基于BIM技术的政府投资工程全生命周期数字化管理研究*

于 浩,王志海,李 兵,倪钰翔

(1.江苏省公共工程建设中心有限公司,江苏 南京 210024; 2.江苏中江数字建设技术有限公司,江苏 南京 210024; 3.中通服咨询设计研究院有限公司,江苏 南京 210019;4.南京大学建筑与城市规划学院,江苏 南京 210008)

0 引言

2020年江苏省在省级政府投资工程试点集中建设的基础上,在全省范围内全面推广政府投资工程集中建设管理模式,有效控制了投资规模,提高了工程质量,防止了腐败发生,政府投资工程总量位居全国前列。政府投资工程具备投资、建设、监管、使用分离的特性,如何进一步提高并加强工程建设全生命周期各环节数字化管理水平,打破信息壁垒,是工程管理人员面临的突出问题[1]。

建筑业作为国民经济的支柱产业,在经济社会发展中起举足轻重的作用。为推动建筑业高质量发展,住房和城乡建设部提出智能建造与建筑工业化协同发展的思路,并在全国范围内开展智能建造试点,江苏省住房和城乡建设厅、南京市城乡建设委员会、苏州市住房和城乡建设局相继出台智能建造实施方案,为行业数字化发展提供了指引[2]。

结合各地实施方案,建筑信息模型(BIM)技术作为数字化技术的代表,在工程设计、施工、运维全生命周期的应用中发挥着重要作用[3]。由于参建各方对项目的建设目标理解不一致,项目统筹能力不足等原因,现阶段BIM技术应用往往也存在图模不一致、数据难流转、应用不连贯的情况[4]。政府投资工程的管理归于同一角色,能有效规避以上问题。

本文结合政府投资工程特点,论述了一模建到底、一模管到底、一模用到底的实践方法,从流程、标准、平台3个角度出发,探讨应用流程数字化、标准体系数字化、管理平台数字化的关键任务,为政府投资工程全生命周期数字化管理提供理论指导。

1 集中建设工程全生命周期数字化管理分析

1.1 现状分析

江苏省公共工程建设中心有限公司作为江苏省省级政府投资工程集中建设的实施单位,自成立以来承担了大量教育、医疗、公检法、文化体育等工程的建设任务,在建设过程中大量推广应用BIM技术。实际应用中普遍存在参建单位协调难、应用场景分散、内部系统不衔接、缺乏统一标准、缺乏专业人才、缺乏管理手段等问题,导致现场经常出现图纸与模型不一致、现场与模型不一致等问题,BIM的价值未能充分发挥[5]。

为进一步分析导致这些问题出现的关键因素,运用文献分析、问卷调查、实地访谈、案例分析等方法,进一步探明如何进行全生命周期数字化管理。结合分析结论,提出全生命周期数字化管理的应对策略。

1.2 文献分析

以BIM、全生命周期、数字化等为关键词,进行文献检索。李晓军等[6]在隧道工程BIM技术应用现状分析的基础上,提出下一步应完善相关模型标准、模型自动更新及全生命周期集成平台的研发,从而推进BIM技术从设计到施工、运维阶段的流转。陈婷婷等[7]为实现水利工程建设和运维提质增效,构建基于BIM的水务工程全生命周期管理平台,实现数据的管理与传递,促进实体资产与数字资产的双交付。张裕等[8]通过实践应用明确了施工管理及深化应用的场景。刘菠等[9]指出要实现设计施工运维一体化体系的构建,需关注BIM标准体系编制、企业BIM资源库建立、企业BIM平台及插件开发等环节,将BIM技术融入项目管理,可促进基于BIM的数字化转型。卢昱杰等[10]为推动新型建筑工业化应用,提出了集成数字化交付的项目管理模式,首要任务是对集成数字化交付流程进行梳理。柯善北[11]对住房和城乡建设部《关于开展工程建设项目全生命周期数字化管理改革试点工作的通知》文件进行了解读,打破全生命周期信息壁垒,是全生命周期数字化的必然要求,未来将在全流程数字化基础上,进一步向全生命周期数字化延伸,探索基于BIM的建筑全生命周期审批监管创新模式,促进工程建设领域高质量发展。

通过文献分析,政府投资工程的全生命周期数字化管理应重点关注全生命周期流程、标准体系及平台,明确了后续调研的重点方向。

1.3 问卷调查

为进一步理清公建中心内部管理流程、已应用系统的管理现状,进行相应的问卷调查,调研不同对象对BIM的熟悉程度、对应用场景的真实诉求,也为后续研究提供参考。调研问卷主要内容包含基本信息、BIM技术概念、BIM技术在设计和施工阶段的应用、BIM行业发展、项目BIM应用5部分。

