BIM助力項(xiàng)目全生命周期管理升級(jí)

文｜肖曲 楊香風(fēng)

BIM 技術(shù)的核心是通過建立虛擬的建筑三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為模型提供完整的，與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)，不僅可以在設(shè)計(jì)中應(yīng)用，還可應(yīng)用于建設(shè)工程項(xiàng)目的全生命周期中。BIM 的數(shù)據(jù)庫(kù)是動(dòng)態(tài)變化的，在應(yīng)用過程中不斷在更新、豐富和充實(shí)，為項(xiàng)目參與各方提供了協(xié)同工作的平臺(tái)。

BIM 應(yīng)用邁入“智慧時(shí)代”

BIM 技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展，在國(guó)內(nèi)大致可劃分為模型時(shí)代-數(shù)字時(shí)代-智慧時(shí)代三個(gè)時(shí)期。

圖1 廠區(qū)三維實(shí)景模型

模型時(shí)代。在最初的圖紙時(shí)代，CAD 二維設(shè)計(jì)已完全取代手工繪圖，在國(guó)內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)中成為絕對(duì)主流，少部分項(xiàng)目采用三維設(shè)計(jì)的方式，但大多停留在翻模階段，即將二維圖紙轉(zhuǎn)為可視化的三維模型，具體應(yīng)用也主要停留在向業(yè)主進(jìn)行展示、渲染圖及廠區(qū)瀏覽動(dòng)畫等方面，應(yīng)用范圍較為局限。

數(shù)字時(shí)代。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，大型工程項(xiàng)目越來越多，對(duì)后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)精細(xì)化要求也越來越高，而數(shù)字化的BIM 模型帶有的建造屬性正好滿足這一需求。于是很快便進(jìn)入了數(shù)字模型時(shí)代，這一時(shí)期除了對(duì)模型形體的要求，更加著重于構(gòu)件信息的創(chuàng)建及其全生命周期的應(yīng)用，也著重于各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)在項(xiàng)目中的運(yùn)用。

智慧時(shí)代。最近幾年，隨著BIM 技術(shù)與無(wú)人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)、VR 技術(shù)、GIS 技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等新興科技的深度融合，BIM 技術(shù)的應(yīng)用得到了進(jìn)一步拓展，繼而提出了數(shù)字孿生模型、智慧城市、智慧工廠等概念。同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)維中引入了更多的智能裝備，并結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、VR 技術(shù)、GIS 平臺(tái)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能資產(chǎn)管理、智能巡檢、數(shù)據(jù)分析、危機(jī)模擬、智能生產(chǎn)管理等。

規(guī)劃設(shè)計(jì) 提升設(shè)計(jì)方案表達(dá)性、可實(shí)施性

項(xiàng)目規(guī)劃階段。在項(xiàng)目開始的前期階段，需要對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)位置進(jìn)行選址，涉及面積大，服務(wù)范圍廣。很多項(xiàng)目都會(huì)在指定的工業(yè)園區(qū)進(jìn)行建設(shè)，需綜合考慮城市空間布局、土地使用、開發(fā)建設(shè)等因素。

在工程規(guī)劃中引入三維GIS、BIM 等技術(shù)手段，通過無(wú)人機(jī)傾斜攝影，生成地面現(xiàn)狀環(huán)境與建構(gòu)筑物的實(shí)景模型，利用成熟GIS 平臺(tái)獲取最新的現(xiàn)狀資料，并利用三維GIS 平臺(tái)集成已取得的資料，建立可視化的三維規(guī)劃工作環(huán)境。運(yùn)用OpenBuildings Designer，OpenRoads Designer 及OpenPlant Modeler 等軟件設(shè)計(jì)多個(gè)BIM 方案模型，如圖1。

在此基礎(chǔ)上，組織相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行初始的廠區(qū)規(guī)劃、制定相應(yīng)的規(guī)模，并大致選定相應(yīng)輔助設(shè)施的位置，初步分析和考慮交通運(yùn)輸狀況，進(jìn)行土方量分析、洪水分析等，確定較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)BIM 模型

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段。BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，改善了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和分析手段。構(gòu)建協(xié)同工作環(huán)境，搭建全專業(yè)的工程數(shù)字模型，再通過必要的分析應(yīng)用，極大的提高了設(shè)計(jì)方案的表達(dá)性和可實(shí)施性。且BIM 設(shè)計(jì)成果可向施工與運(yùn)維階段傳遞，有利于提升現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的精細(xì)化水平，為智慧運(yùn)維管理提供底層圖像和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通過搭建協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，建立相應(yīng)的項(xiàng)目源文件，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行情況，將項(xiàng)目任務(wù)分解為不同子項(xiàng)或工作包并設(shè)定對(duì)應(yīng)的目錄結(jié)構(gòu)，對(duì)各專業(yè)參與人員分配相應(yīng)的權(quán)限。同時(shí)，對(duì)規(guī)劃階段取得的實(shí)景模型及BIM 模型進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，研究已有實(shí)景模型是否能滿足實(shí)際設(shè)計(jì)地點(diǎn)的精度需要，若不滿足，還需再進(jìn)行重拍或補(bǔ)拍，最終生成所需模型。

