全寿命周期BIM深度信息模型的构建

李春红，林旭霞，李婉嫦，肖皓天

（东莞理工学院，广东东莞 523808）

0 引言

近年来，建设项目全寿命周期管理的理念已经逐渐被大家所接受。全寿命周期管理的方法可以在建筑工程的规划、勘察、设计、施工、运营维护等阶段，利用信息技术创建、管理和共享建筑工程的信息，有效控制工程投资和进度，保证工程质量和安全，使工程更加环保节能，降低工程运营维护成本，实现工程的最大增值[1]。然而，项目全寿命周期管理时间跨度长，参与建设运营的单位和部门众多，涉及的人、财、物繁杂，传统管理链条上分段分片割据的现状，形成了一个又一个的信息孤岛。建筑信息模型BuildingInformationModeling/model（简称BIM）技术的出现，为建设项目实现全寿命周期管理的愿景提供了强大的技术支持，使项目信息有可能在建筑模型的航母上集中、流动和应用。根据《建筑信息模型应用统一标准》的定义，建筑信息模型是指在建设工程及实施全寿命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工和运营的过程和结果的总称[2]。BIM技术经过二十几年的发展，人们的关注点已经逐渐从酷炫的三维模型“M”（model）向信息“I”（Information）的多元化应用转移，建设项目的信息集成化应用是BIM技术发展的方向，也是工程项目管理的发展方向。要应用项目全生命周期信息，关键的第一步是要进行信息的采集和结构化整理。截止到2019年底，中国住房城乡建设部发布了五本关于建筑信息模型的国家标准和一本行业标准，各省市也陆续发布了地方标准和指南，然而，未见全生命周期深度信息模型的详细建模标准。全寿命周期BIM深度信息模型尝试从建设项目的基本单元“分项工程”，打通产品-设计-施工-后运维之间的信息关联，探索一种BIM模型的全生命周期信息收集模式。

1 全寿命周期BIM深度信息模型的涵义

目前，建设项目中使用的BIM模型仍然以三维模型为主。由于缺少项目全寿命周期信息，BIM模型中信息对项目各阶段的决策支持显得乏力。只有获取了项目全寿命周期的深度信息，才可以进行建设项目全寿命周期推演，才能在建设各阶段，为项目定位、设计、施工和采购提供决策支持，用后运维的信息制约前期策划，使建造与运维形成良好的互动。建设项目由每一个分项工程组成，分项工程的信息是建设项目全寿命周期信息的基础组成。建设项目全寿命周期BIM深度信息模型是指建设项目中每个分项工程都具有全寿命周期信息，包括建筑产品生产、产品采购、工程设计、可施工性、使用跟踪、维修更换的信息，达到《建筑信息模型设计交付标准》定义的最大信息深度N4级。

2 模型构建思路

首先，建立全寿命周期BIM深度信息模型要选定模型对象。万达集团、中国建筑集团、广联达科技股份有限公司等一些龙头企业和科技企业，正在各自探索如何建立构件模型和整体项目的关联。如万达的BIM模型技术是在3D模型基础上输入数字信息，使之与成本、进度和质量管理需求的信息挂接，满足施工、监理、造价咨询各部门的管理需求。建设项目具有工作分解结构，分项工程是工程管理的最常见单元，例如分项工程验收、分项工程量清单。构件模型是建设项目BIM模型的最小单元，一个分项工程可能由一个或多个构件模型组成。选择分项工程作为全寿命周期BIM深度信息模型的研究对象，与项目管理的惯例一致，便于与项目管理的质量、造价和进度等维度关联，并且可以包含相对独立的分项工程全寿命周期信息。

其次，要确定采集信息的内容和途径。分项工程的信息从设计施工图开始出现，在施工图可以获得设计信息和施工质量验收标准。根据设计信息，再查找主要材料的产品标准和材料单价。施工质量验收标准规定了分项工程施工完毕后应该达到的建筑产品质量指标，结合质量验收标准、工程技术规范、施工手册和施工经验提取施工关键信息，再依据此和工程造价定额获取施工成本。《建筑信息模型设计交付标准》规定运营阶段的信息包括建筑本体构配件、设备、部品和产品的资产信息和管理信息[3]。分项工程在竣工验收后成为建设项目固定资产的组成部分，根据建设项目固定资产编码进一步分解编码。建筑本体构件的维护维修标准还很缺乏，通过收集使用阶段的质量和安全问题，为设计人员和施工人员的决策和应对措施提供参考，提醒其重视并采取措施规避这些风险。

