水务项目建设管理BIM应用研究.docx
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水务项目建设管理BIM应用研究.docx
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水务项目建设管理BIM应用研究
黄时锋「白海梅I李梦甜2
(1,上海城投水务工程项目管理有限公司,上海201103;
2,上海宏波工程咨询管理有限公司,上海201707)
摘要:
建筑信息模型(BIM)是以工程建设为对象的一项新兴的工程实施(技术)理念,相对于传统的工程建设方式,BIM具备了三维可视化、协同作业、数据共享、全生命周期和数据继承等较为突出的特点。
基于BIM当前在水务项目中的应用现状,分析水务项目全生命周期中BIM应用的方向及各阶段实施主体的应用分工,研究建设单位在项目全生命周期中对BIM应用的掌控及导向。
结果表明,有效的掌控及合理的引导能够发挥BIM在水务项目全生命周期中的作用,实现从设计、建设到运维的数据继承,提高项目建设及运行的管理水平。
关键词:
BIM;全生命周期;数据继承
0引言
建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)最初是由建筑工程行业发展而来的、以工程建设为对象的一项新兴的工程实施(技术)理念。
相对于传统的工程建设方式,BIM具备了几个较为突出的特点:
(1) 三维(3D)可视化。
传统的设计方式由于受到计算机技术落后、工程设计方案的数字化表达方式不足等因素限制,设计人员一般将3D的物理世界采用2D平面的表达方式反映在设计图中,施工人员再将2D图(在脑海中)转换为3D实体工程进行施工。
在两次转换过程中,信息出现错误的概率较高。
因此,BIM的重要理念之一就是去掉2D与3D之间的两次转换过程,直接进行工程的3D设计和3D施工,保证设计人员和施工人员信息的一致性,大大降低工程错误发生的概率。
(2) 协同化作业和数据共享。
工程建设过程中,设计、施工、运行管理等专业各司其职、相互配合、相互联系。
传统的工作方式在协同化作业方面较为困难,多数情况是耗费了大量的沟通成本,但效果和效率仍相对较低。
而采用BIM的工作方式,由于各专业均使用同一平台、针对同一方案、采用同一数据参数,其协同性可以得到有效保证,工作效果和效率也会得到有效的提升。
(3) 全生命周期和数据继承。
BIM强调对工程建设全生命周期管理,为工程的设计、施工、运维全过程建立一套可继承的、全周期的数字化档案,其核心价值在于工程的信息数据。
在工程的不同阶段,信息数据不断得到补充、修正、完善,直至工程拆除。
信息数据尤其注重继承性:
工程设计阶段,设计人员确定工程设计方案的完整信息数据;工程施工阶段,施工人员在使用设计参数信息的基础上,保存施工过程中的数据档案;工程运行维护阶段,运维人员在使用设计参数数据和施工参数数据的同时,根据工程的运维情况变化,录入和更改工程运维信息数据,直至工程设计运行周期结束,从而达到对工程全生命周期管理的目的。
(4) 其他。
以工程实体的数字化表达、三维可视化表达为基础,BIM强调作为其他分析软件的公共载体。
基于以BIM为基础的信息数据可以完整表达工程实质特点,未来以BIM为基础的工程应用系统软件将替代原有的工程应用系统软件,如监控系统、档案管理系统软件、工程建设项目管理系统、设备维护保养系统等。
因此,简单地说,BIM是实体工程的三维化展现、数字化表达,保证各专业协同作业的统一公共数据条件,可以进行工程全生命周期管理的信息数据基础,各分析软件的公共载体。
1BIM在水务项目中的应用现状
