智能化與BIM技術(shù)在產(chǎn)城融合項目中的創(chuàng)新應(yīng)用研究

李振華，王建輝，馬英德

（深圳市宏源建設(shè)工程有限公司 深圳 518029）

0 引言

協(xié)同與整合是BIM 系統(tǒng)的特性之一，產(chǎn)城融合項目結(jié)合智能化與BIM 建筑信息模型技術(shù)，可應(yīng)用于工程項目建設(shè)的全壽命周期，將工程建設(shè)全壽命周期中產(chǎn)生的相關(guān)產(chǎn)品信息和工程數(shù)據(jù)添加在三維模型中，結(jié)合智能化、物聯(lián)網(wǎng)、協(xié)同管理平臺進(jìn)行產(chǎn)城融合項目的綜合管理和控制。

產(chǎn)城融合項目建設(shè)全過程主要包括規(guī)劃、設(shè)計、施工、結(jié)算、運維等，主要通過BIM 信息化模型，結(jié)合智能化設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計、施工、運維管理平臺等，為工程項目建設(shè)全過程的科學(xué)決策和精細(xì)化管理提供科技和信息支撐［1］。

智能化與BIM 技術(shù)已貫穿整個大型工程項目施工建設(shè)的每一個過程，優(yōu)化、指導(dǎo)工程的規(guī)劃與設(shè)計、施工管理及運營維護(hù)等環(huán)節(jié)的管理控制［1］，及時發(fā)現(xiàn)并解決各類管理及技術(shù)難題，下面主要就智能化與BIM 技術(shù)在產(chǎn)城融合項目規(guī)劃設(shè)計、施工兩個主要過程中的應(yīng)用作詳細(xì)介紹。

1 產(chǎn)城融合的概念

“產(chǎn)城融合”是指產(chǎn)業(yè)與城市融合發(fā)展，以城市為基礎(chǔ)，承載產(chǎn)業(yè)空間和發(fā)展產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，以產(chǎn)業(yè)為保障，驅(qū)動城市更新和完善服務(wù)配套，以達(dá)到產(chǎn)業(yè)、城市、人之間有活力、持續(xù)向上發(fā)展的模式。通過引進(jìn)與城市規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)、功能相匹配且快速發(fā)展的新型業(yè)態(tài)，不但可以為新型行業(yè)發(fā)展提供充裕的市場空間，推動其他新型行業(yè)的快速發(fā)展，而且?guī)砹顺鞘薪?jīng)濟(jì)的快速增長、人才技術(shù)引進(jìn)、增加就業(yè)機(jī)會等?？偟膩碚f，就是“以產(chǎn)促城，以城興產(chǎn)，產(chǎn)城融合”［2］。

2 產(chǎn)城融合項目的特點

2.1 建筑類型多

產(chǎn)城融合項目本身有多個功能類型的建筑：產(chǎn)業(yè)樓、工業(yè)4.0 智慧廠房［3］、科研樓、辦公樓、宿舍、公寓、商業(yè)、酒店、甚至學(xué)校等；同時也包括不同規(guī)模的建筑：面積較小的總部樓，大跨度產(chǎn)業(yè)樓、中高層的精裝修宿舍，超高層寫字樓等。

2.2 工程規(guī)模大

部分有實力的地產(chǎn)公司掌握了較好、較多的資源，為了提前布局、爭取資源、爭奪市場，甚至直接一次性開發(fā)上百萬平方米。

2.3 建設(shè)周期短

建設(shè)周期短平快，政府強調(diào)盡快實現(xiàn)稅收效益，地產(chǎn)開發(fā)商強調(diào)資金回籠速度，建設(shè)周期從拿地結(jié)束報規(guī)劃開始到竣工驗收備案（不包括超高層）時間比較短。

