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鲁班,土木建筑业鼻祖,匠人精神最初的标志人物.在未来的智慧城市和工程建设领域,注定是高度信息化和智能化的过程,实现这一过程,需要精细化的生命周期管理,BIM 就是实现这一目标的重要推手.
在天津市宝坻区京津中关村科技城项目上,筑路工人老刘发现,这次的施工过程和往常不一样,每施工200 米就会有工程管理人员拿着手机到工地来填报进度,一堆堆的数字让老刘恍惚地以为自己是流水线上的工人.
在云南官渡文化新城市政公用配套建设项目中,工程运维人员小张再也不用担心项目建成后因为找不到建设过程中的数据而面对工程维护无从下手了.
这些,都要得益于BIM应用带来的管理价值.BIM ≠模型,是工程全生命期管理工具BIM 是英文BuildingInformation Modeling 的缩写,可以理解为建筑信息模型.在这个解释下,BIM 字面意思的重点在于“模型”,以至于很多人将BIM 等同于3D 建模.用户花了不少钱上了一套BIM 应用,投入了大量的人力,最后就得到一个电脑中的模型,看起来很直观很炫,然而在实际的工程项目中并没有起到什么作用.
“BIM 的内涵已经远远不止于建筑,现实生活中所有与基础设施类相关的都应该涵盖在其中.”致力于推进基础设施设计、施工和运营的综合软件解决方案提供商Bentley 软件公司大中华区高级区域销售总监俞兴扬对记者表示.
也就是说,BIM 是由完全充足的信息构成、用以支持生命周期管理的,并可由电脑程序直接解释的工程信息模型.BIM 应用提供了一套新的方法论,把原本牵一发而动全局的工程项目提到实施前,真正做到了成本可控,工期可控,资源少浪费,管理高效率.
BIM 价值如何实现？
既然BIM 是由数字技术支撑的工程项目的全生命期管理,那么在实际的工程中,BIM 是如何应用到工程项目的全生命期中的呢？
在纵览基础设施2018大会上,中交水运规划设计院有限公司、天津京津中关村科技城发展有限公司和中交总承包经营分公司获奖的“京津中关村科技城市政基础设施一期工程BIM 技术应用”颇具代表性.
京津中关村科技城位于天津市宝坻区,该项目整合了中关村、宝坻区政府以及社会各方的优势资源,包括道路、桥涵、公用设施管道、公园及道路绿化等建设内容,占地面积约14.9 平方公里.项目方实施了协同 BIM 流程,并协调诸多工程专业,使用 Bentley 的集成BIM 软件解决方案,创建了整个项目的BIM 信息模型.为数字城市建设提供了基础数据.
“基础设施部分实际包含16 条道路,78 公里雨污管线,40 多公里的中水、热力配套工程基础设施.选择Bentley, 在设计阶段就解决了我们很多问题,比如在设计过程中发现了百余处管线的碰撞问题；施工过程中通过移动端填报工程进度及安全质量数据,借助阿里云平台,实现在移动端、客户端和网页数据的实时同步.”中交水运规划设计院有限公司科技开发中心主任助理、BIM 研究室主任王帅博士在纵览基础设施2018 大会间隙接受采访时对记者表示,“更重要的是,可以实现运维提前的思路,在设计施工阶段已经开始考虑后期运维的事情了.这一改以往市政工程建设中粗放的管理方式.”
前文提到的,很多用户出现的上了一套BIM 应用却苦于“白花冤枉钱”的状况,还有一个重要的原因,就是缺少业主方的支持.在开始动工前,不仅仅是设计方的参与,业主需要召集设计方、施工方、材料供应商、监理方等各方面一起进行项目BIM 方案实施策划.“例如,使用BIM 技术的各方就经常忽略建设中材料和设备供应商在前期流程中起到的作用.”王帅解释道,“在实际建造的过程中,最好的办法就是在一开始各参与方共同进行该项目的‘虚拟建设’,参与到‘数字模型’的创建中来,共同发现问题,解决问题.如果在建模的时候有一方没有参与,比如施工方,那么这个数字化模型在实施的时候,同样也会遇到和传统方法一样的问题.”
国家统计局的最新数据显示,截至2017 年末,我国高速铁路里程达到2.5 万公里,占世界高铁总量的60%以上.而作为世界上第一条设计时速350km 的有砟轨道高速铁路,京张高铁需要同时面临高寒、大风沙的考验,京张高铁作为2022 年冬奥会筹备工作的一部分,可以将北京和张家口之间的出行时间从3 小时减少到50 分钟.京张高铁在解决北京西北部运输问题的同时,还需要做到环境问题可预测、可感知、可分析、可控制,为实现“绿色京张”“智慧京张”提供支持.
