基于BIM技术的智慧管理体系在中山大学深圳建设工程项目的应用

程 凯

(上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海 200032)

引言

BIM技术作为项目管理人员的重要技术手段，可以更为直观地展现数字化信息，既体现了计算机技术的优势，便于掌握项目全面信息，也提高了项目的质量、进度和成本管理水平，为项目管理提供了一个信息化的途径[1]。

深圳市建筑工务署围绕“打造持续领先的国内政府工程管理机构，建设具有国际水准的政府工程”的总体目标，在“互联网+”的基础上，全面实施“BIM+”的数字建造发展战略，提升工程项目管理的精细化水平，树立国内政府工程建设BIM先进技术应用标杆。中山大学深圳建设工程作为工务署对接广深港澳科技创新走廊、践行深圳“北拓”战略的核心项目，本文即试图以该项目中基于BIM技术的智慧管理体系的运用为例提供相关参考。

1 BIM管理体系应用概述

1.1 BIM管理体系工作内容

本项目采用“业主主导、BIM专业咨询、各方参与”的BIM实施模式，项目组贯彻工务署的BIM实施方针和管理流程，统一协调、规划。由具有建筑工程设计能力、BIM应用和管理经验的设计院作为BIM咨询单位，开展BIM技术研究，制定项目级BIM实施策划方案和BIM标准，提供技术支持，在项目组的支持下对各参建单位的BIM工作进行管控。全过程咨询单位作为项目管理单位，辅助BIM咨询单位进行过程管理，监督各项BIM实施成果的落地应用。各实施单位在项目BIM管理团队的领导下，开展模型创建、应用点实施、平台信息录入以及数字化成果移交等各项具体实施工作。

项目多、投资多、环节多、参与方多、周期长是政府工程行业的难点，传统的建造管理模式已经无法满足新时期精品工程建设管理的新要求。工务署于2015年发布《信息化建设总体规划》，明确了“总体规划、分步实施、统一设计、标准先行、重点突破、有序推进”的建设原则，落实“以模型为基准、平台为支撑、质量为主线、管理为重点”的BIM实施方针，为在建项目的BIM实施做好顶层规划。发布了《BIM应用普及指引》以及与指引相配套的标准规范，涉及设计、施工、运维及全过程BIM管理，对项目BIM流程、模型深度、建模原则、配置环境、管理办法等提出明确的规范。(见图1)

图1 工务署BIM实施指引及配套规范

本项目在顶层标准体系的指引下制定了行之有效的项目级BIM实施管理体系：制定《BIM实施方案》为项目BIM工作的开展提供保障，制定《BIM实施管理制度》，合理推进项目BIM工作，制定《BIM施工模型标准》，提高模型质量，保证有效传递，制定《BIM应用实施细则》明确各应用点的主要流程、信息交换以及职责分配，实现管理前置，将BIM工作落地应用，解决现场具体问题。(见图2)

图2 项目级BIM实施管理文件

1.2 BIM管理体系平台工具

为了更有效地实现过程管理，项目组基于BIM管控体系，开发和应用了BIM协同管理平台，在首页通过图片、视频、消息推送等方式记录项目的进展情况作为门户对外宣传，除此之外通过平台进行大批量模型的整合与轻量化展示，并且将全景球、视频监控等可视化监管模块在平台上与模型进行结合，通过在平台上点击模型实时了解现场状况。协同管理模块则主要包含任务管理、审批管理、会议管理与资料管理几个部分，通过会议管理模块发布例会通知，记录会议纪要，纪要录入完成后自动给各参建单位分配阶段性的任务，各单位在任务管理模块接收、处理任务形成闭环。各实施单位可以通过审批管理模块上传模型、应用、文档资料，BIM咨询单位、全过程咨询单位以及项目组按照平台既定的审批流程，进行线上审核。审核确认通过的模型、应用、文档都会自动保存在平台中。项目各参建单位则可以通过资料管理模块查询到需要的项目BIM资料。

