洪亮 李華松 張柯 劉洪啟 覃亞偉 龔翔宇

（1.湖北工建投資發(fā)展有限公司, 武漢 430000 2.華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院, 武漢 430074）

引言

PPP（Public-Private Partnership）即政府和社會資本合作，是公共基礎(chǔ)設(shè)施中的一種項目運(yùn)作模式。2014 年以來，PPP 在我國遍地開花，項目數(shù)量多，投資額度大[1]，根據(jù)財政部PPP 中心最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，截至2020 年9 月底，累計入庫PPP 項目9 792 個、投資額15.2 萬億元。但是隨著PPP 項目的落地實(shí)施，大量失敗的案例涌現(xiàn)出來，例如杭州灣跨海大橋、山東中華發(fā)電項目等，分析其原因主要是政府失責(zé)、決策階段可行性研究和物有所值評價缺乏指導(dǎo)性以及建設(shè)階段眾多參建方組織管理不統(tǒng)一、信息溝通不暢[2]。因此，PPP 項目實(shí)施對組織的協(xié)調(diào)與管理提出了更高的要求。

工程全生命周期管理（Building Lifecycle Management，簡稱BLM），是指對建設(shè)項目從概念設(shè)計、項目策劃、可行性研究、建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)一直到拆除為止的全流程管理[3]。近些年來，全生命周期理論已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛用于工程建設(shè)領(lǐng)域的研究，在成本管理、信息管理、風(fēng)險管理以及管理平臺建設(shè)等方面體現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價值，但是，該理論孤立地應(yīng)用在PPP項目中會存在一些障礙。全生命周期管理的核心是對信息的收集、整理與分析，由于PPP 項目時間跨度長、參與方眾多，導(dǎo)致產(chǎn)生的信息量巨大、信息傳遞不暢、信息可靠性降低，從而影響信息分析的結(jié)果，使項目目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)給全生命周期管理提供了有效的工具。它通過建立三維數(shù)字化模型將項目全生命周期碎片化信息進(jìn)行整合，為參建各方提供一個協(xié)同辦公的平臺[4]。近年來，BIM 技術(shù)已經(jīng)在多種工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)形成了成功的應(yīng)用和研究，在裝配式建筑、消防、地下綜合管廊等項目的全生命周期管理中起到了巨大的作用，為項目的全生命周期內(nèi)管理提供了可視化、數(shù)字化管理手段[5]。

結(jié)合BIM 技術(shù)與全生命周期管理的理念，可以為PPP 項目的成功實(shí)施提供輔助。BIM 技術(shù)在PPP 項目的全生命周期中的應(yīng)用包括對其成本全過程控制、風(fēng)險全過程管理以及全過程的可視化監(jiān)管[6]。

與傳統(tǒng)項目相比，BIM 技術(shù)在PPP 項目全生命周期中有更高的需求和應(yīng)用價值。PPP 項目存在著多參與方，信息交換更為復(fù)雜的客觀條件，因而PPP 項目對管理的精細(xì)化程度具有更高的要求，需要對項目全過程的成本、質(zhì)量、效益提供更為精確和實(shí)時的反饋[7]。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用將有效解決PPP 項目全生命周期管理過程中產(chǎn)生的各類信息管理難題，提高信息管理效率，節(jié)約項目總投資，縮短項目工期，實(shí)現(xiàn)PPP 項目從粗放式管理到精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變[8]。

在現(xiàn)代建筑施工復(fù)雜，體量龐大的背景之下，利用BIM 技術(shù)來輔助施工已經(jīng)成為了一種趨勢。利用BIM 技術(shù)建立PPP 項目的全生命周期管理平臺，可以對項目的決策、設(shè)計、施工、運(yùn)營等階段進(jìn)行全生命周期管理，有效地避免施工過程中的信息煙囪、數(shù)據(jù)孤島等一系列問題[9]。

