基于BIM 技术的智能管理在全寿命周期管理中的应用——以某国际机场建设为例

朱双颖 ZHU Shuang-ying；陈唤 CHEN Huan；吴继刚 WU Ji-gang；王婷婷 WANG Ting-ting；刘金川 LIU Jin-chuan

（①昆明学院，昆明 650214；②云南信永中和工程咨询管理有限公司，昆明 650100；③重庆城市管理职业学院，重庆 400000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）技术由Autodesk公司在2002 年率先提出，它是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具。从2011 年至今，BIM 技术从实现对工程建造的可视化到BIM5D 运用，为中国智慧建造提供了有力的技术支持。

2020 年国家发布的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出建筑行业要加快智能建造的步伐，显著提高建筑工业化、数字化、智能化水平，通过运用新型计算机技术集成到建筑业以实现建筑业升级[1]。“十四五”规划中更是对新型基础设施建设提出了“智能升级、融合创新”，构建“系统完备、高效实用、智建绿色、安全可靠的现代化基础设施体系”[2]。在此数字革命的推动下，建筑业发展更是朝着智慧设计、智慧建造、智慧管理的方向蓬勃发展。本文以某国际机场为案例，探讨基于BIM 智能管理技术在建设项目全寿命周期的应用。

1 项目背景

某国际机场是信永中和工程管理有限公司承担全寿命周期咨询服务的一个涉外国际工程项目。该项目是在“一带一路”背景下，云南省投资建设的重点建设项目，也是项目所在国的门窗工程。机场采用BOT（建设-运营-移交）方式运作，由中方承担建设，项目建设期加运营期共55 年（建设期预计3-5 年），运营期结束后将项目移交给项目所在国政府。项目一期总投资约8.8 亿美元，包含新建4E 级跑道、滑行道，空侧站坪、新建航站楼、机场附属工程，以及市政、道路等配套设施工程。一期工程满足年旅客吞吐量700 万人次，远期要规划2000 万人次。机场包含航站楼（建筑面积约：7.8 万平米)、飞行区工程（70.98 万平米）、飞行区供电及助航灯光工程、机场消防工程、供水工程、雨水污水污物处理工程、供冷工程、供油工程等。

2 基于BIM 技术的全寿命周期智能管理

某国际机场项目是通过利用BIM 数字平台对项目进行全寿命周期智能管理，并在项目实施的各阶段将建设信息参数化、数字化以后建筑模型在设计方、甲方、施工方等各参建单位之间进行信息的共享、改进以及模拟分析，从而实现节约成本、节省能源、降低污染和提高效率。

2.1 利用BIM 轻量化息化协同平台实现设计问题的闭环管理

BIM 的协同平台的研究在我国已经有了一定的研究基础，理论方面，戴成元[3]提出了构建“数据-中心-决策（Data-Center-Decision）”工程建造信息化管理模式（DCD模式），设置决策层、数字信息中心和数据端三个结构层次，利用BIM 模型与工程信息的深度融合进行信息的处理与传递，将决策信息分解、重组并分发到数据端的各执行单位，同时将数据端采集的经过处理成简明的、可供参考的信息上传至决策层。徐志斌[4]指出利用二维码或无线射频识别技术（RFID）作为载体将BIM 模型数据及施工过程中的相关信息进行传递，能避免二次转换过程中产生数据丢失，节约了人力、物力。

本项目由于工期紧，采用边设计边施工模式。为了将BIM 模型进行轻量化处理，实现在无需任何BIM 平台软件的情况下自由浏览、修改BIM 模型，项目采用BIMe 轻量化协同平台上传项目施工图纸、设计阶段模型、深化模型，便于甲方、BIM 咨询单位、施工单位、设计单位、监理单位就图纸及模型问题在协同平台上作业，更重要的是施工单位也可以就深化模型指导施工现场应用。轻量化息化协同平台一方面改变以前BIM 建模管理的松散以及管理不到位的情况，实现实时、深入的对建模执行情况强化管理；另一方面方便各专业在同一平台上进行协调和碰撞检查，实现了设计问题的闭环管理。（图2）