3 產(chǎn)城融合項目管理的重難點

3.1 復(fù)雜的建筑設(shè)計

產(chǎn)城融合項目對建筑造型設(shè)計提出了更高的要求，不同的建筑類型也對造型設(shè)計提出不同的要求，導(dǎo)致設(shè)計的圖紙比較復(fù)雜，在進(jìn)行施工的過程中正確地理解設(shè)計示范意圖極其關(guān)鍵，與此同時指導(dǎo)各工種協(xié)同作業(yè)，完美體現(xiàn)設(shè)計靈感就顯得尤為重要。

產(chǎn)業(yè)園項目與傳統(tǒng)項目不同，園區(qū)各棟建筑不會簡單復(fù)制，甚至每棟樓、每一層的建筑設(shè)計都不盡相同。這樣不僅直接導(dǎo)致管理團(tuán)隊人員工作負(fù)荷的增加，也直接導(dǎo)致整個建設(shè)項目中參與施工和建設(shè)的單位、作業(yè)人員數(shù)量大幅度地增加，對管理者圖紙領(lǐng)悟能力、溝通協(xié)調(diào)能力都提出了更高的要求。因此，需要充分運用BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的二維圖紙進(jìn)行可視化處理，通過協(xié)同平臺來完成項目之間信息的傳遞與共享，才能真正實現(xiàn)各專業(yè)、各單位之間的緊密配合與高效協(xié)同，有效保證項目的快速順利完成。

3.2 較多的建筑類型

產(chǎn)城融合項目的建筑類型多、規(guī)模大小不一，對項目管理策劃的要求高，具備類似經(jīng)驗的管理團(tuán)隊，尤其是項目負(fù)責(zé)人尤為重要。在施工過程中結(jié)合BIM 技術(shù)反復(fù)模擬、推演，總結(jié)出實用、高效的項目管理方法：①進(jìn)度控制方面，地下室頂板施工完成后不要急于施工上部結(jié)構(gòu)，待養(yǎng)護(hù)后及時施工防水和保護(hù)層，然后再施工上部結(jié)構(gòu)，后期可快速回填，可以縮短工期、降低施工成本，而且質(zhì)量更易得到保證，不易開裂滲水；②質(zhì)量控制方面，地下室外墻間隔布置噴淋灑水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，可以有效解決由于豎向混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)不到位導(dǎo)致的地下室滲水問題；③成本管理方面，可通過BIM 協(xié)同管理平臺將每月簽證自動錄入系統(tǒng)，發(fā)起線上簽證流程，系統(tǒng)自動匯總每月簽證臺賬，且可以對不符合時效及其他要求的簽證及時進(jìn)行預(yù)警。

3.3 項目管理團(tuán)隊規(guī)模大，統(tǒng)籌管理難度高

產(chǎn)城融合項目體量較大，決定了項目管理團(tuán)隊規(guī)模也需相應(yīng)提高。這就對各參建單位項目負(fù)責(zé)人的管理能力提出更高的要求，尤其是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力。這時BIM 協(xié)同管理平臺的應(yīng)用就起到了關(guān)鍵的作用，通過建立項目信息指揮控制中心應(yīng)用BIM 協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)指令線上下達(dá)、反饋，現(xiàn)場情況實時查看，可做到對項目整體建設(shè)情況了然于胸。

3.4 工程建設(shè)周期短、工期緊

這就要求項目管理團(tuán)隊有一個清晰的管理思路，提前對各種可能發(fā)生的方案進(jìn)行模擬優(yōu)化，實現(xiàn)方案最優(yōu)，例如：建設(shè)資金方面，要加快工程款審批撥付的流程，做好工程投資成本的核算，避免不必要的資金損失。工程管理方面，要重視工程策劃，提前訂立目標(biāo)，過程中抓關(guān)鍵節(jié)點，加強溝通協(xié)調(diào)，減少無效溝通，以及施工方案、現(xiàn)場動線、施工進(jìn)度、工序穿插等均可利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行策劃、模擬。

4 智能化與BIM技術(shù)融合應(yīng)用分析

4.1 規(guī)劃設(shè)計階段

4.1.1 設(shè)計方案VR仿真模擬技術(shù)