1 BIM 在PPP 項目全生命周期的應(yīng)用

PPP 是政府方與社會資本方建立的一種長期合作關(guān)系模式，主要包含決策、設(shè)計、施工、運(yùn)營和移交五個階段，BIM 技術(shù)在其中的應(yīng)用都將促進(jìn)各階段工作順利、高效地完成，最終實(shí)現(xiàn)項目產(chǎn)出目標(biāo)。

1.1 BIM 在決策階段的應(yīng)用

PPP 項目決策階段主要工作內(nèi)容包括物有所值評價、財政承受能力論證和實(shí)施方案編制。由于工程建設(shè)行業(yè)仍存在著粗放管理的現(xiàn)象，同類型PPP 項目的數(shù)據(jù)難以為物有所值評價提供真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，因而在決策階段需要引入BIM 技術(shù)，為PPP 項目的決策提供支持。BIM 在決策階段的應(yīng)用主要包括以下兩個方面：

（1）BIM 技術(shù)可以收集、整理已實(shí)施PPP 項目信息，并按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類存儲形成PPP 項目信息數(shù)據(jù)庫，為新PPP 項目物有所值論證的定性與定量分析提供可視化數(shù)據(jù)參考，提升物有所值論證的可操作性，為業(yè)主的的決策判斷提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為設(shè)計階段的模型建立、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及協(xié)同設(shè)計提供支持；

（2）借助BIM 軟件簡單地搭建BIM 模型，將項目方案與財務(wù)分析工具集成，一旦進(jìn)行參數(shù)修改，便可迅速提取工程量，并通過算量軟件和計價軟件得出初步的造價，并獲得各方案的投資收益指標(biāo)，為業(yè)主的最終決策提供有說服力的依據(jù)。

1.2 BIM 在設(shè)計階段的應(yīng)用

設(shè)計階段在PPP 項目實(shí)施過程中起到了至關(guān)重要的作用，其直接關(guān)系到政府提供的公共產(chǎn)品是否符合社會公眾的利益，是否滿足人民群眾對美好生活的需要。傳統(tǒng)概念設(shè)計與2D 圖紙很難讓缺乏專業(yè)知識的政府方及其他參與各方對整個工程設(shè)計有清晰直觀的認(rèn)識，從而影響決策效率，影響后期的施工與運(yùn)營。應(yīng)用BIM 技術(shù)，將有效提升工程產(chǎn)品的可視性和透明度，減少設(shè)計錯誤，節(jié)約投資成本。其主要作用體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）可視化設(shè)計與碰撞檢查。利用BIM 技術(shù)呈現(xiàn)出的建筑是3D 可視化模型，相比于傳統(tǒng)的2D 模型，使PPP 項目參與方更加簡單直觀地了解工程設(shè)計，便于各參與方設(shè)計意圖的溝通與實(shí)現(xiàn)。碰撞檢查是將建筑、結(jié)構(gòu)、水電暖等專業(yè)設(shè)計模型整合到一起，檢查整合后各專業(yè)模型構(gòu)件在空間上“打架”情況，并根據(jù)檢查結(jié)果對構(gòu)件布置進(jìn)行調(diào)整，減少后續(xù)施工中的設(shè)計變更，大大降低“錯、漏、碰、缺”的發(fā)生率；

（2）各專業(yè)協(xié)同設(shè)計。傳統(tǒng)工程設(shè)計是由眾多專業(yè)設(shè)計組合而成，每類專業(yè)設(shè)計人員只負(fù)責(zé)完成本專業(yè)的設(shè)計任務(wù)，與其他專業(yè)設(shè)計人員缺少溝通，這會導(dǎo)致各專業(yè)設(shè)計思路存在沖突，在組合成最終設(shè)計成果后需要進(jìn)行大量修改。應(yīng)用BIM 技術(shù)將為各專業(yè)設(shè)計人員提供協(xié)同工作平臺，全方位溝通交流，減少設(shè)計錯誤的產(chǎn)生，提升設(shè)計效率；

