易辛寧 廖文志 黃皓

(1.廣西民族大學；2.南寧理工學院；3.廣西建設職業(yè)技術(shù)學院)

隨著建筑信息化的深入發(fā)展，BIM 技術(shù)與工程項目全生命周期管理有機結(jié)合的優(yōu)勢凸顯，建筑工程項目中使用BIM 技術(shù)漸漸成為建筑信息化的主流。以美國為例，BIM技術(shù)在建筑工程項目中的應用范圍達到了90%以上，我國在建筑信息化發(fā)展中逐漸與國際接軌，在建筑工程中覆蓋范圍逐步擴大。[1]BIM 技術(shù)已在工程項目全生命周期管理中的決策階段、設計階段以及施工階段得到廣泛應用，還需要進一步對BIM 技術(shù)在運維階段的應用展開研究，以更好的發(fā)揮其在工程項目全生命周期管理當中的優(yōu)勢，推動建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展。

1.BIM 技術(shù)在工程項目全生命周期管理各階段中的應用

1.1 工程項目管理決策階段

工程項目管理決策階段需要決定和分析項目的可行性，在此階段，工程項目的各項要求較為模糊。BIM 技術(shù)可為此階段提供可視化方案模擬以及明確項目功能區(qū)劃分，工程項目可視化為項目可行性分析提供一定幫助。

1.2 工程項目管理設計階段

工程項目管理設計階段引入BIM 技術(shù)，可以提前對建筑結(jié)構(gòu)、水暖電、消防設施等專業(yè)的建筑空間交叉情況進行分析，減少圖紙后期會審后修改的工作量；相關(guān)問題導致的變更及索賠費用會變得更少，盡最大力度減少設計變更帶來的各項風險。[2]同時可以利用BIM 技術(shù)進行工程量估算，如遇超預算的情況可及時調(diào)整，為項目投資控制提供依據(jù)。

1.3 工程項目管理施工階段

工程項目施工階段引入BIM 技術(shù)結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)[3]，可增強施工現(xiàn)場的管理能力，決定項目施工方式，模擬控制施工進程以及減少材料浪費和返工現(xiàn)象實現(xiàn)綠色施工。從施工前準備階段到竣工驗收階段，BIM 技術(shù)提高了施工效率，節(jié)約成本，提升了項目現(xiàn)場各項風險管控的能力。[4]

1.4 工程項目管理運維階段

通過使用 BIM 技術(shù)和設備管理系統(tǒng)相結(jié)合，使系統(tǒng)能準確的記錄下每個設備的信息，管理人員可以實時的觀察到設備的狀況，提前維護，預防故障，同時降低維護費用，又能安排具體的周期性維護方案。[5]同時，可以進行緊急情況安全逃生分析，模擬建筑物在緊急情況下如火災、地震等，人群的疏散路線和方式，將突發(fā)情況造成的損失降到最低。

2.BIM 技術(shù)在本工程項目各階段中的應用成效

2.1 項目概況

項目由3 個地上單體及一個地下室組成，其中1#、2#培訓學員公寓：地上23 層，地下1 層；3#教職工公寓：地上15 層，地下1 層，1#、2#培訓學員公寓為一類高層，3#教職工公寓為二類高層，總建筑面積42356.45m2，其中地上計容建筑面積為33343.36m2，地上不計容建筑面積為987.60m2，地下室建筑面積8025.49m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)。

2.2 BIM 技術(shù)在項目各階段中的應用

2.2.1 項目決策階段。

模型初步建模，運用Revit 軟件依據(jù)統(tǒng)一建模規(guī)則對各專業(yè)進行初步模型建模并渲染出圖，供項目進行方案必選及功能模擬，為項目可行性分析提供參考。（如圖1 所示）

圖1 項目渲染圖

2.2.2 項目設計階段

模型精細化建模。運用Revit 軟件依據(jù)統(tǒng)一建模規(guī)則對各專業(yè)進行精細化模型,提煉出項目管理流程，形成標準化建模體系，規(guī)范制度流程，建模過程中針對復雜構(gòu)件，自建團隊族庫，方便后續(xù)類似項目二次調(diào)用。

