基于BIM技術的智慧管理體系在中山大學深圳建設工程項目的應用

程 凱

(上海市地下空間設計研究總院有限公司，上海 200032)

引言

BIM技術作為項目管理人員的重要技術手段，可以更為直觀地展現數字化信息，既體現了計算機技術的優勢，便于掌握項目全面信息，也提高了項目的質量、進度和成本管理水平，為項目管理提供了一個信息化的途徑[1]。

深圳市建筑工務署圍繞“打造持續領先的國內政府工程管理機構，建設具有國際水準的政府工程”的總體目標，在“互聯網+”的基礎上，全面實施“BIM+”的數字建造發展戰略，提升工程項目管理的精細化水平，樹立國內政府工程建設BIM先進技術應用標桿。中山大學深圳建設工程作為工務署對接廣深港澳科技創新走廊、踐行深圳“北拓”戰略的核心項目，本文即試圖以該項目中基于BIM技術的智慧管理體系的運用為例提供相關參考。

1 BIM管理體系應用概述

1.1 BIM管理體系工作內容

本項目采用“業主主導、BIM專業咨詢、各方參與”的BIM實施模式，項目組貫徹工務署的BIM實施方針和管理流程，統一協調、規劃。由具有建筑工程設計能力、BIM應用和管理經驗的設計院作為BIM咨詢單位，開展BIM技術研究，制定項目級BIM實施策劃方案和BIM標準，提供技術支持，在項目組的支持下對各參建單位的BIM工作進行管控。全過程咨詢單位作為項目管理單位，輔助BIM咨詢單位進行過程管理，監督各項BIM實施成果的落地應用。各實施單位在項目BIM管理團隊的領導下，開展模型創建、應用點實施、平臺信息錄入以及數字化成果移交等各項具體實施工作。

項目多、投資多、環節多、參與方多、周期長是政府工程行業的難點，傳統的建造管理模式已經無法滿足新時期精品工程建設管理的新要求。工務署于2015年發布《信息化建設總體規劃》，明確了“總體規劃、分步實施、統一設計、標準先行、重點突破、有序推進”的建設原則，落實“以模型為基準、平臺為支撐、質量為主線、管理為重點”的BIM實施方針，為在建項目的BIM實施做好頂層規劃。發布了《BIM應用普及指引》以及與指引相配套的標準規范，涉及設計、施工、運維及全過程BIM管理，對項目BIM流程、模型深度、建模原則、配置環境、管理辦法等提出明確的規范。(見圖1)

圖1 工務署BIM實施指引及配套規范

本項目在頂層標準體系的指引下制定了行之有效的項目級BIM實施管理體系：制定《BIM實施方案》為項目BIM工作的開展提供保障，制定《BIM實施管理制度》，合理推進項目BIM工作，制定《BIM施工模型標準》，提高模型質量，保證有效傳遞，制定《BIM應用實施細則》明確各應用點的主要流程、信息交換以及職責分配，實現管理前置，將BIM工作落地應用，解決現場具體問題。(見圖2)

圖2 項目級BIM實施管理文件

1.2 BIM管理體系平臺工具

為了更有效地實現過程管理，項目組基于BIM管控體系，開發和應用了BIM協同管理平臺，在首頁通過圖片、視頻、消息推送等方式記錄項目的進展情況作為門戶對外宣傳，除此之外通過平臺進行大批量模型的整合與輕量化展示，并且將全景球、視頻監控等可視化監管模塊在平臺上與模型進行結合，通過在平臺上點擊模型實時了解現場狀況。協同管理模塊則主要包含任務管理、審批管理、會議管理與資料管理幾個部分，通過會議管理模塊發布例會通知，記錄會議紀要，紀要錄入完成后自動給各參建單位分配階段性的任務，各單位在任務管理模塊接收、處理任務形成閉環。各實施單位可以通過審批管理模塊上傳模型、應用、文檔資料，BIM咨詢單位、全過程咨詢單位以及項目組按照平臺既定的審批流程，進行線上審核。審核確認通過的模型、應用、文檔都會自動保存在平臺中。項目各參建單位則可以通過資料管理模塊查詢到需要的項目BIM資料。

