IPD模式集成BIM 技术在隧道全生命周期中的应用研究

寇邦宁

摘要：BIM以三维可视化信息模型为载体，其更大的价值体现在基于模型对数据信息的处理分析和协同管理上;IPD先进的管理理念，其核心思想也体现了跨部门、跨系统的协同，这与BIM理念相得益彰。BIM可以为IPD模式提供技术支撑，IPD模式可以解决由于传统DDB模式引起的参与方信息交互分离、专业之间缺乏合作、效率低下、工期延误以及成本失控等弊端。文章以珠海市大橫琴山隧道工程为依托，研究IPD模式集成BIM技术在隧道建设各个阶段的应用，分析BIM作为IPD技术支撑的功能价值以及趋势，以推动隧道智慧建造和精细化管理的发展。

关键词：BIM技术;IPD模式;协同管理;全生命周期

0 引言

在工程领域“绿色建造，智慧建造”的理念已经深入人心，一方面要对工程进行精细化管理，以减少由于粗放式的管理造成工期延误、效率低下、浪费、安全质量问题突出等情况;另一方面要使行业武装先进的数字神经系统，在信息化技术的支撑下提升工程的质量和安全。

然而，据相关调查资料统计，在建筑工程项目中，有70%的工程项目工期延误，施工中人身安全问题是其他行业的2.5倍[1]，再加上随着人们对出行的需求和要求的提高以及交通网络化的发展，不管是铁路隧道还是公路隧道的建设规模与日俱增，结构形式复杂多样，技术难度增加，地质条件复杂化，施工条件恶劣，这使得现代隧道工程建设更加复杂化，安全管理、质量管理、进度管理以及成本管理的风险都得不到有效的把控。在这种情形下，我们就需要突破传统管理思想的禁锢，寻求一种新的管理模式提高项目建设的效率和质量，利用信息化技术，达到项目的精细化管理，突破传统管理模式下的弊端，集成参加各方、各组织、各专业、各阶段，在统一的平台上共享信息，去其碎片化、分离化。

因此，IPD（IntegratedProjectDelivery）模式应运而生。IPD集成管理模式作为一种新的管理模式，通过协同项目的参建各方，在最大程度上满足现代工程建设的需求。再加上先进的信息技术和计算机技术的发展，BIM技术的应用也日趋成熟，BIM可以解决IPD模式在实施过程中的诸多问题，使IPD管理理念落地，而IPD又可以为项目交付以及BIM应用提供系统支撑，IPD与BIM结合的项目协同管理，利用其功能和优势，可以更好地为项目的建设增值，促进建设项目目标的实现。

诸多学者为了推动现代工程建设的发展，进行了相关的研究。黄廷[2]基于BIM研究了公路隧道运维管理系统的设计和开发。郭俊礼等[3]研究建筑信息模型各功能在IPD项目及各阶段的应用，提出BIM在IPD项目各阶段的建模策略和具体应用方法。魏晓雨等[4]通过对IPD项目管理模式和BIM特点的分析，构建了基于BIM的IPD协同工作模型，探究了该模型在成本控制中的具体应用。杨一凡等[5]从项目组织结构、合同协议、实施过程、技术支撑4个方面构建了IPD模式的管理框架，优化项目管理过程。王禹杰等[6]在介绍IPD管理模式及BIM价值优势的基础上，从设计施工、成本与进度控制、运营维护及组织文化形成4个方面阐述BIM在建设项目IPD管理模式中的应用。

1 IPD模式的内涵

IPD（IntegratedProjectDelivery）即项目集成交付，与DBB（Design-Bid-Build）、DB（Design-Build）以及CMat-Risk（ConstructionManagementatRisk）同为工程项目交付方式的一种交付模式，是现阶段建设项目交付模式新的发展方向。20世纪90年代末，IPD的雏形最先在BP（BritishPetroleum，英国石油）公司的英国北海石油钻井平台项目中取得成功，自此之后业界开始逐渐认识并接受IPD。2007年美国加州委员会和美国建筑师学会联合发布了IPD指南，该指南把IPD的定义为：“整合体系、人力、实践和企业结构为一个统一过程，通过协作平台，充分利用所有参与方的见解和才能，通过设计、建造以及运营各阶段的共同努力，使建设项目结果最佳化、效益最大化，增加业主的价值，减少浪费[7]”。

