陳麗娟，駱漢賓，辛宏妍

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命周期管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

陳麗娟，駱漢賓，辛宏妍

(華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

由于大型公共項(xiàng)目具有建設(shè)周期長(zhǎng)、資金投入大、管理難度大、社會(huì)影響大、側(cè)重項(xiàng)目綜合效益等特點(diǎn)，如果項(xiàng)目失敗，將帶來(lái)沉重的財(cái)政負(fù)擔(dān)。因此有必要對(duì)其進(jìn)行全壽命周期的集成管理，監(jiān)控大型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)大型博覽項(xiàng)目的特點(diǎn)引入BIM(建筑信息模型)，從傳統(tǒng)二維轉(zhuǎn)向以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的三維協(xié)同方式，通過(guò)開(kāi)發(fā)基于BIM技術(shù)的大型項(xiàng)目管理平臺(tái)，為博覽項(xiàng)目提供高效、便利的管理工具。本文提出了基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命周期項(xiàng)目管理平臺(tái)的理論架構(gòu)以及具體實(shí)施規(guī)劃，并描述其應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)創(chuàng)建基于BIM技術(shù)管理平臺(tái)，為大型博覽項(xiàng)目的管理者提供了信息化的項(xiàng)目管理工具。在項(xiàng)目整個(gè)建設(shè)過(guò)程和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)工程信息的高度共享，提高項(xiàng)目總體管理水平。

BIM;3D;全壽命期;管理平臺(tái)

大型公共項(xiàng)目不僅在我國(guó)基本建設(shè)投資中占有很大的比重，而且部分大型公共項(xiàng)目還關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。到2010年為止，我國(guó)固定資產(chǎn)投資中有13萬(wàn)億人民幣的投資是基本建設(shè)投資，占固定資產(chǎn)總投資的65%。隨著我國(guó)實(shí)施積極的財(cái)政政策，大型公共項(xiàng)目投資額急劇增長(zhǎng)，所以對(duì)提高大型公共項(xiàng)目的管理水平提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%的國(guó)外建筑公司用軟件管理項(xiàng)目，相比較我國(guó)這一數(shù)據(jù)不足10%［1］。構(gòu)建一個(gè)全壽命周期的管理平臺(tái)成為迫切需要解決的問(wèn)題。

大型公共項(xiàng)目與普通的建筑項(xiàng)目相比較在管理上有其難點(diǎn)和特殊性。

(1)投資大，周期長(zhǎng)

一些像公路、鐵路、橋梁等項(xiàng)目，具有投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)且投資回收周期更長(zhǎng)的特點(diǎn)。較長(zhǎng)的投資回收周期增加了項(xiàng)目在全壽命周期中的風(fēng)險(xiǎn)，這就要求嚴(yán)格控制項(xiàng)目的進(jìn)度和投資，防止工期的延誤、投資失控和質(zhì)量等問(wèn)題。

(2)項(xiàng)目參與各方管理協(xié)調(diào)難度高

大型公共項(xiàng)目因其項(xiàng)目規(guī)模大，在全壽命周期不同階段中有多個(gè)專業(yè)的參與，在專業(yè)內(nèi)部和不同專業(yè)之間大量的信息交互，若信息不能及時(shí)在不同專業(yè)之間交互及傳遞，將在協(xié)調(diào)和管理方面產(chǎn)生困難，若前一項(xiàng)目階段累積的信息不能有效地傳遞和利用到下一階段則管理效率將會(huì)下降，從而影響項(xiàng)目的進(jìn)程和質(zhì)量［2，3］。

(3)社會(huì)影響大

大型公共項(xiàng)目與人的生活息息相關(guān)，是社會(huì)輿論關(guān)注的焦點(diǎn)。大型公共項(xiàng)目一旦出現(xiàn)危機(jī)，將會(huì)引起多方的廣泛關(guān)注，產(chǎn)生不良的社會(huì)影響［4］。

(4)以綜合效益為目標(biāo)

大型公共項(xiàng)目的投資出發(fā)點(diǎn)是追求經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益等綜合統(tǒng)一效益而不是單一的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于公共項(xiàng)目的研究已經(jīng)打破了原有的局限，研究方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄐ院投康慕Y(jié)合，研究對(duì)象從客體研究轉(zhuǎn)變到探索主體的行為，組織層面的優(yōu)化和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)研究［5］。

大型博覽項(xiàng)目作為大型公共項(xiàng)目中的一部分，在項(xiàng)目管理上除了具備上述特點(diǎn)，還有其自身的特殊性。

(1)大型博覽項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)階段對(duì)安全有更高的要求。運(yùn)營(yíng)階段舉辦不同類型的展覽，人群行進(jìn)路線固定，人群引導(dǎo)路線設(shè)計(jì)不固定，路線設(shè)計(jì)不合理，人群流量的控制不到位容易引發(fā)安全事故。