圖3 BIM協同管理平臺

1.3 項目BIM實施設備環境

為了高效完成項目BIM模型和BIM應用，各參建單位按照工務署項目協同管理平臺的要求，選用了統一的軟件版本(詳見圖4)完成BIM工作內容，并提交統一的數據格式，以便協同管理。除此之外，各參建單位的BIM工作人員還參照標準(詳見圖5、6)配備了相應的硬件設備及云服務器。

圖4 項目軟件配備情況

圖5 項目硬件配備情況

圖6 項目云端服務器配備情況

2 BIM管理體系應用背景

本項目位于深圳市光明新區公常路以北，康弘路以東，羌下二路以西，與東莞黃江接壤的豬婆山、豬公山周邊區域。項目選址用地144.82ha，總建筑面積約129萬m2，投資估算101億元。校園整體規劃由有校園設計掌門人之稱的何鏡堂院士領銜，包含建筑70余棟，有醫、工、文、理四大學科組團及圖書館、大禮堂、體育館等配套建筑。

圖7 項目整體鳥瞰圖

2.1 項目建設重點及難點

中山大學深圳建設工程項目作為深圳市政府重點引進的高水平教育力量，起點高、定位高、要求高，在建設過程中面臨著諸多難點：

(1)項目建設周期長達四年，管理持續時間長。項目參建單位眾多，涉及全過程咨詢單位、BIM咨詢單位、多家方案設計單位、施工圖設計單位以及施工單位，管理難度大。項目建設中各參建單位各專業系統協同開展工作產生的工程數據龐大，項目數據協同共享難度大。

(2)施工作業面跨度大，基礎設施尚未完善。本項目總占地面積為144.82ha，建設用地原為果林、工廠等，周邊市政管網設施尚未完善，校區建設過程中還需要建設大量的臨時建筑、臨時道路，除此之外還需要統一規劃建設校內市政道路、地下綜合管廊等。

(3)機電設備管線復雜，深化設計及安裝難度大，整個項目包含EPC-裝配式工程、地下室機電裝配式工程等創新應用點，其中管線深化還涉及到PC構件的預留安裝。

(4)校舍建筑包含3個醫學院、5個工學院及多個文理學院，涉及衛星航天實驗室、生物醫學實驗室等專業性強的功能單元，除此之外還有圖書館、體育館、國際會議交流中心等線條優美、風格迥異的標志性建筑，建筑群使用功能復雜。

(5)施工工況與環境較為復雜，安全風險源多，現場監管難度大。本項目建設區域地形復雜，地勢高低落差大，建筑高低錯落，環山傍水而建，具有多處高邊坡、深基坑，邊坡最高處達55m。項目建設標準高，對于人員安全、大型設備運轉、材料堆場、周邊環境及重大風險源等實時監管缺乏先進的信息化技術手段。

2.2 項目BIM應用目標

鑒于工程建設過程中存在的諸多難點，本項目在全生命周期采用BIM技術，建立BIM實施體系，探索項目BIM管理機制的創新，將管控BIM與技術BIM深度結合，通過關鍵節點的管控，實現技術BIM的全程可控。在設計階段，運用BIM技術進行三維協同設計，借助可視化的設計溝通，減少錯漏碰缺[2]，提高圖紙的設計質量。在施工過程中，推進信息化工作落地應用，解決現場的具體問題，體現BIM的真正價值。借助協同管理平臺，將模型和現場進行結合，實現BIM管理工作的線上運轉，提高工作效率，增強各方聯動，節約時間成本。與此同時，基于“BIM+GIS”監管平臺、無人機攝影、數字化監控、安全體驗館等信息化手段，實現項目的智慧化建設。

3 基于BIM管理體系下的應用實踐

本項目在建設全過程采用BIM技術，基于BIM模型、深化圖紙、應用、智慧建造手段服務施工現場，產生了良好的經濟、工期效益(詳見圖8- 9)為項目組提高了決策效率、減少了工程過程中的沖突碰撞和圖紙變更，增強了建筑的可持續性。除此之外，項目還定期開展BIM大講堂進行知識培訓，培養了大批實用型BIM人才，運用BIM技術助力2019年“中施企”全國觀摩交流會，得到了業內人士的高度認可。智慧工地版塊作為深圳市試點項目，其中實名制、大型設備預警，用電安全預警等多項應用受到深圳市政府的高度肯定，吸引了眾多建設單位及施工單位前來學習，帶來了良好的社會效益。