碰撞檢查。本項目涉及專業(yè)種類較多，且建設安裝要求較高，利用Navisworks 與Fuzor 對建立起的初步模型進行碰撞檢查并進行三維漫游，減少因碰撞問題返工與產(chǎn)生額外耗材導致的施工進度滯后和造價增加。

管綜模型優(yōu)化。結(jié)合碰撞報告，對管線進行綜合優(yōu)化排布，在保證管線排布美觀，施工方便的前提下，實現(xiàn)管線避讓，減少因圖紙誤差與管線碰撞導致的二次返工與造價增加，保證工期。（如圖2 所示）

圖2 管線綜合優(yōu)化圖

凈高分析。空間凈高檢測優(yōu)化可與機電管線綜合檢測優(yōu)化同步進行，對建筑物內(nèi)部豎向空間進行檢測分析，進一步優(yōu)化凈高。利用BIM 模型可以形象、直觀、準確的表現(xiàn)出每個區(qū)域的凈高點信息，對不滿足設計要求的凈高積極整改或溝通，避免后期設計變更。（如圖3 所示）

圖3 地下室凈高分析輸出圖

孔洞檢查。機電各專業(yè)管線綜合優(yōu)化完成后，結(jié)合土建模型，利BIM 技術(shù)孔洞檢查提前檢查砌體預留洞具體位置，與設計單位進行提前的雙向溝通，確保預留預埋準確，避免二次開洞、開槽，降低返工損失。（如圖4 所示）

通過BIM 技術(shù)，減少了圖紙會審后的修改工作以及相關(guān)問題的變更導致的賠償費用，減少各項風險，更加精確把握投資控制。

2.2.3 項目施工階段。

文檔管理。通過導入相關(guān)項目圖紙與規(guī)范建立完整的資料樹狀文件夾，并進行實時數(shù)據(jù)更新，施工人員可通過PC端，移動端進行快速調(diào)閱，隨時查看，極大的方便了資料的查找，提高工作效率，達到各種資料可檢索，可追溯。

圖紙會審。利用BIM 技術(shù)可視化優(yōu)勢進行圖紙會審，同時借助碰撞檢查工具，快速找到錯漏碰缺問題，出具各專業(yè)查錯報告并根據(jù)報告反饋進行模型修改。在本階段共提交問題報告8 份，其中二維圖紙問題52 個，三維碰撞問題435 個。

項目協(xié)同。利用協(xié)同管理平臺通過發(fā)起流程或發(fā)起協(xié)作的方式為參建的各方提供線下、線上的雙線工作模式，通過現(xiàn)場的實際巡查并關(guān)聯(lián)BIM 模型、照片和資料，支持相關(guān)人員對協(xié)作作出審批、回復、生成報告等工作，為各方人員提供一個綜合協(xié)作管理的平臺，極大提高了工作效率。

場布布置。利用Revit 軟件，進行場地布置模擬，對場地空間布局快速分析。設置現(xiàn)場出入口、臨時施工道路、材料堆放、周轉(zhuǎn)場地、辦公區(qū)、十牌兩圖等臨時設施，對現(xiàn)場材料堆場進行6S 分區(qū)，方便主體結(jié)構(gòu)施工階段總平管理。減少材料周轉(zhuǎn)率。

墻體排布。對結(jié)構(gòu)進行二次深化,通過排布強突，提前對每個區(qū)進行搬運規(guī)劃，減少材料二次搬運；基于管線綜合成果，在砌體洞口預留的基礎(chǔ)上，對構(gòu)造柱、圈梁以及砌體排布進行合理規(guī)劃，最大程度的節(jié)約成本。

梁柱節(jié)點。建立梁柱的鋼筋節(jié)點三維可視化模型，對鋼筋排布進行優(yōu)化，有效指導現(xiàn)場鋼筋的加工，提高作業(yè)速度和質(zhì)量，節(jié)省建設周期與成本。

