基于BIM的建设工程全生命周期管理智慧平台建设与应用

原创 申报单位提供 中国智慧城市大会 2024-04-24 18:10 北京

基于BIM的建设工程全生命周期管理智慧平台建设与应用
湖北建科国际工程有限公司
邬毛志 孟成 李佳

一、建设背景

建设工程是为人类生活、生产提供物质技术基础的各类建筑物和工程设施的统称，是人类有组织、有目的、大规模的经济活动，与国家经济的发展、人民生活的改善有着密切的关系。建设工程包括投资决策、勘察设计、施工生产、竣工验收、运营管理等阶段，在实际的工程建设中，往往面临着投资、设计、施工、运营等环节管理割裂，数据标准不统一，数据有效性和交互度低，数据可视化表达能力不足，数据的信息化、信息的知识化深度不够等问题，对工程建设的效率、质量和项目管理的科学性造成了一定的影响。

习近平总书记在党的二十大报告中提出要“提高城市规划、建设、治理水平”的重要要求。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，要“迎接数字时代，加快数字经济、数字社会、数字政府建设，以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革”。住房和城乡建设部等9部门发布的《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》（2020年9月）提出，要“通过新一代信息技术驱动，以工程全寿命期系统化集成设计、精益化生产施工为主要手段，整合工程全产业链、价值链和创新链，实现工程建设高效益、高质量、低消耗、低排放。加快推进BIM技术在新型建筑工业化全寿命期的一体化集成应用”的要求。

在工程建设中存在问题：

（1）缺乏统一的数据框架体系和数据标准

建设工程细分种类多、响范围大，在建设前期需要对工程范围内地质、水文、环境、基础设施等相关现状进行摸底和调查。在实际工程建设和管理中，缺乏一套统一的数据框架体系和生产标准，不利于数据的规范生产、协同共享和科学使用。

（2）缺少全信息交互和数据协同应用的机制

工程项目建设各环节数据对于工程的顺利实施有着重要的支撑作用。但由于建设工程各环节建设主体、目标、时序不同，又缺乏科学、高效的数据协同应用机制，导致了各环节数据的质量和标准不一，面临着同一数据多次生产，且输出的成果数据不能完全满足其他阶段要求的情况，降低了数据使用的效率，造成了人力、时间和成本的浪费。

（3）面向真实场景的分析、模拟和仿真能力不足

工程建设对所在区域的生态安全、地质环境变化、居民生活出行以及公共卫生等都可能产生一定影响，需要在工程项目咨询投资、规划设计和施工建设等阶段开展面向真实场景的科学的分析和预判，为项目设计方案比选、风险预判预警、影响有效控制提供科学支撑。

（4）面向项目建设全周期管理的一体化平台

项目建设全周期各项数据管理分散、共享困难，设计方案复用性低，协同工作和决策支撑能力不足。因此，亟需建立一套以数据为核心，以数字孪生、人工智能、BIM等技术为支撑，面向协同设计、信息物理融合的项目建设全周期管理的一体化信息平台，提升项目建设、运营管理的能力和水平。

二、建设内容

本项目拟将BIM数据作为核心生产要素和关键载体，基于对统一的BIM数据进行分析和复用，构建以数据为驱动的数字化工程建设业务模式。依托BIM技术，建立与建设工程各阶段需求高度匹配的建设工程智慧管理平台，实现工程项目建设的数据可视化、工作协同化、分析智慧化和管理智能化。通过本项目，对推进智能建造、提升“中国建造”核心竞争力，提高生产效率和工程质量，解决大规模制造与建筑施工、部品生产与建筑技术脱节等问题，实现智能建造与建筑工业化的跨越式发展有着重要的理论价值和现实意义，也为推进新型智慧城市建设提供支撑和参考。

1.建立建设工程部件级建模标准

面向工程项目局部关键场景或重要基础设施，包括建筑、道路、园林等重要对象精细化三维模型需求，研究部件级的三维模型构建方法。结合多源数据配准和联合建模等技术，实现三维建筑物单体模型的精细构建、纹理优化以及细节重建，通过设计数据和矢量数据辅助的方法，实现参数化设施模型的自动化重建，精细还原三维对象的原始几何结构特征。

2.建立泛空间数据的快速动态融合技术

研究基于管理单元、建筑物、构筑物、标准地址、坐标等多源数据精确融合技术，建立属性数据到空间数据的映射逻辑，设计多源数据融合的数据结构和规范框架，研发基于空间地理引擎的多源数据快速动态融合技术。