在水务项目建设全生命周期中,主要分为设计阶段、施工阶段和运维阶段,现将当前各阶段BIM应用的基本情况及其典型应用分述如下:
(1)BIM设计阶段。
主要是通过三维设计软件(如Revit、Bently、Catia等)对工程进行三维模型设计及参数数据确定,同时,采用工艺、结构、机电分析软件等进行辅助设计,进行碰撞检测、荷载计算、造价分析等,最终确定满足要求的工程设计方案;由于BIM设计是BIM应用的最初始阶段,因此当前大多数水务项目在进行BIM应用时,主要停留在此阶段;典型应用有工程三维设计、碰撞检测、设计方案的可视化数值分析等。
此外,对于工程设计的阶段性或最终设计成果,有设计交付和设计方案技术交流平台的相关应用。
(2)BIM施工阶段。
应用BIM设计成果(主要是工程设计方案中的三维模型和附属信息数据),结合工程施工阶段的主要特点,进行BIM指导施工的具体技术应用以及工程建设管理的平台应用。
前者主要以BIM设计成果为基础,用于施工的直接技术指导,如洞口预留、装配式施工、施工场地布置、BIM技术交底等。
后者主要围绕工程建设与施工的管理,建设水务项目BIM施工协同管理平台,从而达到对项目建设的有效指导和管理;由于缺少相应的标准和规范,且不同单位对BIM施工应用的需求不尽相同,当前BIM在此阶段的应用标准也不统一;典型应用有三维设计方案展示、三维化信息管理、虚拟建造、进度管理、工程建设成本控制、质量管理、施工工艺三维动态展示等。
(3)BIM运维阶段。
主要应用设计和施工成果,针对工程运行维护阶段的管理需求,进行BIM运维应用,开发运维协同管理平台,满足工程运行过程中的业务管理要求;在建筑、电力等行业中,BIM运维虽然在少数工程中得到了一定应用,但仍处于起步探索阶段,尚未得到系统化的全面应用;典型应用有三维数字化工程、三维数字化监控、设备维护和运行预警三维信息管理、三维仿真培训、三维可视化应急演练等。
2BIM在水务项目全生命周期中的应用与主体分工
在水务项目建设周期中,BIM的应用主要针对BIM设计阶段、BIM施工阶段和BIM运维阶段三阶段,在了解BIM的应用现状后,下文针对各阶段的BIM应用情况进行分析,同时对各阶段的实施主体在BIM应用过程中的分工进行解析,避免项目建设周期中工程量的重叠及劳动力的浪费。
2.1BIM设计阶段
BIM设计是BIM应用的源头,是保证BIM在水务项目全生命周期中应用模型的统一、模型属性信息的继承、协同作业等功能实现的前提。
因此,在BIM应用的流程中,BIM模型的建立及提供在设计阶段。
在当前设计阶段,BIM应用过程中所提及的碰撞检测等功能,是在完成2D设计的基础上进行3D转换过程的应用,是利用3D功能对原设计成果的复核。
而应该实现的BIM设计是数据到模型的设计过程,不需要进行2D到3D的转换,就可直接实践3D设计,其设计成果在项目建设立项、可行性研究、初设、施工等各阶段得到展示,使BIM设计功能得以体现。
在项目立项及可行性研究阶段,BIM设计体现了所想即所见的功能。
在该阶段的设计方案中,BIM模型中的模块划分可以相对简单,或者是采用整体模型,但该模型能够体现设计方案,形成直观的方案呈现,实现所需要的功能。
在项目初设阶段,BIM设计初步体现了所见即所得的功能,在该阶段,设计进行BIM模型的单体分解,实现局部不同设计方案的呈现及对比,完成工程量的初步统计等,全面展现项目设计成果和项目建成后的模型及功能。
在项目施工阶段,BIM设计将恢复从0开始的设计过程,实现从数据到模型的过程设计,即从模型元素开始到BIM模型的拼装过程,完成可指导施工的BIM设计成果,提供3D图及BIM模型,该阶段的模型元素中承载设计的属性信息。
BIM设计阶段的主体是设计单位,其分工是模型的建立及传承。
设计单位的模型设计应满足指导施工的要求,实现施工单位按模型施工。