（3）設(shè)計方案的模擬與優(yōu)化。BIM 技術(shù)可以將設(shè)計方案中的文字描述以圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形式形象地展示出來，比如模擬建筑的通風(fēng)與采光、模擬建筑內(nèi)部各類設(shè)備的運(yùn)行、模擬室外景觀與燈光的組合效果，對模擬結(jié)果不盡人意的地方進(jìn)行優(yōu)化，有助于政府方或者PPP 項目公司的決策，提升公共產(chǎn)品的質(zhì)量，便于項目運(yùn)營。

1.3 BIM 在施工階段的應(yīng)用

施工階段是將設(shè)計階段產(chǎn)出的建筑模型變?yōu)閷?shí)體，涉及到大量人力、物力和財力的投入，為順利完成PPP 項目質(zhì)量、進(jìn)度、投資等目標(biāo)，必須采取有效措施規(guī)避可能產(chǎn)生的各類風(fēng)險。例如，施工未按規(guī)范要求導(dǎo)致質(zhì)量問題、材料供應(yīng)不及時，施工組織協(xié)調(diào)工人和機(jī)械設(shè)備不合理導(dǎo)致進(jìn)度滯后等。

將設(shè)計階段創(chuàng)建的BIM 模型與施工階段的質(zhì)量、安全、進(jìn)度以及投資控制相關(guān)聯(lián)，通過協(xié)同工作平臺在模型上及時反應(yīng)施工現(xiàn)場的質(zhì)量、安全、進(jìn)度情況和PPP 項目公司的投資情況并進(jìn)行分析、對比和預(yù)警，有助于相關(guān)參與方及時采取有效措施，規(guī)避施工風(fēng)險。

1.4 BIM 在運(yùn)營和移交階段的應(yīng)用

PPP 項目運(yùn)營直接決定社會資本的償債能力和盈利情況，PPP 項目移交關(guān)系到運(yùn)營期結(jié)束后政府方對資產(chǎn)的評估和項目功能與性能測試，關(guān)系到項目移交后能否持續(xù)正常運(yùn)營。

將竣工后的BIM 模型應(yīng)用到運(yùn)營階段，建立基于BIM 的運(yùn)維管理系統(tǒng)和運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時收集分析設(shè)備運(yùn)行和維保的各項數(shù)據(jù)，提升運(yùn)維管理水平，助力運(yùn)營期績效考核。

2 基于BIM 全生命周期管理平臺搭建

為實(shí)現(xiàn)PPP 項目全生命周期管理，借助BIM 技術(shù)搭建一個參與方協(xié)同工作的管理平臺，對項目實(shí)施過程中產(chǎn)生的各類信息進(jìn)行集中收集管理，利于業(yè)主方掌握整個項目的實(shí)際進(jìn)展情況，利于決策者有依據(jù)地進(jìn)行決策。

2.1 平臺組織架構(gòu)

基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺采用主流技術(shù)框架SSH 和B/S 軟件體系結(jié)構(gòu)，組織架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層和協(xié)同工作層，如圖1 所示。

圖1 平臺組織架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層。項目參與方通過傳感器、攝像頭等感知設(shè)備以及日?，F(xiàn)場巡視將大量的數(shù)據(jù)信息傳入數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)層的主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)信息的收集、分類和存儲；

（2）應(yīng)用服務(wù)層。應(yīng)用服務(wù)層是整個管理平臺組織架構(gòu)中的核心。它主要是從數(shù)據(jù)層中提取信息，并根據(jù)生命周期的不同需求，存儲在各階段的子模塊當(dāng)中去，并將各個階段的信息與BIM 模型相關(guān)聯(lián)，對信息進(jìn)行個性化的分析與處理，為PPP 項目相關(guān)方提供所需的模型信息。例如：BIM 模型與建設(shè)階段各子模塊相關(guān)聯(lián)，可將施工過程信息在模型中進(jìn)行體現(xiàn)，達(dá)到可視化的目的；