基于以上原因，為了實現(xiàn)工程建設(shè)的總體目標(biāo)，將BIM 技術(shù)運用于產(chǎn)城融合項目的規(guī)劃設(shè)計階段，通過運用BIM 仿真模擬技術(shù)，提前將抽象的二維圖紙生成三維模型，運用BIM 技術(shù)的渲染和實景模擬功能，將整個產(chǎn)城融合項目的內(nèi)部空間、建筑布局、室內(nèi)飾設(shè)計效果等通過VR 虛擬仿真技術(shù)直觀呈現(xiàn)［4］，為管理層進(jìn)行決策提供依據(jù)，實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化比選，如圖1所示。

圖1 設(shè)計方案VR仿真模擬Fig.1 VR Simulation of the Design Scheme

4.1.2 科學(xué)分析計算

結(jié)合BIM 技術(shù)先進(jìn)的分析計算功能，對建筑單體科學(xué)地進(jìn)行日照采光分析，確定最佳采光位置和角度；進(jìn)行建筑整體風(fēng)環(huán)境分析，確定迎風(fēng)面風(fēng)壓數(shù)據(jù)，優(yōu)化室內(nèi)通風(fēng)方案，達(dá)到最優(yōu)通風(fēng)效果；進(jìn)行人員疏散模擬分析，確定最佳的疏散路徑（見圖2）；以上BIM技術(shù)的應(yīng)用均可為產(chǎn)城融合項目的規(guī)劃、設(shè)計提供科學(xué)計算支撐。

圖2 人員疏散模擬分析Fig.2 Evacuation Simulation Analysis

4.1.3 設(shè)備及管線綜合優(yōu)化［5］

此外，還可結(jié)合BIM 技術(shù)進(jìn)行機(jī)電管線設(shè)計的深化、優(yōu)化，展示各種機(jī)電設(shè)備的尺寸、布局及機(jī)電設(shè)備與周邊的位置關(guān)系是否合理；通過建立完整的三維管線模型，與設(shè)計圖紙相互校核、發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化圖紙、減少變更；通過對管線之間、管線與結(jié)構(gòu)及建筑之間進(jìn)行碰撞檢查、分析，并形成報告，可有效優(yōu)化管線布局，減少施工中不必要的返工和調(diào)整；調(diào)整過程中充分考慮管線及設(shè)備的安裝及檢修空間，并對管線凈高進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終導(dǎo)出平面、剖面及三維圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，加快安裝進(jìn)度，如圖3所示。

圖3 管綜優(yōu)化成果Fig.3 Pipeline Comprehensive Optimization Results

4.2 施工生產(chǎn)階段

4.2.1 BIM施工協(xié)同管理平臺應(yīng)用

BIM 施工協(xié)同管理平臺以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理為基礎(chǔ)和核心，模型系統(tǒng)為主要載體，對于在建筑網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理過程中的施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等數(shù)據(jù)信息，運用平臺對其進(jìn)行數(shù)字化分析，結(jié)合各類業(yè)務(wù)需求來實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同管理的功能性平臺。將模型上傳至管理平臺，通過云技術(shù)實現(xiàn)輕量化后的模型可通過手機(jī)、電腦實時查看。同時可利用手機(jī)端、平板等設(shè)備進(jìn)行可視化交底。很好地增強了現(xiàn)場工作人員的識圖能力，減少了不必要的交流和溝通成本。可視化交底相比傳統(tǒng)的交底方式更直觀、有效。為現(xiàn)場復(fù)雜部位的施工技術(shù)交底提供了直觀易懂的展示方式，在現(xiàn)場與實物比對，可方便快捷地進(jìn)行施工質(zhì)量跟蹤檢查［6］。