最后，是信息录入模型的方式。采集到的信息先收集到模型信息Excel表中。模型信息表可以对收集到的设计、材料产品、施工工艺、后运维信息进行初步的结构化，后期可以导入到建筑模型中。导入模型的方式有三种：①直接在模型的属性表一项一项添加，操作简单直观，适用于单个模型信息录入；②采用Excel文件进行参数化建族，可以在Revit中直接操作，适用于建立种类较少而变化参数较多的模型族库；③通过开发Revit插件把Excel表导入模型，导入效率高，但需要编程进行二次开发，如果参数结构变化要调整程序，适用于模型种类较多数量庞大的情况。目前，信息模型处于探索阶段，数量较少，用第二种方法可以满足使用。

3 模型构建示例

下面以某小学扩建项目3号宿舍楼给水管道安装分项工程的全寿命周期BIM深度信息模型为例，展示构建过程，探讨如何建立全生命周期BIM深度信息模型。通过收集管道产品标准、采购价格、设计标准、施工标准、施工成本、使用阶段的常见问题以及维修拆除成本，呈现给水管道安装分项工程的全寿命周期信息。所收集到的信息整理到Excel表中，用参数化建族的方式建立全寿命周期BIM深度信息模型。管道信息模型图如图1所示。

图1 管道信息模型

3.1 设计信息

选择室内给水管道安装分项工程作为信息模型建模对象，管道的设计规范和施工验收标准一般会在图纸总说明写清楚。该工程室内给排水是依据《建筑给水排水设计规范（GB50015—2003）》（2009年版）进行设计，管道的安装及验收标准按《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范（GB50242—2002）》和《给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268—2008）》执行。GB是国家强制性标准，强制性标准是国家以行政命令和法律的规定要求相关部门、单位以及个人必须执行的。设计图纸说明了管道的材质、连接方式和安装方式等。户内给水支管采用304薄壁不锈钢管，环压连接，埋地或埋墙暗敷，管材压力等级1.6MPa；泵房内加压给水管至用户水表前，加压供水干管采用304薄壁不锈钢管，管道公称直径DN不大于100mm时环压连接，公称直径DN大于100mm时卡箍式连接，管材压力等级1.6MPa。通过查看设计图纸，可以获得室内给水管分项安装工程的主要设计信息，收集到模型信息表中。

3.2 材料产品信息

薄壁不锈钢管是20世纪90年代末才问世的新型管材，已大量应用于建筑给水和直饮水管道。当项目合同和设计图纸未指定产品标准时，可以参照现行国家、省市、行业标准作为施工和采购的依据。3号宿舍的不锈钢管可以参考《薄壁不锈钢管道技术规范（GB/T29038—2012）》和《建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程（T/CECS153—2018）》，规范建议给水管材和管件的材料宜使用S30408、S30403，管道产品宜符合《流体输送用不锈钢焊接钢管（GB/T12771—2019）》和管件产品符合《不锈钢环压式管件（GB/T33926—2017）》。

企业如果积累了历史采购数据，就可以在结构化后录入到BIM模型。没有数据积累，可以通过常见的三种询价渠道获取。首先是各省市的工程造价信息，它一般由住房与城乡建设主管部门指导，各地工程造价协会编制发布，具有较高的权威性，特别是政府投资项目，在合同文件中一般都会指定工程造价信息作为计价依据。其次是厂家询价，由采购方或咨询方向3～5个厂家发出询价请求，对方报价确定。再次就是网络询价，常用的材价网站有中国建材网、有色金属网、广材网等。这样的材价信息比较分散，有专门的材料设备价格查询软件，如广材助手和造价通，里面包含了工程造价信息、软件商测定价格信息和材料设备厂商自主报价信息等。在广材助手中可以查到304薄壁不锈钢管单价，如公称直径20mm的不锈钢管14.69元/m；管件7.19元/个，把收集到的施工标准和材料价格信息录入到信息采集表中。

3.3 施工工艺信息

按照设计图纸的水平和垂直走向敷设管道，施工的给水管道要符合《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》《给水排水管道工程施工及验收规范》的要求。规范规定：建筑给水工程施工现场应具有必要的施工技术标准、健全的质量管理体系和工程质量检测制度，实现施工全过程质量控制。除了上述两本规范，施工技术人员可以参考《薄壁不锈钢管道技术规范》《建筑给水薄壁不锈钢管道工程技术规程》编制施工方案。《薄壁不锈钢管道技术规范》给出了施工准备、通用规则、管道敷设、管道连接、验收的施工全过程指引，附录D讲述了不锈钢环压式连接的施工步骤、检查步骤和注意事项。除了标准，也要收集施工经验。如3号宿舍的薄壁不锈钢管道是采用暗埋的方式，标准并没给出具体的防腐方法。搜索施工经验，如不锈钢管防腐，发现实际施工中可采用包扎防腐材料的做法。这些施工信息录入到模型中，施工技术人员可以参考编制薄璧不锈钢给水管的施工细则，确保施工质量和安全。