通过对项目设计图进行BIM 模型审查，发现设计问题共402 个，标注信息不明确或遗漏、图纸信息矛盾等信息类问题192 个；建筑与结构冲突、管道冲突、管线排布安装空间不足、使用功能受影响等空间类问题193 个；未开洞口（除设计注明外）、洞口位置信息不一致、洞口未使用等洞口类问题17 个。这些BIM 模型设计的问题第一时间通过BIMe 轻量化息化协同平台在设计方、BIM 咨询单位和甲方之间同时交流沟通，实现了全过程跟踪问题汇总报告，通过BIM 咨询单位对不同的处理状态进行实时标记，对设计澄清内容和问题处理进展状态定期（每周）向各参建方汇总报告，使各参建方能及时协调资料情况，及对相关问题进行反馈，实现设计问题的闭环处理流程。（图3）

图3 问题汇总表及处理情况

2.2 利用BIM 技术与VR 技术结合实现设计深化

VR 技术是当今的热门黑科技之一。它能借助110°广角的头戴式设备，利用双目成像原理将计算机中的图像直接传输于头盔内的双目前方，并借助手柄的触觉反馈、头盔的听觉反馈等技术使用户产生一种“身临其境”的沉浸式感觉，克服了BIM 技术无法从空间上确认设计布局的合理性与科学性，无法合理感知设计内容的色彩搭配[5]。BIM+VR 技术使项目各参建方直观感受漫步机场的视觉效果，并能对设计效果进行优化。在进行中心区设计时，为节约投资，设计方提出柱子顶部离地高度可由2.233m 变为1.233m，指廊区柱子顶部离地高度可由2.43m 变为1.43m。通过BIM 技术与VR 技术结合，对两种方案指廊区域进行了直观展示，专家和甲方在感受漫步机场的视觉效果后，很快发现柱子高度压缩虽然能带来成本的节约，但明显感觉空间感不足，视觉效果不佳。最终确定保留原设计方案，在最大程度上减少了设计单位的方案论证的时间，缩短设计的进程。（图4、图5）

图5 VR 技术的运用

另一方面，VR 技术的沉浸式体验，实现了对不同功能区域的建筑净高控制。根据甲方对建筑品质及后期的使用要求，在充分考虑管道施工安装可行性、检修空间便利性、综合支吊架安装规范性、管道排布合理性等问题，发现了一些净高不足及施工不可行性的问题，并对此及时提出解决方案和专业性优化建议，避免把问题遗留到施工，造成更大的损失及变更。如指廊区域三楼楼结构板7.6 米，二楼楼板建筑面4.5 米，大部分区域梁高0.6 米，梁下只有2.5 米，为了不影响吊顶高度，BIM+VR 技术指导施工单位将机电管线和预留洞口深化到位，使公共区域管线沿穿梁洞口布置，避免了公共区域预留管线铺设造成层高不够而产生的空间压迫感与急促感。

2.3 利用BIM 技术与无人机技术结合对施工过程数字管理

随着智慧城市步伐加快，构建建筑物的高度可视化三维模型已经成为测绘领域及建筑工程领域重要发展方向[6]。通过无人机的倾斜摄影技术定期将施工现场的进度、质量、安全状况反馈给国内甲方，是该国际机场项目全过程管理中一大亮点。项目应用BIM+GIS 技术，每个月定期进行航拍，无人机的GPS 和惯导系统会自动记录拍摄照片的空间位置和角度姿态，多角度传感器，打破地表建筑与复杂地形的限制，获取地面高质量的多角度影像及地理网格，将拟建项目实际施工情况进行三维重建并反馈到BIM 三维管理模型中，再通过BIM 轻量化协同平台，为国内的各参建方提供项目现场进度、质量、安全情况。如在进度管理过程中，无人机将采集的进度数据更新到协同平台中，项目咨询服务方再将进度数据与实际的人工、机械、材料的消耗量进行关联并动态汇总，实现计划进度、成本与实际施工进度、成本的动态对比、分析。当某项工作计划与实际有偏差时，平台系统会自动对偏差构件进行预警，生成偏差数据并传递给项目各参建方，使各参建方能及时掌握工程动态，针对偏差分析原因，采取有针对性的改进措施。（图6）