三維剖切。對模型三維動態(tài)剖切，更直觀地觀察建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，了解建筑物整體的工程概況與部分構(gòu)件詳細做法，并檢查各構(gòu)件之間的關(guān)系，一旦發(fā)現(xiàn)問題便可立即進行修改。

樣板模型。結(jié)合本項目的具體BIM 技術(shù)應用形成一套虛擬樣板模型文件，真實再現(xiàn)現(xiàn)場實景，把握技術(shù)要點，進行施工交底，提高施工安全性，而且可根據(jù)項目特點進行針對性的調(diào)整，更具指導意義。

4D 模擬。進行4D 施工模擬，編制進度計劃，對施工進展進行動態(tài)監(jiān)測，控制施工進度，確保在工期范圍內(nèi)將工序、材料、人工、安全等進行把控，減少開銷，節(jié)約時間成本，達到高效益的目的。

二維碼管理。對模型內(nèi)的重要節(jié)點與構(gòu)件生成二維碼，將生成的二維碼圖片在現(xiàn)場進行張貼，從而更好的了解構(gòu)件的基本信息，位置信息，材質(zhì)和裝飾，分析屬性等數(shù)據(jù)，將BIM 模型更好的融入實際現(xiàn)場，服務于施工，任何人都可以通過移動設備進行掃碼了解，做到質(zhì)量與信息的透明，更好的促進與方便現(xiàn)場施工。

二次結(jié)構(gòu)一次成型優(yōu)化。項目利用BIM 技術(shù)，對小于300mm 的門窗垛，小于200mm 的門頭過梁進行深化設計，獲得以上構(gòu)件的精確位置與數(shù)量，輔助施工交底與成本核算，實現(xiàn)二次結(jié)構(gòu)一次成型，減少二次結(jié)構(gòu)澆筑支模及澆筑工程量，降低施工難度，節(jié)約成本，提高構(gòu)件成型質(zhì)量。（如表1 所示）

表1 二次結(jié)構(gòu)一次成型優(yōu)化節(jié)約成本對比

無人機應用。在施工前期，使用無人機進行航拍與利用720 云平臺生成全景模型，以便我們更好的了解施工現(xiàn)場施工進度，有效的開展建筑工地的現(xiàn)場監(jiān)控和管理工作，實現(xiàn)對建筑周圍環(huán)境的監(jiān)測，優(yōu)化施工方案。

5G 慧眼AI 系統(tǒng)。項目采用5G 慧眼AI 系統(tǒng)，結(jié)合場地監(jiān)控設備，高清視頻無延時傳輸，配合AI 算法，實時對工地中的危險要素進行預警。包括安全帽識別、反光衣識別、明火識別、區(qū)域入侵識別、越界檢測、徘徊檢測、物品移動監(jiān)測、煙霧識別等多種場景應用。為管理人員對現(xiàn)場進行實時管控提供便利。

施工升降機監(jiān)控。對每臺設備的安裝、拆卸、以及運行的全過程進行監(jiān)控記錄，在設備運行參數(shù)接近限值時，發(fā)出警報提醒；在設備運行參數(shù)超限時，系統(tǒng)自動切斷設備工作電源，強迫終止操作。

塔吊監(jiān)控。對每臺設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，如吊重、吊幅、風向、風速等運行數(shù)據(jù)，在設備防碰撞和運行參數(shù)接近限值時，發(fā)出警報提醒；在設備運行參數(shù)超限時，系統(tǒng)自動切斷設備工作電源，強迫終止操作。對吊鉤進行可視化操作，聯(lián)動視頻分析，對塔吊運行狀態(tài)下處于吊臂下方的工作人員進行聲光報警。

AR 增強現(xiàn)實。通過BIM+AR 技術(shù)，可以在施工之前以真實比例看到建筑物構(gòu)件。通過將模型加載到移動設備端，利用AR 技術(shù)在規(guī)劃的紅線周圍進行虛擬漫步，查看模型是否存在問題或紕漏，避免發(fā)生錯誤，保證數(shù)據(jù)真實客觀。