这就要求设计的BIM模型中每一个元素均为施工的一个步骤,满足施工规范要求,即实现模型展示功能的同时,完成碰撞检测、荷载计算、造价分析等过程。
2.2BIM施工阶段
施工单位在得到设计单位提供的BIM模型后,按模型执行施工的全过程。
在施工过程中,为了更便捷地使用设计的成果,在继承模型设计属性并应用的同时,补充施工过程信息,这需要一个载体,以实现如三维设计方案展示、三维化信息管理、虚拟建造、进度管理、工程建设成本控制、施工质量管理、施工工艺三维动态展示等功能。
该载体由施工单位自行开发,可以在设计成果上开发,也可以应用能够实现该功能的软件进行开发,该载体称为施工协同管理平台。
BIM施工阶段,利用施工协同管理平台,不仅能够导入设计的成果,而且可以实现施工过程中的管理功能,给模型补充施工过程中的质量管理等重要信息。
在设计成果中不具备的相关信息,如施工工艺、施工措施等,施工单位可以进行模型补充,导入协同管理平台中,展示项目的整体施工过程。
BIM施工阶段的主体是施工单位,其分工是载体的开发,即实现模型应用及补充、施工信息的传承、施工过程的展示。
该阶段主体不能进行主体模型的设计及建模,因为只有继承设计成果并应用设计成果,才能保证BIM模型全生命周期的传承。
施工单位可以进行施工模型的补充,使BIM应用更加丰富、施工过程更加直观,但其传承的信息仅为BIM模型所需的施工核心信息。
2.3BIM运维阶段
BIM运维阶段是对BIM成果的享用及拓展。
在运行管理阶段,继承了设计成果和施工成果信息的BIM模型将为运维阶段提供服务。
运行管理单位可以通过该模型充分、直观地掌握设计信息及施工信息,了解设计及施工的全过程,从而为提出合理的运行管理方案提供帮助。
运行管理单位在继承BIM模型的所有信息并应用的同时,承担着传承运行管理信息的补充责任。
在运维过程中,为实现三维数字化工程、三维数字化监控、设备维护和运行预警三维信息管理、三维仿真培训、三维可视化应急演练等管理功能和管理信息的传承,同样需要一个载体,该载体称为运维协同管理平台。
BIM运维阶段利用运维协同管理平台,不仅能够继承设计成果信息和施工成果信息,而且能够针对性增加运行管理功能,给模型补充运行管理过程中的重要信息,如在设计成果及施工成果中不具备的设备维护信息、更新信息、改造信息等,直至项目全生命周期结束。
BIM运维阶段的主体是运行管理单位,其分工是载体的开发,实现模型运维信息的传承。
该阶段主体更多的是补充BIM模型在运维阶段的信息,实现完整的建筑信息模型。
3建设单位在BIM应用过程中的掌控与导向研究
在水务项目建设过程中,建设单位处于主导地位,但在BIM应用过程的设计、施工、运维三阶段均未能体现,如果在分阶段的BIM应用中各司其职,将造成不同软件的BIM设计成果无法传承,不同平台的BIM施工应用无法统一继承,运维阶段则无法得到继承了设计成果和施工成果的BIM模型。
因此,在项目全生命周期中,建设单位对BIM应用过程的掌控与导向非常重要,BIM模型的传承顺序、模型信息的继承要求、BIM应用平台的统一等都将直接决定水务项目全生命周期建筑信息模型的形成。
3.1建设单位在BIM应用过程的导向分析
为实现BIM应用的协同化作业和全生命周期的数据继承,就要研究建设单位在应用全过程的导向问题。
如果建设单位拥有一个水务项目建筑信息模型管理平台(以下称为建设管理平台),该平台中的建筑信息模型继承了设计成果的数据信息、施工过程的数据信息,具备将承载了设计信息和施工信息的模型传承给运行管理单位,同时具备继承运行管理单位的运行管理信息的功能,那么该平台的BIM将是全生命周期的建筑信息模型。
