基于BIM技术的全生命周期数字交付管理研究*

王志海,李 兵

(1.江苏省公共工程建设中心有限公司,江苏 南京 210008;2.中通服咨询设计研究院有限公司,江苏 南京 210019)

本文结合BIM技术,以BIM运维为导向,构建了一套符合智能建造应用要求的数字交付成果标准,明确策划、设计、施工及运维不同阶段数字交付物的具体要求。明确了不同阶段数字交付工具的要求,实现全生命周期数据的纵向生长与横向扩展,真正发挥数据链价值,为管理赋能。

1 全生命周期数字交付现状

1.1 全生命周期数字交付应用现状

1.1.1交付物多样性

随着BIM应用软件的成熟,基于BIM数据的交付物形式也越来越丰富,不仅包含了三维模型,同时可基于三维模型输出相应的图纸成果、视频动画成果、统计表单成果等;除了模型交付物外,在不同阶段也有不同的管理平台,如设计阶段的协同设计平台、施工阶段的BIM施工管理平台、运维阶段的BIM运维管理平台,通过平台可将原本独立的工程资料数据与BIM数据形成结构化交付物。

1.1.2交付物协同性

BIM数据是信息协同基础,在工程全生命周期数据协同方面发挥着重要作用。工程交付过程中,设计阶段不同设计专业可基于中心协同文件开展专业间的碰撞协调、优化;施工阶段各项目参建方基于BIM施工管理平台,开展工程施工过程数据的动态关联;运维阶段基于BIM运维管理平台,开展物理实体与数字模型的实时模拟,为管理进行赋能。在全生命周期交付过程中,BIM数据作为协同的媒介,承载着不同阶段管理要求。

1.2 全生命周期数字交付存在的问题及应对措施

相较于传统交付方式,基于BIM的数字交付不仅仅是将传统二维图纸为主的纸质资料转变为电子文档,在数字交付过程中通过不同的数字交付工具,数字交付成果间也形成有特定关联关系,从单一数据形成数据链路,固化为工程全生命周期数字资产,为后续阶段管理和分析提供基础。

正因为BIM交付物的多样性和协同性,在工程全生命周期应用过程中,也出现了交付标准难执行、图模不一致、实模不一致、成果精度不统一、数据不流转等问题,这些问题制约了BIM技术在全生命周期的应用。为了进一步规范数字交付过程,需从数字交付标准、数字交付工具2方面进行约束。

2 基于BIM的全生命周期数字交付体系设计

2.1 目标规划

对照工程全生命周期各阶段管理目标,数字交付在不同阶段的交付目标也不尽相同。在策划阶段,需进一步明确项目所执行的标准规范是以运维为导向,标准需可执行、可检验;在设计阶段,需借助数字交付过程,对交付成果进行协同优化、智能审核,提升设计成果品质;在施工阶段,借助数字交付,实现智能建造相关技术的集成应用,提升建造管理效率;在运维阶段,依托数字化模型与物联网传感数据,引入绿色低碳运营算法,搭建数字孪生运维平台,在数字空间中模拟,在现实空间中执行,提升运维服务水平。

2.2 流程设计

为便于工程全生命周期数字交付,对交付流程进行设计,明确不同阶段的关键工作,如表1所示。

3 全生命周期数字交付管理要点

3.1 策划阶段数字交付

3.1.1组织架构

在项目建设全生命周期过程中,项目参加单位众多,在项目协调过程中需明确各方权利与义务,通过明确项目组织架构,利用组织管理的方法,实现项目管理目标。结合BIM项目管理的特点,推荐成立项目BIM全生命周期数字交付领导小组,配置包含设计、施工、运营全专业融合团队,支撑项目数字化应用,推荐组织架构如图1所示。

图1 项目组织架构

领导小组成员包含项目全部参建方,在BIM咨询工作开展中,通过项目经理、技术负责人、专业负责人三级管理实现BIM数字交付质量、进度目标。

3.1.2实施方案

明确项目组织后,需进一步分析项目管理目标,编制对应的实施方案。主要包含目标分析、实施依据、实施计划、实施要点、质量管理措施、进度管理措施、安全管理措施、成本管理措施等,明确不同阶段、不同应用场景的数字交付方案、数字交付管理措施。

3.2 设计阶段数字交付

设计阶段主要工作包含模型生产、基于模型的应用及基于模型的监管,需重点关注图模一致。

在模型生产环节,需借助专业软件、辅助工具,搭建符合标准规范要求的模型。在模型生产过程中,借助BIM的协同性优势,实现多专业交叉复核,对图纸进行校核;基于可视化碰撞报告,对模型进行设计优化,避免施工过程中变更。模型生产环节需对照数字交付标准,检查模型的完整性与合规性。

师：请同桌互相合作，一位同学摸几何体模型并描述它的特征，另一位同学猜猜它的名字，然后交换进行．老师提两个要求：第一，描述几何体的时候，注意使用数学语言，要有条理的表达；第二，自己选择一个你认为描述最准确最好的几何体，准备汇报．

