工程项目全生命周期BIM技术框架的研发及应用

张月燕 黄晓冬

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)



工程项目全生命周期BIM技术框架的研发及应用

张月燕 黄晓冬

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

通过项目全生命周期的设计、施工、运营管理等阶段的BIM技术应用,构建基于Autodesk Revit 系列软件,BIM技术“本地化”系统软件平台的框架，并在实际工程中应用。

协同设计;造价及成本可视化;智能运营

1 概要

国家住建部《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》的总体目标提出：“十二五”期间，加快建筑信息模型(BIM)，推动信息化标准建设的背景下,广泛调研国内外BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)应用情况分析。2012年笔者参加中国BIM标准课题研究，深刻体会到我国BIM应用状况，国外的BIM软件产品难以使用，“本地化”程度低，推广困难，与BIM兼容的族库不够用。改善设计与施工各方之间沟通，降低施工成本，提高施工现场协调能力等，都是当前亟待要解决的阻碍BIM技术落地的问题。结合长期对BIM应用于工程的跟踪探索，不断地总结实战经验，提出了《建设行业信息一体化软件核心技术研发及应用》(FJ-BIM)为目标的课题研究，被立项为福建省科技重大专项专题。

本文主要论述专题的工程项目全生命周期BIM 技术框架的研发及应用的实现方法。

2 项目全生命周期BIM 技术框架设计

主要研究构建工程建设项目全生命周期的设计、施工、运维等阶段BIM“本地化”系统管理平台如图1所示，形成具有建筑行业可实施BIM技术应用系统并以示范工程验证，旨在提高行业BIM应用水平。

图1 全生命周期BIM 技术应用框架

设计、施工、运营阶段的任务BIM信息一体化具体实现，分别由 “基于BIM的一体化设计协同管理系统”“基于BIM 的项目全过程成本和施工进度的可视化管理系统”“基于信息一体化的智能建筑运营维护平台”等软件及“基于BIM的协同设计标准及管理”等3个标准2个细则组成并完成。软件研发思路为：研究BIM在建设行业的应用，基于Autodesk Revit 系列软件等构建符合国家现行技术标准的BIM信息一体化平台，数据共享，拓展增值服务。

3 BIM信息一体化平台实现方法

3.1 基于BIM的一体化设计协同管理系统

调查国内外建筑行业BIM协同设计现状及发展趋势，分别从三维设计标准体系、三维交付体系、三维辅助设计软件“本地化”发展、以及下游企业BIM技术应用情况等方面，制定提出适合我省推行BIM协同设计管理系统。

首先从文件管理、设计流程管理、管综颜色规定、3D制图要求、3D出图深度等方面，构建整体 “BIM协同设计体系”的实施计划书。

软件集成现行规范强制条文要求，在各专业协同设计过程中，各专业可基于不同设计阶段的设计模型进行规范条文校核、各专业协同提资，优化专业数据配置，满足协同作业管理要求。主要研究内容如图2所示。

图2 基于BIM的一体化设计协同管理系统框架

3.1.1 软件功能实现

基础模块：BIM技术在各专业(建筑、结构、给排水、暖通、电气)设计中的应用研究，主要完成各专业模型的规范建立、各专业计算分析应用、各专业与其他专业的协同应用、各专业模型与施工图应用。

3.1.2 专业分析模块及创新

(1)负荷分析

利用BIM建筑模型，进行负荷计算，并对结果进行校核，判断墙体传热系数是否达到节能要求。

(2)风管设计

根据负荷分析结果，进行风口和风机选型。结合管道系统模型，对风管系统进行水力计算，调整管道的尺寸。并最终校核是否达到水力平衡的要求。

(3)水管设计

根据负荷分析结果，进行空调设备选型。结合管道系统模型，对空调水系统进行水力计算，调整管道的管径，并最终校核是否达到水力平衡的要求。

(4)消防设计

根据建筑类型以及防火等级的要求，自动布置喷头，并根据喷头数或者喷洒流量计算管道管径。实现智能化自动化设计，大大提高建模设计效率。

(5) 电气设计

在电气设计建模基础上，提供电气负荷计算，照度计算等设计工具，根据建筑类型以及电气设计规范的要求，实现电气设备选型，并可自动布置连接。

(6)基于云计算的福建建设行业三维构件库

该构件库系统创建了产品库管理模块,并可单列运行。

族库管理：可以对不同专业的族文件进行分类管理，软件默认带有建筑、结构、暖通、给排水、电气5个构件库，用户可以在其中进行新增自己的类别，增加私有族文件，编辑规格等操作。在设备布置方面，可方便查询布置，还提供了各专业下丰富的批量布置工具并快速实现。

