运用Bentley软件实施全生命周期项目流程的探讨

中国瑞林工程技术股份有限公司肖曲

1.BIM的基本概念

BIM是建筑学、工程学及土木工程的新工具。其核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的，与实际情况一致的建筑工程信息库。不仅可以在设计中应用，还可应用于建设工程项目的全生命周期中；用BIM进行设计属于数字化设计，BIM的数据库是动态变化的，在应用过程中不断在更新、丰富和充实；为项目参与各方提供了协同工作的平台。

2.BIM技术在工业上应用的发展历程

BIM技术在工业上的应用发展，在国内大致可划分为模型时代-数字时代-智慧时代大致三个时期。

（1）模型时代

在最初的图纸时代，CAD的二维设计已完全取代手工绘图，在国内工业设计中成为绝对主流。但也有少部分项目，采用三维设计的方式，但大多停留在翻模的阶段，将二维图纸转为可视化的三维模型或对建构筑物外形建模，应用也主要只停留在向业主进行展示，渲染图及厂区浏览动画，应用范围较窄。

（2）数字时代

随着我国经济的高速发展，工业化，城镇化的快速推进，大型工程项目越来越多，对后期运营维护精细化要求也越来越高，而数字化的BIM模型带有的建造属性正好满足这一需求。于是很快便进入了数字模型时代，这一时期除了对模型形体的要求，更加着重于构件信息的创建及其全生命周期的应用，也着重于各专业协同设计和正向设计在项目中的运用。

(3)  智慧时代

最近几年，随着BIM技术与无人机实景建模技术，VR技术，GIS平台技术，云计算技术等新兴科技的深度融合，BIM技术的应用得到了进一步拓展，继而提出了数字孪生模型，智慧城市，智慧工厂等概念。在实际生产运维中引入了更多的智能装备，结合大数据，云计算，人工智能，VR技术，GIS平台等技术，实现智能资产管理，智能巡检，数据分析，危机模拟，智能生产管理。

3.运用Bentley软件实施三维工业项目具体实施步骤

3.1项目规划阶段

在项目开始的前期阶段，需要对项目的建设位置进行选址，涉及面积大，服务范围广。很多项目都会在指定的工业园区进行建设，需综合考虑城市空间布局、土地使用、开发建设等因素。

在工程规划中引入三维GIS，BIM等技术手段，通过无人机倾斜摄影，采用Bentley ContextCapture生成地面现状环境与建构筑物的实景模型，利用成熟GIS平台获取最新的现状资料，并利用三维GIS平台集成资料已取得的资料，建立可视化的三维规划工作环境。运用OpenBuildings Designer，OpenRoads Designer及OpenPlant Modeler等软件设计多个初步的BIM方案模型，见图3-1-1。

图3-1-1厂区三维实景模型

在此基础上，组织相关专业人员进行初始的厂区规划及制定相应的规模，并大致选定相应辅助设施的位置，初步分析和考虑交通运输状况，进行土方量分析，洪水分析，确定较好的经济指标。

3.2项目设计阶段

BIM技术在设计阶段的应用，。改善了现有的设计和分析手段。构建协同工作环境，搭建全专业的工程数字模型，再通过必要的分析应用，极大的提高了设计方案的表达性和可实施性。且BIM设计成果可向施工与运维阶段传递，有利于提升现场施工作业的精细化水平，为智慧运维管理提供底层图像和数据基础。

3.2.1协同设计平台的搭建

利用Bentley公司的ProjectWise作为协同设计平台，建立相应的项目源文件，根据项目实际运行情况，将项目任务分解为不同子项或工作包并设定对应的目录结构，对各专业参与人员分配相应的权限。根据三维设计技术标准，分析项目所需使用的专业软件，建立三维设计标准资源文件包（包含种子文件、字体、图层、线型等内容），建立标准化三维环境，即标准化Workspace，并将其托管在ProjectWise上，所有参与的专业在统一配置环境下进行设计，见图3-2-1。