3.搭建海量数据快速存储与可视化云平台

在实际应用中，BIM 、倾斜摄影模型、三维模型等多类型空间数据往往需要叠加展示，导致场景中产生大量数据遮挡，影响使用效率。为实现地质、环境、交通、人口、经济、工程项目BIM模型等专题数据的多层次分析，建立海量大数据快速存储查询系统，优化计算性能，保证数据实时可视化展示。

4.基于数字孪生的典型示范应用

梳理面向建设工程投资决策、勘察设计、施工建设、运营管理全周期的数智化需求，分析其数字化、信息化、智能化和智慧化方面的核心关键问题，开展面向真实场景典型示范应用建设，推进数字化技术在建设工程领域深度应用，为建设工程高质量发展提供支撑。

三、创新应用

作为行业领先的数智化建造企业，湖北建科国际工程有限公司构建了“1+2+N”的数字化平台架构体系，即构建1个统一的数字孪生基础平台框架，以全过程工程咨询和工程总承包信息管理平台2个工程项目管理平台为支撑，围绕相关业务建立N个专题业务系统。

1.搭建“1”个面向建设工程全周期数字建造平台

平台框架如图1所示，平台首界面如图2所示。

图1 数字建造平台架构图

图2 数字建造平台

主要包括以下功能模块：

（1）工程建设全流程的数据框架体系和数据资源目录

（2）工程建设全周期多场景的智慧分析模型框架

（3）基于数字孪生的复杂场景的仿真模拟功能

（4）可编排的二三维空间统计和分析计算功能

（5）复杂场景的三维可视化展示

2.建立了“2”个工程项目管理平台

2.1全过程工程咨询信息管理平台

全过程工程咨询信息管理平台框架如图3。

图3全过程工程咨询信息管理平台架构图

主要包括以下内容：

（1）云资源层：提供平台运行的信息基础设施，包括存储资源、资源资源、网络资源、安全资源和数据资源。

（2）数据资源层：提供平台运行的数据基础，包括基础地理、勘察数据、施工图、项目资料、设计图件、材料设备数据，以及辅助项目运营、与项目深度相关的人口、社会经济、生态环境数据等。

（3）平台层：直接支撑项目管理的数字化产品，包括桌面端、移动端、驾驶舱等。

（4）服务层：所服务的用户和对象，包括政府部门、业主单位、咨询单位、施工单位和其他相关单位。

2.2设计施工一体化平台

设计施工一体化平台框架如图4所示。

图4设计施工一体化平台架构图

以BIM模型驱动，采用“BIM+装配式+EPC”的模式，实现以数据为核心，协同设计为手段，“一图到底”管理为目标的多场景应用支撑体系。

（1）数据资源云：模型数据、合同数据、人员数据、材料数据等；

（2）协同设计：建筑、结构、电气、给排水、暖通等专业设计协同；

（3）项目管理：项目一体化管理平台、智能建造平台；

（4）运营维护：智慧工地、智慧展厅、驾驶舱、移动端（小程序、APP）等。

2.3“N”个业务应用支撑

（1）市政工程全周期管理信息平台

项目地点：宜昌市夷陵区晨光路，起点接罗河路，终点至鄢南路，全长约2.5km。

项目概况：项目建设工程测量、勘察、设计、全过程咨询服务。受限于三维地理模型构建复杂，道路设计和模型制作标准高、涉及模型类型种类较多与分析和模拟需求强等情况，综合应用BIM、GIS、数字孪生等技术，通过项目全周期管理信息平台，支撑项目全过程咨询，服务项目全周期管理。如图5所示。

图5市政工程全周期管理信息平台

协同平台是开展协同设计、承载设计成果、实施分析模拟的工作平台。本项目协同平台包括设计协同、项目管理和数字孪生三个层面。

设计协同主要是通过协同平台开展BIM设计，包括不同专业和不同环节的协同设计，在设计阶段，进行路线设计，对道路、综合管廊、隧道以及地下管网进行参数化建模，基于设计模型生成多种VR场景。在施工阶段，对预应力钢束及钢筋复杂的结构进行钢筋建模，对管线进行碰撞检测，提前发现碰撞的构件，提升了设计和施工质量，减少不必要的返工。