(2)大型博覽項(xiàng)目同時(shí)容納的人更多，單位面積上的人口密度更大，對(duì)安全預(yù)警要求更迅速，對(duì)緊急事故發(fā)生的應(yīng)急預(yù)案的制定要求更完善。

(3)大型博覽項(xiàng)目不僅作為一個(gè)公共建筑而存在，博覽項(xiàng)目的建設(shè)目的不僅是為了更好地服務(wù)公眾，而且是為了盈利，以維持大型博覽項(xiàng)目長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)。

1 大型公共項(xiàng)目BIM應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

目前德國(guó)是世界第一大會(huì)展強(qiáng)國(guó)，德國(guó)展覽總面積達(dá)到240多萬(wàn)平方米。與國(guó)外的先進(jìn)博覽國(guó)家相比較，我國(guó)的大型博覽會(huì)展館業(yè)起步較晚，并且對(duì)大型博覽項(xiàng)目缺少集成和全壽命周期的管理，造成了大量的投資浪費(fèi)。1998年澳大利亞悉尼大學(xué)Ali Jaafari博士等人借鑒并行建設(shè)的思想提出了全壽命項(xiàng)目管理的概念，2000年英國(guó)Salfold大學(xué)自動(dòng)化和集成化建筑研究提出了應(yīng)用于高速公路的全壽命周期管理模型。研究應(yīng)用于大型博覽項(xiàng)目的全壽命周期的管理平臺(tái)成為迫切需要解決的問(wèn)題。

大型博覽項(xiàng)目作為大型公共項(xiàng)目的一種，既存在上述傳統(tǒng)的投資、工期、協(xié)調(diào)問(wèn)題，也存在博覽項(xiàng)目特有的公共安全、綜合效益問(wèn)題。針對(duì)大型博覽項(xiàng)目的以上特點(diǎn)，運(yùn)用BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有以下四個(gè)方面:

(1)降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)

在設(shè)計(jì)階段通過(guò)三維可視化設(shè)計(jì)檢查圖紙中潛在的錯(cuò)誤，降低大型博覽項(xiàng)目的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，保證施工的順利進(jìn)行。此外，運(yùn)用BIM的4D功能仿真模擬施工過(guò)程，預(yù)判施工資源在時(shí)間與空間上的需求，制定相應(yīng)計(jì)劃，尤其是減少大型博覽項(xiàng)目中存在的工程拖延、投資失控等問(wèn)題。

(2)促進(jìn)多專業(yè)協(xié)同工作

利用BIM模型進(jìn)行多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，各專業(yè)工程師通過(guò)可視化模型準(zhǔn)確展示空間設(shè)計(jì)意圖。各專業(yè)在全壽命周期共享同一套數(shù)據(jù)，保證了信息的統(tǒng)一性并且最大化地利用大型博覽項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段的信息，為大型博覽項(xiàng)目后期運(yùn)營(yíng)和管理提供支持。

(3)提高應(yīng)急反應(yīng)速度和效率

大型博覽建筑具有體積大、空間高、人員密集等特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)危機(jī)，很容易造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。將集成在BIM模型中的基礎(chǔ)工程信息用于運(yùn)營(yíng)階段的設(shè)備應(yīng)急以及人員應(yīng)急疏散等，快速解決突發(fā)狀況，保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

(4)提高綜合效益

大型博覽項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)階段，運(yùn)用BIM技術(shù)的可視化功能，通過(guò)模擬的圖片、視頻等方式利用網(wǎng)絡(luò)等途徑動(dòng)態(tài)更新和發(fā)布博覽信息。為公眾提供詳細(xì)和及時(shí)的博覽信息，增加公眾參與度。另外BIM技術(shù)還可以支持商業(yè)空間的經(jīng)營(yíng)管理，可產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)大型博覽項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。

1．1 BIM概述

BIM的出現(xiàn)并非偶然，根據(jù)美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)的資料，建筑業(yè)的無(wú)效工作(浪費(fèi))高達(dá)57%，比制造業(yè)高出31%。如果建筑業(yè)通過(guò)技術(shù)升級(jí)和流程優(yōu)化能夠縮小與制造業(yè)在這一數(shù)據(jù)上的差距，我國(guó)固定資產(chǎn)中基本建設(shè)投資規(guī)模13萬(wàn)億人民幣，以美國(guó)建筑科學(xué)研究院的資料來(lái)進(jìn)行測(cè)算，通過(guò)提升技術(shù)、優(yōu)化流程和管理水平可以至少節(jié)約1．86萬(wàn)億元的建設(shè)投資。

