曾莎潔（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 200032）

近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和城鎮(zhèn)化率的不斷提高，城市產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)迎來了一個快速發(fā)展時期[1-2]。城市產(chǎn)業(yè)園是指由政府或企業(yè)為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)而創(chuàng)立的特殊區(qū)位。相比其他類型的園區(qū)，城市產(chǎn)業(yè)園區(qū)具有更加明顯的規(guī)模效應(yīng)、集聚效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)。

目前，在產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目建設(shè)過程中，建設(shè)單位大多按照功能單元將園區(qū)劃分為不同地塊，這使得在設(shè)計(jì)層面上，同一地塊各個單體建筑物的建筑功能能夠相互關(guān)聯(lián)，共享水、電、氣等市政基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)過程環(huán)環(huán)相扣，減少設(shè)計(jì)錯誤；在施工層面上，同一地塊的多作業(yè)面可以同步施工，形成項(xiàng)目群管理，提高施工效率。在后期運(yùn)維層面上，前期設(shè)計(jì)和施工過程中的數(shù)據(jù)能夠完整存留，數(shù)據(jù)的傳遞性和應(yīng)用的可擴(kuò)展性增強(qiáng)，可較好地應(yīng)對改造和維護(hù)要求。然而，產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目群在建設(shè)過程中，普遍存在階段割裂、協(xié)調(diào)困難、施工復(fù)雜、管控壓力大、信息化程度低和運(yùn)營前期要求不明確等難題。因此，產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目群建設(shè)大多采用 BIM 技術(shù)作為工程管理的核心工具[3-4]。

BIM 技術(shù)在產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目中目前已有較多應(yīng)用，如：曹洪亮和高迅[5]通過建設(shè) BIM 可視化施工管理系統(tǒng)和多維度可視化施工管理調(diào)度平臺，降低了產(chǎn)業(yè)園建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)；王肖穎等[6]基于福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園工程，闡述了全生命周期 BIM 技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用；劉豐[7]以北京平谷產(chǎn)業(yè)園工程為例，提出了 BIM 技術(shù)在產(chǎn)業(yè)園區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法；李璽和韓杰[8]在甘肅省科學(xué)院高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目中應(yīng)用全過程 BIM 管理技術(shù)，通過統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)中心平臺，實(shí)現(xiàn)了資源分配效率的極大提升。

但是，目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)工程的 BIM 應(yīng)用主要集中于單專業(yè)或者單階段的工程應(yīng)用，對于產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目群，采用以運(yùn)營為導(dǎo)向的工程項(xiàng)目全過程 BIM 應(yīng)用研究尚十分有限。因此，本文以某產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目為例，以業(yè)主的“數(shù)字交付和智慧運(yùn)營”為基本出發(fā)點(diǎn)，從數(shù)據(jù)全過程維度開展了 BIM 整體應(yīng)用的系統(tǒng)研究，提出了一套以運(yùn)營為導(dǎo)向的工程項(xiàng)目全過程 BIM 應(yīng)用方案。

1 工程概況

該產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目由 24 棟建筑組成，包括 7 棟高層建筑、17 棟多層建筑與 1 層地下車庫。整體用地面積達(dá) 8 萬 m2，總建筑面積約 21 萬 m2。地塊內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)類型多樣，布局靈活，設(shè)計(jì)感強(qiáng)，并大量使用了裝配整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙 T 板疊合樓蓋，PC 構(gòu)件預(yù)制率達(dá)到 45%。項(xiàng)目群的 BIM 技術(shù)應(yīng)用范圍為地塊紅線范圍內(nèi)所有建筑單體及地下室的全專業(yè)。

2 全過程 BIM 應(yīng)用的實(shí)施策劃

在上述項(xiàng)目策劃階段，圍繞 BIM 模型和管理目標(biāo)的項(xiàng)目全過程 BIM 應(yīng)用實(shí)施策劃，主要包括管理模式、應(yīng)用目標(biāo)、組織架構(gòu)、工作職責(zé)、應(yīng)用流程、任務(wù)分解、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、平臺工具等，用于指導(dǎo)各階段的 BIM 應(yīng)用。

