互联网+BIM 建模技术在怀柔科学城智慧工程建设中的应用

任楠REN Nan；顾伟红GU Wei-hong

（兰州交通大学，兰州 730000）

1 绪论

1.1 建设背景

2016 年9 月，国务院《北京加强全国科技创新中心建设总体方案》明确，北京将进一步推动“三城一区”建设。怀柔科学城作为“三城一区”的重要组成部分，将助力国家重大科技基础设施建设落地，完善基础前沿研究，实现关键核心技术突破，为北京实现“四个中心”中的国际科技创新中心建设凝神聚力。

2017 年3 月，北京怀柔科学城建设发展有限公司成立，是由北京市、怀柔区和密云区共同出资成立的平台公司，主要任务是负责怀柔科学城开发建设、投资和运营。

2017 年5 月，国家发改委、科技部批复《北京怀柔综合性国家科学中心建设方案》。北京怀柔综合性国家科学中心规划范围总面积100.9 平方公里，是在原中关村怀柔园、北京雁栖经济开发区、中关村密云园、北京密云经济开发区用地范围基础之上设立而成，其中位于怀柔区的面积约68.2 平方公里，位于密云区的面积约32.7 平方公里。

1.2 建设意义

我国传统建筑行业的项目建设管理通常比较落后，随着互联网技术和BIM 建模技术等的普及，现代建筑行业的项目建设管理已呈现出信息化管理新模式。

怀柔科学城空间规划面积大，同期开工项目多。笔者所在的平台公司需要运用一定的信息化技术手段，将更多互联网技术、BIM 建模技术等通过技术手段植入到建筑主体及各类远程监管系统中，实现工程管理干系人与各建筑施工项目的体系融合。智慧工程建设可以促进建设管理企业内部生产关系的转型升级，可以完成与互联网+社会生产力的有效对接，还可以进一步释放企业员工的创新活力，为工程建设管理活动提供可持续发展的源泉[1]。

2 相关概念

2.1 智慧科学城

怀柔科学城规划与我国建设世界科技强国“三步走”战略相适应，瞄准世界前沿科技，落实国家战略，体现中国特色，彰显文化自信，努力建设“智慧科学城”。怀柔科学城智慧城市的建设将与怀柔科学城的空间规划布局、功能定位相适应，通过云计算、大数据、人工智能等技术应用，实现怀柔科学城信息基础设施全面覆盖，同时构建基础市政设施智能监测，指导怀柔科学城的信息化相关建设任务的方案设计、建设实施、应用保障，涵盖规划、建设、管理和服务的全流程，从而打造基于时间、空间、领域三个维度构建虚实结合的智慧科学城创新发展的虚拟空间，通过三个维度的融合，既可引领科学城未来的创新发展，又能支撑当下的规划建设。

2.2 智慧工程

智慧工程是顺应建筑业信息化发展的要求，以工程项目的全生命周期管理为出发点，运用新一代信息技术和信息模型技术的方式，在施工活动中加以运用、整合，以各参建单位协同发展为目标，从而构建智能化的管理模式。怀柔科学城智慧工程的建设原理是将物联网应用与计算机技术相结合，通过RFID 数据采集技术、ZigBee 无线网络技术以及视频监控等手段[2]，实现对施工项目的进度、质量安全、智能监控、资金投资、新闻中心等“五管合一”的立体化管控格局，再通过互联网+BIM 建模技术的整合，实现项目资源信息与基础空间数据的结合，构造一个信息共享、集成、综合的工程管理和决策支持平台，实现经济和社会效益的最大化[3]。

3 互联网+BIM 建模技术的应用

3.1 背景分析

“十三五”时期，我国持续基础设施投资力度，建筑行业规模呈逐年上升的态势，受2020 年初爆发的新冠肺炎疫情影响，对建筑企业的管理方法和手段、技术革新、人员素质等都提出了较大的挑战，因此实现“互联网+”与建筑行业的融合和发展，是信息化时代对建筑行业提出的新要求。北京怀柔科学城空间规划面积大、空间结构规划形态多样、空间单元和街区划分类型多，2020 年-2025 年正在加快各项国家重大科技基础设施（大科学装置）和科学设施平台建设，截止2025 年计划重大开工项目约64 项，“互联网+BIM 建模技术”能够给怀柔科学城的工程建设管理带来更大数量级的价值实现。