BIM是基于開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)信息和功能特征數(shù)據(jù)化，參數(shù)化。把建筑信息模型相關(guān)的數(shù)據(jù)信息集成在一個(gè)連續(xù)的應(yīng)用程序中，允許不同的專業(yè)人員在不同的壽命周期階段對(duì)信息進(jìn)行獲取、修改等操作。BIM是通過(guò)共同的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，集成工程項(xiàng)目在全壽命周期相關(guān)的數(shù)據(jù)信息模型［6］。

1．2 BIM技術(shù)應(yīng)用于大型公共建筑的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)已被運(yùn)用于大型項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等多個(gè)方面。因設(shè)計(jì)原因而發(fā)生的質(zhì)量事故，占公用建筑總體質(zhì)量事故的41%，對(duì)于大型公用建筑設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)因素分析顯得格外重要［7］，BIM設(shè)計(jì)工具把建筑信息參數(shù)化，為構(gòu)建全壽命周期的項(xiàng)目管理平臺(tái)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享和基于數(shù)據(jù)的管理［8］。BIM信息的創(chuàng)建、共享技術(shù)為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、采購(gòu)等專業(yè)隊(duì)伍提供了一種有效的溝通方式，使不同專業(yè)更容易達(dá)成一致的決策，提高了工程管理的效率［9］。這些數(shù)據(jù)信息的使用有助于管理人員在工程項(xiàng)目全壽命期內(nèi)，宏觀和綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)在不同階段的各方面問(wèn)題，使得工程項(xiàng)目的總體利益達(dá)到最優(yōu)［10］。在建筑不同的階段，管理是多方面、多樣化的，管理的工具也是多種多樣的，如CAD繪圖軟件、建筑物理性能分析軟件、項(xiàng)目管理軟件、設(shè)施管理軟件、基于WEB的溝通平臺(tái)等等，這些來(lái)自不同供應(yīng)商的軟件有著各自的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)［11］。目前許多工程管理方面的軟件都采用IFC格式作為BIM的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)數(shù)據(jù)采用IFC格式輸出時(shí)，其他采用IFC為數(shù)據(jù)格式的工程管理軟件就可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理［12］。BIM軟件的成熟發(fā)展和數(shù)據(jù)方面的強(qiáng)大集成優(yōu)勢(shì)，使更多的項(xiàng)目管理軟件結(jié)合BIM在數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)，形成全壽命周期管理中的不間斷信息流［13］。建筑全壽命周期信息管理平臺(tái)是以IFC為數(shù)據(jù)格式的BIM數(shù)據(jù)集成的項(xiàng)目管理平臺(tái)作為支撐［14］。有學(xué)者提出，基于BIM的全壽命周期管理，構(gòu)建了集成的數(shù)據(jù)庫(kù)，使各專業(yè)可在BIM平臺(tái)上協(xié)同工作［15～17］。

根據(jù)GB50068-2001《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，運(yùn)營(yíng)周期為50年或100年。按照建設(shè)周期5年計(jì)算，運(yùn)營(yíng)周期為建設(shè)周期的9～19倍，因此更應(yīng)充分利用設(shè)計(jì)及施工產(chǎn)生的信息，注入到運(yùn)營(yíng)階段形成全壽命周期的項(xiàng)目管理系統(tǒng)。

然而尚未有學(xué)者提出基于BIM技術(shù)的大型博覽項(xiàng)目管理平臺(tái)具體如何構(gòu)建，如何將此平臺(tái)運(yùn)用在項(xiàng)目的整個(gè)生命階段，以及各階段具體發(fā)揮的作用。為解決這一問(wèn)題，本文提出建立基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命周期管理平臺(tái)的構(gòu)想，增加了信息互通性，解決了傳統(tǒng)CAD圖紙?jiān)谏嫌螌I(yè)完成后將信息以“拋過(guò)墻”的方式傳遞給下一專業(yè)，CAD圖紙中包含的信息不能被系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別，降低了信息利用效率，增加了重復(fù)勞動(dòng)，使信息不能及時(shí)傳遞和利用?；贐IM的大型博覽項(xiàng)目全壽命期管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了模型的參數(shù)化，提供了人工和計(jì)算機(jī)的同時(shí)可讀性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的自動(dòng)分析。

基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命周期管理平臺(tái)的構(gòu)想將項(xiàng)目的各個(gè)階段信息加以集成，通過(guò)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理、施工管理、運(yùn)營(yíng)管理模塊，利用軟件工程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑可視化、資源共享、操作簡(jiǎn)便高效，達(dá)到減少工程變更、方便運(yùn)營(yíng)管理的目的，提高大型博覽項(xiàng)目的全壽命周期的管理水平。