图3-2-1ProjectWise协同工作平台

3.2.2 设计具体的实施

对规划阶段的取得的实景模型及BIM模型进行深一步的细化，研究已有实景模型是否能满足实际设计地点的精度需要，若不满足，还需再进行重拍或补拍，再利用ContextCapture软件生成所需的模型。

通过现有勘测数据，包括文本数据，图形数据，点云数据等利用OpenRoads Designer创建现有数字化地形，为厂区的工艺布置及总图设计提供原始依据。总图专业利用OpenRoads Designer的地形模块根据工艺专业布置方案进行场平设计，利用道路，廊道模块设计厂区道路，利用SUE模块对厂区排水管网进行设计，利用软件带的分析功能，对厂区场地平整的挖填方量进行分析，见图3-2-2。

图3-2-2三维数字地形模型

利用OpenBuildings Designer软件根据工艺布置方案对各区域的车间或厂房单体进行建筑，结构，设备及电气的三维模型的设计，OpenBuildings Designer软件涵盖了四个功能模块，使用者可以采用下拉工作流的方式进行切换，同时软件完全基于同一个平台，在进行建筑设计的同时，也可以根据需求切换至其他的专业设计模块进行多专业协同设计，这样的设计使四个专业的设计模块被整合在同一个设计环境中，用同一套标准进行设计，见图3-2-3。

图3-2-3建筑结构BIM模型

利用MicroStation CE为基础绘图平台，对一些特殊的设备，构件，非标溜槽等建立三维模型，并在专业软件中赋予需要的属性信息；对于项目中的工艺管线和公用管线部分，特别是燃气、热力等管线，采用OpenPlant CE作为三维管道设计解决方案。OpenPlant CE是一系列工厂的解决方案，它通过数据信息的交互提高项目团队的协同能力，通过遵循ISO 15926标准，应用iModel 技术，支持多种模型格式（如DGN、DWG、点云、实景应用），为用户提供了灵活的设计和校审过程，支持多个成熟模块如设备、管道、HVAC、电缆桥架、管道支吊架快速地进行智能建模，输出可定制的平面图、轴测图和材料报表，满足各个环节的设计需求，见图3-2-4。

图3-2-4管道及设备模型

将设计好的结构建筑模型导入至ProStructures CE中，用于绘制和生成结构详图。

在各子项或工作包的模型通过设计审核后，将各区域，各子项的模型在ProjectWise平台上进行模型组装和固化的工作。并利用现有模型进行切图，材料统计等工作，得到符合此阶段深度的交付文件。

3.2.3  BIM数字化模型交付

当完成最终的设计后，得到初设阶段的三维信息模型，相应文档，设计说明，设计依据，相应设备资料，相关概算数据等资料以及中间与业主或设备厂商的中间过程文件等，按合同要求或相应标准，将所有资料按指定编码格式或数字平台形式进行移交。

3.3施工及运维阶段

在施工阶段大部分项目还缺乏深化设计的概念，有些虽然有深化设计，但也只是利用CAD图纸进行翻模，造成重复工作量，无法体现BIM设计的优势。这里提倡对BIM模型的延续使用，即多个阶段，一个BIM模型，随着项目的深入，BIM模型也随之不断的优化和更新。

3.3.1项目BIM深化设计

对设计阶段交付的BIM模型进行深化设计，使用BIM作为工具来组织和实施深化设计工作，并交付以深化设计模型为代表的设计成果。BIM深化设计是用于形成和验证深化设计成果合理性的BIM应用，应充分考虑并满足实际施工要求。

对设计阶段的BIM模型根据施工需求进行深化设计，生成三维结构注释图，三维结构透视图，钢筋示意图等。按照相应标准的精度要求，对原有设计模型进行进一步的细化，完善一些节点的模型精度，将施工及设备安装阶段的部分过程信息录入至BIM模型中。

