基于BIM的建筑全生命周期智慧建造应用研究.pdf

2024 年第 2 期93中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通基于BIM的建筑全生命周期智慧建造应用研究李卢燕陈麒羽周雨威巩登辉王婉婷吴亚运 西安建筑科技大学华清学院，陕西 西安 710043摘要：文章以 BIM 为导向，以建筑全生命周期为视角，整理了智慧设计、施工和运维的内涵；以 Revit 平台进行实践项目“大学生活动中心”的智慧设计，用 BIM5D 跟踪实现其智慧施工，以 BIM 集成化等维度构建其智慧运维体系。研究模拟并验证了建筑全生命周期智慧建造在实践项目上的应用，实现了建筑生命周期的信息化集成，为建筑向智慧、精益发展奠定了理论基础。关键词：BIM；大学生活动中心；智慧建造；智慧设计；智慧施工；智慧运维文献标识码：A中图分类号：TU17文章编号：2096-4137（2024）02-93-04DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.02.27Research on the application of intelligent building process in the whole life cycle of the building based on BIMLI Luyan,CHEN Qiyu,ZHOU Yuwei,GONG Denghui,WANG Wanting,WU YayunHuaqing College,Xi an University of Architecture and Technology,Xi an 710043,ChinaAbstract:Taking BIM as the guidance and the whole life cycle of the building as the perspective,this paper sorts out the connotation of intelligent design,intelligent construction and intelligent operation and maintenance;the intelligent design of the college student activity center is carried out by Revit platform,the intelligent construction is realized with BIM5D tracking,and the intelligent operation and maintenance system is constructed with BIM integration and other dimensions.This research simulates and verifies the application of intelligent building process in the whole life cycle of the building in the practical project,realizes the information integration of the life cycle of the building,and lays a certain theoretical foundation for the intelligent and leans development of buildings.Keywords:BIM;college student activity center;intelligent building process;intelligent design;intelligent construction;intelligent operation and maintenance目前，传统建筑业的人工劳动密集、环境污染严重、能源消耗大、经济效益差、技术含量低等问题依然严峻，粗放型的增长方式仍未改变，相关研究显示最主要原因是由于建筑业管理水平低、管理理念落后及信息化水平低等。为解决此问题，建筑业亟需推行一种满足建筑健康发展的新型生产模式。而且，许多建设工程项目普遍存在项目参与单位分布广、跨度大、信息含量高的现象，项目各参与方之间的信息沟通问题是项目实施的主要障碍。工程建设往往单体数多造成工程量大，人、材、机等繁杂致使生产要素管理强度高，专业碰撞、工序交叉导致施工管理协调难度大。因而，在建筑全生命周期的各个业务场景和管理流程中，信息量大、信息收集困难、信息统计处理繁杂、信息质量要求高等问题日益突显，传统的信息收集、处理、统计、分析模式难以满足需求，不少项目催生了寻找一种全新信息集成技术的内部管理实际需求。近几年，国家陆续出台了相关法规和政策，要求推动建筑信息化管理、智能化应用、工业化建造，在此背景下，建筑业实施智慧建造势在必行，智慧建造是满足建筑可持续发展的新型生产方式。1基于 BIM 的智慧建造理论概述基于 BIM 的智慧建造是以 BIM 为依托，实施建筑行业信息化和智能化建造过程，提高建设各参与方交互的明确性、灵活性和响应速度，达成各参与方之间各阶段、各环节信息的互联互通、远程共享，实现建筑数据模型的信息集成和各主体的业务协同，打造“绿色、智能、宜居”的智慧建筑。本文认为，智慧建造包括建筑全生命周期的智慧设计、智慧施工和智慧运维。