智慧园区基础设施工程全生命期BIM技术应用

1.1   工程概况

京津中关村科技城智慧园区市政基础设施工程为大型市政工程领域EPC总承包项目，涉及十余个专业。建设内容主要包括：修建道路16条，全长约30km；涉及雨水、污水、给水、中水、燃气、热力、电力、电信等各类管道总长约300km；建设公园约17.4万平方米，路侧绿化约47.7万平方米，河道及水环境综合整治长度约8.8km；建设高中压调压站、热源厂、公交首末站、公共停车场，占地面积约3.9万平方米。

1.2   BIM应用必要性分析

大型基础设施工程通常具有地理跨度大、涉及专业多、地下管网排布复杂，施工作业面广、运营期工程资产管理对象分布广，问题排查与定位困难，设备、设施及供应商信息庞杂，管理难度大等特点。本项目在上述特点基础上，又有智慧运维要求^[3]，这一要求延长了工程信息的服务期限，强化了工程数据跨阶段传递、更新、维护的重要性。

BIM的内涵是能够连接建筑全生命期不同阶段的数据，以及它整个形成的过程和这个过程所需要的资源^[4]。BIM技术能够集成设计和施工两个阶段的信息，尤其针对基础设施的综合管线工程，可以纳入管线、各类闸门、阀门的安装和供应信息，形成完整的竣工模型，接入运维管理平台，为实现智慧运维创造基础性条件。

利用BIM技术在可视化、参数化、信息化方面的优势可提高项目信息沟通效率，支持项目在环境、成本、质量、安全、进度等多方面的分析、检查和模拟，提高施工阶段的可预测性、可控性和精细化管理程度。将BIM技术全面应用于道路桥梁和综合管网等的设计、施工全过程，可大大减少设计变更和设计错误，降低潜在的施工返工风险。

由此可见，引入BIM技术对智慧园区建设是十分必要的。

2.1   BIM策划目的

BIM实施策划主要目的是解决以下问题：（1）明确项目BIM应用目标和应用内容；（2）识别项目BIM应用重点和难点；（3）策划BIM实施流程；（4）确认各实施阶段模型深度；（5）落实BIM实施所需的资源；（5）明确成员在项目中的角色和责任；（7）分析和降低工程实施潜在风险。策划的最终成果是编制项目BIM实施工作方案。通过BIM策划，本项目建立的BIM实施架构如图1所示。

图1项目BIM实施组织架构

项目形成了以建设单位和监理单位BIM主管为领导，EPC总承包BIM团队组织实施，BIM咨询团队提供指导，设计单位和施工单位BIM人员协作的BIM实施团队。落实了BIM技术应用领导小组和工作小组人员，及其责任分工，为项目的顺利实施提供了组织保障。BIM团队编制了项目级《BIM实施工作方案》、《BIM技术导则》等一系列项目级BIM标准，有效指导项目实施。

2.2  BIM实施目标

在BIM实施策划时，制定了如下实施目标：

（1）设计阶段：通过搭建BIM协同设计平台，形成协同设计工作模式，以提高沟通效率；通过创建BIM设计模型，并与设计交互工作，进行设计阶段BIM应用，提前发现潜在设计缺陷，克服传统设计沟通不及时、不通畅带来的弊端，以提高和优化设计成果，并为施工、运维阶段提供基础模型及属性信息。

（2）施工阶段：通过搭建BIM施工管理平台，进行项目深化设计、施工模拟、方案优化，实施项目质量安全、进度管理、人材机管理、可视化技术交底等多方面集成应用，以降低施工潜在风险、节约成本，提高现场精细化管理水平。

（3）运维阶段：通过集成设计阶段模型的属性信息和施工阶段的建造信息，形成数字化资产，接入智慧园区管理平台，用于道路、综合管线、设备设施的智慧运营管理，提高突发事件的响应速度和处理效率，降低运营成本。

