智能化与BIM技术在产城融合项目中的创新应用研究

李振华，王建辉，马英德

（深圳市宏源建设工程有限公司 深圳 518029）

0 引言

协同与整合是BIM 系统的特性之一，产城融合项目结合智能化与BIM 建筑信息模型技术，可应用于工程项目建设的全寿命周期，将工程建设全寿命周期中产生的相关产品信息和工程数据添加在三维模型中，结合智能化、物联网、协同管理平台进行产城融合项目的综合管理和控制。

产城融合项目建设全过程主要包括规划、设计、施工、结算、运维等，主要通过BIM 信息化模型，结合智能化设备，物联网技术，设计、施工、运维管理平台等，为工程项目建设全过程的科学决策和精细化管理提供科技和信息支撑［1］。

智能化与BIM 技术已贯穿整个大型工程项目施工建设的每一个过程，优化、指导工程的规划与设计、施工管理及运营维护等环节的管理控制［1］，及时发现并解决各类管理及技术难题，下面主要就智能化与BIM 技术在产城融合项目规划设计、施工两个主要过程中的应用作详细介绍。

1 产城融合的概念

“产城融合”是指产业与城市融合发展，以城市为基础，承载产业空间和发展产业经济，以产业为保障，驱动城市更新和完善服务配套，以达到产业、城市、人之间有活力、持续向上发展的模式。通过引进与城市规划建设目标、功能相匹配且快速发展的新型业态，不但可以为新型行业发展提供充裕的市场空间，推动其他新型行业的快速发展，而且带来了城市经济的快速增长、人才技术引进、增加就业机会等。总的来说，就是“以产促城，以城兴产，产城融合”［2］。

2 产城融合项目的特点

2.1 建筑类型多

产城融合项目本身有多个功能类型的建筑：产业楼、工业4.0 智慧厂房［3］、科研楼、办公楼、宿舍、公寓、商业、酒店、甚至学校等；同时也包括不同规模的建筑：面积较小的总部楼，大跨度产业楼、中高层的精装修宿舍，超高层写字楼等。

2.2 工程规模大

部分有实力的地产公司掌握了较好、较多的资源，为了提前布局、争取资源、争夺市场，甚至直接一次性开发上百万平方米。

2.3 建设周期短

建设周期短平快，政府强调尽快实现税收效益，地产开发商强调资金回笼速度，建设周期从拿地结束报规划开始到竣工验收备案（不包括超高层）时间比较短。

3 产城融合项目管理的重难点

3.1 复杂的建筑设计

产城融合项目对建筑造型设计提出了更高的要求，不同的建筑类型也对造型设计提出不同的要求，导致设计的图纸比较复杂，在进行施工的过程中正确地理解设计示范意图极其关键，与此同时指导各工种协同作业，完美体现设计灵感就显得尤为重要。

产业园项目与传统项目不同，园区各栋建筑不会简单复制，甚至每栋楼、每一层的建筑设计都不尽相同。这样不仅直接导致管理团队人员工作负荷的增加，也直接导致整个建设项目中参与施工和建设的单位、作业人员数量大幅度地增加，对管理者图纸领悟能力、沟通协调能力都提出了更高的要求。因此，需要充分运用BIM 技术将传统的二维图纸进行可视化处理，通过协同平台来完成项目之间信息的传递与共享，才能真正实现各专业、各单位之间的紧密配合与高效协同，有效保证项目的快速顺利完成。

3.2 较多的建筑类型

产城融合项目的建筑类型多、规模大小不一，对项目管理策划的要求高，具备类似经验的管理团队，尤其是项目负责人尤为重要。在施工过程中结合BIM 技术反复模拟、推演，总结出实用、高效的项目管理方法：①进度控制方面，地下室顶板施工完成后不要急于施工上部结构，待养护后及时施工防水和保护层，然后再施工上部结构，后期可快速回填，可以缩短工期、降低施工成本，而且质量更易得到保证，不易开裂渗水；②质量控制方面，地下室外墙间隔布置喷淋洒水养护系统，可以有效解决由于竖向混凝土构件养护不到位导致的地下室渗水问题；③成本管理方面，可通过BIM 协同管理平台将每月签证自动录入系统，发起线上签证流程，系统自动汇总每月签证台账，且可以对不符合时效及其他要求的签证及时进行预警。

