雷靜 于長虹 楊曉娟

摘要：BIM與GIS、RFID等技術(shù)相融合以實現(xiàn)工程項目增值，正在逐步成為智慧園區(qū)建設(shè)的新趨勢。本文以時下熱點技術(shù)BIM及其他相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，介紹其在智慧園區(qū)全生命周期平臺系統(tǒng)中的應(yīng)用。所搭建的系統(tǒng)框架依次為用戶層、應(yīng)用層、平臺層、數(shù)據(jù)層和設(shè)施層共5層，涉及規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和招商運營，貫穿智慧園區(qū)建設(shè)運營全生命周期。充分利用BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、參數(shù)共享和數(shù)據(jù)集成等優(yōu)勢，有助于提高智慧園區(qū)工程建設(shè)效率，進(jìn)而為打造智慧園區(qū)全流程管理提供保障。

關(guān)鍵詞：BIM；智慧園區(qū)；全生命周期

1 引言

近年來，在國家政策的大力扶持下，各地園區(qū)積極開展轉(zhuǎn)型升級，園區(qū)智慧化建設(shè)如火如荼。然而在實際建設(shè)管理中，仍面臨著信息化水平不高，管理效率提升緩慢等難題。難題如何破解，如何提高園區(qū)管理水平和運行效率，真正走向智慧化，已經(jīng)成為園區(qū)經(jīng)營者亟須解決的問題。

本文立足智慧園區(qū)全生命周期，提出基于BIM的整體框架。旨在以BIM、GIS和RFID等為技術(shù)手段，以滿足智慧園區(qū)全生命周期的管理需求為目的，通過管理創(chuàng)新及技術(shù)創(chuàng)新方法對園區(qū)全生命周期進(jìn)行可視化、參數(shù)化的現(xiàn)場管理。

2 相關(guān)重要理論研究

2.1 BIM

BIM，英文全稱Building Information Modeling，即建筑信息模型。20世紀(jì)70年代，由Charles M. Eastman教授提出，Charles M. Eastman也因此被稱為“BIM之父”[1]。BIM的優(yōu)勢在于基于三維立體數(shù)字設(shè)計及工程軟件，可以構(gòu)建“可視化”的數(shù)字建筑模型，為各參與方——設(shè)計院、施工方、運營商及最終用戶等提供“模擬和分析”的綜合管理平臺，有利于促進(jìn)其利用三維數(shù)字模型對項目進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)及招商運營管理[2]。其中，Autodesk公司的Revit軟件是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一。BIM不單是一種技術(shù)，更是一種理念，是信息化在建筑行業(yè)應(yīng)用的新工作模式。

2.2 BIM與GIS

GIS（地理信息系統(tǒng)）通過對城市地形、建筑物等大量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，記錄建筑物的全生命周期，提高原有建筑物的管理效率，為城市提供實時數(shù)據(jù)查詢和應(yīng)用分析等功能[3]。GIS可以服務(wù)于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、管理和運營各階段，并輔助實現(xiàn)建筑物全生命周期管理。在眾多技術(shù)中，BIM與GIS是聯(lián)系最為緊密的。把微觀領(lǐng)域的BIM技術(shù)與宏觀領(lǐng)域的GIS技術(shù)進(jìn)行相互融合，更好地利用其數(shù)據(jù)整合、數(shù)量分析和空間管理功能，為未來智慧城市的發(fā)展提供了新的方向[4]。

2.3 BIM與RFID

RFID，即無線射頻識別技術(shù)，借助無線電信號識別特定目標(biāo)，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，大量應(yīng)用于工程項目的物流管理和進(jìn)度管理方面[5]。與BIM相結(jié)合，實時跟蹤構(gòu)件或設(shè)備使用情況，如通過BIM提取物資需求計劃，與現(xiàn)場物資消耗量進(jìn)行對比，可以讓采購更精準(zhǔn)，緩解施工現(xiàn)場的庫存積壓難題。

2.4 BIM與智慧園區(qū)

智慧園區(qū)是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建以園區(qū)安保、設(shè)施、交通、能源和環(huán)境為核心的綜合管理指揮平臺，實現(xiàn)集綜合集成管理、安保消防管理、應(yīng)急事件管理、園區(qū)能效協(xié)同和園區(qū)環(huán)境監(jiān)測為一體的操作環(huán)境[6]。借助信息化技術(shù)可以高效利用園區(qū)各種數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)及未來數(shù)據(jù)，帶動園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、綜合管理運營和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的全面提升[6]。智慧園區(qū)是智慧城市的縮影，借助BIM技術(shù)有利于推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)向新型智慧園區(qū)轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步邁向“以人為核心，以產(chǎn)興城、以城促產(chǎn)、產(chǎn)城相容”的發(fā)展目標(biāo)。

3 BIM技術(shù)在智慧園區(qū)全生命周期中的應(yīng)用

為實現(xiàn)BIM技術(shù)對智慧園區(qū)生命周期全流程管理的設(shè)計要求，結(jié)合其規(guī)劃、建設(shè)、管理的實際需求，本文所搭建的系統(tǒng)框架依次為用戶層、應(yīng)用層、平臺層、數(shù)據(jù)層和設(shè)施層共5層，具體如圖1所示。

