BIM助力项目全生命周期管理升级

文｜肖曲 杨香风

BIM 技术的核心是通过建立虚拟的建筑三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整的，与实际情况一致的建筑工程信息库，不仅可以在设计中应用，还可应用于建设工程项目的全生命周期中。BIM 的数据库是动态变化的，在应用过程中不断在更新、丰富和充实，为项目参与各方提供了协同工作的平台。

BIM 应用迈入“智慧时代”

BIM 技术在工业上的应用发展，在国内大致可划分为模型时代-数字时代-智慧时代三个时期。

图1 厂区三维实景模型

模型时代。在最初的图纸时代，CAD 二维设计已完全取代手工绘图，在国内工业设计中成为绝对主流，少部分项目采用三维设计的方式，但大多停留在翻模阶段，即将二维图纸转为可视化的三维模型，具体应用也主要停留在向业主进行展示、渲染图及厂区浏览动画等方面，应用范围较为局限。

数字时代。随着我国经济的高速发展，工业化、城镇化的快速推进，大型工程项目越来越多，对后期运营维护精细化要求也越来越高，而数字化的BIM 模型带有的建造属性正好满足这一需求。于是很快便进入了数字模型时代，这一时期除了对模型形体的要求，更加着重于构件信息的创建及其全生命周期的应用，也着重于各专业协同设计和正向设计在项目中的运用。

智慧时代。最近几年，随着BIM 技术与无人机实景建模技术、VR 技术、GIS 技术、云计算技术等新兴科技的深度融合，BIM 技术的应用得到了进一步拓展，继而提出了数字孪生模型、智慧城市、智慧工厂等概念。同时在实际生产运维中引入了更多的智能装备，并结合大数据、云计算、人工智能、VR 技术、GIS 平台等技术，实现智能资产管理、智能巡检、数据分析、危机模拟、智能生产管理等。

规划设计 提升设计方案表达性、可实施性

项目规划阶段。在项目开始的前期阶段，需要对项目的建设位置进行选址，涉及面积大，服务范围广。很多项目都会在指定的工业园区进行建设，需综合考虑城市空间布局、土地使用、开发建设等因素。

在工程规划中引入三维GIS、BIM 等技术手段，通过无人机倾斜摄影，生成地面现状环境与建构筑物的实景模型，利用成熟GIS 平台获取最新的现状资料，并利用三维GIS 平台集成已取得的资料，建立可视化的三维规划工作环境。运用OpenBuildings Designer，OpenRoads Designer 及OpenPlant Modeler 等软件设计多个BIM 方案模型，如图1。

在此基础上，组织相关专业人员进行初始的厂区规划、制定相应的规模，并大致选定相应辅助设施的位置，初步分析和考虑交通运输状况，进行土方量分析、洪水分析等，确定较好的经济指标。

图2 建筑结构BIM 模型

项目设计阶段。BIM 技术在设计阶段的应用，改善了现有的设计和分析手段。构建协同工作环境，搭建全专业的工程数字模型，再通过必要的分析应用，极大的提高了设计方案的表达性和可实施性。且BIM 设计成果可向施工与运维阶段传递，有利于提升现场施工作业的精细化水平，为智慧运维管理提供底层图像和数据基础。

通过搭建协同设计平台，建立相应的项目源文件，根据项目实际运行情况，将项目任务分解为不同子项或工作包并设定对应的目录结构，对各专业参与人员分配相应的权限。同时，对规划阶段取得的实景模型及BIM 模型进行进一步的细化，研究已有实景模型是否能满足实际设计地点的精度需要，若不满足，还需再进行重拍或补拍，最终生成所需模型。

通过现有勘测数据，包括文本数据、图形数据、点云数据等利用OpenRoads Designer 创建现有数字化地形，为厂区的工艺布置及总图设计提供原始依据。总图专业利用OpenRoads Designer 的地形模块根据工艺专业布置方案进行场平设计；利用道路、廊道模块设计厂区道路。利用OpenBuildings Designer 软件根据工艺布置方案对各区域的车间或厂房单体进行建筑、结构、设备及电气的三维模型的设计，软件涵盖了四个功能模块，使用者可以采用下拉工作流的方式进行切换，同时软件完全基于同一个平台，在进行建筑设计的同时，也可以根据需求切换至其他的专业设计模块进行多专业协同设计，这样的设计使四个专业的设计模块被整合在同一个设计环境中，用同一套标准进行设计，如图2所示。

对于项目中的工艺管线和公用管线部分，特别是燃气、热力等管线，采用OpenPlant CE 作为三维管道设计解决方案。它通过数据信息的交互提高项目团队的协同能力，通过遵循ISO 15926 标准，应用iModel 技术，支持多种模型格式（如DGN、DWG、点云、实景应用），为用户提供了灵活的设计和校审过程，支持多个成熟模块如设备、管道、HVAC、电缆桥架、管道支吊架快速地进行智能建模，输出可定制的平面图、轴测图和材料报表，满足各个环节的设计需求，见图3。