2 技術(shù)路線

本文主要討論基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命期管理平臺(tái)的構(gòu)建。第一部分闡述了大型博覽項(xiàng)目全壽命周期管理存在的難點(diǎn)及問(wèn)題和BIM應(yīng)用于大型博覽項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)，提出研究構(gòu)建基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命期管理平臺(tái)的必要性。第三部分詳細(xì)指出大型博覽項(xiàng)目平臺(tái)構(gòu)建的BIM詳細(xì)的實(shí)施規(guī)劃。搭建了基于BIM的大型博覽項(xiàng)目的全壽命周期管理的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)三個(gè)管理子平臺(tái)。第四部分以武漢國(guó)際博覽中心為實(shí)例分析驗(yàn)證了基于BIM的大型博覽項(xiàng)目全壽命周期管理平臺(tái)在以下幾方面的應(yīng)用:

(1)設(shè)計(jì)階段的交通組織路線分析，檢查設(shè)計(jì)方案各出入口視角和標(biāo)識(shí)是否清晰，通過(guò)分析疏散模擬的結(jié)果合理優(yōu)化路線和展位的布置。

(2)設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)、管道、電器三個(gè)專業(yè)碰撞檢測(cè)，自動(dòng)檢測(cè)并定位沖突發(fā)生的位置，避免了施工中的返工等問(wèn)題。

(3)運(yùn)營(yíng)階段的空間管理優(yōu)化了展館空間的劃分，科學(xué)地管理廣告資源和展位資源。

(4)運(yùn)營(yíng)階段的設(shè)備應(yīng)急管理，在設(shè)備發(fā)生故障的時(shí)候，定位故障位置，提高了解決問(wèn)題的效率。

應(yīng)用基于BIM的全壽命周期管理系統(tǒng)，降低了在大型博覽項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工階段的多項(xiàng)目之間的管理協(xié)調(diào)難度，加快了信息的交互，縮短了工期，提高了項(xiàng)目的質(zhì)量，從整提上降低了項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)營(yíng)階段的設(shè)施快速報(bào)修管理，展位和廣告的預(yù)定和后期管理，提供了更好的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)質(zhì)量。

3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建

3．1 平臺(tái)架構(gòu)

本文針對(duì)大型博覽項(xiàng)目的管理難點(diǎn)，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的全壽命周期管理平臺(tái)，對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)進(jìn)行全方位精細(xì)化管理。充分利用前期設(shè)計(jì)信息建立的BIM模型信息，進(jìn)行建設(shè)階段的管理，并在此過(guò)程中不斷積累設(shè)計(jì)、施工階段的信息，用于后期運(yùn)營(yíng)管理。在此過(guò)程中，這些信息將動(dòng)態(tài)表現(xiàn)在三維界面上，用戶通過(guò)不同的登陸權(quán)限調(diào)用這些信息。如圖1所示，此平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)分為用戶界面層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、數(shù)據(jù)庫(kù)四大部分。

圖1 基于BIM的系統(tǒng)框架

(1)用戶界面層

主要負(fù)責(zé)與終端用戶進(jìn)行交互，通過(guò)賦予不同用戶權(quán)限，使用戶在其規(guī)定權(quán)限內(nèi)操作。項(xiàng)目管理人員可通過(guò)用戶登錄進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、查詢、修改等操作，公眾可通過(guò)公眾網(wǎng)入口參與網(wǎng)上博覽項(xiàng)目。在本系統(tǒng)中，本層以Web Form界面實(shí)現(xiàn)。

(2)應(yīng)用層

將全壽命期管理平臺(tái)根據(jù)使用對(duì)象分為公眾服務(wù)平臺(tái)與管理平臺(tái)。管理平臺(tái)按照項(xiàng)目進(jìn)展階段分為設(shè)計(jì)管理平臺(tái)、建設(shè)管理平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，具體功能見(jiàn)圖3。

(3)數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，完成業(yè)務(wù)邏輯層發(fā)出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)操作指令，并將處理結(jié)果返回給業(yè)務(wù)邏輯層。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)來(lái)源分兩部分，即BIM模型數(shù)據(jù)以及外部數(shù)據(jù)，同步項(xiàng)目開(kāi)展持續(xù)動(dòng)態(tài)更新。BIM模型數(shù)據(jù)包括幾何形狀、位置、材質(zhì)、約束關(guān)系等信息，外部數(shù)據(jù)包括進(jìn)度信息，視頻、圖片等異構(gòu)信息。這些數(shù)據(jù)均保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和集中動(dòng)態(tài)管理。

