龙明武:BIM技术助力提升工程项目总承包能力

2021-02-10 13:43:33         已有 25 人浏览

大型工程项目建设涉及建筑、信息、弱电、消防等多专业多系统的施工组织,采用工程项目总承包管理模式,可简化业主的管理对象,由“一对多”简化为“一对一”模式;通过工程总包管理的有效工作,可解决多专业在设计、施工、运维等各阶段的协同问题,大大缩短工程建设周期。本文结合昆船物流的经验,简要介绍了BIM技术在工程项目总承包管理中发挥的重要支撑作用。

作为国内物流行业知名系统集成和整体解决方案提供商,昆船物流正加快重大技术装备创新力度,突破关键核心技术,提升总集成总承包水平;支持设计、制造、施工等领域骨干企业整合资源、延伸联调;发展咨询设计、制造采购、施工安装、系统集成、运维管理等一揽子服务,提供整体解决方案。然而,要实现由整体解决方案提供商向具有总承包能力的大型综合性装备企业的转型,昆船物流必须具有重大工程项目总承包能力,特别是重要的技术平台作为支撑,其中建筑信息模型(Building Information Modeling,简称“BIM”)技术就是提升总承包能力的一项关键技术。

一、工程项目总承包

“工程项目总承包”是指项目业主为实现项目目标而采取的一种承发包方式,即从事工程项目建设的单位受业主委托,按照合同约定,对从决策、设计到试运行的建设项目实行全过程或若干阶段的承包。

工程总承包是国内外建设活动中多有使用的发承包方式,有利于理清工程建设中业主与承包商、勘察设计与业主、总包与分包、执法机构与市场主体之间的各种复杂关系。比如,在工程总承包条件下,业主选定总承包商后,勘察、设计以及采购、工程分包等环节直接由总承包商确定分包,从而业主不必再实行平行发包,避免了发包主体主次不分的混乱状态,也避免了执法机构过去在一个工程中要对多个市场主体实施监管的复杂关系。

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图1 昆明长水机场

2009年昆船物流虽然在昆明新机场建设工程中(如图1)承担了信息弱电总承包工程,积累了丰富经验,但由于当时BIM应用面不广,总承包中并没有使用BIM技术和相关软件平台进行管理。因此,存在管理缺乏有效技术平台,在可视性、计划性、追溯性、协调性等方面有所欠缺,并且存在变更难、资料管理难、技术交底难等问题。

目前BIM技术广泛应用于建筑行业,应用于工程项目的设计、施工和运维等阶段,从原理和本质上讲,BIM技术同样也适用于物流和其它行业。可以推断,在今后的各行业发展过程中,BIM技术将得到广泛推广使用。

以下是昆船物流在昆明长水机场信息总包管理的业主、监理、施工以及专业承包等“四位一体”的总承包管理模型(如图2)。对信息总承包各子系统进行一对一管理,形成“业主—监理—总包—专业承包”的“四轮子行驶”的工程建设模式。

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图2 “四位一体”的总承包管理模型

二、BIM技术及其发展

1.BIM实现工程设计领域的“第二次革命”

CAD技术将建筑师、工程师等从手工绘图推向计算机辅助制图,实现了工程设计领域的第一次信息革命。但是,此信息技术对产业链的支撑作用是断点的,各个领域和环节之间没有关联,从整个产业整体来看,信息化的综合应用明显不足。BIM是一种技术、一种方法、一种过程,既包括建筑物全生命周期的信息模型,又包括建筑工程管理行为的模型,并将两者进行完美结合来实现集成管理,它的出现将可能引发整个领域的第二次革命。如图3。

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图3 BIM实现工程设计领域的“第二次革命”

2.BIM技术实现数字孪生,助推“三元世界共同发展”

在BIM技术作为数字化载体的推动下,数字世界逐步成为新一级,意识世界、数字世界、物理世界等三元世界相互交融、相互作用、融合发展,并产生新的演化。

在三元世界中,人脑是意识世界的核心,电脑是数字世界的核心。通过BIM技术进行数字建模,实现物体的“数字孪生”,BIM是作为连接建筑物体和数字虚体之间的技术纽带和基础,从而实现数字施工、智慧工地。