3.2 项目案例

先进光源技术研发与测试平台项目位于北京市怀柔区11 街区怀柔科学城起步区，建安工程建设主体为北京怀柔科学城建设发展有限公司，根据市政府安排采用“一会三函”模式并于2019 年开工建设，现已完成项目竣工验收备案并交由中国科学院高能物理研究所进行实验设备安装及具体使用。项目规划用地面积约42640 平方米，规划总建筑面积约21295 平方米，由6 栋单体建筑组成，包含有1#实验厅、2#实验厅、3#低温厅、4#公辅厅、5#变电站、6#空环楼等。项目建设全过程采用基于“互联网+BIM建模技术”为应用的怀柔科学城智慧工程管理平台，经过平台公司领导和验收组专家后期复盘，该智慧工程管理平台有力地促进了绿色施工的推进，保证了施工过程的进度、质量和安全，取得了较好的经济和社会效益，预估共节约市发改委投资约1500 万元，并在平台公司后续项目进一步推广和应用。项目建筑指标如表1 所示。

表1 项目建筑指标

3.3 架构设计

3.3.1 信息采集层

使用Zigbee 无线定位网络具有双向短距离传输、低功耗、组网灵活、网络自愈能力强等特点，可在施工工程中进行组网，并将检测到的数据进行传输。定位终端和各种传感器将感知数据实时传送到Zigbee 分站，分站通过网络无线传输到网关，由数据传输层负责统一上传。

3.3.2 数据传输层

借助RJ45、RS485/232、光纤环网、4G/5G、Wifi、Internet等网络技术，将信息采集层的数据远距离传输到物联网的中间服务器。

3.3.3 中间服务层

通过使用不同种类的传感设备适配器，获取海量原始数据并进行分析，提供复杂事件的处理引擎，对分析后的数据进行过滤、分组、匹配、聚合，形成透明的传感数据供用户使用，同时根据具体需求形成具体的业务场景服务，提供接口服务供用户感知层直接订阅。

3.3.4 用户感知层

根据分析的感知数据，通过“互联网+BIM 建模技术”的综合应用，实时动态采集施工过程中涉及的人、机、料、法、环等要素，有效地支持用户感知层的现场施工人员、项目管理干系人提高施工质量安全、成本和进度水平，并确保工程项目的成功。

3.4 平台应用

考虑到建筑工程一般需要进行进度管理、质量管理、安全管理、成本管理、资料管理、方案管理、环境管理、人员管理等特点，通过平台公司内部业务量化整理和与互联网技术提供商的多次讨论和沟通，针对现阶段怀柔科学城智慧工程建设的特点，综合考虑“项目周期较长、管理风险大，项目参与方多、协调工作难、项目数据量大、沟通效率低”等现实状况，通过BIM 建模工具搭建形成含有9 个模块的基本功能雏形，为“互联网+BIM 建模技术”的应用找到了准确切入点。智慧工程管理平台操作界面如图1 所示。

图1 怀柔科学城智慧工程管理平台

3.4.1 主要功能模块应用

①进度管理。施工进度管理中的不断进度优化是进度控制的关键，通过实时获取相关BIM 模型进度计划数据，导出相应的工序进度参考，由施工单位项目经理每天汇报进度，将实际进度与计划进度进行对比，分析影响施工关键线路工期偏差的原因，及时调整施工计划和方案，同时分析预判设计、质量安全、环境等影响进度的因素，实施进度预警及跟踪。

②质量安全管理。质量安全管理则是在工程管理干系人管理经验的基础上，主要以来自BIM 模型的质量安全数据来记录建筑物在检查过程中发现的隐患信息，包括隐患点位置、隐患情况信息、现场照片和影像、责任单位及责任人等信息，通过模型索引将质量安全问题高效传播到每个工程管理干系人手中，并实时记录相关问题整改的后续进程，提供事后复盘功能，以确保整个管理记录的完整性和管理过程的可追溯性。