3．2 BIM實(shí)施規(guī)劃

由于BIM技術(shù)的應(yīng)用是一系列專業(yè)的整合，是一種全新的工作方式，對(duì)專業(yè)技能以及準(zhǔn)確性要求高，需在前期對(duì)BIM進(jìn)行有效的實(shí)施規(guī)劃以保證項(xiàng)目順利進(jìn)行，使BIM的應(yīng)用發(fā)揮最大價(jià)值。參考美國(guó)Building SMART聯(lián)盟提出的《BIM項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃指南》制定此BIM平臺(tái)的實(shí)施規(guī)劃，包括項(xiàng)目需求、建模規(guī)則、工作流、BIM工具、輸入輸出文件格式等規(guī)劃，并在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中與參與各方的交流中完善規(guī)劃。具體規(guī)劃內(nèi)容如表1所示。

表1 BIM實(shí)施規(guī)劃主要內(nèi)容

應(yīng)用BIM技術(shù)首先需要建立BIM模型，在信息模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)項(xiàng)目全壽命周期管理平臺(tái)，支持BIM技術(shù)在項(xiàng)目各階段的應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)賦予相應(yīng)參數(shù)，按詳細(xì)程度要求創(chuàng)建圖形。在模型數(shù)據(jù)輸入完成后，對(duì)其進(jìn)行分析、調(diào)用支持集成平臺(tái)的可視化管理、專業(yè)分析、人員疏散、消防排煙以及設(shè)備應(yīng)急等功能模塊。

3．3 BIM建模

針對(duì)BIM實(shí)施規(guī)劃中的應(yīng)用目標(biāo)以及項(xiàng)目管理需求，如設(shè)備應(yīng)急、人員疏散、性能分析、施工模擬等，提出相應(yīng)建模深度及要求，建立賦予相應(yīng)幾何、位置、材質(zhì)、型號(hào)等屬性信息的BIM模型，支持平臺(tái)管理功能。以武漢博覽中心項(xiàng)目為例，武漢博覽中心一期項(xiàng)目BIM應(yīng)用目標(biāo)為服務(wù)運(yùn)維階段，建立的模型重點(diǎn)表達(dá)建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)主要構(gòu)件的位置、尺寸，形成展館建筑的空間信息，便于運(yùn)維中的空間管理。加入機(jī)電設(shè)備、綜合管線的位置、類型、型號(hào)、形狀等信息，在運(yùn)營(yíng)階段能夠及時(shí)找到設(shè)備應(yīng)急方法，確定對(duì)管線進(jìn)行檢修維護(hù)作業(yè)周期，形成操作指南。具體建模內(nèi)容如表2所示。

表2 各專業(yè)主要建模內(nèi)容

美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)(AIA)為規(guī)范BIM參與方及項(xiàng)目各階段的界限，在其2008年發(fā)布的文檔E202中定義了LOD(Level of Development)的概念，將構(gòu)件設(shè)計(jì)深度由粗到細(xì)分為5個(gè)等級(jí)，如表3所示。此處形成的BIM模型信息以及與其對(duì)應(yīng)的外部信息將作為底層數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

表3 詳細(xì)程度說(shuō)明

3．4 管理平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

項(xiàng)目管理平臺(tái)的核心為應(yīng)用層，按照應(yīng)用對(duì)象不同分為公眾平臺(tái)以及項(xiàng)目管理平臺(tái)以滿足不同參與者對(duì)項(xiàng)目的需求。按照項(xiàng)目進(jìn)展的不同階段，將項(xiàng)目管理平臺(tái)劃分為三大子平臺(tái)。設(shè)計(jì)管理子平臺(tái)功能包括設(shè)計(jì)階段的方案比選、變更管理、設(shè)計(jì)檢查;施工管理子平臺(tái)功能包括施工階段的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全管理;運(yùn)營(yíng)管理子平臺(tái)功能包括運(yùn)營(yíng)階段的交通組織、人員疏散、空間管理、設(shè)備應(yīng)急(圖2、表4)。

圖2 項(xiàng)目管理平臺(tái)架構(gòu)

表4 項(xiàng)目集成管理平臺(tái)功能架構(gòu)

3．4．1 設(shè)計(jì)管理子平臺(tái)

(1)方案比選

提供各種專業(yè)應(yīng)用性能分析，如舒適度、能耗、低碳、應(yīng)急預(yù)案等。應(yīng)用各類專業(yè)分析模型與工具，在已建立的BIM模型上進(jìn)行各種應(yīng)用分析，例如空氣齡、熱舒適度、自然通風(fēng)、照度遮陽(yáng)、噪聲、可視度分析、能耗分析等。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮運(yùn)營(yíng)期的便利性與節(jié)能性，最大化優(yōu)化建筑性能，減少博覽項(xiàng)目建成后所帶來(lái)的能耗需求。

(2)變更管理

博覽項(xiàng)目涉及專業(yè)多，相互交叉，不易協(xié)調(diào)，利用BIM參數(shù)化設(shè)計(jì)流程，使得某一處的修改可以及時(shí)反饋在整個(gè)模型上，通過(guò)與中心文件同步保持文件同步更新以達(dá)到多專業(yè)協(xié)同的目的。完成變更標(biāo)記及統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)變更帶來(lái)的影響。