該項(xiàng)目在采用傳統(tǒng) DBB 建設(shè)模式的背景下，BIM 方案以后期運(yùn)營需求為出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目數(shù)字化交付為最終目標(biāo)。圍繞該產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目群 BIM 協(xié)同平臺，以 BIM 模型和數(shù)據(jù)為紐帶，將 BIM 模型與設(shè)計(jì)、資金、進(jìn)度、質(zhì)量、設(shè)施設(shè)備等工程信息關(guān)聯(lián)，保障產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目群參建各方的數(shù)據(jù)互通，支持工程全生命周期的 BIM 應(yīng)用和各階段、各專業(yè)間的高效協(xié)調(diào)，有效提升項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營的精細(xì)化管理水平，完整保留項(xiàng)目工程信息的可追溯性和完整性，為后期運(yùn)營提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在 BIM 策劃階段，為實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的 BIM 應(yīng)用目標(biāo)，使得 BIM 技術(shù)在工程建設(shè)階段發(fā)揮最大價值，編制了 BIM 實(shí)施大綱，明確了 BIM 實(shí)施工作任務(wù)以及各項(xiàng)任務(wù)的實(shí)施主體、工作流程和工作職責(zé)，編制了“BIM-WBS-RBS”任務(wù)矩陣表（表 1），保障各項(xiàng) BIM 任務(wù)能夠最終落地。同時，為了保證各階段的數(shù)據(jù)互通和 BIM 應(yīng)用的有效開展，制定了項(xiàng)目 BIM 應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如 BIM 模型標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)、BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、PC 編碼標(biāo)準(zhǔn)等。

表1 BIM-WBS-RBS 任務(wù)矩陣表

同時，針對該產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目建筑體量大、管線及結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜、裝配率高的特點(diǎn)，BIM 方案通過合理劃分工程范圍，對裝配式預(yù)制構(gòu)件編制了單獨(dú)的編碼體系，從裝配式構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)階段介入，利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行了裝配式構(gòu)件族庫的建立與構(gòu)件歸并，并將 BIM 協(xié)同管理平臺與 RFID 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了裝配式預(yù)制 PC 構(gòu)件在深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場倉儲、現(xiàn)場吊裝與檢驗(yàn)、構(gòu)件返廠等全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化管理。

BIM 實(shí)施策劃的另一項(xiàng)重要應(yīng)用是搭建了基于 BIM 的協(xié)同管理平臺，建立了 BIM 協(xié)同工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目群建設(shè)過程的合同管理、設(shè)計(jì)管理、成本管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、PC 管理、資料管理等協(xié)同管理功能，提高了項(xiàng)目信息的共享集成度和利用效率，達(dá)到了多項(xiàng)目、多目標(biāo)、多層次的可視、動態(tài)、精細(xì)管理目標(biāo)。

3 BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，BIM 技術(shù)通過導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)和信息框架的整體設(shè)計(jì)，創(chuàng)建了能為項(xiàng)目和各方實(shí)施應(yīng)用的三維模型，通過碰撞檢查和凈空優(yōu)化等 BIM 應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，輔助解決了復(fù)雜的溝通協(xié)調(diào)工作。其中，結(jié)合裝配式項(xiàng)目的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)模型又拆分成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（預(yù)制現(xiàn)澆段）和 PC 構(gòu)件兩部分，從而建立了一個三維可視的各專業(yè)協(xié)同環(huán)境。

在設(shè)計(jì)復(fù)核方面，通過 BIM 技術(shù)的碰撞檢查功能輔助設(shè)計(jì)方案檢查，發(fā)現(xiàn)了各專業(yè)圖紙錯誤、減少了溝通協(xié)調(diào)次數(shù)，縮短了設(shè)計(jì)周期。同時，針對 PC 構(gòu)件設(shè)計(jì)特點(diǎn)，檢查了預(yù)埋件與 PC 構(gòu)件設(shè)計(jì)間的碰撞問題，解決了 PC 構(gòu)件與幕墻埋件的搭接錯誤（圖 1），輔助幕墻深化設(shè)計(jì)定位和出圖，縮短了出圖時間。通過 LOD400 模型，實(shí)現(xiàn)了 PC 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，解決了縱筋、箍筋碰撞和錨固不合理的問題，避免了相關(guān)的施工損耗。

圖1 PC 構(gòu)件與幕墻埋件搭接分析

在設(shè)計(jì)性能輔助優(yōu)化方面，則通過抽取相關(guān) BIM 模型并獲取附屬信息，進(jìn)行了采光、通風(fēng)、風(fēng)速分布、日照、阻尼器耗能、空間限高等模擬分析，為項(xiàng)目前期建筑物的性能分析提供了相關(guān)的決策依據(jù)。同時，通過優(yōu)化阻尼器放置位置及方法，減輕了樓體自重，減少了混凝土的用量；通過整合 BIM 數(shù)據(jù)，獲取了產(chǎn)業(yè)園綠色運(yùn)營跨階段的數(shù)據(jù)需求等。

在設(shè)計(jì)協(xié)同工作方面，主要是圍繞一個 BIM 模型開展設(shè)計(jì)方案討論，通過一個協(xié)同平臺共享設(shè)計(jì)成果和信息，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)約溝通時間，加快建設(shè)單位決策效率，減少現(xiàn)場施工返工，從而輔助解決設(shè)計(jì)多專業(yè)間的復(fù)雜溝通和專業(yè)協(xié)同。