3.3 项目管理团队规模大，统筹管理难度高

产城融合项目体量较大，决定了项目管理团队规模也需相应提高。这就对各参建单位项目负责人的管理能力提出更高的要求，尤其是统筹协调能力。这时BIM 协同管理平台的应用就起到了关键的作用，通过建立项目信息指挥控制中心应用BIM 协同管理平台，实现指令线上下达、反馈，现场情况实时查看，可做到对项目整体建设情况了然于胸。

3.4 工程建设周期短、工期紧

这就要求项目管理团队有一个清晰的管理思路，提前对各种可能发生的方案进行模拟优化，实现方案最优，例如：建设资金方面，要加快工程款审批拨付的流程，做好工程投资成本的核算，避免不必要的资金损失。工程管理方面，要重视工程策划，提前订立目标，过程中抓关键节点，加强沟通协调，减少无效沟通，以及施工方案、现场动线、施工进度、工序穿插等均可利用BIM技术提前进行策划、模拟。

4 智能化与BIM技术融合应用分析

4.1 规划设计阶段

4.1.1 设计方案VR仿真模拟技术

基于以上原因，为了实现工程建设的总体目标，将BIM 技术运用于产城融合项目的规划设计阶段，通过运用BIM 仿真模拟技术，提前将抽象的二维图纸生成三维模型，运用BIM 技术的渲染和实景模拟功能，将整个产城融合项目的内部空间、建筑布局、室内饰设计效果等通过VR 虚拟仿真技术直观呈现［4］，为管理层进行决策提供依据，实现设计方案的优化比选，如图1所示。

图1 设计方案VR仿真模拟Fig.1 VR Simulation of the Design Scheme

4.1.2 科学分析计算

结合BIM 技术先进的分析计算功能，对建筑单体科学地进行日照采光分析，确定最佳采光位置和角度；进行建筑整体风环境分析，确定迎风面风压数据，优化室内通风方案，达到最优通风效果；进行人员疏散模拟分析，确定最佳的疏散路径（见图2）；以上BIM技术的应用均可为产城融合项目的规划、设计提供科学计算支撑。

图2 人员疏散模拟分析Fig.2 Evacuation Simulation Analysis

4.1.3 设备及管线综合优化［5］

此外，还可结合BIM 技术进行机电管线设计的深化、优化，展示各种机电设备的尺寸、布局及机电设备与周边的位置关系是否合理；通过建立完整的三维管线模型，与设计图纸相互校核、发现问题、优化图纸、减少变更；通过对管线之间、管线与结构及建筑之间进行碰撞检查、分析，并形成报告，可有效优化管线布局，减少施工中不必要的返工和调整；调整过程中充分考虑管线及设备的安装及检修空间，并对管线净高进行优化调整，最终导出平面、剖面及三维图纸，指导现场施工，加快安装进度，如图3所示。

图3 管综优化成果Fig.3 Pipeline Comprehensive Optimization Results

4.2 施工生产阶段

4.2.1 BIM施工协同管理平台应用

BIM 施工协同管理平台以网络协同管理为基础和核心，模型系统为主要载体，对于在建筑网络协同管理过程中的施工进度、质量、安全、成本等数据信息，运用平台对其进行数字化分析，结合各类业务需求来实现基于互联网的协同管理的功能性平台。将模型上传至管理平台，通过云技术实现轻量化后的模型可通过手机、电脑实时查看。同时可利用手机端、平板等设备进行可视化交底。很好地增强了现场工作人员的识图能力，减少了不必要的交流和沟通成本。可视化交底相比传统的交底方式更直观、有效。为现场复杂部位的施工技术交底提供了直观易懂的展示方式，在现场与实物比对，可方便快捷地进行施工质量跟踪检查［6］。