基于 BIM 的智慧设计是指，利用BIM 技术建立能够清晰表达建筑空间结构的虚拟建筑模型，通过实时修改实现建筑空间形态的调整，或将图形及非图形信息载入模型，实现设计师对建筑物各部位和多功能（日照、通风、保温、面积、能耗、管道）的联动模拟，旨在完善和优化设计方案，降低设计问题的出现频率，减少设计成本，提高了设计成果的可视化水平。基于 BIM 的智慧施工是指对施工现场的生产进度、主要设备的使用、工作人员的管理、绿色文明施工等健康有序进行，充分利用 BIM 技术对施工现场进行一体化和可视化的管理，实现智慧、高效工作的一种施工模式。智慧运维是在建筑运维阶段，综合运用 BIM 技术对已建成的智慧建筑进行运维管理，通过制定维护和维修计划，安排维护资源，设置业务统计和预警功能等实现建筑运维的智能化和自动化。可见，智慧建造要实现建筑全生命周期设计、施工和运维的智慧化，完成项目各参与方的信息共享和交互协作，必须要依赖技术的发展与创新，而 BIM 技术正是智慧建造得以实现的关键技术与支撑手段，而智慧建造理念又能为 BIM 在工程应用中提供理论依据。BIM 技术与智慧建造的关系架构如图 1 所示。2024 年第 2 期94中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC图1BIM技术与智慧建造的关系2基于 BIM 的实践项目全生命周期的智慧建造应用模拟2.1大学生活动中心的智慧设计2.1.1建筑设计西安某高校校园内原大学生活动中心在功能、容纳人数、设备设施能方面难以满足需求，在深入调研的基础上，选定在学校操场东侧进行大学生活动中心新馆设计，较原馆融入更多的交流、休闲、服务功能，结构类型为框架结构，总建筑面积约 4078.26m2。Revit 能够实时更新建筑模型信息并反映到三维空间模型中，实现与后期各专业的快速衔接，基于此功能优势，在本次建筑设计中以 Revit 平台为主进行全流程建筑设计。其流程可分为 4 步，如图 2 所示。图2Revit平台设计流程由于篇幅所限，本文仅详述“建模设计”。建模设计程序依次细分为：创建项目、概念体量生成、创建轴网与标高、创建基础构件（如墙、柱、梁、楼板等）、模型信息输出，以及模型渲染及其他分析等。其中，对建筑形体、空间关系进行推敲的概念体量环境设计中生成了概念体量效果图，如图 3 所示。在 Revit 平台上建立建筑模型完成后，需要进行后期模型信息的应用，可以进行模型的渲染和分析，生成渲染视图如图 4 所示。图3概念体量效果图图4渲染视图2.1.2绿色建筑设计在建筑设计的基础上，基于绿色建筑理念，运用斯维尔绿建软件，从节能设计、暖通负荷、采光分析和日照分析四个方面对绿色建筑设计进行分析和参数计算，提出了绿色建筑节能模型（见图 5）、日照仿真模型（见图 6）、采光系数分析彩图等，验证了所有检查项均符合相关标准和规范要求。（1）节能设计节能设计可以提高建筑物的隔热性能，改善建筑物内的热条件，实现节能减排，从而减少采暖设备的气体排放。通过软件对节能材料的调整和参数设置，挑空楼板构造、可见光透射比、天窗类型、有效通风换气面积等所有规定性设计指标最终均满足公共建筑节能设计标准（GB 501892015）的要求。（2）暖通负荷软件中暖通负荷主要是设置气象参数、门窗类型等，进而计算出建筑负荷，为后期的设备选型提供可靠依据。经冷、热负荷计算，除了原馆集中空调系统外，新馆由于一层夹层层高受限和五层的高级办公室使用时间的特殊要求，设计考虑在以上 2 个区域采用变频多联机空调系统，配备 2 台540kW 的电热水机组。结果显示本设计满足民用建筑热工设计规范（GB 50176）和陕西西安居建规范标准，均节能。（3）采光分析采光分析是软件通过参数调整而后计算各个房间的采光达标率来实现的。大学生活动中心具有较大进深，室内自然采光不足，为充分利用天然光、节约能源，设计中采用大量玻璃幕墙，在偏僻房间增设导光管，同时改变门窗面积与方位、更换墙壁与地面的材料来增加反光率等，最终满足要求比例为 100%，符合建筑采光设计标准（GB 500332013）、采光测量方法（GB/T 56992007）及西安级民用建筑光气候标准。（4）日照分析日照分析需导入节能已建模型，根据建筑所在地的日照标准进行设置，生成相关图表，根据图表输出日照报告。本2024 年第 2 期95中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通设计使用西安气候条件：大寒 2h。在此日照标准下，报告显示所有南向窗户均满足城市居住区规划设计规范（GBJ 5018093）中“住宅日照标准”。2.2大学生活动中心的智慧施工和智慧运维2.2.1智慧施工（1）三维场布模拟大学生活动中心的智慧施工时，本文将该实践项目的施工现场平面布置图借助于斯维尔三维场布软件转化为三维形式，将现场的施工布置情况表现在模型里，动态可视化地展示了智慧施工场地布置情况，身临其境般地深入施工现场，实现对施工场地内临时设施和细节的实时监管，较二维图纸大大提升了场布模型的观感质量。大学生活动中心的三维场布如图 7 和图 8 所示。（2）BIM5D 的跟踪与反馈运用斯维尔 BIM5D 软件为核心技术，以大学生活动中心为载体，建立了基于 BIM5D 的三维几何模型与建筑实体进度、成本信息的 5D 体系，生成了智慧施工的进度计划（见图 9）和成本监控（见图 10）。BIM5D 优化工期。把模型根据施工段进行划分，绘制施工进度计划图，及时推送任务、反馈进度。