对于设计阶段的优化,一方面是要解决本专业设计的合规性问题,另外也需解决交叉专业合理性问题。对于管线路由优化,选取有代表性剖面,综合考虑支吊架、检修空间、管道翻转等因素,对管线的布置方案进行设计,出具管线剖面图、主要路由平面图、净高分析图,指导项目精装修方案。常见的设计优化手段如表2所示。

表2 设计优化方法

在设计优化前,可利用三维设计软件碰撞检查功能输出模型碰撞报告,并结合碰撞报告进行设计模型优化,合理排布管线路由。管线优化的目标一方面是要验证设计净高的合理性,同时进行交叉专业综合路由设计,指导后续施工深化。管线优化的重点区域主要包含公共走道、专业设备用房、管井、门厅、屋面、室外管网等区域,验证管线安装检修的便利性、空间净高的合规性。

模型优化完成后,基于模型可输出相应的净高分析图、各专业平面图、立面图、剖面图、局部三维视图、构件清单等,实现三维设计二维表达。在图纸中应注意表达如表3所示内容。

表3 三维设计二维表达要点

其剖面如图2所示,图中展示了公共走道区域的机电管线优化方案,按综合吊架原则对管线进行综合排布,并预留管线转换、综合吊架位置。

图2 公共走道综合管线剖面

为进一步利用设计模型,可结合专业软件进行模型的VR/MR展示,在虚拟空间直观感受模型空间效果;结合专业模拟分析软件,在真实环境中模拟日照、风环境、疏散等,进一步验证设计合理性。

设计模型完成后,为进一步验证模型是否符合规划报建、施工图规范要求,部分地区也相继开展了基于BIM的智慧监管:BIM规划报建是基于BIM方案模型自动输出规划要点表单,基于城市CIM场景,进行规划方案审查;BIM施工图审查是将规范条文转化成机器可识别的计算机语句,在BIM施工图模型中提取关键信息,与之比对,验证模型合规性。随着BIM应用越来越成熟,BIM智慧监管也进一步规范了模型生产的质量,为全生命周期数字交付奠定了基础。

3.3 施工阶段数字交付

为便于项目参建方的协同,基于BIM协同施工管理平台,可实现模型的在线轻量化浏览、资料与模型的关联、施工信息的添加、物联网监测设施的接入,满足施工现场质量、安全、进度、成本、资料管理要求,协同施工平台核心功能,如表4所示。

表4 BIM协同施工管理平台核心功能

在项目施工过程中,需结合施工平台移动端录入施工的实时数据,保证施工现场与模型同步修改,实模一致。

项目施工完成后,需在施工模型基础上,对照数字交付要求,对模型进行复核并修正。利用BIM施工平台资料导出功能,将施工过程形成的资料导出为结构化施工资料,在项目竣工交付中同步移交。

3.4 运维阶段数字交付

运维阶段的主要工作是进一步挖掘竣工模型价值,对接物联网动态数据,开发数字孪生智慧运维平台,为运维管理赋能。在运维平台开发过程中,需重点关注数据、平台、服务3方面。

1)数据 在运维交付过程中,数据作为运维的基础,主要包含静态数据与动态数据。静态数据通常是在项目设计、施工过程中形成的数据,在运维过程中基本保持不变,数据承载的信息量大,需经过轻量化按需取用;动态数据通常是指利用物联网传感器收集到的实时数据,反映建筑的实时状态。静态与动态数据通过统一编码进行映射,在平台中实现自动关联,主要的数据类型如表5所示。

表5 静态与动态数据主要类型

2)平台 运维平台在开发交付中,通过解构平台功能,可将运维平台拆解为数据中台、物联网中台、服务引擎及业务中台。其中,数据中台可满足多源异构数据的在线转换,满足服务引擎加载要求;物联网中台链接不同种类物联网硬件,实现动态与静态数据组装;服务引擎为运维平台服务场景的开发提供了共性的开发组件,提高开发效率;业务中台是对统一登录、用户服务等功能化组件的集合,避免同类平台的重复建设,统一平台风格。

3)服务 运维管理的目标是为运营维护赋能,基于平台组件,利用项目真实数据搭建数字孪生场景。根据业务管理的需求,搭建运维一张图、安防管理、环境管理、能源管理、空间管理等智慧化管理场景,满足在现实空间中执行、在数字空间中动态展现的数字孪生运维模式。

4 结语

1)明确了设计阶段数字交付需重点关注模型生产、模型应用及模型监管3个环节,提出设计优化的系统性方法。

2)借助BIM协同施工管理平台,可将施工深化模型与施工动态过程资料进行关联,实现施工现场的质量、安全、进度、资料的可视化管控,项目竣工交付时输出结构化竣工资料。

3)基于竣工模型、过程资料,搭建BIM智慧运维管理平台,实现物联网数据与模型数据的关联映射,实现数字孪生管理。

4)明确了工程全生命周期应用要点。