3.1 BIM技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

3.1.1 三維設(shè)計及出圖

BIM技術(shù)是由眾多軟件實現(xiàn)的，在設(shè)計建模階段，因Revit兼容性高，應(yīng)用較為廣泛。建模時，可以對項目中的構(gòu)件賦予相關(guān)信息，如梁、柱和板混凝土的強(qiáng)度，墻體材質(zhì)顏色，通風(fēng)系統(tǒng)位置，室內(nèi)外裝修信息等，并可以直觀地向業(yè)主、造價咨詢單位展示項目的整體三維設(shè)計效果。在BIM中，可以對設(shè)計圖樣進(jìn)行剖切，方便地獲取所需方位的平面圖、剖面圖和立面圖。

3.1.2 設(shè)計審核

設(shè)計審核階段常用的BIM碰撞測試，能夠加強(qiáng)各專業(yè)間的協(xié)調(diào)一致性。例如進(jìn)行管道工程項目中不同專業(yè)（結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水和電氣架橋等）空間上的沖突檢查，管道間隙、節(jié)點的監(jiān)測等。BIM能夠自動生成檢測報告，為設(shè)計方有針對性地解決問題提供思路，反復(fù)修正后，可以有效避免設(shè)計缺陷的產(chǎn)生。在得到業(yè)主方認(rèn)可后，可以以此為施工依據(jù)，BIM技術(shù)可以大幅減少設(shè)計變更，施工返工，避免成本的浪費。

3.1.3 可視化漫游展示

對比于傳統(tǒng)CAD圖樣，BIM的顯著優(yōu)勢是可以更立體更直觀地向參建各方展示最終效果，不單是建筑外形，更可以有效展示建筑內(nèi)部。通常用BIM設(shè)計模型導(dǎo)出DAE，而后導(dǎo)入Lumion進(jìn)行設(shè)計渲染，可以進(jìn)行更豐富更直觀的全景漫游展示。

3.1.4 工程量統(tǒng)計

在BIM三維建模設(shè)計中，可以很直觀地計算構(gòu)建數(shù)量，了解構(gòu)建參數(shù)，可以為施工方提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考，同時也可以為工程造價單位提供算量基礎(chǔ)。

3.2 BIM技術(shù)在施工建設(shè)中的應(yīng)用

3.2.1基于BIM技術(shù)的施工動態(tài)模擬

施工動態(tài)模擬過程中，BIM可以將Project（施工計劃書）、Revit（三維模型）與Navisworks（施工動態(tài)模擬軟件）加以時間（時間節(jié)點）、空間（運動軌跡）及構(gòu)件屬性信息（材料費、人工費等）相融合。對比不同的施工方案，并進(jìn)行優(yōu)化，可以直觀、準(zhǔn)確地反映施工進(jìn)度，提高對施工進(jìn)度的把控。

3.2.2 BIM在施工質(zhì)量管控中的應(yīng)用

施工質(zhì)量管控在工程項目中占有舉足輕重的地位，包括對施工方案及施工資源配置等方面的事前預(yù)控、事中控制以及事后處理，貫穿了項目施工建設(shè)的始終。事前控制：將施工現(xiàn)場的平面布局、進(jìn)度計劃、材料周轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)信息都事先在計算機(jī)中進(jìn)行預(yù)演，提前找出潛在的質(zhì)量風(fēng)險。而后進(jìn)行整改，再反饋到模型中，反復(fù)多次，可有效規(guī)避質(zhì)量問題。BIM的事中控制與事前控制類似。事后控制：充分利用BIM的問題點標(biāo)注功能，對每次問題原因進(jìn)行分類匯總，為后期類似問題提供預(yù)判經(jīng)驗和處理經(jīng)驗。

3.2.3 BIM在施工進(jìn)度控制中的應(yīng)用

BIM的進(jìn)度控制是在Revit中創(chuàng)建進(jìn)度管理模型，再轉(zhuǎn)換到Navisworks，使用工作包劃分功能，使得構(gòu)件與相應(yīng)的WBS對應(yīng)，有效反映真實的工程進(jìn)度，形成4D-BIM模型。采用進(jìn)度模擬有助于提前發(fā)現(xiàn)工程進(jìn)度的空間沖突問題；發(fā)現(xiàn)是否可進(jìn)一步優(yōu)化工期，有助于縮短工期減少成本，充分體現(xiàn)BIM的經(jīng)濟(jì)價值。

3.2.4 BIM在施工安全控制中的應(yīng)用

如今人們防災(zāi)減災(zāi)意識不斷提高，而面對多發(fā)的建筑安全事故，結(jié)構(gòu)檢測研究已成為國內(nèi)外建筑領(lǐng)域重點關(guān)注的課題之一。施工作業(yè)中，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)因高風(fēng)險是重點關(guān)注對象，需要實時掌握其受力及運行狀態(tài)，通過BIM三維動態(tài)監(jiān)測，實時監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài)是否處于安全控制范圍內(nèi)，為安全施工提供切實保障。