图3 BIM协同管理平台

1.3 项目BIM实施设备环境

为了高效完成项目BIM模型和BIM应用，各参建单位按照工务署项目协同管理平台的要求，选用了统一的软件版本(详见图4)完成BIM工作内容，并提交统一的数据格式，以便协同管理。除此之外，各参建单位的BIM工作人员还参照标准(详见图5、6)配备了相应的硬件设备及云服务器。

图4 项目软件配备情况

图5 项目硬件配备情况

图6 项目云端服务器配备情况

2 BIM管理体系应用背景

本项目位于深圳市光明新区公常路以北，康弘路以东，羌下二路以西，与东莞黄江接壤的猪婆山、猪公山周边区域。项目选址用地144.82ha，总建筑面积约129万m2，投资估算101亿元。校园整体规划由有校园设计掌门人之称的何镜堂院士领衔，包含建筑70余栋，有医、工、文、理四大学科组团及图书馆、大礼堂、体育馆等配套建筑。

图7 项目整体鸟瞰图

2.1 项目建设重点及难点

中山大学深圳建设工程项目作为深圳市政府重点引进的高水平教育力量，起点高、定位高、要求高，在建设过程中面临着诸多难点：

(1)项目建设周期长达四年，管理持续时间长。项目参建单位众多，涉及全过程咨询单位、BIM咨询单位、多家方案设计单位、施工图设计单位以及施工单位，管理难度大。项目建设中各参建单位各专业系统协同开展工作产生的工程数据庞大，项目数据协同共享难度大。

(2)施工作业面跨度大，基础设施尚未完善。本项目总占地面积为144.82ha，建设用地原为果林、工厂等，周边市政管网设施尚未完善，校区建设过程中还需要建设大量的临时建筑、临时道路，除此之外还需要统一规划建设校内市政道路、地下综合管廊等。

(3)机电设备管线复杂，深化设计及安装难度大，整个项目包含EPC-装配式工程、地下室机电装配式工程等创新应用点，其中管线深化还涉及到PC构件的预留安装。

(4)校舍建筑包含3个医学院、5个工学院及多个文理学院，涉及卫星航天实验室、生物医学实验室等专业性强的功能单元，除此之外还有图书馆、体育馆、国际会议交流中心等线条优美、风格迥异的标志性建筑，建筑群使用功能复杂。

(5)施工工况与环境较为复杂，安全风险源多，现场监管难度大。本项目建设区域地形复杂，地势高低落差大，建筑高低错落，环山傍水而建，具有多处高边坡、深基坑，边坡最高处达55m。项目建设标准高，对于人员安全、大型设备运转、材料堆场、周边环境及重大风险源等实时监管缺乏先进的信息化技术手段。

2.2 项目BIM应用目标

鉴于工程建设过程中存在的诸多难点，本项目在全生命周期采用BIM技术，建立BIM实施体系，探索项目BIM管理机制的创新，将管控BIM与技术BIM深度结合，通过关键节点的管控，实现技术BIM的全程可控。在设计阶段，运用BIM技术进行三维协同设计，借助可视化的设计沟通，减少错漏碰缺[2]，提高图纸的设计质量。在施工过程中，推进信息化工作落地应用，解决现场的具体问题，体现BIM的真正价值。借助协同管理平台，将模型和现场进行结合，实现BIM管理工作的线上运转，提高工作效率，增强各方联动，节约时间成本。与此同时，基于“BIM+GIS”监管平台、无人机摄影、数字化监控、安全体验馆等信息化手段，实现项目的智慧化建设。

3 基于BIM管理体系下的应用实践

本项目在建设全过程采用BIM技术，基于BIM模型、深化图纸、应用、智慧建造手段服务施工现场，产生了良好的经济、工期效益(详见图8- 9)为项目组提高了决策效率、减少了工程过程中的冲突碰撞和图纸变更，增强了建筑的可持续性。除此之外，项目还定期开展BIM大讲堂进行知识培训，培养了大批实用型BIM人才，运用BIM技术助力2019年“中施企”全国观摩交流会，得到了业内人士的高度认可。智慧工地版块作为深圳市试点项目，其中实名制、大型设备预警，用电安全预警等多项应用受到深圳市政府的高度肯定，吸引了众多建设单位及施工单位前来学习，带来了良好的社会效益。

