工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

随着建筑信息化、数字化加速推进,传统工程项目建设模式越来越难以适应新时代建筑数字化的需求。近年来,通过对BIM技术的运用,数据中心项目在数字化方面有所突破,可为“数字建筑”的建设提供借鉴,但是距离实现真正意义上的“数字建筑”还为时尚早。
目前传统工程建设项目普遍数字化程度较低,且数据零散不统一。项目建设方在实施全过程工程管理的过程中,各参建单位角色多、交叉作业多,需要大量的协同工作,存在信息传递壁垒以及信息反馈不及时等问题。除此之外,项目图纸及各种过程文件仍采取电子文档管理或纸质蓝图文件,测量、合约、台账、动态成本仍采取excel管理。项目文件主要以文字和图表展现为主,成果不直观,对管理方业务能力要求相对较高,理解和汇报难度较大。笔者通过研究数据中心建设过程的数字化经验,采用先进的工程技术手段为工程质量和管理水平的提升赋能,以期建立工程建设的数字化交付路径,为后期数字孪生、智慧运维、AI应用、元宇宙等在建筑建设方面应用提供坚实、准确、高质量、全过程的数据基础。
一、数字化交付的相关研究
(一)数字化交付的发展与趋势
1980年,随着CAD进入中国,中国建筑行业逐步迈入建筑信息化阶段,传统以人工绘图的作业方式逐步进入信息化发展模式,电脑全面替代人工完成生产工具的革新。近年来,BIM作为新的数字化工具全面融入工程设计,为建筑数字化转型奠定基础,进一步提升生产效率。未来随着行业内对于建筑数据的需求愈加精细化,BIM作为建筑行业的新技术将融合人工智能、数字孪生等新型数字化技术,驱动建筑行业实现贯穿全生命周期的数字化转型发展,并在该阶段充分积累行业数据,进一步实现数据与业务深度结合的数智化发展阶段(如图1)。
工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图1 数字化应用的发展趋势

(二)数字化交付的定义
按照既定的数据规则,将工程建设过程中产生的、计算机能够处理且运行维护需要使用的数据,以数字化系统的方式移交给业主及运营管理部门,实现“数据移交”,可使其在得到一个物理建筑的同时得到一个数字化建筑。因此,区别传统工程交付方式,数字化交付指的是通过数字化交付平台,将设计、采购、施工、调试等阶段产生的数据、资料、模型以标准数据格式提交给业主的交付方式[1]。数字化交付关注数据积累、数据汇聚、数据流转和运用,打造真正意义上的“数字建筑”。数字化交付要求在设计、建造、项目管理等阶段,采用数字化技术和手段,提高工程总体建造和管理水平,将设计阶段、施工阶段、验收阶段的数据渐进式地积累起来,对数字资产进行有效管理。
二、数字化交付的实施路径
(一)全过程数字化管理平台
全过程数字化交付管理平台是基于互联网,以BIM模型为基础,以数字技术为底座,以项目管理为中心,以业务流程标准化为线条,打造“AI赋能+BIM轻量化+四维管理+X功能”为一体的建设全过程、管理全体系、业务在线全智能的数字化平台。平台由业主方把控、管理方主导,项目全参建单位立体交互,强调全阶段的数据收集、管控与集成,从进度、成本、质量、安全等多维度提升数据中心全过程管控。
全过程数字化交付管理平台系统功能上分为数据层、服务层和应用业务层(图2)。数据层主要包括流程、业务数据、文档、BIM模型文件的存储管理等;服务层主要包括BIM轻量化引擎(BIM控制中心)、流程引擎、权限中心等核心能力和算法;应用层主要包括前端开发的相应的交互页面和操作,支持BIM模型管理、进度管理、成本管理、工单管理、文档管理、设计变更等功能。文档管理支持按阶段完成全过程资料的电子归档。
工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图2 数字化交付管理平台功能架构图