3.3 BIM技術(shù)在招商運營中的應(yīng)用

招商運維階段作為智慧園區(qū)全生命周期中時間最長的階段，在園區(qū)的維護(hù)管理過程中，不僅會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，涉及園區(qū)安全、空間、環(huán)境、能耗和設(shè)備維護(hù)等許多方面，對比于設(shè)計階段和施工階段，管理難度更大。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展為園區(qū)建設(shè)帶來信息化的變革，在設(shè)計與施工階段已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用研究，在設(shè)計可視化、進(jìn)度控制、施工安全等多方面全方位提升了過程管理。而在運維階段則處于起步發(fā)展階段，面對園區(qū)運維的周期長、情況復(fù)雜的現(xiàn)狀，通過BIM的系統(tǒng)集成，融合物聯(lián)網(wǎng)的定位、感知和識別等相關(guān)技術(shù)，使得應(yīng)用BIM覆蓋智慧園區(qū)全生命期的管理變成現(xiàn)實。本文所設(shè)計的具體功能如圖2所示。

4 BIM技術(shù)在全生命周期中的SWOT分析

BIM技術(shù)的使用極大地解決了園區(qū)工程建設(shè)領(lǐng)域信息不暢的瓶頸問題，不僅有助于緩解各參建方應(yīng)用傳統(tǒng)的紙質(zhì)媒介傳遞信息產(chǎn)生的信息斷層，也能解決應(yīng)用系統(tǒng)彼此間信息孤島的問題。同時，在智慧園區(qū)建設(shè)管理的各個階段均能發(fā)揮改善和促進(jìn)作用，為園區(qū)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。本文，我們運用SWOT（優(yōu)勢分析、劣勢分析、機(jī)會分析和威脅分析）的方法進(jìn)行總結(jié)分析。

4.1 基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢分析（S）

BIM技術(shù)可以將規(guī)劃設(shè)計階段到招商運維階段的信息集合起來，同時根據(jù)其可視化、參數(shù)化的特性，直觀地進(jìn)行展示，并支持隨時更改。特別是在園區(qū)招商運營階段，面對復(fù)雜繁多且需要不斷更新的數(shù)據(jù)，借助BIM技術(shù)可以使其更加簡單有效，節(jié)約運維成本。

4.2 基于BIM技術(shù)的劣勢分析（W）

如今BIM技術(shù)在規(guī)劃設(shè)計和開發(fā)建設(shè)中應(yīng)用較多，在招商運營中的應(yīng)用處于起步階段，暫未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時新技術(shù)的發(fā)展需要前期大量的資金投入，比如設(shè)備更新、軟件上線和人員培訓(xùn)等，使得很多中小企業(yè)望而卻步。實現(xiàn)我國BIM軟件的完全產(chǎn)業(yè)化、本土化還有一定距離。

4.3 基于BIM技術(shù)的機(jī)會分析（O）

21世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，極大地帶動各行各業(yè)向信息化、智能化轉(zhuǎn)變，行業(yè)迭代升級已然進(jìn)入加速期，然而產(chǎn)業(yè)園區(qū)的智能化應(yīng)用還處于落后、不足的地位。與此同時，國際上BIM技術(shù)的成熟發(fā)展應(yīng)用也將引領(lǐng)我國BIM技術(shù)的發(fā)展和完善，鑒于我國園區(qū)建設(shè)產(chǎn)業(yè)巨大，BIM技術(shù)必然具有廣闊的市場前景。

4.4 基于BIM技術(shù)的威脅分析（T）

BIM軟件的使用需要更長的適應(yīng)過程，其對硬件配置的要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二維設(shè)計，并且更適合于單體建筑。對于并未做到設(shè)計施工一體化的項目，施工BIM圖樣還需在設(shè)計二維圖樣上進(jìn)行建模深化，過程中發(fā)現(xiàn)的不合理設(shè)計，必須先向設(shè)計院進(jìn)行反饋，待其確認(rèn)后才能修改變動，整個審核流程非常煩瑣耗時。施工建設(shè)中，各參建單位間傳統(tǒng)的工作方式一時難以改變，以及對新技術(shù)的排斥性等，不按BIM出圖施工，會造成返工及進(jìn)度緩慢等問題。

5 結(jié)語

智慧園區(qū)是智慧城市建設(shè)的重要組成部分之一，高規(guī)格建設(shè)需要融合各種技術(shù)，毫無疑問是一項復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。隨著“新基建”的推進(jìn)，作為“新基建”的重要載體和表現(xiàn)形式的智慧園區(qū)勢必迎來高質(zhì)量發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級，為園區(qū)各參與方帶來更多智慧化服務(wù)。本文所構(gòu)建的智慧園區(qū)全生命周期平臺，以BIM為基礎(chǔ)，融合各種新一代信息技術(shù)，將高新技術(shù)應(yīng)用到園區(qū)規(guī)劃、建設(shè)和運營等各個方面，為園區(qū)企業(yè)提供高效、便捷且安全的入駐環(huán)境和公共服務(wù)，打造優(yōu)良的創(chuàng)新、發(fā)展環(huán)境。

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