項目也可將各參建單位及相關(guān)人員直接錄入到BIM5d 管理平臺，對于人員資料信息等進(jìn)行統(tǒng)籌管理，利用該平臺輔助于施工管理優(yōu)化、改革傳統(tǒng)的項目管理模式，實現(xiàn)了項目級的精細(xì)化管理，對施工過程中的數(shù)據(jù)、資料收集、設(shè)計變更、線上辦公以及線上簽證申請審核，以及對實測實量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等，形成大數(shù)據(jù)供各方參考，達(dá)到降低施工成本、縮短施工期、提高質(zhì)量的目的，實現(xiàn)有效的決策及精細(xì)化管理。項目參與各方可分別在電腦端、網(wǎng)頁端、手機(jī)端協(xié)同工作，及時有效地管理項目，提高項目整體建設(shè)管理水平。

隨著工程項目信息的逐步完善，BIM 協(xié)同管理平臺通過采集大數(shù)據(jù)信息，為企業(yè)決策提供了大數(shù)據(jù)支撐。通過BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對施工質(zhì)量、安全、物料動態(tài)監(jiān)管的目的。BIM模型在施工生產(chǎn)應(yīng)用過程中通過將數(shù)字化技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行融合，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字化加工與建造等，如圖4所示。

圖4 BIM施工協(xié)同管理平臺Fig.4 BIM Construction Collaborative Management Platform

4.2.2 AR現(xiàn)實增強技術(shù)應(yīng)用［7］

通過“AR 現(xiàn)實增強技術(shù)”與BIM 三維建筑模型結(jié)合，關(guān)聯(lián)圖紙與三維建筑模型，通過手機(jī)掃描藍(lán)圖后，即可以快速得到相應(yīng)位置的建筑三維信息化模型，大大增強了管理人員對于圖紙的感知領(lǐng)悟能力，提高了識圖的效率，如圖5所示。

圖5 AR現(xiàn)實增強技術(shù)Fig.5 AR Reality Enhancement Technology

4.2.3 視頻AI技術(shù)［8］

現(xiàn)場高清攝像機(jī)采用接口方式對接施工管理平臺，將現(xiàn)場畫面實時傳輸?shù)胶笈_，后臺經(jīng)過人工智能算法對其進(jìn)行計算，將該數(shù)據(jù)通過算法確定的施工人員的不安全行為，與物體產(chǎn)生的不安全狀態(tài)進(jìn)行識別、預(yù)警，輔助現(xiàn)場做好安全生產(chǎn)管理；該技術(shù)主要用于施工現(xiàn)場攝像機(jī)可視范圍內(nèi)的火災(zāi)辨識、高處墜落、未系好安全帶、未戴好安全帽、打架斗毆、滅火器具缺失等方面，可以大大提高現(xiàn)場管理效率，降低管理人員工作強度，及時進(jìn)行預(yù)警將事故防患于未然，如圖6所示。

圖6 視頻AI技術(shù)Fig.6 Video Analyzing of the AI Technology

4.2.4 樁基鉆進(jìn)施工可視化技術(shù)

根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)勘探報告建立地層模型，在現(xiàn)場樁基鉆頭位置安裝深度傳感器，并將樁基信息傳輸設(shè)備與平臺接口對接，可在樁基施工時實時查看樁基鉆進(jìn)速度與所在地層地質(zhì)情況，可輔助現(xiàn)場管理人員對樁基施工進(jìn)度與鉆頭所在地層地質(zhì)情況進(jìn)行判斷，如圖7所示。

圖7 樁基鉆進(jìn)施工可視化Fig.7 Visualization of Pile Foundation Drilling

4.2.5 三維激光掃描技術(shù)