云计算：基于云计算的三维构件库可以让用户在基于云平台的基础上对构件库进行添加、删除、设置权限等管理和维护操作，基于网络的管理可以随时随地查找所需要的构件信息，让参与方实时共享构件库带来便利。

(7)项目信息协同

以设计院信息管理为核心，理顺信息传递方式，实现各专业之间的无缝结合。通过智能化协同平台，帮助用户实现碰撞检查，碰撞冲突处理，标记墙体开洞，墙体自动开洞，规范MEP和建筑专业的协同方式，实现成本计算及整体设计方案优化，极大程度地减轻了繁琐的相互提资过程，提高工作效率。解决多源信息融合的三维可视化智能协同设计技术难点。

(8)知识库管理

在软件中内置了大量的规范和图集，方便设计师在使用软件的过程中，建模的时候会有规范做法的提醒，更加保证建模质量和效率，在后续的模型检查中，也包含了规范校验的知识管理，通过检查提示不符合设计要求的细节。具备基于三维数字化建模及智能管理技术检测特性。

(9)出图体系的建立

具备自动标注、布图一系列便于出图的功能。出图前，也可进行三维仿真漫游，VR检查技术等。

3.2 基于BIM 的项目全过程成本和施工进度的可视化管理系统

首先在规范限制范围内编制BIM预算模型标准，开发满足国家和地方要求的造价计算规则库，开发完成基于BIM模型的成本管理软件和施工可视化管理软件。

3.2.1 系统软件架构

图3 基于BIM施工进度可视化系统架构

该系统在施工阶段基于Revit二次开发、SQLite、db4o数据库等技术，从外部或设计阶段传递的Revit BIM模型，都可以与本系统在数据上进行无缝对接，真正实现软件信息一体化如图3所示。BIM数据对接是以《福建省BIM预算模型标准》为基础，主要从交付物类型和模型深度等角度进行规范数据格式，保证BIM模型预算精度以及经过施工阶段深化后，可以传递到运维阶段继续在建设行业信息一体化平台中使用。

3.2.2 软件主要功能

(1)BIM预算模型标准模块

建立或继承设计阶段的BIM模型和处理为满足预算精度要求的BIM模型标准。

(2)工程量统计模块

据BIM预算模型统计工程量，同时开发满足福建省造价计算要求的计算规则库，以便套用清单和定额，实现施工过程的成本可视化控制(5D)。

(3)造价计算软件(计价)模块

基于福建省造价计算相关要求开发BIM造价计算规则库，含国标2013清单，福建05土建定额、福建05装饰定额和12安装定额库及计算规则，便于套用清单与定额。

(4)成本和施工进度可视化

基于BIM三维展示技术，模拟进度与成本关系，分析人、材、机费用、合同产值与施工进度的关系，实现施工过程进度可视化控制。

系统根据BIM模型，安排施工进度，并根据施工过程信息跟踪施工进度，实现施工过程的进度可视化控制(4D)。如在施工阶段，可以根据工程形象进度，按一定时间段(如月、季和年度)统计工程量，生成工程量清单列表，可以作为业主与总包，总包与分包的进度款审核和支付的参考依据；可以对项目进行施工进度成本可视化模拟，展示各时间段的项目实际成本和计划成本比对情况。

在可视化模拟过程中，当实际值与计划值偏差超过控制范围时，界面将予红字警示，工程项目管理者可即时分析原因并采取措施进行调整，使进度与成本恢复受控状态。

3.2.3 BIM数据检查管理模块

开发了基于《福建省BIM预算模型标准》检查功能模块，对设计阶段的BIM数据进行检查和提示，降低模型出错率，提高工作效率。主要完成过程有BIM数据自动检查、拆分，存入BIM数据库；BIM数据分层归档；BIM数据自动累积，提供数据安全保障。