项目正线全长约170 公里, 共有71 段路基、64 座桥梁、10 座隧道和10 座车站,其中包括中国埋深最大的暗挖地下车站.中铁工程设计咨询集团有限公司负责初步和详细设计及施工图纸设计.通过使用Bentley 软件,该公司实施了协同BIM策略创建其要交付的成果.不仅将“一桥两站三隧”BIM应用、重点工程无人机倾斜摄影、BIM 与GIS 融合三维可视化管控等技术应用于京张高铁,还利用BIM 技术,实现大量、多维度数据的综合展示分析功能,从而提升对环境数据的综合利用,达到环境在线监测设备获取现场数据与管理手段的紧密结合.
PPP 项目既有政府出资,也有社会资本参与运营,由于项目参与方众多,通常一个项目的跨度都很长,十几二十年的项目运营周期会产生大量的数据,如果没有数据的积累,绩效评价也就无从谈起.在云南省昆明市,官渡文化新城市政公用配套建设项目市政道路新建工程PPP 项目中,昆明市五甲塘片区快速交通系统工程覆盖范围为20 平方公里,工程涵盖23 条道路以及桥梁、隧道和城市地下管廊.云南云岭工程造价咨询有限公司作为这一项目的BIM 咨询机构,通过使用Bentley 软件实施BIM 解决方案,让PPP 项目自立项开始,就将所有文档、资料全部放到项目协同平台上,方便项目参与方推进项目,并且可为长效运营周期、绩效评估后付费的计价方式提供数字支撑.
“数字双胞胎”,让BIM 更真实
二十年后,我们的城市生活将发生怎样的变化？作为一个重要推动力,第四次工业革命已经开始在城市发展中扮演重要角色,新的智慧城市与生活场景即将或正在出现.这其中不可或缺的就是各种传感器和AI 技术的应用,物联网的功劳自不必说.然而,智慧城市的建设中,我们更多看到的是更少的停车场,到智能化的行程管理、智能充电道路,再到地下空间的拓展、快速交通与飞行通勤……这些风光的AI 解决方案、智能设备厂商能否在“真”智能的城市空间里自由展翅,其实很大程度上取决于一个城市的基础设施建设.
城市基础设施建设的智能,让道路、河流、大厦有了“生命力”,才能在之上开出城市“智能之花”.而且一切的基础, 又是将物理世界的万物数字化,即“真实对象的虚拟映射”,Gartner 将“数字化双胞胎”定义为此,这意味着,数字双胞胎可以是产品、结构、设施或系统.
数字双胞胎可以在早期应用于产品设计；测试期应用于研发和工程中来改进产品原型的制造；最终能够通过工程和服务相结合,利用数据生成的数字双胞胎,对产品进行数字化监控与操作.简而言之,物联网赋能企业的数字双胞胎,可以推动企业实现对“物”的性能、运行和质量的跟踪.
基础设施资产业主及其团队在很多大型工程中已经认识到了利用数字孪生模型的潜力, 其中包括在设计、施工和运营全生命周期的模拟和决策支持中应用分析、人工智能 (AI) 和机器学习 (ML).为了实现此潜力,资产的表现形式显然需要数字化,但要安全地利用孪生模型,必须有可行的解决方案,使其与现实世界中不断变化的实际情况同步.而且,如果不理解在工程或资产工程规范中采集的“数字 DNA”, 仅仅采集和表现包括物联网输入数据在内的物理状况,永远不足以理解、分析或对预期改进进行建模.
因此,要真正变得有价值,现有基础设施的数字孪生模型必须可靠地同步反映资产的物理现实及其“虚拟”（工程数据）.数字孪生模型可以满足在地理空间上融合数字环境（代表着现实）与数字组件（代表着虚拟）的要求,因此可以为可视化和分析可视化提供一个沉浸式环境.
但是,到目前为止,已经很难对运营时资产不断演变的三维物理现实进行数字化采集,更不用说不断保持更新了.与此同时,相应的运营时工程信息也越来越难获取,或者更好一些的情况,获取的信息是过时的,往往是不透明的工程文件或非智能文档格式中实际上不可访问的各种“暗数据”.
Bentley 软件公司创始人兼首席技术官KeithBentley 认为, 技术整合使面向基础设施工程的工程数字孪生模型和性能数字孪生模型成为可能.在纵览基础设施2018 大会上,Bentley 宣布即将推出 iTwin Services, 即面向基础设施工程（工程数字孪生模型）和资产（性能数字孪生模型）的数字孪生模型云服务.据Bentley 介绍,iTwin Services 可以为使用其ProjectWise 和AssetWise 产品套件的用户在Bentley 的互连数据环境(CDE) 中轻松进行配置,这一服务将在2019 年初提供,每个iTwin 按季度支付基本*费,收费将依据规模、数字组件和数字环境,此外还包括云配置和 Web 可访问性.
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参考文献：
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