VR 虛擬現(xiàn)實。通過BIM+VR 技術(shù)，把生成的復雜鋼筋節(jié)點導入UE4 軟件進行VR 應用，對鋼筋節(jié)點進行沉浸式觀察與互動，創(chuàng)建裝修模型，利用VR 技術(shù)以身臨其境的方式觀察裝修設計成果，獲得更為逼真的空間體驗。在VR 中提供裝修方案選擇，方便甲方進行方案比選，提高裝修方案確定效率。

AI 測量。對目標物進行遠程實時視頻測量，探視到樓層結(jié)構(gòu)施工的全部工作面，檢驗鋼筋及其他工程部件是否偏離設計，判斷是否存在質(zhì)量問題，在監(jiān)視器端即可及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全隱患，通知責任主體整改，消除質(zhì)量安全隱患，起到事前預防的功能。

通過BIM 技術(shù)，在此階段有效控制施工工期，引導項目安全生產(chǎn)及現(xiàn)場管理，提高了施工過程中對各項耗材的把握，形成高效的投資控制管理。

2.2.4 項目運維階段

在Pathfinder 軟件中進行安全逃生分析軟件，并設置各類人群逃生能力，模擬整個建筑物在緊急情況下人群的疏散路線和方式，既可作為設計階段的疏散分析，也可作為維護階段的疏散逃生演示，把突發(fā)的火災風險降到最低，給人、物、財產(chǎn)提供最佳的逃生以及搬運路線，提高消防安全應急意識。

2.3 實際成效

本項目利用BIM 技術(shù)優(yōu)化土建一次成型及因圖紙問題導致的返工現(xiàn)象。過梁一次成型節(jié)約125784 元；墻梁不一致解決186 處，86×600 元/處=111600 元；窗梁碰撞86 處(3#樓)+75(2#樓)=161 處，161×600 元/處=96600 元；構(gòu)造柱與墻體沖突82 處(3#樓)，82×600 元/處=49200 元；門梁沖突3×42=126 處(1#樓)，126×600 元/處=75600 元。土建累計節(jié)約返工費用約33.3 萬元。

利用BIM 技術(shù)優(yōu)化機電模型減少碰撞與發(fā)現(xiàn)圖紙問題，避免返工與材料浪費。圖紙查錯，項目中發(fā)現(xiàn)二維圖紙問題452 處，按返工每個點優(yōu)化單價300 元計算累計節(jié)約費用約452×300=135600 元=13.56 萬元；管線綜合，項目中發(fā)現(xiàn)三維碰撞點1435 處，按返工每個點優(yōu)化單價300 元計算，節(jié)約費用約1435×300=430500 元=43.05 萬元；優(yōu)化預留洞口，本項目地下室、1#、2#、3#樓機電模型優(yōu)化后精確定位洞口，每處50 元(191+440+550+390=1571)處預計整改費用1571×50=78550 元=7.85 萬元，機電部分累計節(jié)約費用約64.46 萬元。

3.BIM 技術(shù)在本工程項目運維階段中的應用研究

3.1 機電設施智能管理平臺

通過BIM 技術(shù)與數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合，可將建筑物內(nèi)的各類機電設備屬性及實時運行狀況上傳相應管理平臺，對設備設施進行遠程控制及訪問，讓管理數(shù)字化、可視化、精細化、便捷化。

在能耗管控方面，通過采集建筑智能水表與智能電表的實時數(shù)據(jù)，對水、電進行計量統(tǒng)計，可實現(xiàn)按照時間（年、月、日、具體時間段）、樓層、功能區(qū)域等多維度能耗分析。在運行使用中，當通過實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)某項能耗數(shù)據(jù)異常時，運維管理系統(tǒng)將發(fā)出預警或報警信息，第一時間通知到管理人員進行排查[6]。

