以运营为导向的园区建筑群全过程 BIM 应用研究

曾莎洁（上海市建筑科学研究院有限公司， 上海 200032）

近年来，随着我国产业转型升级和城镇化率的不断提高，城市产业园区建设迎来了一个快速发展时期[1-2]。城市产业园是指由政府或企业为实现产业发展目标而创立的特殊区位。相比其他类型的园区，城市产业园区具有更加明显的规模效应、集聚效应和协同效应。

目前，在产业园区项目建设过程中，建设单位大多按照功能单元将园区划分为不同地块，这使得在设计层面上，同一地块各个单体建筑物的建筑功能能够相互关联，共享水、电、气等市政基础设施，建设过程环环相扣，减少设计错误；在施工层面上，同一地块的多作业面可以同步施工，形成项目群管理，提高施工效率。在后期运维层面上，前期设计和施工过程中的数据能够完整存留，数据的传递性和应用的可扩展性增强，可较好地应对改造和维护要求。然而，产业园区项目群在建设过程中，普遍存在阶段割裂、协调困难、施工复杂、管控压力大、信息化程度低和运营前期要求不明确等难题。因此，产业园区项目群建设大多采用 BIM 技术作为工程管理的核心工具[3-4]。

BIM 技术在产业园区建设项目中目前已有较多应用，如：曹洪亮和高迅[5]通过建设 BIM 可视化施工管理系统和多维度可视化施工管理调度平台，降低了产业园建设过程中的风险；王肖颖等[6]基于福建三峡海上风电产业园工程，阐述了全生命周期 BIM 技术在机电安装工程中的应用；刘丰[7]以北京平谷产业园工程为例，提出了 BIM 技术在产业园区建筑设计中的应用方法；李玺和韩杰[8]在甘肃省科学院高新技术产业园项目中应用全过程 BIM 管理技术，通过统一的大数据中心平台，实现了资源分配效率的极大提升。

但是，目前国内产业园区工程的 BIM 应用主要集中于单专业或者单阶段的工程应用，对于产业园区项目群，采用以运营为导向的工程项目全过程 BIM 应用研究尚十分有限。因此，本文以某产业园项目为例，以业主的“数字交付和智慧运营”为基本出发点，从数据全过程维度开展了 BIM 整体应用的系统研究，提出了一套以运营为导向的工程项目全过程 BIM 应用方案。

1 工程概况

该产业园项目由 24 栋建筑组成，包括 7 栋高层建筑、17 栋多层建筑与 1 层地下车库。整体用地面积达 8 万 m2，总建筑面积约 21 万 m2。地块内建筑结构类型多样，布局灵活，设计感强，并大量使用了装配整体式钢筋混凝土框架结构和预制预应力混凝土双 T 板叠合楼盖，PC 构件预制率达到 45%。项目群的 BIM 技术应用范围为地块红线范围内所有建筑单体及地下室的全专业。

2 全过程 BIM 应用的实施策划

在上述项目策划阶段，围绕 BIM 模型和管理目标的项目全过程 BIM 应用实施策划，主要包括管理模式、应用目标、组织架构、工作职责、应用流程、任务分解、技术标准、平台工具等，用于指导各阶段的 BIM 应用。

该项目在采用传统 DBB 建设模式的背景下，BIM 方案以后期运营需求为出发点，以项目数字化交付为最终目标。围绕该产业园项目群 BIM 协同平台，以 BIM 模型和数据为纽带，将 BIM 模型与设计、资金、进度、质量、设施设备等工程信息关联，保障产业园项目群参建各方的数据互通，支持工程全生命周期的 BIM 应用和各阶段、各专业间的高效协调，有效提升项目建设和运营的精细化管理水平，完整保留项目工程信息的可追溯性和完整性，为后期运营提供数据基础。

在 BIM 策划阶段，为实现该项目的 BIM 应用目标，使得 BIM 技术在工程建设阶段发挥最大价值，编制了 BIM 实施大纲，明确了 BIM 实施工作任务以及各项任务的实施主体、工作流程和工作职责，编制了“BIM-WBS-RBS”任务矩阵表（表 1），保障各项 BIM 任务能够最终落地。同时，为了保证各阶段的数据互通和 BIM 应用的有效开展，制定了项目 BIM 应用的技术标准，如 BIM 模型标准、数据交互标准、BIM 应用标准、PC 编码标准等。

表1 BIM-WBS-RBS 任务矩阵表

同时，针对该产业园项目建筑体量大、管线及结构关系复杂、装配率高的特点，BIM 方案通过合理划分工程范围，对装配式预制构件编制了单独的编码体系，从装配式构件的深化设计阶段介入，利用 BIM 技术进行了装配式构件族库的建立与构件归并，并将 BIM 协同管理平台与 RFID 物联网技术相结合，实现了装配式预制 PC 构件在深化设计、构件生产、构件运输、现场仓储、现场吊装与检验、构件返厂等全产业链的数字化管理。

BIM 实施策划的另一项重要应用是搭建了基于 BIM 的协同管理平台，建立了 BIM 协同工作环境，实现了产业项目群建设过程的合同管理、设计管理、成本管理、进度管理、质量管理、安全管理、PC 管理、资料管理等协同管理功能，提高了项目信息的共享集成度和利用效率，达到了多项目、多目标、多层次的可视、动态、精细管理目标。