项目管理主要实现基于建设工程全生命周期，依托物联网、互联网，建立云端数据管理平台，形成“端+云+大数据”的业务体系和项目管理模式，实现项目协同生产、安全高效管控。

数字孪生主要通过深化设计成果制作的全景模型，通过智慧工地设备，对全景模型进行展示。同时通过智慧分析模拟模块，基于模型开展面向场景的智慧化决策应用。

（2）新能源数字孪生平台

项目地点：湖北恩施土家族苗族自治州来凤县大河镇、革勒车镇，场址位于来凤县与咸丰县交界的高山区域，地理位置介于北纬29°29’~29°38’、东经119°2’~119°15’之间，中心位置距来凤县城约27km，海拔高度约900m～1600m，东西跨度约21公里，南北跨度约16公里。

项目概况：项目场址区地貌为高山，地势起伏较大，周边有G242国道沿场区东北侧经过，场区内山脚下分布有较多村庄，通村公路较多。项目规划安装40台单机容量为5MW的风电机组，总装机容量为200MW。项目包括风能资源分析与评估、工程地质、机组选型布置及风电场发电量估算、土建工程设计、施工组织设计、环境保护与水土保持设计、劳动安全与工业卫生、工程管理设计、节能降耗分析、造价与经济评价等工作，通过BIM、GIS和数字孪生等技术，能够有效支撑项目的规划设计、数据展示、环境分析、生产管理、运维管理等工作。

平台功能界面如图5、图6、图7所示。

图5平台首页

图6生产管理

图7运维管理

（3）智慧工地管理平台

项目地点：武汉市武昌区临江大道与新生路交汇处。

工程概况：项目建筑设计±0.000=26.800m.基坑周边现状地面标高25.800~26.200m。地下室底板面标高—13.50m ,北侧塔楼区域底板面标高-15.45m ,外墙下承台(基础）高度为1.00~1.90m ,北侧塔楼基础高度3.20m 。周边开挖深度为13.60~17.95m。基坑周长约627m ,面积约19922.5m2。

基坑安全自动化监测预警系统以物联网为基础，结构安全自动化监测为依托，利用云计算技术实现基坑健康状态实时监测。将基坑自动化监测与物联网、云计算、互联网等技术结合，建立一套智能化的基坑动态监测系统。系统主要面向建筑、桥梁、市政、轨道交通等深基坑领域应用，具有先进的数据采集、智能化数据处理、多元化项目管理能力，能够有效降低现场作业人员、项目管理人员作业强度、及时了解项目健康动态，为生产决策提供及时可靠的项目信息，为项目顺利实施保驾护航。

数字建造平台界面如图8、图9所示。

图8智慧工地监测平台

图9视频监控模块

四、推广价值

采用信息化的思路，通过计算机、数据库、地理信息等信息技术，建立统一的数据框架、标准体系和应用模式，搭建统一的数据库和信息管理平台，实现建设工程全周期的实时、动态和科学管理。

通过案例建设，推进了项目建设的数字化共享和协作，依托统一的信息平台，以BIM模型为核心生产要素，贯穿项目建设全生命周期，实现基于BIM数据的设计、勘察、施工、运营的数据应用闭环。以BIM数据为载体，融合时间、成本、环境等数据，实现建设项目的全信息协同应用和交互共享，有效串联参建各方业务，实现数据生产、业务流传、信息审核的数字化协同。深化了基于BIM的协同设计的标准化水平，构建了一批面向道路工程的部件、构件级BIM数据库，通过建立可参数化配置的BIM模型，提高模型数据在项建设工程中的复用性和使用效率。同时，通过项目建设，不断累积和更新BIM品部件库，不断优化和完善基于BIM的参数化设计模式和标准化水平。基于数字孪生、大数据、人工智能等技术，建立面向建设工程全周期中各种复杂场景下的智能分析和模拟预测模型体系和工具，通过对勘察、设计、建设、运营各阶段数据的持续收集和分析，发现建设中存在的问题，及时预警预报，通过面向场景的仿真模拟，预测建设施工对环境的影响，辅助方案优化和科学决策。

“数字智能建造”系列平台围绕工程项目全生命周期，包含数字设计、数字造价、数字供采、数字施工，数字运维等专题系统，作为产业数字化转型的数字基础设施，构建起产业通往数字孪生世界的“数字底座”，用软件和数据打造“数字生产线”，基于“数据+算法”的“项目大脑”实现项目的智能化管理，赋能企业降本增效和转型升级。