3.实现工程项目的数字化协同管理

实现工程项目的数字化管理,要从以下四个方面着手,即物体实体的数字化、要素对象的数字化、作业过程的数字化、管理决策的数字化。

建筑实体的数字化是项目数字化的基础,核心是多专业实体的模型化,通过“BIM+”打造项目数字模型;通过BIM技术实现人、机、料、阀、环要素对象的数字化;通过“PM+”打造作业过程的数字化;通过对项目建筑实体、作业过程、生产要素的数字化,形成工程项目的数据中心,基于数据共享、可视化的协作到来,项目作业方式和项目管理方式的变革,提升项目参与方的协同和效率。

4.BIM技术应用呈现出与其它数字化技术集成应用的趋势

BIM技术的起点和核心是BIM模型,该模型也为其他数字化技术应用提供必要的基础数据。BIM模型不仅提供构建的几何尺寸,而且提供属性信息。比如所用材料、加工方法、加工精度等。在进行数字加工时,就可以直接、充分地利用这些信息进行。BIM将与GIS、云计算、3D打印、项目管理、数字化加工、物联网、虚拟现实等技术集成应用。

5.BIM向总承包、业主、监理和专业承包商等提供协同的共同基础

BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过参数模型整合各种项目的相关信息,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。

随着BIM技术的出现,有效解决了信息在项目传递过程中出现的一系列问题。BIM在设计、施工、造价、项目管理及运营维护等不同阶段,相对于传统的建筑管理都有不俗表现,可支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其整个过程中显著提高效率、大量减少风险,已成为建筑业管理方式变革、行业生产力提升的重要手段。因此,加快推广BIM技术和基于网络的协同应用技术,改进传统生产与管理模式,提升企业生产效率和管理水平,是未来的重点任务,如图4。

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图4 BIM技术可有效解决信息在项目传递过程中出现的一系列问题

二、BIM技术助力总承包能力的提升

协调管理工作是总承包的重点内容,无论是施工单位,还是业主及设计单位,都在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到问题,就要将相关人士组织起来开协调会,找各施工问题发生的原因和解决办法,然后出变更,做相应补救措施,进而解决问题。

在设计时,往往由于各专业设计师之间的沟通不到位,出现各种专业之间的碰撞问题,而BIM的协调性服务就可以帮助处理这些问题,也就是说BIM可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,并生成协调数据,因此可为总承包提供精细化管理的技术依据。

作为一个项目的总承包,管理的最大误区在于只是尽力给各个分包提供作业面,而没有真正管控他们在施工过程中遇到的技术问题,以及整个工程相关的节点问题。针对一个大型项目而言,很难100%全面考虑到各个专业穿插、节点的质量与进度。业主所有专业穿插、节点的质量与进度的管理,都是交给总承包商,解决这个难点恰恰是BIM最擅长之处。

目前国内已有几家优秀的软件企业,在开发工具平台的基础上,经过多年积累,形成了总承包管理的协同支撑平台,比如广联达BIM5D在以下几个方面都有软件管理模块支撑,形成了数字建筑服务平台提供商,实现BIM5D助力施工精细化升级管理。广联达也成为全球建筑业信息化领域的世界级企业。数字建筑平台包括:深化设计及模型集成应用、BIM技术管理应用、BIM生产管理应用、BIM质量管理应用、BIM安全管理应用、BIM商务管理应用、数据集成及竣工交付应用、BIM5D数据决策平台等。

以下是BIM在总包设计、施工和运维等方面的重要支撑,只要具备了这些能力,总承包商就能做到得心应手,按质按时完成重大工程项目,如图5。

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图5 广联达BIM5D具有多个软件管理模块支撑

1.设计阶段

(1)BIM助力设计师把主要工作放到方案和设计阶段,实现设计工作重心前移,统一总包下各专业分包的标准;实现“一张蓝图绘到底,一张蓝图干到底,一张蓝图管到底”,所见即所得。