3 BIM 技术在设计阶段的应用

在项目设计阶段，BIM 技术通过导则标准和信息框架的整体设计，创建了能为项目和各方实施应用的三维模型，通过碰撞检查和净空优化等 BIM 应用优化设计，辅助解决了复杂的沟通协调工作。其中，结合装配式项目的特点，结构模型又拆分成现浇结构（预制现浇段）和 PC 构件两部分，从而建立了一个三维可视的各专业协同环境。

在设计复核方面，通过 BIM 技术的碰撞检查功能辅助设计方案检查，发现了各专业图纸错误、减少了沟通协调次数，缩短了设计周期。同时，针对 PC 构件设计特点，检查了预埋件与 PC 构件设计间的碰撞问题，解决了 PC 构件与幕墙埋件的搭接错误（图 1），辅助幕墙深化设计定位和出图，缩短了出图时间。通过 LOD400 模型，实现了 PC 节点优化，解决了纵筋、箍筋碰撞和锚固不合理的问题，避免了相关的施工损耗。

图1 PC 构件与幕墙埋件搭接分析

在设计性能辅助优化方面，则通过抽取相关 BIM 模型并获取附属信息，进行了采光、通风、风速分布、日照、阻尼器耗能、空间限高等模拟分析，为项目前期建筑物的性能分析提供了相关的决策依据。同时，通过优化阻尼器放置位置及方法，减轻了楼体自重，减少了混凝土的用量；通过整合 BIM 数据，获取了产业园绿色运营跨阶段的数据需求等。

在设计协同工作方面，主要是围绕一个 BIM 模型开展设计方案讨论，通过一个协同平台共享设计成果和信息，从而提高设计质量，节约沟通时间，加快建设单位决策效率，减少现场施工返工，从而辅助解决设计多专业间的复杂沟通和专业协同。

4 BIM 技术在施工阶段的应用

在该项目施工阶段，通过 BIM 技术，解决了大量的施工进度模拟和模型深化工作，辅助了工程施工对进度、质量、安全的整体把控。同时，通过 RFID 技术与协同管理平台相结合，对 BIM 成果进行了共享和传递，保证了各方信息一致性，延伸了 BIM 技术的应用范围，实现了多环节、多维度的现场管理。

在施工管理方面，应用基于 BIM 模型的 4D 进度模拟方法，通过实际进度与项目计划进度的对比分析，发现当前施工的潜在问题，及时调整施工措施及进度计划，做到施工进度的有效控制，并对延期部分进行了动态预警。针对该项目 PC 构件运输量大等情况，根据施工场地方案，利用 BIM 技术进行了场地布置模拟，考虑到车辆载重大和 PC构件自重量大的特点，针对场地内主要行车路线和构件堆场进行了模拟，并对场地布置、行车路线及构件堆场进行了优化。同时，基于协同管理平台实现多方面的项目现场联合管理，建立了扁平化的项目现场决策流程，实现了现场问题信息属性的自动鉴别，从而在有关单位范围内随时共享相关信息，加快了问题的处理效率。

对于这类装配率较高的项目，BIM 技术可作为协同管理平台的物理延伸，使用 PC 构件编码写入芯片，结合 RFID 追踪，实现预制构件从生产、运输到现场仓储、吊装的全过程管理追踪。在精确追踪独立构件位置状态的基础之上，则进行了 PC 构件的进场堆放模拟，充分利用场地空间，且最大限度地依照施工顺序进行堆放，优化施工速度；另外，进行了 PC 构件的吊装方位模拟，模拟了整体吊装过程，一方面保证了装配式结构在未完全形成结构整体时的稳定性，另一方面实现了吊装顺序优化。

在项目竣工阶段，通过竣工模型整合，项目对建造过程中的信息进行了分类提取，完成项目数字化交付和竣工归档，并预留了与未来运营管理平台的接口。通过 BIM 模型二维至三维的升级和转变，动态展示各目标对象，并基于轻量化设计，实现了较低硬件要求下的全局可视化展示；进而通过 BIM 数据管理能力，对设施设备信息、资产资料等进行跨阶段传递，为后期运营管理提供了基础信息，也为后期运营阶段多源数据分析实现了信息的定向共享。结合二维码、物联网和移动互联技术等，降低了整体运营维护成本，为后续项目的高效运营进行了标杆示范和技术管理输出。

5 结语

本文以某产业园区项目群为研究对象，以实现“数字交付和智慧运营”为基本出发点，从数据全过程共享与传递维度提出了一套以运营为导向的工程项目全过程 BIM 应用方案。该方案既考虑了建设阶段的 BIM 应用目标，同时兼顾了后期运营需求，预留了运营管理平台接口，实现了全生命周期的可扩展性。研究结果表明：以运营为导向的园区建筑群全过程 BIM 应用可实现从策划、设计、施工到运营阶段的全过程信息传递和维护。同时，结合的装配式产业园区的项目特点，将 BIM、IoT 和 PC 进行深度融合，结合协同管理平台对 PC 构件实施全产业链的信息化动态跟踪和管理，可以实现装配式建筑构件精细化管控目标，有助于智能建造、精益管理和智慧运营远期目标的实现。研究成果可为同类项目的全过程 BIM 技术应用提供技术参考。