通过进度计划与实际偏差的模拟和对比，管理人员能够实时监控工程进度，出现延期时及时调整和优化后期进度，从而实现进度偏差透明化和进度管理精细化。进度计划的智慧理念，打破信 图6日照仿真模型图5绿色建筑节能模型图7大学生活动中心的三维场布模型图8大学生活动中心智慧施工场地布置细节图图10 大学生活动中心的BIM5D成本监控图9 大学生活动中心的进度计划 2024 年第 2 期96中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC息孤岛，改变传统的工期进度管理模式，有效解决传统施工中被动控制和事后弥补的弊端。BIM5D 将大学生活动中心的建筑信息进行有效整合，能够事先模拟施工中出现的问题，提前发现实际施工可能遇到的时间和空间上发生的碰撞、冲突和缺陷，从而优化资源投入顺序，改进施工进度计划。BIM5D 动态监控工程费用。BIM 中存储着所有关于大学生活动中心的数据信息，可以从多维度控制工程费用。通过大数据对所有数据进行信息整理，通过费用监控即时修正异常。在工程施工中，由于不可控因素很多，例如材料价格变动、运输条件、施工图纸设计问题等都会影响最终的工程造价，利用 BIM5D 技术，随时对施工动态监控，比较造价计划值和实际值，若出现偏差，管理人员能够提前接收到警示，确保早发现问题、早分析问题，有充足时间去解决问题。此外，还可根据费用报表，分析某工序、某施工段或某材料的费用是否存在盈亏和节超，及时调整花费，避免不必要的额外开支。2.2.2智慧运维大学生活动中心智慧运维是利用 BIM 可视化作为载体与纽带，实现从被动式运维管理向数字化运维管理的转变。通过对馆内人员、设施与环境进行科学规划和管理以规避和控制风险。（1）BIM 集成化的智慧运维BIM 数据库当中存储了大学生活动中心内所有设备的数据，包括设备的生产厂、供应商、使用寿命、维修周期、存在的建筑部位、实时运行轨迹及运行姿态，管理人员在后台可随时调取查阅并实时动态监控，一旦出现异常，预警提醒会随之启动，保证及时解决问题。如设备达到大修间隔周期或需要更换配件，数据库便能够准确定位设备所在区域和楼层部位，检修班组就会接收到及时的修复指令、详细的设备位置信息和故障描述，以及设备近期的动态监控数据（包括设备附近的视频监控），第一时间去完成维修工作，避免大修周期后设备功能发生不可逆的破环。这样大大提高了维修效率，减少了传统实践中因信息流转滞后导致的检修班组多次路上折返情况。（2）BIM 主动化的智慧运维基于 BIM 数据库中静态和动态的数据信息，运用专业统计方法对集成的海量监控数据进行多维度、多方位、多渠道地分析、归纳和总结，挖掘背后深度的规律性信息，从而获取指导性和建设性管理策略，有助于大学生活动中心节约能耗、降低运维成本及优化管理，助力绿色校园建设。例如，监测馆内水、电能耗数据时，对于费用偏高的异常点，可视化地观测相关回路并寻找异常行为，根据异常行为数据可自动生成异常预警报告，辅助馆内降低设备故障频率；根据水、电维修数据，自动生成维护计划，实现主动预防式运维管理。（3）BIM 空间化的智慧运维BIM 智慧运维支持对建筑物内部空间进行区域划分和动态管理，可精细化管理大学生活动中心的每个房间，并计算出各个房间的数据参数。同时，还可根据各社团使用座位信息计算出该社团的使用空间和成本，通过 BIM 技术对比和分析各社团使用成本，整合大学生活动中心的现有空间布局，结合各社团的协作关系及配套设施，可为管理员提供最佳的空间布置方案。而且，BIM 技术能够通过上述方案制作出大学生活动中心空间展示模型，用不同的色域划分各社团的使用空间及其联动关系。最终，可实现各社团空间使用成本的合理分摊，达到优化整体运营效果的目标。3结语信息技术的快速发展为实现建筑物迈向智慧化提供了坚实的支撑平台和良好的解决方案。本文运用 BIM 技术作为核心搭建信息化平台，侧重于项目全生命周期的信息集成，呈现了大学生活动中心智慧设计、智慧施工与智慧运维的实践案例，讨论了基于 BIM 技术应用的显著效果。研究旨在推动校园公共建筑智慧化、高效化、协同化，有利于工程项目建设向着智慧、精益、绿色方向发展。基金项目：陕西省教育厅 2022 年大学生创新创业训练项目“基于 BIM 的建筑全生命周期智慧建造应用研究”（S202213679010）。作者简介：李卢燕（1988-），女，河南三门峡人，西安建筑科技大学华清学院讲师，研究方向：土木工程建造与管理。参考文献 1 马智亮.走向高度智慧建造 J.施工技术，2019，48（12）：1-3.2 李金申，武科，朱小六.智慧建造环境下的重大工程现场管理创新 J.智能城市，2020，6（1）：97-98.3 赵佳利，郭亮亮，张志平，等.BIM 在智慧建造中的重点应用 J.住宅与房地产，2018（30）：150-151，170.4 周小冬，刘民军，鲁万卿，等.基于物联网技术的智慧工地建设 J.施工技术，2018，47（S4）：1008-1010.5 刘科.基于 BIM 技术的办公建筑节能设计优化研究D.福州：福建农林大学，2019.6 黄良辉.基于 BIM5D 的南方花园施工项目成本控制应用研究 D.兰州：兰州交通大学，2017.7 周天义.BIM5D 技术在工程项目施工过程中的应用研究 D.成都：西华大学，2018.8 张世宇，林必毅，余丽丽.基于 BIM 的智慧建筑运维实现方式及价值研究 J.智能建筑与智慧城市，2018（12）：41-43，46.（责任编辑：周羿廷）