摘 要：BIM技术作为支撑建筑行业数字化转型的核心技术之一已得到行业认可，其创新型的理念和工作方式为传统的勘察设计、施工管理、运营管理等方面带来了效率和效果的提升，特别是在复杂的项目中，BIM的应用更是有效地将技术和管理集于一体，实现项目的成功。

   关键词：BIM技术；复杂项目；运维管理  

   0 引言

   近年来，随着信息技术和数字化的不断发展，BIM技术正成为企业高质量发展和转型升级的重要抓手，在工程设计、建造、运维各个环节得到广泛应用。其越来越多的应用点产生的价值得到认可，相关技术标准正在完善，与其他技术的集成应用也逐步成为BIM技术应用的主流方式。本文将以BIM技术在复杂项目的深度应用、与运维管理的有机集合的案例分享企业在数字化转型过程中依托BIM技术在项目中的实践，实现咨询工作的增值。

   1 BIM技术在超高层建筑幕墙设计与施工中的应用实践

   1.1 项目概况

   随着城市的不断发展，标志性建筑物越来越多，幕墙的美观要求与性能要求也逐步提高。针对极具特色的外观导致设计、施工的复杂性提升，传统的二维设计软件难以高效地完成设计工作，特别是深化设计和施工指导。而BIM技术的应用，可提高设计效率、实现材料精准加工和安装、项目成本得到有效控制。本文将以四川川南某市第一高楼为例，深入分析BIM技术在项目管理、设计管理、施工技术方面的应用及价值体现。

   该项目为某市CBD中央商务区重点工程，是集高端购物、高端休闲娱乐、高端写字楼五星酒店于一体的大型城市综合体，总建筑面积15.7万㎡，塔楼共58层，高288.6米（建筑外轮廓高度）；裙楼共5层，高29.76米（建筑外轮廓高度）；幕墙面积7.5万㎡，钢结构用量达到2.3万吨，采用混合结构（钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土柱+钢结构梁）形式，结构极为复杂。该项目全专业采用BIM技术，现以幕墙系统的深化、加工、施工为例，总结BIM技术在复杂项目中应用的价值。

   该项目的幕墙系统主要包括竖隐横明幕墙系统、百叶幕墙系统、铝单板造型幕墙系统、铝板包柱幕墙系统、铝板装饰条幕墙系统、雨棚系统等。作为该项目幕墙的顾问单位，从深化设计、施工管理及造价控制为业主提供全方位的服务。

   1.2 传统幕墙设计与施工管理中存在的问题

   1.2.1 幕墙设计工作各方的协作

   在当前的承发包模式中，不管是甲方平行发包和施工总承包单位专业分包，最终都是由专业幕墙单位进行实施，因此在整个设计流线中会涉及多方的需求和信息的传递。一般会有设计院、专业幕墙单位、项目总承包单位、项目的建设单位共同参与，设计单位负责总体的质量，专业幕墙单位负责深化和施工、建设单位或总承包单位负责整体效果和各方协调。因此，在复杂幕墙结构设计和施工中，需要建设单位或总承包单位投入大量的精力来做统筹工作。

   1.2.2 幕墙施工管理难度大

   在一般情况下，由专业幕墙单位完成深化设计，出具加工图，由工厂加工后运至现场进行安装。而项目实际情况是，幕墙施工是在完成主体结构体系后进行，主体轮廓的定位及尺寸与实际施工图纸存在一定无法有效测量或测量精度不足引起的差异，幕墙构件的加工、组装时也可能会出现一定误差或变形。因此，施工过程中的技术沟通、数据确认等工作量巨大，如要保证沟通与确认的及时性与准确性，需建立较为健全的生产管理体系与质控体系，同时针对复杂项目还需技术过硬。复杂项目幕墙外立面造型如有倾斜、渐变，其使用的玻璃、铝型材、线条均为非常规尺寸，其下料、安装定位必须依靠先进的工具和管理方式进行支撑，现场实际工作中也需具备掌握激光扫描、点云数据处理等技术人才，针对使用放线、测量机器人项目的，还需组织施工时考虑更为周祥。

   1.3 BIM技术的应用及价值体现

   基于该项目的特点，采用Rhino+Grasshopper+revit+AutoCAD+Navisworks Manage+Revizto的BIM软件技术体系，完成幕墙与各专业的碰撞检查、幕墙的快速建模、一键分割、下料、出图等，整个工作过程在可视化环境下进行技术沟通与工作交底工作，提升了设计与施工中的施工与技术管理效率。

   1.3.1 BIM在设计工作中的应用

   由于设计院提供的幕墙图纸中通常表达外立面整体效果，不做精准的建筑表皮划分，需要专业幕墙单位根据业主单位提供的幕墙设计图纸完成幕墙外表皮模型，根据业主外观的细节要求，通过表皮模型调整，辅助业主进行单元板划分验证，确定分割方案的外表皮模型同时也是后期深化的基础。采用表皮模型与各专业模型进行碰撞检测是保证幕墙与结构、机电之间空间关系合理性的前提。根据碰撞检测结果进行分析与误差检查，出具调整报告，作为重点区域的龙骨定位依据。如图1所示。