按照施工要求对BIM模型进行拆分组合，并进行碰撞检查分析和研究，对设计中设备与管道，管道与结构的碰撞，现有设计未考虑施工便利性或施工实施成本太高的，结合设计单位及业主进行设计优化，最终生成可靠的BIM深化设计数字模型。

3.3.2施工进度管理，施工方案编制及技术交底

利用SYNCHRO 4d进度模拟软件，导入BIM数字模型及项目进度计划，生成可视化的进度控制体系，提前发现可能对关键工序产生影响的紧前工序，对滞后的原因进行分析，及时反馈给项目部及业主进行优化调整，最大限度的提高效益，节省成本。

利用三维信息模型展现直观，信息量全，方便查询，效率高等优点，结合传统技术交底的方式，作为对传统交底方式的补充和直观反映。

参与施工吊装方案的编制，按照当期施工进度，对重要设备或工序施工吊装方案进行模拟，规划合理的起吊顺序和就位方案，并生成相应的施工模拟视频媒体文件。

3.3.3 运维阶段

在运维管理阶段，将BIM数字模型与GIS平台，管控平台相结合，真正实现了BIM模型数据的全生命周期传导，构建了信息化，规范化，三维可视化的运维管理体系。

3.3.3.1 数据传导

以三维数字模型为基础，构建涵盖项目全生命周期的数据中心，将规划，设计，施工及运维各阶段数据通过运维管控平台进行统一管理。

将设计及施工阶段所有存储于ProjectWise协同平台上基础信息及数据通过发布为I-model 2.0的方式进行数据的传导，以其作为一个数据转化格式，利用最新iModelHub工具，将数字模型数据打包传输至AssetWise运维平台中，从而通过此平台对所有数据进行统一管控。

3.3.3.2三维可视化

AssetWise运维平台上的数字模型是经过轻量化处理后导入而成，各设备设施模型在三维空间内的位置与实际施工情况一致，且其属性能够反应实际的信息，因此平台可以对项目资产进行直观的，可视化的管理，通过平台的三维模型即可了解设备设施的基本信息。同时，平台将现场采集的实时检测信息与三维模型进行整合，从而实现在三维场景中了解现场的实际状态。

3.3.3.3 互动展示及仿真培训

基于BIM三维数字模型，结合虚拟现实技术，系统可实现沉浸式的三维虚拟漫游，同时结合运维管理标准流程，实现对运维人员巡检，保养，维修等运维流程及应急流程的演示及培训考核。

利用LumenRT软件原生态对dng等格式的支持，将最终模型导入至软件中，并布置相应的场景，利用HTC Vive虚拟现实设备，进行BIM+VR互动展示应用，在其中可以实时测量所需的尺寸，浏览所需的信息，并对巡检流程等进行相应的模拟。

4.三维设计流程的展望及个人的一些思考

现有的设计流程中，ProjectWise协同设计平台是基于本地服务器，所有的数据文件均存储在服务器上，外部可访问性及过程可追溯性均较差。按照Bentley现有的工具和发展思路，未来可借助i-model 2.0格式传输方式，通过iModelHub及 iModel.js等工具，将项目整体发布至云端（也可为私有云）进行管理和运作。

目前BIM发展趋势很快，部分公司，部分项目已进入智慧设计，智慧建造的时代，但仍有很多公司经过多年的发展，仍然停留在翻模，出效果图及出渲染视频的阶段。究其原因是因为制度建立不完善，流程混乱，目标结果不明确，将二维设计与三维设计割裂开来所致。

笔者认为对于BIM的推进，必需要有公司高层的大力支持，制定正确的顶层设计及未来发展方向，在项目中辅以一定的激励措施，让尽量多项目人员参与和获得奖励，形成良好的氛围，形成良性循环。要明确采用BIM设计并不是取代和摒弃传统的设计方式，而是对传统设计方式的延伸，补充和优化。