图8 工期节约效益表

图9 成本节约效益表

3.1 BIM模型创建

本项目通过制定《BIM施工模型标准》在命名规则、颜色设定、拆分与整合原则、样板文件、空间关系、深度等级等方面做出了详细的规定，统一了项目所涉及模型的建模行为要求，在基础的模型创建工作方面为交接与共享提供保障。为了提高模型的使用质量，在BIM管理文件《BIM实施管理制度》中对模型的审查机制做出了统一要求：BIM咨询方与施工方共同制定模型建立及审查计划，施工方根据规定的时间节点提交模型及附属文件(模型送审单、图纸问题报告、优化报告、碰撞检测报告)，BIM咨询方审核后出具《模型审查意见表》，施工单位按要求修改完成后，由BIM咨询单位组织项目组、项管单位、监理单位、施工单位等召开模型会审，会后各参建单位共同出具《模型会审意见》，施工单位据此细化模型，经各方确认出具《模型确认单》后，用于图纸出具、BIM应用开展及现场指导等各项工作中。

图10 模型会审工作

3.2 BIM应用拓展

基于项目级BIM管控体系的有效开展，目前本项目在BIM应用的实施方面已取得部分阶段性成果，本文将从方案论证、质量管控以及进度与成本管控三个方面进行举例阐述。

3.2.1 基于BIM的方案论证

(1)场地布置

施工场地布置是指根据图纸、结合现场勘察情况，并考虑进度的总体安排，按照文明施工、安全生产的要求，对现场情况施工布置总体安排的过程。借助BIM技术对施工场地布置进行预演，规避施工过程中可能出现的施工协调问题，达到按计划施工、安全文明施工的目的[3]。由于本项目施工作业面跨度大，参建单位众多，在校区建设过程中需要建设大量的临时建筑、临时道路，还要统一规划建设校内的市政道路、地下综合管廊等，考虑永临结合，运用BIM技术对不同的场地规划方案进行可视化模拟，最后经过各参建单位的讨论选择，确定最佳的场布方案，为后期工作的开展奠定基础。

(2)塔吊附墙

由于本项目宿舍楼的标准层均为PC外墙，属非受力结构且需保护PC外墙结构的完整性，防止因开洞造成的漏水问题，因此塔吊不能直接附在PC外墙上面，更不宜在墙上穿洞。利用BIM模型模拟塔吊选点及附墙方案，调整附墙臂的张开角度，从而提前解决了塔吊定位困难及PC构件与附墙点冲撞问题。

图11 一标段场地布置方案

图12 附墙臂张开角度调整

3.2.2 基于BIM的质量管控

(1)装配式建筑BIM应用

与传统建筑相比，装配式建筑的组装工艺简单、施工周期较短，建筑构件的质量、形态特征具有统一性，支持工厂化生产、装配式施工，一方面可以支持非现场建造活动，利用 BIM 数据通过数控机床进行部件的工厂加工； 另一方面可以支持现场建造活动，根据模型，提供装备顺序，在计算机中进行虚拟施工，指导施工过程[4]。BIM与装配式建筑是信息化和工业化高度结合的产物，通过BIM技术的应用，其内部庞大的构件数据库可以实时立体地展现全部的生产过程[5]。本项目总工需要生产约31 000块PC构件，数量众多，原始设计图纸无法满足管线孔洞精确预留，PC构件涉及电气、风管、给排水多个专业需要预制洞口，设计前期通过BIM模拟在生产时将孔洞提前做好预留，减少了大量的时间、人力及材料成本。在构件吊装模拟时，发现连续吊装的两个PC构件由于钢筋碰撞，无法顺利完成吊装作业，通过与设计院沟通，将连接处的钢筋改为预埋套筒，等后续构件吊装完成后将车丝钢筋拧入套筒内，保证了施工质量和作业安全性。其他例如，预制构件碰撞优化、预制空调板一次成型、PC进场挂车运输模拟等装配式建筑施工优化过程中，BIM技术均起到了不可或缺的作用。