将设计好的结构建筑模型导入至ProStructures CE 中，用于绘制和生成结构详图。在各子项或工作包的模型通过设计审核后，将各区域、各子项的模型在ProjectWise 平台上进行模型组装和固化的工作。并利用现有模型进行切图、材料统计等工作，得到符合此阶段深度的交付文件。

当完成最终的设计后，得到初设阶段的三维信息模型、相应文档、设计说明、设计依据、相应设备资料、相关概算数据等资料以及中间与业主或设备厂商的中间过程文件等，按合同要求或相应标准，将所有资料按指定编码格式或数字平台形式进行移交。

施工把控 提高效益、节省成本

在施工阶段，大部分项目还缺乏深化设计的概念，有些项目虽然有深化设计，但也只是利用CAD 图纸进行翻模，造成重复工作，无法体现BIM 设计的优势。这里提倡对BIM 模型的延续使用，即多个阶段一个BIM 模型，随着项目的深入，BIM 模型也随之不断的优化和更新。

对设计阶段交付的BIM 模型进行深化设计，使用BIM 作为工具来组织和实施深化设计工作，并交付以深化设计模型为代表的设计成果。BIM深化设计是用于形成和验证深化设计成果合理性的BIM 应用，应充分考虑并满足实际施工要求。

对设计阶段的BIM 模型根据施工需求进行深化设计，生成三维结构注释图、三维结构透视图、钢筋示意图等。按照相应标准的精度要求，对原有设计模型进行进一步的细化，完善一些节点的模型精度，将施工及设备安装阶段的部分过程信息录入至BIM 模型中。

按照施工要求对BIM 模型进行拆分组合，并进行碰撞检查分析和研究，对设计中设备与管道、管道与结构的碰撞，现有设计未考虑施工便利性或施工实施成本太高的，结合设计单位及业主进行设计优化，最终生成可靠的BIM 深化设计数字模型。

在施工进度管理、施工方案编制及技术交底方面，可以利用4D 进度模拟软件，导入BIM 数字模型及项目进度计划，生成可视化的进度控制体系，提前发现可能对关键工序产生影响的工序，并对滞后的原因进行分析，及时反馈给项目部及业主进行优化调整，最大限度的提高效益、节省成本。

利用三维信息模型展现直观、信息量全、方便查询、效率高等优点，结合传统技术交底的方式，作为对传统交底方式的补充和直观反映。参与施工吊装方案的编制，按照当期施工进度，对重要设备或工序施工吊装方案进行模拟，规划合理的起吊顺序和就位方案，并生成相应的施工模拟视频媒体文件。

数据集成 构建信息化、规范化、可视化运维管理体系

在运维管理阶段，将BIM数字模型与GIS平台、管控平台相结合，真正实现了BIM 模型数据的全生命周期传导，构建了信息化、规范化、三维可视化的运维管理体系。

图3 管道及设备模型

具体而言，以三维数字模型为基础，构建涵盖项目全生命周期的数据中心，将规划、设计、施工及运维各阶段数据通过运维管控平台进行统一管理。

将设计及施工阶段所有存储于协同平台上基础信息及数据通过发布为I-model 2.0 的方式进行数据的传导，以其作为一个数据转化格式，利用最新iModelHub 工具，将数字模型数据打包传输至AssetWise 运维平台中，从而通过此平台对所有数据进行统一管控。

AssetWise 运维平台上的数字模型是经过轻量化处理后导入而成，各设备设施模型在三维空间内的位置与实际施工情况一致，且其属性能够反应实际的信息，因此平台可以对项目资产进行直观的、可视化的管理，通过平台的三维模型即可了解设备设施的基本信息。同时，平台将现场采集的实时检测信息与三维模型进行整合，从而实现在三维场景中了解现场的实际状态。

基于BIM 三维数字模型，结合虚拟现实技术，系统可实现沉浸式的三维虚拟漫游，同时结合运维管理标准流程，实现对运维人员巡检、保养、维修等运维流程及应急流程的演示及培训考核。

将最终模型导入至软件中，并布置相应的场景，利用HTC Vive 虚拟现实设备，进行BIM+VR 互动展示应用，在其中可以实时测量所需的尺寸，浏览所需的信息，并对巡检流程等进行相应的模拟。

伴随BIM 技术的快速发展，部分企业和项目已进入智慧设计、智慧建造的时代，但仍有一些企业经过多年的发展，仍然停留在翻模、出效果图及出渲染视频的阶段。究其原因是因为制度建立不完善，流程混乱，目标结果不明确，将二维设计与三维设计割裂开来所致。

对于BIM 的推进必须要有公司高层领导的大力支持，制定正确的顶层设计及未来发展方向，在项目中辅以一定的激励措施，让尽量多的项目人员参与和获得奖励，形成良好的氛围，形成良性循环。要明确应用BIM 技术并不是取代和摒弃传统的工作方式，而是对传统工作方式的延伸、补充和优化。