(3)設(shè)計(jì)檢查

將設(shè)計(jì)模型進(jìn)行三維管線的碰撞檢查，對(duì)于管線排布復(fù)雜的大型博覽項(xiàng)目，減少在建筑施工階段可能存在的錯(cuò)誤損失和返工，優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案，避免由于設(shè)備管線碰撞等引起的拆裝、返工帶來(lái)的大量浪費(fèi)。

3．4．2 施工管理子平臺(tái)

利用設(shè)計(jì)階段積累的信息，將BIM模型進(jìn)一步應(yīng)用于工程管理，保證信息的連續(xù)性和一致性，在施工管理方面BIM有以下應(yīng)用:

(1)方案預(yù)演

應(yīng)用BIM模型，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)的施工方案，將BIM模型與進(jìn)度計(jì)劃鏈接形象地展示項(xiàng)目的建造過(guò)程，觀察項(xiàng)目的進(jìn)展情況，支持工程會(huì)議及專業(yè)化的各類工程交底工作。在工程施工中，利用可視化4D模型使參建人員直觀理解進(jìn)度計(jì)劃的重要節(jié)點(diǎn)。另外，在項(xiàng)目評(píng)標(biāo)過(guò)程中，4D模型可以使專家從模型中很快地了解投標(biāo)單位對(duì)工程施工組織的編排情況、主要的施工方法、總體計(jì)劃等，從而對(duì)投標(biāo)單位的施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力做出初步評(píng)估。同時(shí)進(jìn)度計(jì)劃通過(guò)實(shí)體模型的對(duì)應(yīng)表示，有利于發(fā)現(xiàn)施工差距，及時(shí)采取措施，進(jìn)行糾偏調(diào)整，聯(lián)動(dòng)修改進(jìn)度計(jì)劃。

(2)工程量統(tǒng)計(jì)

利用BIM設(shè)計(jì)模型快速統(tǒng)計(jì)對(duì)于設(shè)計(jì)變更帶來(lái)的工程量變化，利于安排材料采購(gòu)及監(jiān)控工程資金使用情況。

(3)質(zhì)量及安全控制

通過(guò)BIM與質(zhì)量控制點(diǎn)關(guān)聯(lián)，利用BIM設(shè)計(jì)模型中的設(shè)計(jì)參數(shù)作為施工質(zhì)量偏差的依據(jù)，依據(jù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)判斷質(zhì)量的合規(guī)性;同安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)合可直觀判斷預(yù)警等級(jí)和影響區(qū)域與施工時(shí)序的關(guān)系。

3．4．3 運(yùn)營(yíng)管理子平臺(tái)

基于BIM模型，積累工程從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營(yíng)全過(guò)程的數(shù)據(jù)，包括工程實(shí)體信息、工程環(huán)境信息、管道設(shè)施信息等，將為項(xiàng)目運(yùn)行的業(yè)務(wù)管理提供豐富的數(shù)據(jù)資源。首先，利用三維可視化模型，結(jié)合標(biāo)識(shí)組織設(shè)計(jì)，利用第三人視點(diǎn)用戶漫游自體驗(yàn)，檢查博覽項(xiàng)目指引標(biāo)識(shí)的布置是否達(dá)到引導(dǎo)效果;其次，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(如出入口設(shè)置、館內(nèi)展位布置情況)確定疏散逃生路線;利用設(shè)計(jì)及施工階段積累的前期BIM綜合模型，為后期運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、檢修提供信息支持，以制定應(yīng)急方案;最后，還可將將動(dòng)態(tài)展館信息發(fā)布于公共服務(wù)平臺(tái)，為公眾提供博覽項(xiàng)目信息查詢與參與的窗口，可進(jìn)行實(shí)時(shí)參展情況查詢、展位預(yù)訂、展覽信息查詢。

4 平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例

武漢國(guó)際博覽中心規(guī)劃總占地面積6253畝，凈用地面積4270畝，中心核心區(qū)規(guī)劃建筑面積達(dá)120萬(wàn)m2，一期展館建設(shè)已經(jīng)完成，進(jìn)入收尾階段，BIM應(yīng)用重心以運(yùn)維為主。根據(jù)國(guó)際博覽中心一期項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)展以及為數(shù)字博覽服務(wù)的要求，BIM模型將側(cè)重于為招商、布展、交通標(biāo)識(shí)引導(dǎo)、設(shè)備應(yīng)急等方面服務(wù)。下面以武漢國(guó)際博覽中心項(xiàng)目七區(qū)為例重點(diǎn)介紹項(xiàng)目集成管理平臺(tái)功能架構(gòu)。