③智能监控管理。通过BIM 模型的智能监控模块，实现施工现场远程视频监控、现场消防报警远程接收、固定人员“电子哨兵”远程管控、来访人员远距离语音对话控制等功能，工程管理干系人可以实时了解施工现场的施工进度、安全情况、人员到岗及防疫情况、来访人员动线管理等，实现对工程项目的远程监管。

④资金投资管理。通过BIM 模型的资金投资管理模块，实现对基建概（预）算投资额、已完成投资额、已签约合同额、已支出资金的实时明细管控，为政府资金落实、公司财务监管、项目合同管理和动态成本控制带来便利。

⑤新闻中心管理项目建设过程中受到国家发改委、北京市发改委、市政府各委办局、中科院各研究院所的高度关注，领导现场调研期间所作的重要指示以及国内各大新闻媒体的跟踪报道均被新闻中心模块实时记录、转载和报道，这既是对项目建设者辛勤付出的一种褒奖和鼓舞，又是企业文化传承的一项重要的“固定资产”。

3.4.2 其他重难点应用

①现场布置优化本项目施工期间周边市政道路及配套设施不完善，对项目组织协调要求高，加之施工场地较大，各项目施工存在交集，后期市政管廊和道路项目集中开工，导致场地布局不断变化，给管理带来困难。BIM 建模技术的应用为本项目的布置工作提供了很好的手段，通过建立场地的三维布置，可以更加直观地模拟现场每一步的情况，灵活安排场地，实现合理布局。

②多专业协调由于受场地布局、专业协调、技术差异等因素的影响，本项目机电各专业初期缺乏协调配合，难免存在很多不可预见的问题，造成机电各专业之间在平面或立体空间内无法交圈，达不到设计要求。通过BIM 建模技术的可视化、参数化、智能化等特点，进行多专业碰撞检查、净高控制检查和精确预留预埋，并以此建立机电各专业会商机制，尽可能减少技术失误并加强沟通，现场需要协调的问题大大减少，降低了施工成本。

③工作面管理本项目分包单位较多，专业间交叉工作频繁，特别是实验室工艺设备安装与建安工程各分包归属不同的建设主体，不同专业、资源、分包之间的协调与合理搭接工作尤为重要。BIM 建模技术以工作面为关联对象，实时统计同一工作面上不同专业的所有施工作业，按逻辑或工艺规则规范不同专业、资源、分包之间的工作内容和时序，以顺利推进工作。

④打造企业工作库工作库通常可以为政府资金管理和工程造价管理提供数据支持，客观反映工程的技术和管理水平。通过BIM 建模技术打造符合怀柔科学城平台公司特点的工作库，选取工程样本，针对工程本体测定和动态成本测算，逐步累积形成庞大的数据集，并通过科学的统计计算，以期最终形成符合自身特色的企业工作库，形成平台公司原始积累。

4 结论

本文初步分析了如何运用“互联网+BIM 建模技术”来保障怀柔科学城的智慧工程建设，主要的价值内容浓缩体现为：①完善项目规划，②科学制定建设环节，③有效降低项目成本，④有效提高项目质量，⑤有效缩短项目工期，⑥有效减少安全风险。通过怀柔科学城智慧工程管理平台的应用，能更好地实现对工程项目全周期、全方位和全要素的管理，提高了施工现场的作业质量和工作效率、加强了工程管理的标准化和精细化管理水平，通过互联网+BIM 建模技术的整合，实现了项目资源信息与基础空间数据的结合，构造了一个信息共享、集成、综合的工程管理和决策支持平台，实现了经济和社会效益的最大化，为笔者所在的平台公司工程管理标准化建设和发展提供了有效支撑。

现阶段怀柔科学城智慧工程建设仍处于逐步探索的过程，将是一项系统而复杂的工作，很多方面还有不足。今后还需要从完善“互联网+”应用系统、合理应用“EBIM”平台、引入智能化参与项目过程管理等几个方面入手，有效提速智慧工程建设效率。相信通过各方的合作，基于“互联网+BIM 建模技术”的智慧工程管理平台，必定可以更好提高管理效率和管理质量，使怀柔科学城的工程建设管理迈上一个新台阶。