BIM技术在建筑工程项目全生命周期中的应用探索

■ 中铁十八局集团第一工程有限公司 李盼

当前，新一轮科技革命和产业变革深入发展，全球数字化转型势不可挡，信息技术发展日新月异。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》在“加快数字化发展 建设数字中国”专篇中，提出打造数字经济新优势、加强关键数字技术创新应用、加快推进数字产业化、推进产业数字化转型、建设智慧城市、营造良好数字生态等，实施“上云用数赋智”行动，推动数据赋能全产业链协同转型。作为建筑信息化的载体，BIM技术受到了高度重视，但目前BIM技术介入工程项目尚处于初级阶段，大都局限于工程设计阶段，而非项目全生命周期。作为设计、施工、运维多专业信息集成平台的BIM，其所带来的行业发展红利还没有得到充分开发。基于此，本文从分析项目全生命周期管理及BIM技术特点入手，阐述BIM技术给工程全方面带来的革命性改变，并以郑州郑东新区白沙安置区二期（永盛家园）项目为例，直观展示BIM技术的优势，以期为类似工程提供参考与借鉴。

项目全生命周期及BIM技术

项目全生命周期

全生命周期概念是在项目管理策略层面提出的，包括项目的决策阶段、实施阶段和使用阶段（运营阶段），提供从项目构想、研究与设计、建造施工到项目运营及维护整个过程的全生命周期管理及专业技术咨询服务。BIM技术介入项目全生命周期、获得项目各参与方认可，有利于各方单位达成目标，为各方单位服务增值。整个项目周期涉及至少八方单位，如图1所示，其中，蓝色为直接参与方，白色为项目相关方。

图1 项目全生命周期相关方

虽然项目总体目标一致，但就单一参建方来说，其目标存在差异，见表1。这些目标既分散又统一，要使这些目标都能实现增值，需要高度集成的信息化技术对项目全生命周期进行管控，并实现信息共享。

表1 相关方项目建设目标

BIM技术

BIM技术的研究始于上世纪70年代，但BIM这一名称的正式出现是在2002年，全称为建筑信息模型（Building Information Modeling），旨在采用三维数字技术呈现建筑工程项目所有相关信息的工程模型，搭建建筑工程项目所有关联方信息汇总、交互的数字化平台，以满足项目全生命周期管理需求。

全生命周期管理中的BIM技术

BIM技术是建筑业信息化的衍生品，信息的创建、管理、共享是核心。基于BIM技术进行建筑工程项目全生命周期管理，有利于实现项目决策阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段不同相关方信息的集成，使之成为随项目进度同步变化的动态信息链，从而避免传统分散的阶段性项目管理产生的信息缺失，如图2所示。

图2 项目信息管理方法比较

全生命周期各个阶段的任务不同，所需要的信息承载体亦存在差别。BIM技术作为信息集成可视化平台，在各阶段可以承担的主要管理任务如图3所示。

图3 BIM技术在全生命周期中的应用

从图3可以看出，目前BIM技术更多地被应用于设计、施工及运营阶段，即项目实施阶段的管理工作。以设计阶段为例，其工作需要多专业协同配合才能完成。不同于国外专业性设计所，我国设计院大多属于集成型设计院，但即便这样也无法确保图纸万无一失。该阶段包含的信息主要包括勘察设计信息、造价信息、合同信息、同类工程信息、公共信息、材料信息、经济信息等。

随着BIM技术的逐渐完善，信息化技术在决策阶段的重要性将大大增加。在决策阶段，其主要任务是确定项目的定义，包括项目地点、实施组织、建设目的和任务、落实建设资金、项目投资、进度及质量目标。所包含的信息管理包括市场信息、资源信息、环境信息、公共信息、投资信息、推广信息等。

全生命周期中的BIM技术决策阶段设计阶段施工阶段运营阶段建筑策划场地分析性能化分析参数化分析可视化交流多专业协调标准化设计工程量统计数字化制造管线综合设计4D施工模拟5D预算管理施工现场配合运营信息集成资产及空间管理系统优化分析灾害应急模拟建筑改造

BIM技术在工程全生命周期中的应用

工程概况

郑州郑东新区白沙安置区二期（永盛家园）项目，规划用地面积31725m2，总建筑面积139072.05m2。该地块工程内容包括地下车库，6栋住宅楼，社区便民店、红事礼堂及服务用房各一栋，以及大门、公厕与室外工程。项目共设3层地下室，地上25层，建筑总高度72.8m，属于高层建筑。地下工程又细分为停车场、设备房及二级人防区，工程基础结构采用CFG桩复合地基筏板基础。

数据采集和深度的确定

目前，国内BIM信息集成系统主要由Autodesk Revit和鲁班软件构建。Revit系列软件可直接建立建筑信息模型，可以在项目建设全周期流程中通过样本信息来设计和增删项目；鲁班软件则集成众多建筑外观及结构构件，利用可视化来模拟项目内部和外部的真实环境，让项目各方直观地掌握工程构成、工期和环境的影响。

该项目BS23-10-02地块工程的三维BIM信息库采用Revit软件和鲁班系列软件，在项目的方案阶段即明确BIM技术团队的职责和任务，详细了解工程建设场地的勘察、设计等数据成果，最大程度地掌握项目的实际情况和所面临的技术难点。

收集数据完成后，统一对建筑、结构、水、暖、电、通风、消防、人防等各专业模型进行定制专业项目样板（三维模型），确定各个专业的结构构件和文档命名。例如，该项目分别对各专业进行下列命名：C—场地；TJ—土建；JZ—建筑；A—结构；W—给排水；P—暖通；E—电气；B—设备；M—幕墙；ZX—装修。