图4 金山综合办公楼施工进度可视化

3.3 基于信息一体化的智能建筑运营维护平台软件

基于信息一体化模型，建立建筑主体三维模型和附属设备设施的三维数据库，对建筑主体及附属设备设施的运营状态进行实时监控或定期检测，形成基于一体化信息模型的建筑及附属设备设施的维护数据库，为建筑使用单位、维护单位提供维护预警和合理的维护方案，降低建筑及附属设备设施的运营成本，延长建筑及附属设备设施经济寿命。总体架构如图5所示。

主要软件主要功能：

(1)空间管理：通过三维BIM模型及ID定位展示建筑主体及附属设备设施运营的实时状态。

(2)设备状态集成：主要完成基于BIM 的能耗分析管理和节能控制的解决方案，实现对建筑能耗的在线动态监控，从而为运营建筑的能耗控制在最合理区域。

(3)监控预警具备报警提示、记录、查询功能，并与安防等系统进行有效联动。

(4)运营信息发布：及时发布月季年度设备运营情况，提供物业管理数据等。

图5 运营维护总体结构

3.4 工程项目各阶段数据交付设计

基于BIM信息一体化，对于工程项目全生命周期各阶段BIM数据移交与管理基本原则要满足如下关系如图6所示。

图6 各阶段数据交付基本原则关系

BIM 数据指BIM模型、BIM数据库、BIM协同管理、BIM图纸及文档等。BIM数据标准含有模型文件命名标准、BIM模型文件存储格式、BIM数据字段属性定义、数据通信协议、导入导出格式等。BIM模型含规范建模、深度、应用、交付等。BIM数据库的分类、编码、存储格式标准化,方便数据拓展应用。例如在福建省建设行业三维数字化构件库、成品库标准建库，需进行统一、整合、构建符合技术规范的数据交换格式，其BIM数据可移交至下一阶段应用，如幕墙设计、材料库等，延伸到新型建筑工业化建设等，形成BIM大数据基础信息,用于精确调度与采集,促进建筑业新业态产生。

总之基本原则实施条件为建模标准、数据标准、应用标准。

各阶段BIM数据管理可参见福建《基于BIM的协同设计标准及管理》《基于BIM的工程实施各阶段交付标准》《福建省BIM预算模型标准》等。

4 示范工程验证

成果在设计阶段的工程应用情况：金山综合办公楼示范工程如图7所示，主要应用于三维互动设计、三维绿色分析、建构三维地质模型及建筑、结构、机电等专业建模，综合模型及检测碰撞，三维可视化协同设计、施工图出图、管线综合、 施工管理、 运维管理等，如图8所示。经泉州南益广场等二十多项中、高层工程项目应用进行了建筑、结构、给排水、暖通、电气三维数字化建模、综合模型、仿真漫游及碰撞检测技术等，可明显地提高图纸质量控制，如图9所示。

图7 金山综合办公楼全生命周期过程应用展示

图8 金山全专业3D可视化协同设计，信息多维度提取

图9 泉州南益广场三维模型

5 结语

综上所述,BIM 技术框架经课题组研发及调试,以示范工程设计、施工、模拟运维验证,初步形成 BIM信息一体化的软件应用平台，其成果可直接应用于建筑全生命周期各阶段的可视化协同管理,提高各阶段间BIM数据共享，效果良好。

[1] 国家住建部.2011-2015年建筑业信息化发展纲要[Z].2012.

[2] GB/T51212-2016 建筑信息模型应用统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[3] 国家住建部.关于推进建筑信息模型应用的指导意见[Z].2015.

[4] 李邵建.BIM纲要[M].上海：同济大学出版社,2015.

[5] 李志龙,李剑,朱昊毅.基于BIM 的造价大数据管理解决方案[J].福建电脑，2015(2)：76-77.

[6] 张智云,陈明元,高磊.基于BIM 在运营阶段的能耗分析管理和节能控制[J].福建电脑，2015(2).

Development and application of BIM technology framework for whole life cycle of construction project

ZHANGYueyanHUANGXiaodong

(Fujian Provicial InstituteofArchtecturalDesign and Research,Fuzhou 350001)

This article discussed the application of BIM technology throughout the whole life cycle in design,construction,operation management,then built a framework that based on the "Autodesk Revit" and localization of BIM technology system software platform.

Collaborative design;Cost and cost visualization;Intelligent operation

2013福建省科技重大专项(2013HZ0004-3)。

张月燕(1955.3- ),女,教授高级工程师。

E-mail:zyy@fjadi.com.cn

2017-04-20

TU17

A

1004-6135(2017)08-0109-04