（3）協(xié)同工作層。協(xié)同工作層的主要功能是使平臺用戶（甲方、總包方和監(jiān)理方等）共享獲取的各類原始信息和經(jīng)過平臺分析處理后的信息，并且能夠在平臺中完成相關(guān)工作的流程處理。該層通過用戶的功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限的設(shè)置，為各參與方提供了獲取項目信息的單一入口，使得各參與方能夠遠(yuǎn)程協(xié)作，安全、高效地交換各類信息[2]。

2.2 功能模塊設(shè)計

基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺主要劃分為三大功能模塊，分別是決策階段、建設(shè)階段和運(yùn)維階段，每個階段模塊里進(jìn)一步細(xì)分為多個小模塊，如圖2 所示。

圖2 平臺功能模塊

（1）決策階段。該模塊主要包含立項決策和過程決策。立項決策是將前期調(diào)研的各項數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，依次形成總投資重算表、項目測算表和評價指標(biāo)表，用來計算投資回報年限和數(shù)額并判定PPP 項目是否值得投資。過程決策是在項目執(zhí)行過程中，將實(shí)際數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，計算出當(dāng)前的決策結(jié)果，以判定項目的投資變化并實(shí)時調(diào)整投資計劃；

（2）建設(shè)階段。該模塊主要包含投資管理、質(zhì)量安全文明施工管理、進(jìn)度管理、信息化管理、BIM 模型管理等。投資管理主要是集中收集PPP 項目投資估算、投資概算和施工圖預(yù)算各項數(shù)據(jù)信息并且在管理平臺中進(jìn)行每月的投資確認(rèn)，包括工程費(fèi)用確認(rèn)、工程建設(shè)其他費(fèi)確認(rèn)、建設(shè)期利息確認(rèn)和項目總投資確認(rèn)。質(zhì)量安全文明施工管理是項目參建各方將現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量安全文明施工的問題在管理平臺的BIM 模型中進(jìn)行展示，錄入問題照片、問題描述和整改要求，并且能進(jìn)行問題統(tǒng)計和分析，有助于提升現(xiàn)場施工管理水平；

（3）運(yùn)維階段。該模塊主要包含運(yùn)維管理、運(yùn)維成本和績效考核。運(yùn)維管理是依靠項目竣工BIM 模型，收集并展示日常運(yùn)維過程中的實(shí)時核心數(shù)據(jù)，包括實(shí)時進(jìn)場人數(shù)和停車位數(shù)量、實(shí)時緊急報警、設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行能耗與故障情況等。運(yùn)維成本用于展示和分析運(yùn)維過程中所有的支出與收入信息，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整運(yùn)維方案。績效考核用來綜合評價PPP 項目的運(yùn)維成績，關(guān)系到政府補(bǔ)貼數(shù)額和項目盈利，考核方可利用此模塊對項目運(yùn)維情況進(jìn)行線上評分，被考核方可根據(jù)評分結(jié)果針對性地優(yōu)化項目運(yùn)維管理，提高評分。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

潛江市文化中心PPP 項目包括博物館、城建檔案館、綜合檔案館、圖書館、工青婦（工人文化宮、青少年宮和婦女兒童活動中心）5 個單體建筑。總建筑面積52 640 ㎡，總投資概算5.2 億元，建設(shè)期2 年，運(yùn)營期13 年。為了提升潛江市文化中心PPP 項目管理水平，規(guī)避各類風(fēng)險，項目公司搭建了基于BIM 的潛江市PPP 項目全生命周期管理平臺[10]。

本項目通過網(wǎng)址和賬號密碼進(jìn)入管理平臺首頁，平臺首頁的主要功能是對企業(yè)和個人信息、參與單位配置、用戶錄入與權(quán)限配置等基礎(chǔ)信息進(jìn)行管理，其中權(quán)限配置是平臺基礎(chǔ)管理的核心，它針對不同階段不同參與方在潛江市民之家和文化中心PPP 項目的角色與職責(zé)分別配置相應(yīng)的功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限，以此做好本項目全壽命周期管理平臺運(yùn)行的準(zhǔn)備工作。