圖8 工期節約效益表

圖9 成本節約效益表

3.1 BIM模型創建

本項目通過制定《BIM施工模型標準》在命名規則、顏色設定、拆分與整合原則、樣板文件、空間關系、深度等級等方面做出了詳細的規定，統一了項目所涉及模型的建模行為要求，在基礎的模型創建工作方面為交接與共享提供保障。為了提高模型的使用質量，在BIM管理文件《BIM實施管理制度》中對模型的審查機制做出了統一要求：BIM咨詢方與施工方共同制定模型建立及審查計劃，施工方根據規定的時間節點提交模型及附屬文件(模型送審單、圖紙問題報告、優化報告、碰撞檢測報告)，BIM咨詢方審核后出具《模型審查意見表》，施工單位按要求修改完成后，由BIM咨詢單位組織項目組、項管單位、監理單位、施工單位等召開模型會審，會后各參建單位共同出具《模型會審意見》，施工單位據此細化模型，經各方確認出具《模型確認單》后，用于圖紙出具、BIM應用開展及現場指導等各項工作中。

圖10 模型會審工作

3.2 BIM應用拓展

基于項目級BIM管控體系的有效開展，目前本項目在BIM應用的實施方面已取得部分階段性成果，本文將從方案論證、質量管控以及進度與成本管控三個方面進行舉例闡述。

3.2.1 基于BIM的方案論證

(1)場地布置

施工場地布置是指根據圖紙、結合現場勘察情況，并考慮進度的總體安排，按照文明施工、安全生產的要求，對現場情況施工布置總體安排的過程。借助BIM技術對施工場地布置進行預演，規避施工過程中可能出現的施工協調問題，達到按計劃施工、安全文明施工的目的[3]。由于本項目施工作業面跨度大，參建單位眾多，在校區建設過程中需要建設大量的臨時建筑、臨時道路，還要統一規劃建設校內的市政道路、地下綜合管廊等，考慮永臨結合，運用BIM技術對不同的場地規劃方案進行可視化模擬，最后經過各參建單位的討論選擇，確定最佳的場布方案，為后期工作的開展奠定基礎。

(2)塔吊附墻

由于本項目宿舍樓的標準層均為PC外墻，屬非受力結構且需保護PC外墻結構的完整性，防止因開洞造成的漏水問題，因此塔吊不能直接附在PC外墻上面，更不宜在墻上穿洞。利用BIM模型模擬塔吊選點及附墻方案，調整附墻臂的張開角度，從而提前解決了塔吊定位困難及PC構件與附墻點沖撞問題。

圖11 一標段場地布置方案

圖12 附墻臂張開角度調整

3.2.2 基于BIM的質量管控

(1)裝配式建筑BIM應用

與傳統建筑相比，裝配式建筑的組裝工藝簡單、施工周期較短，建筑構件的質量、形態特征具有統一性，支持工廠化生產、裝配式施工，一方面可以支持非現場建造活動，利用 BIM 數據通過數控機床進行部件的工廠加工； 另一方面可以支持現場建造活動，根據模型，提供裝備順序，在計算機中進行虛擬施工，指導施工過程[4]。BIM與裝配式建筑是信息化和工業化高度結合的產物，通過BIM技術的應用，其內部龐大的構件數據庫可以實時立體地展現全部的生產過程[5]。本項目總工需要生產約31 000塊PC構件，數量眾多，原始設計圖紙無法滿足管線孔洞精確預留，PC構件涉及電氣、風管、給排水多個專業需要預制洞口，設計前期通過BIM模擬在生產時將孔洞提前做好預留，減少了大量的時間、人力及材料成本。在構件吊裝模擬時，發現連續吊裝的兩個PC構件由于鋼筋碰撞，無法順利完成吊裝作業，通過與設計院溝通，將連接處的鋼筋改為預埋套筒，等后續構件吊裝完成后將車絲鋼筋擰入套筒內，保證了施工質量和作業安全性。其他例如，預制構件碰撞優化、預制空調板一次成型、PC進場掛車運輸模擬等裝配式建筑施工優化過程中，BIM技術均起到了不可或缺的作用。