4．1 設(shè)計(jì)階段交通組織路線分析

按照BIM規(guī)劃要求，首先建立國(guó)際博覽中心項(xiàng)目BIM實(shí)施規(guī)劃，按規(guī)劃要求建立BIM模型(圖3)，并根據(jù)運(yùn)營(yíng)目標(biāo)添加如表1所示屬性。

圖3 國(guó)際博覽中心BIM模型

(1)交通組織分析

在綜合模型中加入環(huán)境導(dǎo)示系統(tǒng)，包括標(biāo)識(shí)類別、編號(hào)、安裝位置和方式、材料工藝、文字說(shuō)明信息、字體大小和位置，室內(nèi)標(biāo)識(shí)、室外標(biāo)識(shí)、停車場(chǎng)標(biāo)識(shí)。檢查設(shè)計(jì)方案各出入口視角是否清晰，標(biāo)識(shí)是否起到一定引導(dǎo)作用。如通過(guò)第三人視點(diǎn)三維漫游體驗(yàn)，展館二層室外寬廣的平臺(tái)上布置的指示牌起到了人員較好的指引作用(圖4)。

圖4 交通引導(dǎo)及用戶體驗(yàn)圖示

(2)疏散引導(dǎo)與優(yōu)化

利用BIM模型的建筑出入口及房間分割等空間信息，仿真模擬人員疏散時(shí)間，評(píng)價(jià)公共場(chǎng)所中被疏散人員的個(gè)體差異，障礙物數(shù)量，人員疏散速度緩慢，疏散出口的個(gè)數(shù)和寬度等因素對(duì)人員容量的影響。由于武漢博覽中心整體采用無(wú)柱式結(jié)構(gòu)，建筑空間大且分割靈活，內(nèi)部可布置展位分為標(biāo)準(zhǔn)展位和特展展位，展位之間的組合即平面空間的劃分直接影響到人行通道的寬度以及走向。如劃分不合理將導(dǎo)致出入口或通道的擁堵。因此要針對(duì)特定的展覽形式和人群年齡層次分布(圖5)，分析滿足緊急疏散要求的最大人員容量及所需疏散時(shí)間(圖6)，為優(yōu)化展位空間排布以及限制人員流量提供依據(jù)。

圖5 人員屬性設(shè)定及移動(dòng)方向

圖6 武漢國(guó)際博覽中心特展與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合時(shí)疏散分析示例

4．2 設(shè)計(jì)階段碰撞檢查

在BIM模型中集合了結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通等專業(yè)的設(shè)計(jì)，運(yùn)用BIM模型的三維可視化檢查不同專業(yè)之間的碰撞沖突。從而在設(shè)計(jì)階段就減少了不同專業(yè)的設(shè)計(jì)矛盾，避免在施工階段才發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)之間的矛盾沖突，減少了施工階段的設(shè)計(jì)變更，不僅能縮短工期，而且給施工帶來(lái)極大的便利。如圖7所示，能夠直觀地看到碰撞的位置，精確定位發(fā)生碰撞的位置。

圖7 設(shè)計(jì)階段碰撞檢查

4．3 運(yùn)營(yíng)階段空間管理

為便于博覽中心后期管理，對(duì)模型建模規(guī)劃中規(guī)定的空間幾何參數(shù)進(jìn)行提取作為基礎(chǔ)信息。并對(duì)展館商業(yè)空間中的廣告和展位資源的利用情況信息進(jìn)行增刪改查，結(jié)構(gòu)化管理包括展位、廣告位尺寸、位置、所在分區(qū)、租賃狀態(tài)、租賃方信息及租賃時(shí)間等信息，如圖8所示，點(diǎn)擊相應(yīng)構(gòu)件，廣告牌及展位屬性面板顯示廣告牌、展位所在分區(qū)及其租賃狀態(tài)信息。特別是對(duì)展館空間的劃分與展位的安排需要科學(xué)的決策以便優(yōu)化空間布置。最后動(dòng)態(tài)對(duì)比租賃時(shí)間及合同起止時(shí)間，以提醒管理者更新與維護(hù)空間資產(chǎn)，形成空間資產(chǎn)管理系統(tǒng)。相比較傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)管理方式，智能化的管理排布方式，提高工作效率約30%。

