正向设计协同管理平台功能如下：①族库管理 进行族库标准化管理，促进设计成果高效应用；②BIM正向设计 可使计算模型、施工图模型与图纸一体化，平面、立面、剖面可联动修改；③协同设计 进行多专业协同设计，可及时沟通问题，解决设计阶段规范性核查及错漏碰缺问题。

2.1 族库管理

族库管理具备族的审核、收藏、分类管理功能。依据项目特色，可创建大量建筑、结构、给排水、暖通、电气、装配式构件等全专业族库，在设计过程中统一从设计管理平台中调用，保证所有项目人员使用族库的一致性和准确性，提高设计效率与出图质量。

2.2 BIM正向设计

正向设计体系以Revit为核心建模软件，结构计算采用盈建科软件，结构计算模型与BIM模型数据交互采用盈建科-Revit插件，建筑与机电计算采用鸿业BIM SPACE软件，BIM SPACE是基于Revit的插件，将计算模型与BIM模型合为一体。

1)机电计算模型与BIM模型、施工图一体化 给排水工程师创建给排水专业模型，通过鸿业BIM SPACE软件输入计算参数，直接在模型上进行计算，并通过计算结果自动赋值BIM模型，实现计算与模型间的联动。

2)结构计算模型与BIM模型、施工图一体化 由结构工程师依据建筑方案模型选用专用PEC族库，创建结构专业模型，通过盈建科-Revit插件导入盈建科软件进行计算，结果自动赋值BIM模型，实现计算与模型间的联动。

2.3 协同设计

多专业协同在设计管理平台上进行，该平台包含客户端与网页端，协同设计主要包含专业间相互提资、专业间碰撞检查、设计成果校审3项内容。该项目协同设计采用设计管理平台，基本工作流程如图2所示。

图2 BIM正向设计工作流程

1)专业间相互提资 基于BIM的设计提资与传统提资方式不同，传统提资方式是各自进行专业设计后再进行提资，只能在设计图纸上进行标识，效率不高、提资滞后，导致反复修改图纸，影响出图进度。

通过设计管理平台在Revit客户端进行各专业提资，其他专业能及时收到提资资料并自动定位提资位置，大大提高工作效率，减少因提资不及时导致的窝工和反复返工现象。

2)专业间通过设计管理平台进行协同设计 设计管理平台将全专业模型轻量化，通过轻量化模型进行各专业协同设计并发起问题，相关设计师收到后可通过定位直接查找问题构件并解决，提高沟通效率。

通过碰撞检查及在轻量化模型中核查各专业设计模型等协同设计方法，解决多项设计阶段的错漏碰缺，极大提升设计质量，对加快工程进度和节约成本具有一定效果。

3)设计成果校审 传统校审只能在完成施工图后进行，针对校审问题重新修改施工图，增加重复劳动，影响施工图进度。

基于BIM模型进行校审，可直接修改模型，自动修改施工图，校审过程中有提醒消息时，可实时查看校审流转过程，结果保存在平台端可实时追溯。设计院的校审工作统一在设计管理平台中，一目了然，审核过程实时留底，可进行追溯。

3 东吴云协同管理平台的应用

东吴云协同管理平台模型由BIM正向设计，经协同管理平台模型轻量化得到，实施数据有目标性无缝连接，核心是及时传递与共享施工数据，通过BIM模型轻量化、可视化进行直观表达与智能化决策。

3.1 进度监控

BIM模型与进度数据相关联，可实时反映工厂和现场状况，实现装配式BIM 模型与工厂及现场装配数据的互通与实时反馈。采用二维码技术，即基于物联网智能识别技术，BIM模型中的每个构件都有唯一ID和二维码，二维码对应施工现场的预制构件，包含生产商、构件类别、尺寸、位置、运输单位等信息，通过APP扫码识别，将信息同步至 BIM 平台，即可实时反馈现场状态。

1)二维码系统 BIM模型通过轻量化引擎发布在东吴云协同管理平台上，每个构件生成独立二维码，扫描二维码可实时查看现场进度与构件相关信息。

2)构件追踪 扫描二维码可查看实时进度，通过轻量化引擎反映在进度模型中，实现装配式构件全过程实时追踪。二维码系统可定义生产完成-构件入库-构件出库-吊装完成管理过程，实时收集构件生产、仓储、安装阶段信息，供各参与方进行可视化查看。

3)智能化预警 项目管理成员提前根据各自岗位职责定义智能化预警机制，东吴云协同管理平台依据实际进度自动推送预警消息，可提前规避进度风险，保证工程进度，方便管控现场。

4)工程量实时统计 进度款的管控以现场实际完成工程量为基准，提高使用平台的积极性和对进度款的掌控能力。

3.2 质量安全协同管理

装配式与传统现浇的区别在于构件预制，因此需保证构件质量， 结合BIM 技术与二维码技术，可实现全过程监控，能随时追溯构件质量与安全问题，相关责任人可准确掌握缺陷构件位置，随时监督、检查整改过程及结果，形成闭环管理。

项目中质量员、安全员、技术员日常使用协同管理平台配套的微信小程序，将施工现场中的问题及时上传平台。各相关方收到问题后可查看问题照片，及时回复处理方案，极大加强质量安全管理的时效性、可追溯性。全员参与的质量安全协同管理模式在该项目中取得良好效果。

3.3 智慧工地

该项目应用视频监控系统、劳务实名制系统、塔式起重机监控系统、扬尘检测系统，可对接视频监控数据，可在东吴云协同管理平台中直接远程实时查看现场和扬尘检测情况。

3.4 驾驶舱

驾驶舱界面可查看项目概况、构件追踪模型、现场监控、现场人员、现场问题统计等信息，可更快、更直观、更高效展示项目宏观信息，为各参与方提供可视化的顶层决策分析数据。

4 结语

在东升和府10号楼项目中，对BIM正向设计整体流程、操作方法进行分析，并对东吴云协同管理平台的进度追踪、质量安全管理功能进行研究。BIM正向设计可整合项目在设计阶段中各专业的设计信息，减少重复劳动、提高设计质量。建立以BIM模型为基础的协同管理平台，可有效整合各阶段的管理数据，从而使无序的项目管理变为有序、智能的管理，有利于实现各部门、各专业间的协同工作，加快工程进度、节约成本。