4 BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

在該項(xiàng)目施工階段，通過 BIM 技術(shù)，解決了大量的施工進(jìn)度模擬和模型深化工作，輔助了工程施工對進(jìn)度、質(zhì)量、安全的整體把控。同時，通過 RFID 技術(shù)與協(xié)同管理平臺相結(jié)合，對 BIM 成果進(jìn)行了共享和傳遞，保證了各方信息一致性，延伸了 BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了多環(huán)節(jié)、多維度的現(xiàn)場管理。

在施工管理方面，應(yīng)用基于 BIM 模型的 4D 進(jìn)度模擬方法，通過實(shí)際進(jìn)度與項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度的對比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前施工的潛在問題，及時調(diào)整施工措施及進(jìn)度計(jì)劃，做到施工進(jìn)度的有效控制，并對延期部分進(jìn)行了動態(tài)預(yù)警。針對該項(xiàng)目 PC 構(gòu)件運(yùn)輸量大等情況，根據(jù)施工場地方案，利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行了場地布置模擬，考慮到車輛載重大和 PC構(gòu)件自重量大的特點(diǎn)，針對場地內(nèi)主要行車路線和構(gòu)件堆場進(jìn)行了模擬，并對場地布置、行車路線及構(gòu)件堆場進(jìn)行了優(yōu)化。同時，基于協(xié)同管理平臺實(shí)現(xiàn)多方面的項(xiàng)目現(xiàn)場聯(lián)合管理，建立了扁平化的項(xiàng)目現(xiàn)場決策流程，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場問題信息屬性的自動鑒別，從而在有關(guān)單位范圍內(nèi)隨時共享相關(guān)信息，加快了問題的處理效率。

對于這類裝配率較高的項(xiàng)目，BIM 技術(shù)可作為協(xié)同管理平臺的物理延伸，使用 PC 構(gòu)件編碼寫入芯片，結(jié)合 RFID 追蹤，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場倉儲、吊裝的全過程管理追蹤。在精確追蹤獨(dú)立構(gòu)件位置狀態(tài)的基礎(chǔ)之上，則進(jìn)行了 PC 構(gòu)件的進(jìn)場堆放模擬，充分利用場地空間，且最大限度地依照施工順序進(jìn)行堆放，優(yōu)化施工速度；另外，進(jìn)行了 PC 構(gòu)件的吊裝方位模擬，模擬了整體吊裝過程，一方面保證了裝配式結(jié)構(gòu)在未完全形成結(jié)構(gòu)整體時的穩(wěn)定性，另一方面實(shí)現(xiàn)了吊裝順序優(yōu)化。

在項(xiàng)目竣工階段，通過竣工模型整合，項(xiàng)目對建造過程中的信息進(jìn)行了分類提取，完成項(xiàng)目數(shù)字化交付和竣工歸檔，并預(yù)留了與未來運(yùn)營管理平臺的接口。通過 BIM 模型二維至三維的升級和轉(zhuǎn)變，動態(tài)展示各目標(biāo)對象，并基于輕量化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了較低硬件要求下的全局可視化展示；進(jìn)而通過 BIM 數(shù)據(jù)管理能力，對設(shè)施設(shè)備信息、資產(chǎn)資料等進(jìn)行跨階段傳遞，為后期運(yùn)營管理提供了基礎(chǔ)信息，也為后期運(yùn)營階段多源數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)了信息的定向共享。結(jié)合二維碼、物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)技術(shù)等，降低了整體運(yùn)營維護(hù)成本，為后續(xù)項(xiàng)目的高效運(yùn)營進(jìn)行了標(biāo)桿示范和技術(shù)管理輸出。

5 結(jié)語

本文以某產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目群為研究對象，以實(shí)現(xiàn)“數(shù)字交付和智慧運(yùn)營”為基本出發(fā)點(diǎn)，從數(shù)據(jù)全過程共享與傳遞維度提出了一套以運(yùn)營為導(dǎo)向的工程項(xiàng)目全過程 BIM 應(yīng)用方案。該方案既考慮了建設(shè)階段的 BIM 應(yīng)用目標(biāo)，同時兼顧了后期運(yùn)營需求，預(yù)留了運(yùn)營管理平臺接口，實(shí)現(xiàn)了全生命周期的可擴(kuò)展性。研究結(jié)果表明：以運(yùn)營為導(dǎo)向的園區(qū)建筑群全過程 BIM 應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)從策劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營階段的全過程信息傳遞和維護(hù)。同時，結(jié)合的裝配式產(chǎn)業(yè)園區(qū)的項(xiàng)目特點(diǎn)，將 BIM、IoT 和 PC 進(jìn)行深度融合，結(jié)合協(xié)同管理平臺對 PC 構(gòu)件實(shí)施全產(chǎn)業(yè)鏈的信息化動態(tài)跟蹤和管理，可以實(shí)現(xiàn)裝配式建筑構(gòu)件精細(xì)化管控目標(biāo)，有助于智能建造、精益管理和智慧運(yùn)營遠(yuǎn)期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。研究成果可為同類項(xiàng)目的全過程 BIM 技術(shù)應(yīng)用提供技術(shù)參考。