2.3   BIM实施过程与主要内容

该智慧园区基础设施工程BIM实施流程可分为BIM实施策划、BIM准备工作、BIM实施、BIM应用总结四个阶段，如图2所示。

图2 EPC项目BIM技术实施阶段与主要内容

BIM实施准备工作主要包括：落实BIM实施所采用的各类软、硬件资源，创建项目BIM元件库、制定通用和专用工作环境，搭建协同设计管理平台，并进行设计工作环境托管，搭建BIM施工管理平台，并对施工管理平台人员进行培训，同时编制项目级BIM标准，用于指导项目实施。

本项目采用了Bentley公司系列软件创建设计和施工模型。搭建了ProjectWise协同设计平台（图3）和4D-BIM施工管理平台（图4），并对施工现场业主方、监理方、总承包方和各施工分部进行了多次集中培训，掌握了平台使用技能。编制了多本BIM标准，指导项目顺利实施。

图3 BIM协同设计平台图4 BIM施工管理平台

4.1   设计阶段BIM应用

创建了道路、桥梁、涵洞、雨污管线、交通工程等十余个专业BIM模型，同时运用无人机倾斜摄影技术实现工程三维实景建模。按照“模型文件—结构组装—专业分装—区域总装—项目总装”的顺序逐级装配，形成整个项目的总装模型，如图5所示。在此基础上开展了BIM可视化、碰撞检查、工程量统计以及仿真性等多种应用。

图5项目总装模型

（1）可视化：进行了三维设计模型可视化、三维实景模型可视化、目整体漫游可视化、直观形象地展示工程全貌，使各参与方对设计方案和现场有更加准确的理解。

（2）碰撞检查：利用BIM碰撞检测功能，对项目土建专业与其他各专业之间，以及各专业内部之间，尤其是地下各类管道之间进行碰撞检测，包括硬碰撞和软碰撞（如不满足管线之间净距要求^[5]），发现问题及时修改设计方案，确保管线间距满足规范要求，规避施工返工风险，提升设计品质。

（3）工程量统计：实现BIM模型工程量一键输出，提升了工程量统计效率。

（4）除上述应用外，还进行了实现了道路视距仿真分析，照明方案展示、景观方案展示与比选，及时优化设计方案。

4.2   施工阶段BIM应用

根据现场施工情况，制定了项目施工模型WBS分解原则，即道路工程按照200米一段进行划分，桥涵工程按照构件进行划分，管线工程按照井到井进行划分，其他专业模型按照单体划分。施工过程中，采用“三端一云”的方式协助施工管理，即利用PC端、网页端和移动端实现BIM模型的实时数据填报、查看。利用云平台实现项目数据的集中存储和计算分析。开展了施工方案模拟与优化、可视化技术交底、进度管理、质量与安全管理、人员材料机械管理、综合信息展示、档案管理等多方面应用。

（1）施工方案模拟与优化：传统施工方案的编制一般是基于二维图纸和施工经验，由于缺乏现场验证，其施工可行性往往无法满足实际要求，导致施工方案往往是边施工、边修改、边优化，对工期、质量和成本均产生较大影响^[6]。通过BIM技术三维可视化可实现施工方案模拟和优化，直观地了解总体施工方案的重要时间节点和相关工序，清晰掌握施工过程中的难点和要点，优化施工组织设计。通过不同颜色设置，演示施工进展，如图6所示。

（2）可视化技术交底：通过移动设备可将BIM施工方案带入施工现场，如图7所示。对照现场实际情况进行可视化技术交底，极大方便了施工人员对施工方案的直观了解。

图6施工方案模拟图7可视化技术交底

（3）进度管理：现场工作人员根据每天施工进度在移动端填报进度数据。以填报数据和施工进度计划为基础，可以选择按照计划进度或实际进度，进行施工进度模拟和进度追踪分析，发现偏差，及时采取措施纠正，如图8所示。

图8进度填报与进度分析

（4）质量与安全管理：当管理人员（发起人）发现问题后，可直接在移动端上传图片，填写问题描述和整改要求，发送给整改人。整改人收到整改通知后，根据整改要求完成整改，并将整改情况以及整改后的照片反馈给发起人，发起人收到反馈信息后，对整改情况进行验收确认，形成“发起——整改——确认”的闭环管理。可以对质量安全问题进行定期统计，分析问题构成、专业分布情况、问题整改情况，生成分析报告发送给相关负责人，方便让对方及时、快速掌握项目整体质量、安全情况，如图9所示。