1.4 实地访谈、案例分析

通过对已实施BIM技术的7个项目主要应用情况进行成果分析,项目主要应用场景还停留在模型创建、问题记录、碰撞监测、净高分析及漫游动画等。根据现场访谈反馈,目前在使用过程中普遍存在因无统一标准导致交付界面不清晰、BIM应用深度和场景不统一、BIM协同平台功能不实用等问题。

2 全生命周期数字化管理核心要素抽取

现阶段BIM技术应用得不到广泛认可的主要原因在于流程、标准及平台,主要的问题如表1所示。

表1 BIM全生命周期主要应用问题

综上分析,为实现一模到底的目标,将政府投资工程全生命周期数字化的关键任务进一步聚焦于应用流程数字化、标准体系数字化及管理平台数字化。在实际应用过程中,工程建设全生命周期数字化管理主要包含建、管、用3个方面,对应的一模到底的目标相应地分解为一模建到底、一模管到底、一模用到底。构建面向政府投资工程招投标、交付管理、数据贯通等方面标准体系,满足标准可执行、可检验的要求,打通全生命周期应用,实现一模建到底;通过对现有的管理流程进行重构,以BIM数据传递为核心,实现设计、施工、运维全流程覆盖,一模管到底;打造基于BIM的多方协同管理平台,充分发挥BIM设计成果价值,通过平台实现不同阶段数据的可衔接、可协作,一模用到底。

3 基于BIM技术的全生命周期数字化管理

3.1 应用流程数字化

借鉴软件开发中的迭代开发理念,以模型为主线,在全生命周期过程中,主模型数据不断生长,形成一条主模型流。为满足不同阶段不同场景的特定应用要求,还会在主模型的基础上衍生出子模型,通过对子模型数据进行扩展,满足模型监管与模型应用的要求,主要流程设计如图1所示。

图1 基于主模型与子模型理念的流程设计

为实现管理流程数字化,对项目设计阶段、参建单位、应用场景、应用成果等要素进行解析,以一模到底为目标,对主模型与子模型流程进行优化与抽象,优化流程如图2所示。

图2 基于BIM技术的一模到底数字化流程

在流程设计过程中,随着项目的推进,主模型信息不断增长,形成一条模型流。在不同阶段,将主模型拆分为1.0,2.0,3.0等不同的分阶段,导出的成果满足实际应用要求,形成一条成果流。通过协同设计平台、施工管理平台、智慧运维平台的应用,打通不同阶段的数据流,实现一条数据可衔接的平台流。为进一步规范成果的有效性,模型成果流转至BIM施工图审查、BIM竣工验收、BIM档案管理平台,满足政府监管流要求。

通过上述流程的设计,实现监管流、平台流、模型流、成果流的统一,达到一模管到底的目标,为项目管理赋能,从而实现设计品质、建造效率、运维能力的提升。

3.2 标准体系数字化

在国家、省市已颁布的标准体系基础上,结合一模到底数字化流程,按照可执行、可检验的原则,编制通用版BIM招标任务书、成果验收标准、数据编码标准,约束项目招标、成果验收评价、数据流转方面的技术要求,指导实际工作,实现一模建到底。

3.2.1招标任务书

政府投资工程具有项目类型多、参建单位多、应用场景多的特点,在招标任务书编制过程中,遵循按需应用的原则,分阶段、分类型、分星级编制相应的BIM应用任务书,明确任务书中的技术要求,从源头把控项目交付要求,如表2所示。

表2 招标任务书主要要求

3.2.2成果验收标准

借鉴GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》的编制思路,根据项目特点,将BIM技术应用分为一星级、二星级、三星级,编制《BIM成果验收与评价指南》,实现BIM成果的可检验与可评价目标。主要包括规划、设计、施工、运维4个阶段,分为控制项、评分项、提高和创新3个评分项,评价手段包括人工审查和机器智能审查,依托基于BIM的数字交付系统,评价维度可分为:①模型信息 几何信息精度、非几何信息深度、图模一致等;②模型成果 检查报告、图纸、分析报告、动画等;③应用场景 土方平衡、碰撞检查、净高分析、施工模拟等;④平台应用 数字设计、智慧施工、智慧运维、产业互联等;⑤智能装备 云电脑、施工机器人、测量机器人等;⑥数据安全 国产化、本地部署、保密管理等;⑦知识产权 获奖、论文、软件著作权、专利等;⑧应用培训 培训师资、培训教材、培训内容等。