圖8 廣告牌及展位屬性信息

4．4 運(yùn)營(yíng)階段設(shè)備應(yīng)急管理

(1)設(shè)備應(yīng)急

利用BIM模型傳遞建筑物設(shè)備及管線的設(shè)計(jì)信息，建立設(shè)備的檔案資料，可以了解各設(shè)備可使用年限和性能;對(duì)于綜合管線，建立上下游的拓?fù)潢P(guān)系，快速查找應(yīng)急方案對(duì)應(yīng)的設(shè)備位置及編號(hào)(圖9);對(duì)于設(shè)備運(yùn)行記錄，了解設(shè)備已運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行狀態(tài);關(guān)于設(shè)備故障記錄，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行及時(shí)處理并將故障信息進(jìn)行記錄借鑒;對(duì)于設(shè)備維護(hù)維修，確定故障設(shè)備的及時(shí)反饋以及設(shè)備的巡視。這些保證了項(xiàng)目運(yùn)行階段設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理的全面有序，為維護(hù)管理提供合理計(jì)劃，為設(shè)備的預(yù)知維修提供幫助。對(duì)于BIM的精確定位突發(fā)狀況，快速處理和提供維護(hù)信息;對(duì)于維護(hù)的及時(shí)反饋，利用BIM進(jìn)行主動(dòng)式的設(shè)施管理。將排查設(shè)備故障原因和位置時(shí)間縮短35%以上，為設(shè)備的盡快恢復(fù)運(yùn)營(yíng)提供了極大的方便。

圖9 應(yīng)急系統(tǒng)界面介紹

(2)公眾服務(wù)平臺(tái)

將項(xiàng)目管理平臺(tái)中的空間管理子平臺(tái)對(duì)公眾開(kāi)放，可以使公眾快速了解博覽中心展覽情況，并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上快速獲取展位的位置、規(guī)格、價(jià)格、開(kāi)放時(shí)間等信息，方便參展商預(yù)訂展位，支持網(wǎng)上電子商務(wù)。

4．5 項(xiàng)目應(yīng)用結(jié)論

BIM模型的建立與全壽命周期信息的利用為武漢國(guó)際博覽中心項(xiàng)目設(shè)備應(yīng)急，招商布展提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，基于此模型開(kāi)發(fā)的運(yùn)營(yíng)管理模塊為后期公共應(yīng)急以及數(shù)字博覽提供了支持，提高了運(yùn)營(yíng)安全保障，為公眾提供了了解和參與項(xiàng)目的窗口，提升了項(xiàng)目綜合價(jià)值。

5 結(jié)論

本文描述了針對(duì)大型博覽項(xiàng)目的特點(diǎn)應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì):三維設(shè)計(jì)信息協(xié)同提高設(shè)計(jì)效率減少浪費(fèi);設(shè)計(jì)檢查能減少施工期出現(xiàn)變更的可能性，可視化功能減少了施工過(guò)程進(jìn)度計(jì)劃編制人員翻閱圖紙的工作量，提高了編制效率和準(zhǔn)確性;設(shè)備應(yīng)急功能幫助管理人員快速響應(yīng)問(wèn)題，減少出現(xiàn)事故產(chǎn)生不利社會(huì)影響;可視化功能增加公眾參與度，總體上提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

從平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用可看到基于BIM技術(shù)對(duì)于大型項(xiàng)目管理提供的便利，通過(guò)創(chuàng)建管理平臺(tái)，為大型博覽項(xiàng)目的管理者提供了信息化的項(xiàng)目管理工具，為公眾提供了參與項(xiàng)目的平臺(tái)。在項(xiàng)目整個(gè)建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)工程信息的高度共享，提高項(xiàng)目總體管理水平。然而，項(xiàng)目管理平臺(tái)的功能完善還需要更多項(xiàng)目實(shí)踐，公共服務(wù)平臺(tái)的功能還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

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Development and Application of Large-scale Expo Project Whole Life-cycle Management Platform Based on BIM

CHEN Li-juan，LUO Han-bin，XIN Hong-yan
(School of Civil Engineering and Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

With rapid economic development and advance of urbanization in China，large-scale public building is emerging constantly．It involves multi-disciplinary collaboration，exchange of large amount of building data，long construction period，large capital investment，huge social impact，as well as overall effectiveness of the projects and so on．Once fail，it will bring heavy financial burden to the country．Therefore there is an urged need for an integrated platform which provides scientific and effective management in the whole life cycle of project to monitor every link of construction．In order to meet the needs of management in large-scale public projects，using BIM(Building Information Modeling)technology to change the traditional 2D collaborative approach and shift to the collaborative approach．This paper presents a life-cycle management platform large Expo project based on BIM，its theoretical framework，implementation plan and application．From the case study we can see that the BIM-based management platform can help create，analyze，present information digitally to maximum efficiency in data processing．By creating a management platform，a high degree of the project information can be shared to improve the value of information，as well as the overall management level in the whole life-cycle of projects．

BIM;3D;whole life-cycle;management platform

TP315;F294．1

A

2095-0985(2015)03-0054-08

2015-04-15

2015-05-12

陳麗娟(1986-)，女，湖北武漢人，博士研究生，研究方向?yàn)锽IM技術(shù)在施工及運(yùn)營(yíng)管理中的應(yīng)用(Email:ceciliachen1114 @hotmail．com)