施工現(xiàn)場可利用三維激光掃描儀對基坑土方開挖及支護(hù)施工完成狀態(tài)進(jìn)行激光掃描，對生成的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以得到土方開挖量、土方回填量等數(shù)據(jù)信息［9］；還可通過與前期建立的BIM 支護(hù)模型進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)支護(hù)樁的偏移量、垂直度偏差、樁位偏差等情況；當(dāng)然該技術(shù)還可以應(yīng)用到室內(nèi)垂直度、平整度的檢查，也可應(yīng)用于對管道施工完成現(xiàn)狀與BIM模型設(shè)計路由進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)安裝偏差進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，保證BIM 竣工模型與現(xiàn)場安裝的一致性［10］。該技術(shù)具有速度快、精度高、智能化等特點，對提高施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率助益極大，如圖8所示。

圖8 基坑三維激光掃描Fig.8 3D Laser Scanning of Foundation Pit

4.2.6 砌體排磚

利用軟件對砌體進(jìn)行排磚，按照統(tǒng)計的用量明細(xì)表提前下料，并將自動生成的屬性二維碼打印貼于對應(yīng)墻體位置，現(xiàn)場人員直接掃描即可查看構(gòu)件屬性和砌筑排布情況。根據(jù)構(gòu)件尺寸清單對非標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件進(jìn)行集中生產(chǎn)、加工，對整面墻體按圖進(jìn)行施工排布，減少了建筑砌體浪費的同時增加砌筑的美觀性，如圖9所示。

圖9 砌體排磚Fig.9 Brick Laying

4.2.7 進(jìn)度實時跟蹤

利用移動端App，在整個項目現(xiàn)場針對所有的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行跟蹤，將所有影響到項目進(jìn)度的主要問題通過云端及時反饋給管理人員，供決策者進(jìn)行實時的決策、處理，保障進(jìn)度能夠按照計劃順利地進(jìn)行。利用BIM5d 進(jìn)行多視口的可視化動態(tài)仿真模擬，將實際的施工進(jìn)度和計劃進(jìn)度進(jìn)行仿真模擬，分析導(dǎo)致進(jìn)度偏差的原因，及時地進(jìn)行資源的合理調(diào)配，最終達(dá)到精細(xì)化管理的目的，如圖10所示。

圖10 主樓進(jìn)度模擬Fig.10 Progress Simulation of Main Building

4.2.8 質(zhì)量安全管控

基于BIM 的建設(shè)項目管理信息平臺的工程施工過程質(zhì)量安全管控，對于項目管理崗位的各個層級而言，提高了每個管理崗位的工作效率，方便了安全問題的及時記錄、查詢，對于常見安全問題及其他安全風(fēng)險數(shù)據(jù)來源也同樣可以及時排查，做到心中有數(shù)。對于大量處在整改中的問題可以實現(xiàn)自動實時跟蹤和自動提醒，減少遺漏，提高整改效率。自動輸出任務(wù)銷項單∕整改處理通知單等，實現(xiàn)一次自動錄入，多項成果自動輸出，減少重復(fù)勞動。在企業(yè)管理項目過程中有效實現(xiàn)了閉環(huán)，達(dá)到了項目管理處處留痕的目的，降低了管理問題的發(fā)生頻率，如圖11所示。

圖11 質(zhì)量安全問題線上整改、回復(fù)、統(tǒng)計Fig.11 Online Rectification，Reply and Statistics of Quality and Safety Problems

4.2.9 方案比選

BIM 技術(shù)應(yīng)用的一大優(yōu)勢就是能實現(xiàn)施工方案的模擬、比選；針對項目施工過程中遇到的一些重難點工程，可以應(yīng)用BIM 技術(shù)對同一問題制定的多個專項方案的施工過程進(jìn)行動畫模擬、推演，最終達(dá)到方案優(yōu)選的目的，例如：深基坑支護(hù)工程、基坑支撐安裝與拆除工程、高大模板工程、裝配式吊裝工程等，制作的視頻不僅可以用于方案比選還能對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行視頻交底，幫助現(xiàn)場施工人員更直觀地了解施工過程和控制要點，如圖12所示。