2 IPD模式集成BIM技术的价值

从IPD内涵中可知，IPD集成了人、各系统、各组织、各业务结构，基于合作、互利共赢的思想，使参建各方在各个阶段达到信息共享共识，促进工程建设一体化，最大程度地减少返工和浪费、降低成本以及缩短工期，达到最优项目目标。而BIM三维协同设计，作为项目管理的信息载体，可以在项目初期提供方案比选;在设计阶段减少差错漏碰，提高设计质量;在运维阶段利用BIM进行运维管理和设备运营维护，这与IPD管理理念不谋而合，为IPD模式在项目全寿命周期中的管理提供了可靠的技术支撑。

2.1 全员协同参与，信息交互畅通

传统模式下，项目参建各单位信息沟通受制于体制等原因，沟通闭塞，效率低下，而在IPD模式下，参建单位基于BIM可以协同工作（见图1），避免信息碎片分离，使信息交流更加便捷（见图2），致力于互利共赢的建设目标，参建各方能更好地接受和安排任务，提高工作效率。

2.2 早期介入，节省工期

如图3所示，IPD模式相对于传统的管理模式，建设项目各方就尽早地参与到项目中，在方案概念设计阶段以及设计施工阶段，各参与方可以集思广益，将各自的知识和经验充分运用到建设项目中。尤其在设计阶段，传统的模式下只有设计单位参与设计，其他各方与设计单位缺乏沟通，甚至没有沟通，这样就会造成单位审图阶段与施工阶段出现较多问题，导致工期延后。另一方面IPD模式集成各参加方在统一的平台上，可以将项目的整体执行效率提高，以缩短工期，促使项目的顺利起步和成功实现。

2.3 提高质量，控制成本

IPD+BIM模式要求参加各方在项目初期尽早地参与到项目中。在设计阶段，参建各方深度交流，集思广益，共同决策，提高设计质量;在施工阶段进行施工模拟，通过施工质量和技术监控提高施工质量。英国政府商务办公室（UKOGC）的研究表明，建设项目在运用IPD模式下，可以促使建设项目持续稳定改善一系列的项目绩效，将项目建设成本实现高达30%的节省[8]。所以，通过参与各方协同合作，IPD可以在整体上节约工程成本。

3 IPD集成BIM技术的应用案例分析

本案例依托于横琴新区大横琴山隧道工程。该项目位于珠海市横琴新区，以横琴新区为载体，大力推进粤港澳融合发展，实现岛内交通高效组织以及区域交通的紧密衔接，路线全长约5.81km。以该山岭隧道工程为依托，开展基于IPD+BIM的隧道建设管理的研究，提升工程的安全和质量，节省工期，节约成本。

3.1 概念方案设计阶段

概念方案设计阶段，在IPD模式下，BIM技术为各参与方的早期介入与沟通提供平台。通过绘制线路曲线，坡度设计、隧道工点布置，建立3D概念体量，在三维环境下直接进行线路方案设计，直观地看到工程周边环境、地形地貌等情况（见图4），进而分析项目策划方案，根据线路周边环境建筑控制点（见图5～6）调整线路的走向和纵坡，对方案进行优化，提前解决施工中可能出现的争议，从根本上降低投资，提高质量，缩短工期。

3.2 设计阶段

在设计阶段，各参与方共同介入，提供不同角度的设计建议，并利用土建和机电BIM整合模型进行碰撞检查，及时发现专业间的“差错漏碰”，通过专业协同，快速解决碰撞问题，减少施工阶段的设计变更。

基于三维模型，利用BIM可视化和虚拟化模拟可以进行设计性能分析，模拟车流及人员疏散分析（见图7～8），能够真实地模拟当前救援通道设置条件下的疏散过程，辅助设计人员对救援通道进行优化，确保紧急状态下人员能够及时疏散。

还可以利用BIM模型进行光照（见图9）和能耗分析，能够动态模拟各种工况下的实施效果。根据分析结果，对设计参数及模型进行修改，使设计方案在满足结构安全的基础上更具经济性和合理性，减少浪费，提升设计质量。