(2)在方案设计时,使用BIM技术除了能进行造型、体量和空间分析外,还可以同时进行能耗分析和建造成本分析等,使得初期方案决策更具有科学性。建筑、结构、机电各专业建立BIM模型,利用模型信息进行能耗、结构、声学、热工、日照等分析,进行各种干涉检查和规范检查,以及进行工程量统计。

(3)容易实现设计协同,设计有十多个甚至几十个专业需要协调设计,包括设计计划、互提资料、校对审核、版本控制等,各种平面、立面、剖面图纸和统计报表都从BIM模型中得到。如图6。

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图6 通过BIM模型使设计协同更易实现

2.施工阶段

基于BIM的施工管理集成应用平台,旨在利用BIM技术的可视化、参数化、集成化、模拟化、可优化和可出图性等技术特性,开展BIM技术在建筑和其它施工领域应用的研究,形成一系列技术方法、数据标准、技术规范。同时,结合物联网技术、移动互联网技术、云计算、大数据等先进技术手段,建设一个多方协同的现场施工管理系统。

(1)实现碰撞检查,减少返工。利用BIM的三维技术,在前期进行碰撞检查,直观解决空间关系冲突,优化工程设计,减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工,而且优化净空,优化管线排布方案。最后,施工人员可以利用碰撞优化后的方案,进行施工交底和施工模拟,提高施工质量,同时也提高与业主沟通的能力。

(2)实现模拟施工,有效协同。三维可视化功能再加上时间维度,可以进行进度模拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比,同时进行有效协同,项目参建方都能对工程项目的各种问题和情况了如指掌,从而减少建筑质量问题、安全问题,减少返工和整改。利用BIM技术进行协同,可更加高效地进行信息交互,加快反馈和决策后传达的周转效率。

(3)知识管理,保存信息模拟过程,可以获取施工中不易被积累的知识和技能,使之变为施工单位长期积累的知识库内容。

3.运维阶段

(1)设施管理。主要包括设施的装修、空间规划和维护操作。BIM技术的特点是,能够提供关于建筑项目的协调一致、可计算的信息,该信息非常值得共享和重复使用,业主和运营商借此可降低由于缺乏互操作性而导致的成本损失。此外,还可对重要设备进行远程控制。

(2)隐蔽工程管理。在建筑设计阶段,会有一些隐蔽的管线信息是不被施工单位所关注的,或者说这些资料信息可能在某个角落里,只有少数人知道。特别是随着建筑物使用年限增加,人员更换频繁,这些安全隐患日益突出出来,有时直接导致悲剧酿成。基于BIM技术的运维,可以管理复杂的地下管网,如污水管、排水管、网线、电线以及相关管井,并且可以在图上直接获得相对位置关系。当改建或二次装修的时,可以避开现有管网位置,便于管网维修、更换设备和定位。内部相关人员可以共享这些电子信息,有变化可随时调整,保证信息的完整性和准确性。

(3)应急管理。基于BIM技术的管理不会有任何盲区。公共建筑、大型建筑和高层建筑等作为人流聚集区域,突发事件的响应能力非常重要。传统的突发事件处理仅仅关注响应和救援,而通过BIM技术的运维管理对突发事件管理,则包括预防、警报和处理。一旦发生应急情况,如果处理不及时,将酿成灾难性事故,而通过BIM系统,我们可以迅速定位设施设备的位置,避免在浩如烟海的图纸中寻找信息。

(4)节能减排管理。通过BIM结合物联网技术的应用,使得日常能源管理监控变得更加方便。通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表,可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能,并具有较强的扩展性。系统还可以实现室内温湿度的远程监测,分析房间内的实时温湿度变化,配合节能运行管理。在管理系统中可以及时收集所有能源信息,并且通过开发的能源管理功能模块,对能源消耗情况进行自动统计分析,比如各区域、各户主的每日用电量,每周用电量等,并对异常能源使用情况进行警告或者标识。

文|昆船智能技术股份有限公司

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