每米除了施工质量，还需要考虑施工成本。根据《广东省通用安装工程综合定额》（2018），一个分项工程的施工成本除了主要材料价格，还有人工费、辅助材料费、施工机具费和施工管理费，该综合定额规定了完成单位工程量所需的人工、材料、机具消耗量以及管理费标准。以室内薄壁不锈钢给水管公称直径20mm为例，分项工程的施工成本是177.70元/10m，未包含不锈钢管材和管件的费用。该费用包括的工作内容有：调直、切管、管道及管件安装，水压试验及水冲洗。每施工10m的薄壁不锈钢给水管道，要消耗管材9.86m，前面通过查询材料单价，已经知道公称直径20mm的不锈钢管14.69元/m；消耗管件11.16个，每个7.19元。加上不锈钢管材和管件的施工成本是：177.70+14.69×9.86+7.19×11.16=402.78元/10m，换算成每米的施工成本为40.28元。

3.4 使用阶段信息

给水管道竣工验收后就可以投入使用，为3号宿舍楼的食堂和宿舍房间供水。3号宿舍楼设计使用年限为50年。目前，国家还未发布建筑饮用水给水管道系统的维护规范。在建筑后运维领域，还有很多需要完善的标准。建筑给水系统的维护制度主要由物业管理公司制定。收集三个在使用阶段出现管道系统功能下降的案例，分析和整理常见的质量安全问题，主要是防止不锈钢管腐蚀。不锈钢管的抗腐蚀性能主要是因为管道表面覆盖着一层极薄的致密的钝化膜，当这层膜被破坏，就会引起变色或腐蚀。使用阶段的问题，往往是设计和施工引起的。在设计时需要特别关注管道热胀冷缩、管壁厚度和管径大小的问题。在施工阶段关键要管路布局合理、安装人员持证上岗、管道避免长期积水引起不锈钢管腐蚀。

合格的管材管件、合理的设计和正确的施工，不锈钢管理论上可以与建筑具有相同的寿命，但是给水系统长期使用后，还是会存在腐蚀渗漏或管道污染水质的问题。那么就需要拆除原有水管，安装新的水管。《广东省房屋建筑和市政修缮工程综合定额》（2012）中，给出了拆除不锈钢管施工成本，如公称直径20mm以内的定额基价为36.27元/10m，2012年的定额人工单价为51元/工日，调整为2020年1月综合人工单价为110元/工日，每10m消耗人工为0.539工日，每米不锈钢钢管拆除的定额施工成本为：（36.27+（110-51）×0.539）/10=6.81 元。不锈钢材料可以完全回收使用。

4 模型的应用

建设项目由单项工程组成，单项工程由分部分项工程组成。每一个分项工程都收集了全寿命周期信息，模型就具备了实体工程的全寿命周期信息，可以进行项目建造和运维的推演。结合不同的进度计划、产品选型、设计方案，推演算出项目在建造阶段和运维阶段的成本、可施工性、使用效果等，为建设各阶段提供决策依据，为后运维提供方案。除了工程应用，全寿命周期信息模型的构建和模拟还可以应用在工程人员的专业教学上。《国家发展改革委住房城乡建设部关于推进全过程工程咨询服务发展的指导意见》（发改投资规〔2019〕515号），《工程总承包管理办法》（建市规〔2019〕12号），《工程造价改革工作方案》（建办标〔2020〕38号），等建设领域改革的文件和措施的不断推出，要求工程人员除了掌握所从事的专业的基础知识和技能，同时还要学习如何把工作进行数字化和信息化。全寿命周期信息模型的构建和推演模拟，涉及工程设计、工程材料、工程管理、物业管理、维修检测等，是跨学科跨专业的综合性的新型训练项目，可以帮助在校学生或在职工程人员从项目全寿命周期的视角理解项目建设。

5 结语

全寿命周期管理与BIM技术的结合是实现建设项目可持续发展的重要举措。项目全寿命周期信息由每个分项工程的全寿命周期信息组成。探索建设项目全寿命周期BIM深度信息模型的涵义和构建模式，以某宿舍楼给水管道安装分项工程为例，收集整理管道产品标准、采购价格、设计标准、施工标准、施工成本、使用阶段的常见问题以及维修拆除成本，采用参数化建族的方式建立BIM模型，展示了全寿命周期BIM深度信息模型的构建过程。全寿命周期信息模型既可以应用于项目建设，也可以应用于工程人员的专业能力提升。然而，要真正应用于实际项目建设前期决策、辅助设计和施工，模型的数量、信息深度和规模还需要进一步提升。