项目也可将各参建单位及相关人员直接录入到BIM5d 管理平台，对于人员资料信息等进行统筹管理，利用该平台辅助于施工管理优化、改革传统的项目管理模式，实现了项目级的精细化管理，对施工过程中的数据、资料收集、设计变更、线上办公以及线上签证申请审核，以及对实测实量数据的统计分析等，形成大数据供各方参考，达到降低施工成本、缩短施工期、提高质量的目的，实现有效的决策及精细化管理。项目参与各方可分别在电脑端、网页端、手机端协同工作，及时有效地管理项目，提高项目整体建设管理水平。

随着工程项目信息的逐步完善，BIM 协同管理平台通过采集大数据信息，为企业决策提供了大数据支撑。通过BIM结合物联网技术实现对施工质量、安全、物料动态监管的目的。BIM模型在施工生产应用过程中通过将数字化技术与虚拟仿真技术进行融合，实现模型数据驱动的数字化加工与建造等，如图4所示。

图4 BIM施工协同管理平台Fig.4 BIM Construction Collaborative Management Platform

4.2.2 AR现实增强技术应用［7］

通过“AR 现实增强技术”与BIM 三维建筑模型结合，关联图纸与三维建筑模型，通过手机扫描蓝图后，即可以快速得到相应位置的建筑三维信息化模型，大大增强了管理人员对于图纸的感知领悟能力，提高了识图的效率，如图5所示。

图5 AR现实增强技术Fig.5 AR Reality Enhancement Technology

4.2.3 视频AI技术［8］

现场高清摄像机采用接口方式对接施工管理平台，将现场画面实时传输到后台，后台经过人工智能算法对其进行计算，将该数据通过算法确定的施工人员的不安全行为，与物体产生的不安全状态进行识别、预警，辅助现场做好安全生产管理；该技术主要用于施工现场摄像机可视范围内的火灾辨识、高处坠落、未系好安全带、未戴好安全帽、打架斗殴、灭火器具缺失等方面，可以大大提高现场管理效率，降低管理人员工作强度，及时进行预警将事故防患于未然，如图6所示。

图6 视频AI技术Fig.6 Video Analyzing of the AI Technology

4.2.4 桩基钻进施工可视化技术

根据施工现场地质勘探报告建立地层模型，在现场桩基钻头位置安装深度传感器，并将桩基信息传输设备与平台接口对接，可在桩基施工时实时查看桩基钻进速度与所在地层地质情况，可辅助现场管理人员对桩基施工进度与钻头所在地层地质情况进行判断，如图7所示。

图7 桩基钻进施工可视化Fig.7 Visualization of Pile Foundation Drilling

4.2.5 三维激光扫描技术

施工现场可利用三维激光扫描仪对基坑土方开挖及支护施工完成状态进行激光扫描，对生成的点云数据进行处理后，可以得到土方开挖量、土方回填量等数据信息［9］；还可通过与前期建立的BIM 支护模型进行对比，发现支护桩的偏移量、垂直度偏差、桩位偏差等情况；当然该技术还可以应用到室内垂直度、平整度的检查，也可应用于对管道施工完成现状与BIM模型设计路由进行比对，发现安装偏差进行优化、调整，保证BIM 竣工模型与现场安装的一致性［10］。该技术具有速度快、精度高、智能化等特点，对提高施工现场的生产效率助益极大，如图8所示。

图8 基坑三维激光扫描Fig.8 3D Laser Scanning of Foundation Pit

4.2.6 砌体排砖

利用软件对砌体进行排砖，按照统计的用量明细表提前下料，并将自动生成的属性二维码打印贴于对应墙体位置，现场人员直接扫描即可查看构件属性和砌筑排布情况。根据构件尺寸清单对非标准的构件进行集中生产、加工，对整面墙体按图进行施工排布，减少了建筑砌体浪费的同时增加砌筑的美观性，如图9所示。

图9 砌体排砖Fig.9 Brick Laying

4.2.7 进度实时跟踪

利用移动端App，在整个项目现场针对所有的生产任务进行跟踪，将所有影响到项目进度的主要问题通过云端及时反馈给管理人员，供决策者进行实时的决策、处理，保障进度能够按照计划顺利地进行。利用BIM5d 进行多视口的可视化动态仿真模拟，将实际的施工进度和计划进度进行仿真模拟，分析导致进度偏差的原因，及时地进行资源的合理调配，最终达到精细化管理的目的，如图10所示。