3.3 施工阶段

施工阶段，基于BIM施工管理协同平台，对现场的道路、临建、龙门吊等施工场地进行了合理的布置（见下页图10），通过场地布置的优化提高现场组织管理效率。

将BIM模型与时间和空间数据关联，利用详细的施工方案和施工进度计划，实现4D施工工法模拟和5D进度模拟，明确各项工作所需的资源以及供应计划，实现精细化施工（见图11）。

为了管理平台实现多方数据交互，业主、监理、施工方同时掌握现场信息，开发了手机移动端。现场施工人员通过手机移动端能够快速获取当前工程部位的设计参数，方便指导现场施工。对于现场存在的施工质量问题通过拍照上传，提示有关部门进行处理，可实现精细化施工管理，有效提高现场管理效率。通过帮助管理层提前预防，并在过程中部署检查的重点，对平台记录进行跟踪管理，有效分析出质量、安全问题的多发部位，促使资源最优化。

基于BIM可视化平台，可获取高效的协调和管理监控信息（见图12）。通过无线传输技术自动综合测试系统，将现场安装的监控设备与电脑平台相连，实时监控现场施工情况，达到安全文明施工。

3.4 运维阶段

在IPD模式下，BIM协同平台（见图13）集成了设计和施工阶段的所有数据信息，这将会极大地方便运维阶段的管理。例如平台录入了所有設计图纸和施工过程中的资料，不论经过多长时间，运维管理人员都可以轻松查询和存储。工程施工结束后，在运营阶段往往存在对人员管理混乱、责任不清等问题，而平台构建了各参与单位人员资源信息，可以查询项目实施阶段各责任人的信息，便于运维管理。

病害维护是隧道运营阶段的任务之一，建立隧道健康专项检测，发现隧道衬砌漏水、开裂等病害后及时进行整治。安装相关感应元件，进行火灾烟雾、CO浓度等监测，一旦出现行车安全预警，可及时上报并采取应急措施。

4 结语

通过IPD模式集成BIM技术，从单纯的平面交付转向全信息模型集成交付;从各单位分离完成项目转向各单位协同完成;从离散的管理转向基于同一模型的全生命周期的管理。随着先进信息技术的发展和移动终端的普及，建立基于BIM技术的云管理平台和移动管理平台，汇聚所有参建方参与其中，以提高参建各方的沟通效率，使项目质量得到保证，工期得到控制，成本得到节约，最终实现项目的精细化管理，为项目的增值服务。

目前国内IPD模式结合BIM技术的应用还很少，还存在很多问题，尤其受到传统模式的制约，各参与方都是以自己的利益为中心，很难构建一个利益共同体。其次缺乏健全的法律和标准的体系，使得IPD+BIM推进很缓慢。政府部门和建设工程行业应加快制定相关的规范标准，并给予相关的政策优惠，以加快IPD+BIM的应用，促进我国建筑工程智慧建造的发展。

参考文献：

[1]滕佳颖，吴贤国，翟海周.基于BIM和多方合作的IPD协同管理框架[J].土木工程与管理学报，2013，30（2）：80-84.

[2]黄 廷，陈丽娟，史培新，等.基于BIM的公路隧道运维管理系统的设计和开发[J].隧道建设，2017，37（1）：48-55.

[3]郭俊礼，滕佳颖，吴贤国，等.基于BIM的IPD建设项目协同管理方法研究[J].施工技术，2012，41（22）：75-79.

[4]魏晓雨，吴忠富.基于BIM的IPD协同工作模型在项目成本控制中的应用[J].项目管理技术，2015，13（8）：40-45.

[5]杨一凡，杜 静.建设项目IPD模式及其管理框架研究[J].工程管理学报，2015，29（1）：107-112.

[6]王禹杰，侯亚玮.BIM在建设项目IPD管理模式中的应用研究[J].建筑经济，2015，36（9）：52-55.

[7]AIA.IntegratedProjectDelivery：Aguide[R]California：AIA，2007.

[8]OfficeofGovernmentCommerce.AchievingExcellenceinConstructionProcurementGuide[EB/OL].www.ogc.gov.uk，2007-05-06.