图13 装配式建筑机电深化

(2)铝模拼装优化

近些年各大房企都在大力推广铝合金模板体系，铝合金模板强度高、精度高，施工高效，周转次数可达300次，成型后混凝土表面质量平整光滑，可达到免抹灰效果，符合绿色建筑施工核心理念[6]。在本项目中，学生生活区三层以上的标准层均采用铝模施工工艺，通过创建铝模三维标准化模型，建立标准化族库，实现节点深化、安装流程的可视化模拟，辅助施工方案的编制及技术交底，助力现场施工，大大加快了铝模预拼装的速度。

图14 铝模三维模型

3.2.3 基于BIM的进度与成本管控

(1)4D进度模拟

4D技术将进度相关的时间信息(如Project文件)和动态3D模型链接产生4D的施工进度模拟，即是用计算机软件建立3D模型并借助各种可视化的设备对项目进行虚拟描述，附加时间维度，通过WBS关联施工进度计划，将施工过程的每一个工作以可视化形象的建筑构件虚拟建造过程来显示[7]。在本项目的开展过程中，利用BIM技术和施工进度相结合，把控关键的施工节点，进行虚拟建造，提前预制问题、解决问题，避免造成窝工等问题，影响施工进度。

图15 4D进度模拟

(2)工程量提取及材料控制

近年来，很多学者开始着力从信息化特别是BIM的角度探讨工程造价管理问题。已有研究表明：BIM有助于改善当前造价数据不精确和滞后性等问题，根据BIM的技术特征和功能属性，能够实现基于BIM的全过程、精细化的工程造价管理[8]。本项目根据优化后的BIM模型，形成项目的基本工程量信息。基于专业的造价软件查询工、料、机的市场价格，编制项目概预算文件，为价值工程分析和限额设计提供相关数据支持，实现材料的最优使用和成本的有效控制。

图16 基于BIM的工程量统计

4 结语

随着信息化观念的深入人心以及国家和各地区对BIM工作的大力推广，像“企业对BIM技术认知不深刻”、“信息传输的失效[9]”、“广度和深度受限”等问题早已不是制约BIM发展的主流因素，尤其是在体量大、工程复杂、关注度高的项目中，资金充足，BIM从业人员技术经验丰富，软硬件设施完备，从实施的角度上来讲似乎工程信息化造就工程高效益已是必然趋势。然而，大体量工程往往面临着工程形式复杂、工程量大、参建单位多、工程数据庞大、数据时间跨度久等不可忽视的现实因素[10]。如何把工作成果统筹管理、落地应用，避免重拳打棉花现象的发生才是每个项目需要考虑的重中之重。

本项目通过探索基于BIM技术的智慧管理体系工程建设过程中的应用，形成了以下BIM应用经验：

(1)掷地有声的BIM实施政策、一以贯之的BIM管理体系以及专业的BIM管理团队是项目BIM工作顺利开展的首要前提，只有做好“管控BIM”的工作，将管理工作标准化和精细化，“管控BIM”深入到“技术BIM”的关键节点，“技术BIM”才能切实有效地推进信息化工作落地，真正做到服务于现场。

(2)协同管理平台和多样化智慧建造手段的应用会是现阶段乃至未来BIM工作的重要环节，在提高工作效率、节约时间成本、增强各方联动等方面效果显著。

(3)随着项目的深入开展，参建方越来越多，工程难度也越来越大，只有建立更有效的评价机制，针对特殊功能单体深入推进BIM应用研究，将BIM应用成果汇总成可借鉴的范本，将BIM工作体系建立成可复用推广的模式，才能更好地利用BIM技术为项目建设增砖添瓦。