3.2.3数据编码标准

为实现BIM数据在设计、施工、运维不同阶段流转过程中不受不同平台、模型轻量化影响,按照自动化编码、体系化应用规则编制《BIM编码标准》,为每个构件添加唯一标识符,满足数据全生命周期流转、存储及共享应用要求。在编码规则设计中,借鉴身份证编码规则,将模型编码分为构件编码、空间编码两大部分,如图3所示。为提高编码效率,配套开发模型自动编码工具,自动生成带有编码的模型、编码清单表、编码平面图,通过BIM编码实现数字模型与实体物联网设备的自动映射,实现数实联动。

图3 BIM编码规则

3.3 管理平台数字化

为实现一模用到底的目标,对标《关于推进江苏省智能建造发展的实施方案(试行)》,结合政府投资工程特点,将全生命周期数字化平台拆解为一个大系统+N个实用平台,纵向联通工程全生命周期,横向打通不同应用场景,满足公建中心、设计、施工、运维等单位多样化数字化要求,实现全生命周期数字化管理,助力高质量发展,系统平台框架如图4所示。

图4 基于BIM技术的数字化管理平台框架

3.3.1政府投资工程全生命周期数字交付系统

数字交付系统是以建设单位管理为重点,满足工程项目在前期策划、工程实施、项目移交阶段不同参建单位协作要求。平台用户对象包含公建中心、勘察单位、设计单位、咨询单位、施工单位及监理单位,主要包含项目立项及流程管理、成果上传审核及变更管理、项目管理协作等模块。系统通过开发接口,对接数字化设计、智能化施工、智慧化运维平台,打通项目管理全流程。

3.3.2数字化设计

在项目设计阶段,以正向设计推进为目标,建立BIM统一族库平台,统一项目使用的基本图元,奠定正向设计基础;BIM设计辅助平台提供模型信息批量检查与修改、版本协同等功能,提高正向设计效率;BIM设计智能审查平台提供智能化审查工具,自动出具审核结果,提高成果审查效率。

3.3.3智能化施工

在施工阶段,以智能建造技术集成应用为目标,建立BIM智慧施工管理平台,满足项目一张图总览全局、资料管理、质量管理、进度管理、成本管理、安全管理等要求,通过对接现场的智慧工地等智能设备,还能实现工地现场的动态监测,提高协同管理效率;提供BIM辅助施工图移动端平台,为施工现场人员提供轻量化浏览、问题实施记录与反馈等功能,加强现场协作效率;结合智能建造管理要求,提供统一的建筑机器人操作平台,统一操作系统与工具,提高建造效率。

3.3.4智慧化运维

当前建设模式下,公建中心建设完成后即移交至使用单位,没有真正实现全生命周期数字化交付。为提升运维管理能力,打造统一的BIM智慧运维底座平台,基于底座平台,打造面向校园、办公的典型应用平台,充分挖掘BIM数据资产价值。智慧运维底座平台可提供统一的数据中台、服务引擎、业务中台、物联网中台,可有效避免同类平台开发过程中存在的系统壁垒;通过提炼同类项目的共性功能,打造典型BIM智慧校园平台、BIM智慧办公平台,满足同类型项目的智慧化运维管理,避免重复建设等问题。

4 结语

面对建筑业从高速发展向精细化发展的转变,为实现高质量发展,政府投资工程的数字化管理是必然趋势。结合文献分析、问卷调查、实地访谈、案例分析等手段,可知政府投资工程全生命周期数字化管理需重点关注流程、标准、平台3个方面,以一模到底为目标进行分解。

1)在应用流程数字化方面,以一模管到底为目标,创新性地引入主模型生长、子模型扩展理念,构建一套打通数据流、成果流、平台流、监管流的数字化管理流程,指导实践。

2)在标准体系数字化方面,以一模建到底为目标,借鉴绿色建筑评价体系,按照类型、阶段、星级明确项目模型标准、成果验收标准;通过统一编码体系,实现数据在不同阶段、平台之间的流转。

3)在管理平台数字化方面,以一模用到底为目标,探索全生命周期数字化平台框架,通过一个大系统+N个实用平台,实现数据流在不同平台之间无缝流转,打通数据壁垒。