图9质量安全问题分析图

（5）施工综合信息展示：创建了施工综合信息大屏，设置了项目位置、进度分析、安全施工天数、当前任务进度、实时问题、问题月度数量统计、问题分类统计、问题实时状态统计等八个功能模块，汇总现场重要信息，为快速科学决策提供依据，如图10所示。

10施工综合信息大屏

（6）其他管理：利用BIM施工管理平台，通过赋予不同人员角色和权限进行人员管理，确保工程信息安全；通过收料单、发料单、盘点单实现工程材料的严格管理；通过扫描机械设备二维码，可填报机械的台班、检查和维修情况，实现机械管理。通过人员、材料、机械的管理，可以进一步提高现场精细化管理水平。此外，还开发了档案管理功能，在平台上实现档案材料的集中存放和分类，方便查阅和管理，如技术交底、会议纪要等。

4.3   运维阶段BIM应用

根据园区顶层设计，针对基础设施的智慧运营管理指标包括：

（1）市政管网智能化监测管理率80%以上；

（2）交通诱导屏和智能停车场覆盖率100%；

（3）智能路灯覆盖率90%以上；

结合智慧运营管理要求，在施工阶段将相关构件、设备、传感器、管线的闸门和阀门等的安装位置、规格型号、尺寸、生产单位、安装单位、安装日期等信息录入施工管理平台，在竣工验收阶段形成竣工模型，进行数字化移交，并接入园区数据中心，用于道路维护、综合管线维修、设备设施管控、突发事件处置等方面园区的智慧运营管理。

5.1   结论

（1）BIM技术在本项目的应用，创新形成了协同设计、协同管理工作模式，实现了模型信息从设计阶段到施工阶段，再到运维阶段的高效传递，形成了一次BIM技术在智慧园区市政工程领域全生命期应用的重要实践，为后续类似工程应用提供参考案例。

（2）利用BIM技术在可视化、协同性、优化性、仿真性方面的优势，革新了传统设计和施工管理手段，体现了BIM技术在提高沟通效率、精细化管理、形成数字资产方面的重要作用和价值贡献。

（3）智能化是全球发展趋势，结合项目智慧运营要求，在项目策划、BIM准备工作、BIM实施等阶段均需要考虑智慧运维需求，在BIM模型创建时要增加与智慧运维相关的基础模型创建；在施工管理平台搭建时要增加与智慧运维相关的过程信息采集功能，将设计和施工阶段的基础性信息传递到运维阶段。

5.2   建议

由于BIM技术在我国建设领域应用才刚刚开始，相关配套条件还不完全成熟，虽然BIM技术在本项目的应用取得了一定应用成果，但在应用过程中也出现了BIM认识不到位、协同设计流程和协同管理流程不完善、平台之间接口不匹配等问题。为此，笔者建议在今后类似工程BIM应用时，应进一步加强BIM宣传、提高认识，完善设计阶段协同设计流程和施工阶段协同管理流程，通过二次开发进一步完善不同平台之间的数据接口等相关工作，以更好地推进BIM实施，发挥BIM在项目全生命期应用的更大价值。

参考文献

[1]GB/T 51212-2016 建筑信息模型应用统一标准[S].

[2] 李伟，BIM技术在工程项目全生命期应用概述[J]. 科技资讯, 2017 (6): 113-114

[3] 天津京津中关村科技城发展有限公司，深圳市建筑科学研究院股份有限公司.《京津中关村科技城智慧园区顶层设计报告》，2017.12

[4] 孙璟璐.张建平:上海国际金融中心项目全生命期BIM应用研究和实践[J].中国建设信息,2013(18):20-22

[5] GB 50289-2016 城市工程管线综合规划规范 [S].

[6] 何洋,唐明,夏冬,周麟. BIM 技术在黑沙洲航道整治二期工程中的应用[J].水运工程, 2017,S2:70-74.