3.2 智慧消防管理平臺

智慧消防系統(tǒng)。與傳統(tǒng)消防系統(tǒng)相比，智慧消防以云計算、云存儲、通信控制為技術(shù)核心，通過各類智能感知設備為重點防火單位提供物聯(lián)網(wǎng)消防預警服務。監(jiān)管方消防部門和用戶方物業(yè)管理部門可以通過信息化平臺獲取消防設施的信息和狀態(tài)，并通過平臺系統(tǒng)發(fā)出控制命令，從而實現(xiàn)消防系統(tǒng)的智慧管控。消防單位或者物業(yè)用戶通過信息化管理平臺實現(xiàn)故障、預警、響應、恢復閉環(huán)消防任務。智慧消防產(chǎn)品的優(yōu)勢在于系統(tǒng)化、平臺化，將原有獨立產(chǎn)品、獨立任務通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息化技術(shù)聯(lián)系到一起，聯(lián)動管控。[7]

在此基礎(chǔ)上引入BIM 技術(shù)，形成BIM 智慧消防管理平臺，結(jié)合煙霧警報器、火災報警鈴、溫度傳感器等設備，在平臺上實現(xiàn)三維模型可視化火源定位，同時煙霧報警器及溫度傳感器等設備，可進一步監(jiān)控火勢蔓延趨勢以及煙霧擴散方向。

對于身處火災中的人員，可通過智能手機將自身位置及周邊情況上報，借助BIM 技術(shù)產(chǎn)生的模擬逃生路徑或消防設施存放位置，在相關(guān)人員的指引下進行滅火或高效率逃生。

對于園區(qū)廠區(qū)的消防控制室，可以在第一時間接到報警信息以及火災現(xiàn)場人員分布情況，通過廣播或其他形式指導逃生并將火勢控制。（如圖5 所示）

圖5 平臺預警圖

對于政府消防救援部門，在出警過程中可直接通過平臺查看建筑物內(nèi)部構(gòu)造、火源位置、危險物品存放位置、各類消防設施具體位置及工作情況。從而提高救援效率，減少財產(chǎn)損失及人員傷亡。

BIM 智慧消防管理平臺需要用到三類硬件設備：移動端，手機或者特制防爆 PDA；PC 端，需要有后臺統(tǒng)計等功能，領(lǐng)導決策功能；服務器端，中心服務器，采用云服務器或者獨立機架式服務器。移動端分為 ios 和 Android 手機兩種類型，分別對應 XCode 和 Java 這兩種編程語言。PC 端用 HTML 網(wǎng)頁，B/S 方式，可用前端（HTML+CSS+JS）、后端（Java+Servlet+MySQL）；其中后端的 Java 部署在服務器上，前端頁面運行在手機上。平臺運維成本極低，主要為查殺病毒；系統(tǒng)安裝，以及崩潰后的重裝；軟件插件升級維護；磁盤清理等常規(guī)維護。

BIM 智慧消防管理平臺可結(jié)合建筑物的使用性質(zhì)進行調(diào)節(jié)，針對消防安全重點單位可提前模擬多種逃生路徑、滅火路徑及救援路徑，各單位管理人員可利用平臺生成的路徑進行逃生演習、滅火演習。在實際發(fā)生火災時，可將平臺生成的滅火路徑、救援路徑及現(xiàn)場資料提供給政府消防救援部門，使得政府消防救援隊在出警過程中掌握現(xiàn)場各項信息，抵達現(xiàn)場后能更快實施救援。

4.結(jié)語

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的不斷深化與調(diào)整，在傳統(tǒng)施工模式中加以智能化，信息化技術(shù)已經(jīng)成為必然趨勢，BIM 技術(shù)對傳統(tǒng)的工程項目全生命周期管理有著積極的正向輔助作用，在工程的設計、施工等各個階段都可以通過可視化，數(shù)據(jù)化，以其可預見性極大的提高工作效率與質(zhì)量。運用BIM 技術(shù)，本項目在組織、質(zhì)量、進度、成本安全管理及信息管理等方面實現(xiàn)了革新，推動了BIM 技術(shù)在工程項目全生命周期管理各階段的應用，對建筑信息化發(fā)展具有一定指導意義。