3.2 平臺全壽命周期管理

潛江市文化中心PPP 項目全壽命周期管理管理平臺采用主流技術(shù)框架SSH 和B/S 軟件體系結(jié)構(gòu)，包括決策階段、建設(shè)階段和運(yùn)維階段三大模塊。每一個大模塊又根據(jù)本項目每個階段需要完成的工作任務(wù)細(xì)分為多個小模塊，各個模塊里存儲著每項任務(wù)過程的所有數(shù)據(jù)信息，可根據(jù)權(quán)限配置情況隨時調(diào)取查看。

（1）決策階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目決策階段的主要功能包括：規(guī)劃設(shè)計、方案設(shè)計、可行性研究、立項決策和過程決策。實(shí)施機(jī)構(gòu)和項目公司可通過該模塊查看：1）項目立項決策的數(shù)據(jù)信息，為判定項目可行性提供重要支撐；2）項目過程決策的數(shù)據(jù)信息，以此來分析實(shí)際投資計劃的偏差情況，如圖3 所示。

圖3 平臺決策階段頁面

（2）建設(shè)階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目建設(shè)階段的主要功能包括：報建報批、施工現(xiàn)場管理、合同管理、投資管理、資料管理和信息化管理。以施工現(xiàn)場管理中的BIM 模型管理為例，在管理平臺中錄入本項目的BIM 模型文件，然后，為更全面、多方位的讓參與方了解項目建筑信息，可為BIM 模型的每一層關(guān)聯(lián)一張平面圖紙，該層的全部組件將自動與圖紙上的組件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在BIM 模型上可以查看本項目全部、本周、本月、本年及任意時間段內(nèi)的進(jìn)度完成情況，也可以查看全部、本周、本月、本年及任意時間段內(nèi)的質(zhì)量安全問題及整改情況，如圖4 所示。

圖4 平臺BIM 模型管理模塊

（3）運(yùn)維階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目運(yùn)維階段的主要功能包括：運(yùn)維大屏、物業(yè)管理、運(yùn)維成本和績效考核。以運(yùn)維大屏為例，它以BIM 竣工模型為核心，將智能報警、設(shè)備異常、視頻監(jiān)控、能耗監(jiān)控、人員車輛監(jiān)控等匯于一體，展示本項目運(yùn)維過程中實(shí)時核心數(shù)據(jù)，有利于實(shí)施機(jī)構(gòu)監(jiān)督考核，如圖5 所示。

圖5 平臺運(yùn)維大屏

4 結(jié)語

本文對基于BIM 的全壽命周期管理平臺在PPP 項目中的應(yīng)用進(jìn)行分析，取得了以下三方面的研究和應(yīng)用價值：

（1）對BIM 在PPP 項目全壽命周期中各階段的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，明確了各階段中BIM 的應(yīng)用場景和功能；

（2）建立了基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺相架構(gòu)，對項目各階段的功能模塊進(jìn)行了設(shè)計；

（3）結(jié)合潛江市文化中心PPP 項目實(shí)際工程背景，以BIM 模型為核心，基于多源數(shù)據(jù)可視化融合理論，構(gòu)建了智能報警、設(shè)備異常、視頻監(jiān)控、能耗監(jiān)控、人員車輛監(jiān)控等多維運(yùn)營數(shù)據(jù)可視化管控平臺，極大提高了項目公司日常運(yùn)維管理水平和效率。

建立的平臺將PPP 項目將參與各方工作通過BIM協(xié)同平臺連接起來，形成一個互相連接、互動的信息系統(tǒng)，解決了從項目立項、竣工交付到運(yùn)維全過程項目管理難題，實(shí)現(xiàn)PPP 項目的精細(xì)化管理，為BIM 技術(shù)與PPP 項目全壽命周期管理的融合提供有益的指導(dǎo)。