圖13 裝配式建筑機電深化

(2)鋁模拼裝優化

近些年各大房企都在大力推廣鋁合金模板體系，鋁合金模板強度高、精度高，施工高效，周轉次數可達300次，成型后混凝土表面質量平整光滑，可達到免抹灰效果，符合綠色建筑施工核心理念[6]。在本項目中，學生生活區三層以上的標準層均采用鋁模施工工藝，通過創建鋁模三維標準化模型，建立標準化族庫，實現節點深化、安裝流程的可視化模擬，輔助施工方案的編制及技術交底，助力現場施工，大大加快了鋁模預拼裝的速度。

圖14 鋁模三維模型

3.2.3 基于BIM的進度與成本管控

(1)4D進度模擬

4D技術將進度相關的時間信息(如Project文件)和動態3D模型鏈接產生4D的施工進度模擬，即是用計算機軟件建立3D模型并借助各種可視化的設備對項目進行虛擬描述，附加時間維度，通過WBS關聯施工進度計劃，將施工過程的每一個工作以可視化形象的建筑構件虛擬建造過程來顯示[7]。在本項目的開展過程中，利用BIM技術和施工進度相結合，把控關鍵的施工節點，進行虛擬建造，提前預制問題、解決問題，避免造成窩工等問題，影響施工進度。

圖15 4D進度模擬

(2)工程量提取及材料控制

近年來，很多學者開始著力從信息化特別是BIM的角度探討工程造價管理問題。已有研究表明：BIM有助于改善當前造價數據不精確和滯后性等問題，根據BIM的技術特征和功能屬性，能夠實現基于BIM的全過程、精細化的工程造價管理[8]。本項目根據優化后的BIM模型，形成項目的基本工程量信息?；趯I的造價軟件查詢工、料、機的市場價格，編制項目概預算文件，為價值工程分析和限額設計提供相關數據支持，實現材料的最優使用和成本的有效控制。

圖16 基于BIM的工程量統計

4 結語

隨著信息化觀念的深入人心以及國家和各地區對BIM工作的大力推廣，像“企業對BIM技術認知不深刻”、“信息傳輸的失效[9]”、“廣度和深度受限”等問題早已不是制約BIM發展的主流因素，尤其是在體量大、工程復雜、關注度高的項目中，資金充足，BIM從業人員技術經驗豐富，軟硬件設施完備，從實施的角度上來講似乎工程信息化造就工程高效益已是必然趨勢。然而，大體量工程往往面臨著工程形式復雜、工程量大、參建單位多、工程數據龐大、數據時間跨度久等不可忽視的現實因素[10]。如何把工作成果統籌管理、落地應用，避免重拳打棉花現象的發生才是每個項目需要考慮的重中之重。

本項目通過探索基于BIM技術的智慧管理體系工程建設過程中的應用，形成了以下BIM應用經驗：

(1)擲地有聲的BIM實施政策、一以貫之的BIM管理體系以及專業的BIM管理團隊是項目BIM工作順利開展的首要前提，只有做好“管控BIM”的工作，將管理工作標準化和精細化，“管控BIM”深入到“技術BIM”的關鍵節點，“技術BIM”才能切實有效地推進信息化工作落地，真正做到服務于現場。

(2)協同管理平臺和多樣化智慧建造手段的應用會是現階段乃至未來BIM工作的重要環節，在提高工作效率、節約時間成本、增強各方聯動等方面效果顯著。

(3)隨著項目的深入開展，參建方越來越多，工程難度也越來越大，只有建立更有效的評價機制，針對特殊功能單體深入推進BIM應用研究，將BIM應用成果匯總成可借鑒的范本，將BIM工作體系建立成可復用推廣的模式，才能更好地利用BIM技術為項目建設增磚添瓦。