在这种框架下，利用软件再统一编制各建筑或构件格式。例如，<项目代号>—<子项代号>—<拟建楼栋>—<拟建楼层>—<配套专业>—<模型类型>；通过命名规则可以在BIM系统中统一对不同类型的构件进行管理和调用，例如对“墙体”格式可编辑为：<楼栋号>—<使用的具体位置>—<主体结构类型>—<结构的尺寸>—<结构的物质组成>。比如，“—F3—主体外墙—混凝土结构—350—C40P8”，其表示的意思为建筑地下3层外墙使用的为350mm厚C40抗渗等级P8的混凝土。此外，BIM中构建模型颜色采用MEP模型颜色定义，对不同构建或不同模型类型进行颜色区分。

工程设计阶段

开展BIM工程设计，首先要明确设计方案的可行性，为今后的施工全过程起到指导性作用。与CAD绘制施工图设计形式不同，BIM集成大量数据以三维乃至四维的方式进行展示，设计人员不必受二维图纸的约束，在BIM软件中进行建模，并通过可视化功能直观地呈现建筑的全方位状态，同时将工程所处的周边环境展示在构建的模型中。

根据场地实际情况，该工程的三维BIM模型尽可能真实地反映周边环境和拟建的物件特征，划分不同的工作区域逐个进行建模，如在场地内拟建成的生活区、办公区、施工区等，大部分结构可利用鲁班软件进行搭建，如板房、塔吊、道路、加工棚等，再通过实际尺寸对所选构架进行参数完善，形成完整的三维场地模型（图4）。

图4 设计阶段所构架的BIM板房模型

利用软件进一步对各专业所需的模型进行架构，建成后的三维模型能完整清晰地呈现土建施工、机电安装、暖通构件等专业的数据信息，使设计人员能借助三维模拟图合理地划分各自的使用条件和使用步骤，最后进行4D施工模拟。这一作法打破了传统项目管理以及施工模式，对施工材料的准确需求量进行精确度计算，可以有效地改善和解决动态施工过程问题（图5）。

图5 设计阶段所构架的管线系统

施工组织阶段

BIM技术所建立的三维模型，在施工阶段同样具有重要的作用。在施工组织阶段，BIM技术展现整个项目从工程围挡搭建—土方开挖—基础施工—竣工的全过程信息，有效预防、提醒施工现场管理问题，避免错误施工或施工不明确的现象，可在实际施工中加快施工进度，使施工质量显著提升。

以该项目BS23-10-02地块2#楼第3层所设计的三维走廊管线布设模型为例，相比以往传统的二维设计图纸，三维信息系统具有较高的辨识度，不同类型的管线在模型中操作更简便、易于查找。同时，三维信息可明确区分走廊处的管线布置位置，在模型中点击各种不同位置的管线，可进一步了解各种管线的详细参数，如管线的类型、型号以及安装各拐点高度等，使施工方能够快速理解设计意图，进一步提高工程建设质量（图6）。

图6 3层走廊管线BIM立面图

运营管理阶段

工程建造完成并不意味着BIM技术应用的终止，BIM构建的三维集成数据库，对于竣工后的建筑试运营阶段管理将发挥重要的作用。在施工完成后，对于埋置于建筑内部的隐蔽管线以及管网、构建的型号及其埋置位置，BIM数据库可直接查询、变更或修改；工程若采用以往的管理流程，则需要再次收集设计图、施工图、图纸修改通知单、竣工图等过程图纸，变更图纸未进行存档、缺失或管理稍有不慎等，都将给建筑后期使用阶段的运营和维护造成较大的影响。

以该项目BS23-10-02地块主楼及附属建筑为例，模拟建立的三维BIM数据系统具有一定的优势，其数据库随施工过程逐渐补充、完善，结构和构件可便捷查询和修改，在运营管理阶段仍可继续使用，也可以再对信息库进行补充完善。如对该工程的地下车库埋设管线进行检查，可利用三维模型快速查询各管线的接头及走向布置，工程人员在现场核查时，对比BIM三维模型便可快速进行维护和管理（图7）。

图7 BIM系统维护阶段的管线检查

由此可见，BIM技术也可以在工程完成施工之后继续使用，有针对地对易损构件进行管理和维护，进而提升建筑项目的使用寿命。同时，BIM模型能够准确记录数据和定位空间，进而有效地管理和运营建筑项目，避免在维护管理阶段中产生问题，从而提升整个项目的附加价值。

总结

本文分析项目全生命周期及BIM技术的特点及适应性，阐述BIM技术在建筑工程全生命周期的应用细节，并以郑州郑东新区白沙安置区二期（永盛家园）项目BS23-10-02地块2#楼及附属建筑工程为例，分阶段阐述BIM技术在建筑项目全生命周期中的应用效果。研究表明，BIM技术可运用于建筑工程全生命周期，并取得以下主要成果：一是BIM数据模型中数据采集阶段，需严格遵守定制专业项目样板（三维模型），确定各专业的结构构件和文档命名，以方便后期的数据修改和数据调用；二是设计阶段所构建的BIM数据系统可在项目的全生命周期继续使用，设计人员利用三维可视化可将具体的项目形象化，让工程所处的周边环境呈现在构建的模型中；三是利用BIM技术，有利于快速提升工程后期维护效率和附加价值，避免在维护管理阶段中产生一系列问题；四是BIM技术信息库的建立和使用，有利于实现设计可视化、施工质量可控化、后期维护高效化。