图10 主楼进度模拟Fig.10 Progress Simulation of Main Building

4.2.8 质量安全管控

基于BIM 的建设项目管理信息平台的工程施工过程质量安全管控，对于项目管理岗位的各个层级而言，提高了每个管理岗位的工作效率，方便了安全问题的及时记录、查询，对于常见安全问题及其他安全风险数据来源也同样可以及时排查，做到心中有数。对于大量处在整改中的问题可以实现自动实时跟踪和自动提醒，减少遗漏，提高整改效率。自动输出任务销项单∕整改处理通知单等，实现一次自动录入，多项成果自动输出，减少重复劳动。在企业管理项目过程中有效实现了闭环，达到了项目管理处处留痕的目的，降低了管理问题的发生频率，如图11所示。

图11 质量安全问题线上整改、回复、统计Fig.11 Online Rectification，Reply and Statistics of Quality and Safety Problems

4.2.9 方案比选

BIM 技术应用的一大优势就是能实现施工方案的模拟、比选；针对项目施工过程中遇到的一些重难点工程，可以应用BIM 技术对同一问题制定的多个专项方案的施工过程进行动画模拟、推演，最终达到方案优选的目的，例如：深基坑支护工程、基坑支撑安装与拆除工程、高大模板工程、装配式吊装工程等，制作的视频不仅可以用于方案比选还能对现场施工人员进行视频交底，帮助现场施工人员更直观地了解施工过程和控制要点，如图12所示。

图12 深基坑支护工程拆除施工模拟Fig.12 BIM Construction Collaborative Management Platform

4.2.10 精准下料

针对办公楼及酒店梁柱大量采用型钢混凝土的结构形式，为了加快型钢构件安装进度，避免出现安装节点未完全契合的情况，通过三维可视BIM 软件，进行空间复杂关系的专业协调与深化设计。将深化后的钢结构模型，进行数字化加工下料，使用模型

直接精准地出具钢结构连接件节点结构图、明细表等，让钢结构工厂进行预制、加工，也可将已经建好的幕墙模型进行快速分析并准确处理与主体的碰撞问题，按照相应楼层单元，进行构件的预拼装，在校验施工图纸和组装是否合理的情况下，亦可以直接绘制出具构件图、型材加工图等并提供给工厂（见图13）。还可对现场模板系统进行三维深化设计，对铝、木模板进行配模，精准统计模板、支架等的用量、尺寸，做到精准下料。基于该BIM 的应用不仅可以做到对现场安装质量的精准把控，也可以减少粗放下料带来的材料浪费，同时也可缩短安装工程的工期。

图13 幕墙构件加工Fig.13 Curtain Wall Component Processing （cm）

4.2.11 场地布置优化

利用BIM 施工场布软件，通过建立相关模型将现场施工布置情况直观的表现出来，并通过制作施工现场动线模拟动画推演现场道路设置、车辆运转、材料堆场布置和材料周转的合理性；利用其可视化、可模拟性等特点，实现对场布相关要数的优化，通过对施工现场办公、生产、生活设施的合理布置，提高生活、生产效率［11］；然后利用BIM 技术所具有的场景渲染及漫游功能，将施工各阶段场地布置以图片或者视频的形式输出，同时可以对施工现场临时设施的材料用量进行统计，方便进行成本控制。相较传统的二维平面布置具有巨大优势，如图14所示。

图14 施工现场三维场地布置Fig.14 3D Layout of Construction Site

5 结语

智能化结合BIM 技术在产城融合项目中的应用，主要通过建立BIM 三维信息模型，利用BIM 技术具有的可视化、可模拟化、信息集成等功能，不仅可以整合项目信息，模拟设计及施工方案，还可以有效提高沟通协调水平。具体来讲，就是在规划设计中可以将抽象的设计思路，直观形象地表达出来，通过对整个产城融合项目的建筑布局、建筑设计、广场道路、园林绿化等整体模型进行科学分析、合理推敲、反复比对、模拟演示等实现规划设计的精准优化。在项目施工中，通过应用BIM协同管理平台、智能化设备、施工模拟等技术，可以实现建设项目精细管理、科学决策的水平，进一步提升对项目施工质量、进度、安全、成本的管控能力。