2.4 制定适用项目全寿命周期管理的BIM 标准

将BIM 技术贯穿于建设项目全寿命周期智能管理是该建设项目的一大目标。为使BIM 的模型信息在全寿命周期管理中各个阶段实现应用上的共享，就需要使BIM标准与各类应用的现行行业标准进行有效对接。因此为保障项目BIM 技术渗透各环节、各参建方，保证项目信息能够在工程各阶段、各参建方流畅、有序传递，制定了适用项目的BIM 实施方法，包括BIM 实施策略、实施方案、技术标准。

另一方面，本项目将BIM 软件与现行工程计量、计价标准结合，实现了在Revit 软件下“一步算量”的目标。通常情况下，为了使BIM 应用能适应各建设阶段工程造价管理的需求，需要将BIM 标准中EBS 标准与工程量清单匹配，在工程分解结构上采用线分类法，将工程量清单计价模式应用提前到建设前期阶段，再通过重建工程量清单并与BIM 模型工程数量建立联系，初步实现BIM 全过程的工程造价管理[7]。本项目解决了Revit 明细表统计工程量不符合我国工程量清单计算规则，在Revit 软件中无法准确进行算量的问题。首先，在建模前就制定技术标准，将族命名根据图纸构件特征进行细化；其次，在满足现有BIM 标准及规范的前提下，将BIM 的族命名规则匹配到工程量清单项目名称及项目特征上，对于异形构件，更是在构建模型前就提前根据构件的计量规则，创建与工程量清单匹配的族构件；最后，项目设计了基于Revit 的算量插件，将BIM 模型与造价信息相关联，构件扣减规则与工程量清单计量规则匹配，达到在Revit 模型下精确计算项目工程量的目标。实现了“一模多用”“一步算量”，跳过了造价数据在不同软件之间转化的繁琐步骤。不仅将BIM技术贯穿项目全生命周期，更是将项目的进度、质量、造价管理统一到了BIM 平台中。（图7）

图7 在BIM 模型中计算工程量示意图

该际机场项目预计2023 年底竣工，竣工后将会对建筑、机电、施工、运维、设备信息、监控信息等资料在BIMe 轻量化协同平台进行集成，创建三维可视化的运维管理系统，并构建智能化运维管理系统的移动端和综合端，实现移动管理。当然，项目的投资方也在与项目BIM 技术团队积极沟通，力图打造一个基于云计算、大数据、物联网技术、BIM、人脸识别、安防系统等高度集成的智慧管理平台。

3 结束语

某国际机场项目基于BIM 技术的全寿命周期智能管理，是BIM 深化运用“智”造未来的一个重要的探索，项目是以机场项目为载体，面向项目建设全过程，面向各参建方，采用BIM 技术和协同管理平台，实现项目的数字化、精细化管理，探索空港建设的新模式，以达到项目价值创造、管理能力提升、创新模式探索的BIM 技术应用目标。项目在模型维护、工程量统计、建筑策划、产地分析、设计论证、多专业协同设计、3D 管线综合、施工现场配合、施工进度模拟等十个方面运用BIM 技术及数字化管理，更将VR 技术、无人机倾斜摄影技术与BIM 技术高度融合，为智能化项目管理提供有力支持。本文通过对该项目一些典型的智能管理技术的分析，希望为智能建造的推广实施提供一些建议和方法。