通過現(xiàn)有勘測(cè)數(shù)據(jù)，包括文本數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等利用OpenRoads Designer 創(chuàng)建現(xiàn)有數(shù)字化地形，為廠區(qū)的工藝布置及總圖設(shè)計(jì)提供原始依據(jù)?？倛D專業(yè)利用OpenRoads Designer 的地形模塊根據(jù)工藝專業(yè)布置方案進(jìn)行場(chǎng)平設(shè)計(jì)；利用道路、廊道模塊設(shè)計(jì)廠區(qū)道路。利用OpenBuildings Designer 軟件根據(jù)工藝布置方案對(duì)各區(qū)域的車間或廠房單體進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及電氣的三維模型的設(shè)計(jì)，軟件涵蓋了四個(gè)功能模塊，使用者可以采用下拉工作流的方式進(jìn)行切換，同時(shí)軟件完全基于同一個(gè)平臺(tái)，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的同時(shí)，也可以根據(jù)需求切換至其他的專業(yè)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)使四個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)模塊被整合在同一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境中，用同一套標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。

對(duì)于項(xiàng)目中的工藝管線和公用管線部分，特別是燃?xì)狻崃Φ裙芫€，采用OpenPlant CE 作為三維管道設(shè)計(jì)解決方案。它通過數(shù)據(jù)信息的交互提高項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的協(xié)同能力，通過遵循ISO 15926 標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用iModel 技術(shù)，支持多種模型格式（如DGN、DWG、點(diǎn)云、實(shí)景應(yīng)用），為用戶提供了靈活的設(shè)計(jì)和校審過程，支持多個(gè)成熟模塊如設(shè)備、管道、HVAC、電纜橋架、管道支吊架快速地進(jìn)行智能建模，輸出可定制的平面圖、軸測(cè)圖和材料報(bào)表，滿足各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)需求，見圖3。

將設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)建筑模型導(dǎo)入至ProStructures CE 中，用于繪制和生成結(jié)構(gòu)詳圖。在各子項(xiàng)或工作包的模型通過設(shè)計(jì)審核后，將各區(qū)域、各子項(xiàng)的模型在ProjectWise 平臺(tái)上進(jìn)行模型組裝和固化的工作。并利用現(xiàn)有模型進(jìn)行切圖、材料統(tǒng)計(jì)等工作，得到符合此階段深度的交付文件。

當(dāng)完成最終的設(shè)計(jì)后，得到初設(shè)階段的三維信息模型、相應(yīng)文檔、設(shè)計(jì)說明、設(shè)計(jì)依據(jù)、相應(yīng)設(shè)備資料、相關(guān)概算數(shù)據(jù)等資料以及中間與業(yè)主或設(shè)備廠商的中間過程文件等，按合同要求或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，將所有資料按指定編碼格式或數(shù)字平臺(tái)形式進(jìn)行移交。

施工把控 提高效益、節(jié)省成本

在施工階段，大部分項(xiàng)目還缺乏深化設(shè)計(jì)的概念，有些項(xiàng)目雖然有深化設(shè)計(jì)，但也只是利用CAD 圖紙進(jìn)行翻模，造成重復(fù)工作，無(wú)法體現(xiàn)BIM 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。這里提倡對(duì)BIM 模型的延續(xù)使用，即多個(gè)階段一個(gè)BIM 模型，隨著項(xiàng)目的深入，BIM 模型也隨之不斷的優(yōu)化和更新。

對(duì)設(shè)計(jì)階段交付的BIM 模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，使用BIM 作為工具來組織和實(shí)施深化設(shè)計(jì)工作，并交付以深化設(shè)計(jì)模型為代表的設(shè)計(jì)成果。BIM深化設(shè)計(jì)是用于形成和驗(yàn)證深化設(shè)計(jì)成果合理性的BIM 應(yīng)用，應(yīng)充分考慮并滿足實(shí)際施工要求。

對(duì)設(shè)計(jì)階段的BIM 模型根據(jù)施工需求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，生成三維結(jié)構(gòu)注釋圖、三維結(jié)構(gòu)透視圖、鋼筋示意圖等。按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的精度要求，對(duì)原有設(shè)計(jì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，完善一些節(jié)點(diǎn)的模型精度，將施工及設(shè)備安裝階段的部分過程信息錄入至BIM 模型中。