圖12 深基坑支護(hù)工程拆除施工模擬Fig.12 BIM Construction Collaborative Management Platform

4.2.10 精準(zhǔn)下料

針對辦公樓及酒店梁柱大量采用型鋼混凝土的結(jié)構(gòu)形式，為了加快型鋼構(gòu)件安裝進(jìn)度，避免出現(xiàn)安裝節(jié)點未完全契合的情況，通過三維可視BIM 軟件，進(jìn)行空間復(fù)雜關(guān)系的專業(yè)協(xié)調(diào)與深化設(shè)計。將深化后的鋼結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行數(shù)字化加工下料，使用模型

直接精準(zhǔn)地出具鋼結(jié)構(gòu)連接件節(jié)點結(jié)構(gòu)圖、明細(xì)表等，讓鋼結(jié)構(gòu)工廠進(jìn)行預(yù)制、加工，也可將已經(jīng)建好的幕墻模型進(jìn)行快速分析并準(zhǔn)確處理與主體的碰撞問題，按照相應(yīng)樓層單元，進(jìn)行構(gòu)件的預(yù)拼裝，在校驗施工圖紙和組裝是否合理的情況下，亦可以直接繪制出具構(gòu)件圖、型材加工圖等并提供給工廠（見圖13）。還可對現(xiàn)場模板系統(tǒng)進(jìn)行三維深化設(shè)計，對鋁、木模板進(jìn)行配模，精準(zhǔn)統(tǒng)計模板、支架等的用量、尺寸，做到精準(zhǔn)下料。基于該BIM 的應(yīng)用不僅可以做到對現(xiàn)場安裝質(zhì)量的精準(zhǔn)把控，也可以減少粗放下料帶來的材料浪費，同時也可縮短安裝工程的工期。

圖13 幕墻構(gòu)件加工Fig.13 Curtain Wall Component Processing （cm）

4.2.11 場地布置優(yōu)化

利用BIM 施工場布軟件，通過建立相關(guān)模型將現(xiàn)場施工布置情況直觀的表現(xiàn)出來，并通過制作施工現(xiàn)場動線模擬動畫推演現(xiàn)場道路設(shè)置、車輛運轉(zhuǎn)、材料堆場布置和材料周轉(zhuǎn)的合理性；利用其可視化、可模擬性等特點，實現(xiàn)對場布相關(guān)要數(shù)的優(yōu)化，通過對施工現(xiàn)場辦公、生產(chǎn)、生活設(shè)施的合理布置，提高生活、生產(chǎn)效率［11］；然后利用BIM 技術(shù)所具有的場景渲染及漫游功能，將施工各階段場地布置以圖片或者視頻的形式輸出，同時可以對施工現(xiàn)場臨時設(shè)施的材料用量進(jìn)行統(tǒng)計，方便進(jìn)行成本控制。相較傳統(tǒng)的二維平面布置具有巨大優(yōu)勢，如圖14所示。

圖14 施工現(xiàn)場三維場地布置Fig.14 3D Layout of Construction Site

5 結(jié)語

智能化結(jié)合BIM 技術(shù)在產(chǎn)城融合項目中的應(yīng)用，主要通過建立BIM 三維信息模型，利用BIM 技術(shù)具有的可視化、可模擬化、信息集成等功能，不僅可以整合項目信息，模擬設(shè)計及施工方案，還可以有效提高溝通協(xié)調(diào)水平。具體來講，就是在規(guī)劃設(shè)計中可以將抽象的設(shè)計思路，直觀形象地表達(dá)出來，通過對整個產(chǎn)城融合項目的建筑布局、建筑設(shè)計、廣場道路、園林綠化等整體模型進(jìn)行科學(xué)分析、合理推敲、反復(fù)比對、模擬演示等實現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計的精準(zhǔn)優(yōu)化。在項目施工中，通過應(yīng)用BIM協(xié)同管理平臺、智能化設(shè)備、施工模擬等技術(shù)，可以實現(xiàn)建設(shè)項目精細(xì)管理、科學(xué)決策的水平，進(jìn)一步提升對項目施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本的管控能力。