图1 构件空间关系及定位模型图

   1.3.2 BIM在施工管理中的应用

   该项目的幕墙面板为异形的双曲面弧形，其生产和加工难度都很大。在甲方确定面板分割方案和确定龙骨定位后，现场需采用三维扫描集合全站仪的方式对现场实际的钢结构轮廓进行一一确认生成现场施工模型，结合机电管线的实际布置位置，利用BIM技术的模型叠加功能对原幕墙设计模型进行修正，确保现场幕墙安装的可操作性。同时，输出玻璃、铝板、石材的详细下料清单，提高下料和预制生产的精准度，有效控制了板面加工的时间。采用生产厂家厂内拼装、现场安装的方式，大大节约了现场安装的时间，实行样板引路制度，更直观地进行交底，更好地指导现场施工并对项目整体效果的实现提供了保障。如图2所示。

图2 飞挑位深化下料模型图

   1.3.3 BIM在成本控制方面的成效

   该项目采用BIM技术进行精准设计、加工和现场的管理，在成本控制方面取得了不容小觑的成效，主要体现包括以下几方面。

  （1）本项目异形曲面幕墙建筑的递进式倒退形状导致了在项目中完全缺乏同样的模板,同时面临着数以万计的模板材料。在进行深化设计时，基于分割尺寸及胶缝，将部分曲面玻璃墙板优化为生产方便、价格更低的平面板，对于不能优化成平面板的部分通过调整幕墙分格、进出位、表皮划分、标高微调等方式尽量减少开模的数量，总体降低项目成本。本项目型材模具数量从原设计的118种优化到106种，不仅节约了生产成本，也节约了拼装及现场安装的直接成本和时间节约的间接成本。

  （2）在工艺图纸的绘制中,由于工程量大且信息庞杂,一般要求标清每一种结构的几何尺度、开孔宽度、材料类型等信息。利用BIM技术分割输出准确的下料、加工清单，提高了人力、物料和时间的有效协同，减少了设计图纸与现场实际的误差造成的废品率。在加工厂进行预拼装，减少了现场工人的协调工作量产生的管理成本。相关工艺图纸如图3、图4所示。

图3 某单元板块节点横剖图

图4 部分单元板块大样图

   2 BIM在医院项目应用案例中的价值体现

   医院建筑被行业称为最复杂的民用建筑之一，其缘由是建筑承载着医院功能的复杂性和特殊性。现在很多医院在投入使用前都会进行大量的改造工作，造成医院建设在医疗界有这么一句话很流行：“医院建成之日即是改造之时”。其主要原因包括医院功能需求的快速发展与医院建设周期漫长之间的矛盾、建设主体与使用主体分离的矛盾等。

   高质量的医院建筑首先得有高质量的设计，而高质量设计的前提是功能需求的充分理解与实现，要抓住医院功能及布局需求、智慧医院建造标准两个关键点。本章将以某医院的全过程工程咨询中的BIM应用实践阐述利用BIM的可视化在策划和设计阶段解决需求调研、利用BIM的数字化承载特点辅助智慧医疗的功能实现。

   2.1 项目概况

   本项目为四川省重点工程，项目位于川南地区，按照三级甲等综合医院建设标准，是一所为满足人民群众多元化医疗需求，集急救、医疗、教学、科研、防疫、储备为一体的区域医疗中心。建设用地面积109118平方米，建筑面积334996.63平方米。其中：门诊医技综合楼共5层，高23.9米；综合住院楼共17层高72.6米；妇儿专科楼共12层，高53.4米；健康管理中心共9层，高41，1米；行政科研综合楼共10层，高44.6米；东、西地下室各2层，高10，2米；污水处理站1层，高3.7米。

   该项目全专业使用BIM技术辅助设计和建造，项目总体为不规则曲线，机电安装难度大，且机电系统专业多、体量大、需求繁杂、需求多变，相比常规项目多出很多具有难点和特点的专业。如，建筑有：实验室、ICU、手术室、供应中心等，机电有：医气、洁净、物流轨道、纯水、智慧医疗等，因此传统设计和建造手段难以满足本项目需求。使用BIM技术帮助了本项目更好地实现设计需求，协调各专业施工，大幅降低了拆改工作量。

   2.2 BIM技术在医院项目中的应用成效

   2.2.1 规划设计阶段BIM的应用成效

   在规划设计阶段最重要的工作是确定满足医院功能和布局的建设方案，而前置工作是要做深度调研，了解需求并做出多个可供参考的方案进行讨论、决策，以选择流程合理、体验感好的建设方案。由于医院的使用主体不懂建筑行业的专业，对图纸的理解不够深入，在进行方案设计时，采用BIM的虚拟空间建造功能，能清晰地、动态地展示医疗工艺流线、各科室的布置。结合日照分析、人流分析、步态分析，可评估全方案布局的合理性。在优化建筑布局的同时合理规划机电系统，动态调整通道的设置及流线，在提高医务人员和患者的通行效率同时，也要考虑具备提升医院未来改造升级的潜力与运维能力。相关功能布局如图5、图6所示。