按照施工要求對(duì)BIM 模型進(jìn)行拆分組合，并進(jìn)行碰撞檢查分析和研究，對(duì)設(shè)計(jì)中設(shè)備與管道、管道與結(jié)構(gòu)的碰撞，現(xiàn)有設(shè)計(jì)未考慮施工便利性或施工實(shí)施成本太高的，結(jié)合設(shè)計(jì)單位及業(yè)主進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終生成可靠的BIM 深化設(shè)計(jì)數(shù)字模型。

在施工進(jìn)度管理、施工方案編制及技術(shù)交底方面，可以利用4D 進(jìn)度模擬軟件，導(dǎo)入BIM 數(shù)字模型及項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，生成可視化的進(jìn)度控制體系，提前發(fā)現(xiàn)可能對(duì)關(guān)鍵工序產(chǎn)生影響的工序，并對(duì)滯后的原因進(jìn)行分析，及時(shí)反饋給項(xiàng)目部及業(yè)主進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度的提高效益、節(jié)省成本。

利用三維信息模型展現(xiàn)直觀、信息量全、方便查詢、效率高等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)交底的方式，作為對(duì)傳統(tǒng)交底方式的補(bǔ)充和直觀反映。參與施工吊裝方案的編制，按照當(dāng)期施工進(jìn)度，對(duì)重要設(shè)備或工序施工吊裝方案進(jìn)行模擬，規(guī)劃合理的起吊順序和就位方案，并生成相應(yīng)的施工模擬視頻媒體文件。

數(shù)據(jù)集成 構(gòu)建信息化、規(guī)范化、可視化運(yùn)維管理體系

在運(yùn)維管理階段，將BIM數(shù)字模型與GIS平臺(tái)、管控平臺(tái)相結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了BIM 模型數(shù)據(jù)的全生命周期傳導(dǎo)，構(gòu)建了信息化、規(guī)范化、三維可視化的運(yùn)維管理體系。

圖3 管道及設(shè)備模型

具體而言，以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建涵蓋項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)中心，將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維各階段數(shù)據(jù)通過運(yùn)維管控平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

將設(shè)計(jì)及施工階段所有存儲(chǔ)于協(xié)同平臺(tái)上基礎(chǔ)信息及數(shù)據(jù)通過發(fā)布為I-model 2.0 的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)，以其作為一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化格式，利用最新iModelHub 工具，將數(shù)字模型數(shù)據(jù)打包傳輸至AssetWise 運(yùn)維平臺(tái)中，從而通過此平臺(tái)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管控。

AssetWise 運(yùn)維平臺(tái)上的數(shù)字模型是經(jīng)過輕量化處理后導(dǎo)入而成，各設(shè)備設(shè)施模型在三維空間內(nèi)的位置與實(shí)際施工情況一致，且其屬性能夠反應(yīng)實(shí)際的信息，因此平臺(tái)可以對(duì)項(xiàng)目資產(chǎn)進(jìn)行直觀的、可視化的管理，通過平臺(tái)的三維模型即可了解設(shè)備設(shè)施的基本信息。同時(shí)，平臺(tái)將現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)檢測(cè)信息與三維模型進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景中了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)。

基于BIM 三維數(shù)字模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)沉浸式的三維虛擬漫游，同時(shí)結(jié)合運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維人員巡檢、保養(yǎng)、維修等運(yùn)維流程及應(yīng)急流程的演示及培訓(xùn)考核。

將最終模型導(dǎo)入至軟件中，并布置相應(yīng)的場(chǎng)景，利用HTC Vive 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，進(jìn)行BIM+VR 互動(dòng)展示應(yīng)用，在其中可以實(shí)時(shí)測(cè)量所需的尺寸，瀏覽所需的信息，并對(duì)巡檢流程等進(jìn)行相應(yīng)的模擬。

伴隨BIM 技術(shù)的快速發(fā)展，部分企業(yè)和項(xiàng)目已進(jìn)入智慧設(shè)計(jì)、智慧建造的時(shí)代，但仍有一些企業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，仍然停留在翻模、出效果圖及出渲染視頻的階段。究其原因是因?yàn)橹贫冉⒉煌晟?，流程混亂，目標(biāo)結(jié)果不明確，將二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)割裂開來所致。

對(duì)于BIM 的推進(jìn)必須要有公司高層領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，制定正確的頂層設(shè)計(jì)及未來發(fā)展方向，在項(xiàng)目中輔以一定的激勵(lì)措施，讓盡量多的項(xiàng)目人員參與和獲得獎(jiǎng)勵(lì)，形成良好的氛圍，形成良性循環(huán)。要明確應(yīng)用BIM 技術(shù)并不是取代和摒棄傳統(tǒng)的工作方式，而是對(duì)傳統(tǒng)工作方式的延伸、補(bǔ)充和優(yōu)化。