以白龙港提标改造工程项目为例(图1),建设单位建立白龙港提标改造工程项目建设管理平台,该平台在具备相关建设管理所需功能的同时,具备继承设计信息、施工信息的功能,具备传承给运行管理单位,为建筑模型继承运维信息的功能。
该平台的建立和使用的过程是覆盖项目全生命周期的过程,它不但要求与设计、施工同步更新,同时还要求传承给运行管理单位后,能够与运维信息同步更新。
施工单位在取得设计模型后,研发施工协同管理平台(图2),要求该平台不论用什么软件开发,不论具备什么功能,必须满足建设管理平台接口要求,能够实现建设管理平台所需的数据信息同步更新。
该平台在实现设计模型和模型属性信息导入的同时,实现对建设管理平台的模型及信息的更新,实现建设、设计、施工模型信息的同步更新和传承。
在施工过程中,施工单位将根据施工管理要求,导入进度计划,实现模拟建
图1建设管理平台(截图)
图2施工协同管理平台(截图)
造、进度管理等功能,在系统同步更新的作用下,建设管理平台实现进度计划的同步更新,同步实现模拟建造、工程漫游、信息展示等功能。
设计单位在完成模型设计后,根据施工协同管理平台要求,在系统BIM设计软件上实现模型及数据信息的导出,同时提供给施工单位,实现设计模型和数据的同步。
不论设计单位采用什么软件进行BIM设计,都要求设计单位导出的数据信息模式是施工协同管理平台能够接受的模式。
在施工过程中,设计方案的变更将导致BIM模型的调整,设计单位应及时提供变更模型,并导出模型和数据信息,实现施工单位及时更新模型及信息。
项目建成后,建设单位给运行管理单位提供建设管理平台登录接口,将继承了设计信息和施工信息的BIM模型提供给运行管理单位使用(图3)。
运行管理单位根据运行管理要求,在系统使用过程中补充运维信息,直至项目全生命周期结束。
此时,如同数据信息传承模式(图4),建设管理平台中该项目的BIM模型继承了项目全生命周期中所有信息,形成了完整的建筑信息模型。
3.2建设单位在BIM应用过程中的通用性分析
建设单位建立统一的BIM应用管理平台,该平台不应该以项目为单位,而应该在项目建设管理系统中具有通用性,即在新项目建设过程中,只需修改标题,即可形成标准的建设管理平台,并在项目建设管理过程中形成可复制的系统。
建设管理平台的通用性功能实现并不难,难的是要有明确的系统功能,确立系统的开发模
图3运维协同管理平台(截图)块。
确定系统的功能及模块,即确定建设管理平台中需要收集的BIM模型信息,实现全生命周期的信息继承。
施工协同管理平台及运维协同管理平台的通用性功能实现,仅针对建设管理平台中所明确需要同步更新的BIM模型信息,实现同步更新,即可实现BIM应用的协同作业功能和全生命周期的建筑信息的继承功能。
但在施工协同管理平台中,应该鼓励和推广施工单位进行系统的个性化开发,这样有助于促进和推广BIM在行业中的应用,同时,在项目建设过程中,在BIM施工阶段将形成施工过程的个性化数据,这些个性化数据信息将不在BIM模型信息继承中体现,这种现象同样存在于BIM运维阶段。
因此,鉴于通用性和个性化的要求,建设管理平台在应用过程中应实现制度化,制度化确立采集的信息范围、明确信息继承的顺序,规范化确立数据同步更新的接口要求,实现通用性功能。
施工协同管理平台中的数据信息将分为通用信息和个性信息,要求确保通用信息同步更新,鼓励个性化信息的丰富和饱满。
当然,平台都应具备可扩展性,如建设管理平台可扩展建设流程管理、办公流程管理等模块,施工协同管理平台可扩展专项方案计算分析、专业技术交底、材料统计分析等模块,这些都将有助于推进BIM在系统中的应用。
3.3建设单位在BIM应用过程中的掌控性分析