图5 局部人流动线平面图

图6 应急疏散模拟图

   2.2.2 复杂管线的排布与出图

   医院的机电管线系统较一般项目复杂，除了常规的给排水、电气、通风采暖、智能化系统外，还涉及物流传输、医疗气体、净化、污物收集等，而且对特殊房间有严格的净高要求，传统的CAD难以从空间进行准确表达。在实际工作中，由于医疗专项和设备的专业性，这些系统都是由多家专业分包厂商完成，造成设计周期久且调整多，在多次提资与扣图过程中均会出现技术资料数据不符、信息不全等问题，进而影响工作效率。BIM技术可以在一个模型中将各专业的管线进行整合，依据规范和项目合同发包方式进行统筹，各专业共享信息，解决碰撞问题、控制预留预埋、合理设置翻弯与避让。同时，可协助业主统筹分包合同实施界限和单位进场时间，让BIM不仅仅是一个技术工具，还是一个管理工具，使各专业设计人员、各设备厂家等在同一个虚拟场景中进行数据与信息的交互，通过可视化的环境用于技术沟通与工作协同。管线排布如图7所示。

图7 局部管线综合排布图

   2.2.3 特殊设备与特殊房间的模拟

   各种现代化的医院装备系统是医院的核心资产，占据建设投资的重要部分。医疗设备采购虽然不属于建筑安装工程中的内容，但是为先进的设备建造适宜的空间是保障设备高效运转的基础之一。由于医院的建设和设备的采购是分开管理，且采购时间在建设之后，如果前期没有做好重要设备的参数收集，可能会出现现场的安装条件不符合的情况。一般来说，设备安装与建筑易产生的冲突主要有：房间面积、净高不满足；预留的水电气和排污不满足；设备运行的可操作性空间不满足、后期设备改造升级受限等等。因此，在针对特殊设备与特殊房间的规划中，利用BIM技术可做好以下工作。

  （1）提前跟设备采购部门对接，获得拟采购的设备的型号、厂商及各项参数，进行设备建模，模拟设备在房间的安装位置和设备运行时的空间关系，做好各项预留预埋工作，避免设备在房间里不能安装和不能正常操作的问题。设备信息不断收集、整理，形成设备清单，不断更新和完善模型信息，为后期设备运维提供基础数据。

  （2）医院的大中型设备体积大、重量重，需要协助建设单位做好设备安装运输通道的预留工作，通过模拟设备进场安装，提前确定方案的可行性，保证设备能搬运到既定的位置。相关设备布局模拟如图8、图9所示。

   2.2.4 BIM在智慧医疗中的应用

   随着现代医院的不断发展，患者的需求越来越高，医院的人力成本日益增加，以及受现代医疗设备种类繁多等诸多需求驱动，智慧医疗建设也成为医院建设的重要组成部分。智慧医疗的建设可提高医院的运营管理效率、减少医疗事故、提高患者就医的满意度。基于现场实际数据信息的竣工模型，为数据库维护和设备管理提供了基础条件。

   该项目智慧运维平台依托BIM数字孪生技术，以IBMS管理控制为基础，形成以数据分析为核心的智慧运维管理系统。BIM在智慧医疗中的工作主要包括：

  （1）辅助方案设计。在医院布局的方案设计阶段，智慧医疗的顶层设计需求将对平面布局产生很大的影响。比如：传统的医院布局需要面积较大的缴费大厅，以满足患者排队缴费的需求，但智慧医疗系统设计的手机线上支付后，缴费大厅就不需要那么大的面积。因此，在方案设计阶段，通过可视化呈现动态调整整体布局，协助建设单位决策；

  （2）设施设备管理。基于 BIM、IOT 技术，探索系统在空间维度下的智慧应用，将BIM模型与实体工程的信息进行一比一还原后，形成虚拟的数字样板，在三维可视化环境中实现对设施设备的管理，让设施设备管理从传统的表格管理提升为三维空间中的位置管理。同时，根据其他运维管理需要，可录入设施设备购买、维保信息、嫁接各类传感器与智能终端设备，通过系统模拟各类应急事件，提应急升预警能力，最终实现设施设备的智能化管理。

   3 结语

   在建筑领域，BIM技术的应用可以对数据、信息进行整合，对设计流程和设计方案决策方式进行改变，对施工方法和效率进行提升，为后期运维的集成管理提供基础数据，是建筑业转型升级的重要工具和工作方法。BIM技术的应用在我国已有十几年的时间，BIM技术所能产生的价值也逐步得到行业认可。但是，我们不能有“BIM万能论”这个想法，觉得所有项目都应该用BIM技术。通过我公司多年的总结和实践，认为在复杂项目中应用好BIM技术可以解决传统手段不好解决的问题，实现项目的精细化管理和效率提升。而简单项目应用BIM技术的性价比不高。如业主要做资产管理或智慧运维的话，那BIM技术是一个有效的技术支撑手段，但需做好调研与策划。

   参考文献：

   [1]《医院建设工程项目管理指南》同济大学出版社 中国医院协会&同济大学复杂工程管理研究院 编著.

   [2]《智慧时代医院建设新思维》江苏凤凰科学技术出版社 黄远湖.