为实现建设单位在BIM应用过程中的导向,实现系统的通用性成果,建设单位需掌控项目全生命周期中的相关要素,如BIM应用管理制度、平台信息同步接口管理制度、模型信息采集分类管理制度、系统分权限管理制度等,只有掌控BIM应用过程的相关要素,实施制度化的管理办法,才能保证系统应用的有效性和通用性。
图4数据信息传承模式
BIM应用管理制度是BIM应用的前提,通过制度明确各参建主体在各阶段执行过程中均应落实BIM应用。
设计单位在各设计阶段应实现BIM设计,同时提供完整的BIM设计模型;施工单位在开发协同管理平台中应满足通用性要求,并确保BIM模型在施工阶段的信息更新和完善;运行管理单位在运行管理过程中应充分应用BIM模型,并更新完善运行管理信息。
平台信息同步接口管理制度是实现BIM应用协同作业和信息继承的前提,通过明确接口要求,实现BIM模型信息数据的传承。
该要求明确设计单位在完成BIM设计后应向施工单位提供什么模式的模型数据表,以实现BIM施工的模型及信息导入;明确施工协同管理平台在开发过程中通用数据库的建立方式,以实现建设管理平台的信息读取,实现信息更新。
模型信息采集分类管理制度是实现全生命周期BIM模型信息继承的关键,即实现从设计单位采集完整的BIM模型设计属性信息,从施工单位采集BIM施工过程中的试验信息、质量信息、变更信息、验收信息、试运行信息等,从运行管理单位采集设备运行维护相关信息、设施更新或改造工程信息等。
系统权限管理制度是保证系统正常、有序使用的前提,明确系统管理员权限、信息更新录入管理权限、项目经理系统使用权限、分管领导系统使用权限等,明确查看者和使用者的不同权限,避免信息更新的混乱和信息数据的丢失。
4结语
本文通过了解BIM的概念及应用现状,分析了水务项目不同阶段的BIM应用重点及分工,提出了BIM应用管理平台的概念,通过建设单位的建设管理平台,实现BIM应用的协同作业和模型信息继承的功能。
经过调研,采用B/S系统构架、C#后台开发语言、Unity3D虚拟开发引擎、SQL数据库等,可以实现建设单位的建筑信息模型管理系统(建设管理平台)的开发;建设管理平台数据信息均由施工协同管理平台按照文档约定的标准数据操作方法进行上传管理,模型均由施工协同管理平台按约定的要求进行轻量化、模型优化和效果提升美化等工作后导入建设管理平台,进而实现建设管理平台和施工协同管理平台数据信息的同步更新。
设计单位使用Revit、Catia等三维设计软件完成BIM设计后,使用3DMax软件将模型以FBX格式导出;施工单位对三维设计模型进行模型优化处理后,导入施工协同管理平台;BIM设计信息可通过Revit、Catia等软件统一导出为IFC交换文件格式至协同平台数据库,其数据信息与三维设计模型将根据各构件的ID号自动关联,实现BIM设计的成果应用,继承设计信息。
设计单位如果进行设计信息更新,同样可以通过以上方式实现同步更新。
因此,通过开发建设管理平台,制定BIM应用的相关管理制度,能够实现项目全生命周期的信息继承,实现建设、设计、施工在BIM应用过程中的协同作业和数据同步更新。
建立通用的项目建设管理平台,不但能够促进BIM应用,提高管理水平,同时还能实现每一个水务项目全生命周期的数据信息继承,为企业建立完整的项目建设电子档案,为后期的项目建设提供参考和借鉴作用。
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收稿日期:
2020-03-10
作者简介:
黄时锋(1978—),男,博士研究生,高级工程师,研究方向:
水务项目建设管理。
白海梅(1970—),女,高级工程师,研究方向:
水务项目建设管理。
李梦甜(19S4—),女,助理工程师,研究方向:
水务项目建设管理。
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