此外,BIM轻量化引擎是系统核心能力之一。支持将巨型BIM模型文件无损轻量转化,所有模型构件族和属性参数100%保留;支持平移、旋转、透视、漫游沉浸式浏览等多种浏览方式;支持图纸测量、立面剖切、细节批注等多种视图工具;以BIM模型为数据载体,关联项目进度、工程造价、质量安全等业务信息,实现BIM模型的4D功能,让管理更立体、更具象化。
同时,流程引擎也是系统第二个核心能力。平台作为EPC全过程的管控系统,不仅要提供表单、流程审批等必需的功能,而且还要求支持清晰、流畅、灵活可配的流程引擎功能。权限中心是系统用户面向工程施工中参建的各方单位和人员设立,因此需要着重考虑各方角色的权限范围,参建单位和人员以实际项目现场为准。
(二)设计阶段
1. AI辅助方案创作
随着人工智能(AI)技术的迅猛发展,未来AI技术将广泛地应用在各行各业。而今年以Stable Diffusion(下称SD)为代表的AI绘图工具能力的大幅度提升也深刻地影响到了传统建筑设计。方案创作初期阶段通过利用AI辅助方案设计,为建筑师提供了灵感并减少方案初期模型渲染的工作量,从而提高工作效率。同时,随着人工智能的飞跃发展,在后续设计过程中还可以探索利用AI辅助规范及图纸审查等工作流程,实现数据的创建及其标准化和规范化。

2. 倾斜摄影及场地建模

传统的数据中心工程土方量的计算方法涉及多个环节,其准确性受到多方面因素的影响,包括地形、测量设备、测量方法和数据处理等。不同的数据处理方法可能导致土方量计算结果存在较大的差异,因此需要更可靠的方法来支持土方量的计算与核查、项目进度监控以及施工质量评定。在方案阶段,设计人员使用大疆无人机进行现场数据采集,与BIM技术的结合提供了一种高效的解决方案,可以获取区域内高精度的实景三维模型,通过将实景模型导入土方算量软件,可以在设计方案阶段评估场地的使用条件和特点并计算出最佳的填挖方数据,为项目土方填挖的完成时间、人员、机械成本提供有效的数据参照,从而改善土方量计算的准确性和可靠性,大幅提升工程管理的效率。倾斜摄影技术的数据处理将从无人机获取的影像和数据转化为三维模型或者点云数据,可以利用这些数据进行地形分析、建筑物识别、环境监测等,与方案阶段数字化模型相结合,帮助设计方案进行多轮比选,快速确定最终设计方案。

3. BIM数字化设计

在设计图纸阶段,数字化团队展开各专业模型搭建工作,建立三维环境BIM模型(如图3),制定统一的BIM技术标准,编制各阶段BIM实施计划,组织协调各参与单位的BIM实施规则,审核汇总各参与方提交的BIM成果,对项目的BIM工作进行整体规划、监督、指导[2]

工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图3 某数据中心建筑、结构、机电BIM三维图
4. 数字化设计的深化与应用

重点部位的深化:在重点复杂区域,数字化工程师与设计人员在三维环境下进行初步设计,利用模型与图纸相关联的特性,同步优化模型及图纸,提高设计质量,减少图纸错漏。在局部复杂区域模型设计完成后,利用BIM的可出图性,直接生成二维图纸指导设计优化,减少“错漏碰”的常见图纸问题。

工程量统计:按照需求对各构件进行分类,实现工程量的快速筛选与统计,协助造价分析与材料准备。三维模型条件下可以准确快速统计不规则区域的各类工程量,达到工程量的快速提取,强化造价管控。

二维图纸表达:在优化后的管线模型基础上,导出二维深化设计图纸,表达平面、立面、剖面等视图,并进行管线类型、管线尺寸、平面定位等相关数据的标注、注释,形成完整的深化设计图纸,为后续建造提供更准确的图纸依据。

空间净高分析:进行自动区域净高分析,获得各区域的净高,生成净高分析图,用来确定各区域的最终净高是否满足业主需求。

问题跟踪分析:利用BIM模型整合性特点,集成各专业模型,较直观地观察到建筑与结构、机电与结构、机电与建筑之间,因设计师沟通误差而产生的各种设计图纸中的“错漏碰”问题,并在设计阶段逐个跟踪解决,提高整体施工图的设计质量。

设备运输分析:将BIM模型导入三维可视化软件中,对设备运输路径进行净高、净距分析,并出具设备运输路径分析报告和运输建议,用于核查设备运输通道是否满足现场设备运输要求。

管线综合优化分析:数据中心的建设包含多个专业,内部集中了电源、照明、电力母线、消防智能化、水管、风管等几大类十几种管线。运用各专业的三维图纸叠加,检查各专业管线间的碰撞与优化,完成数据中心内、外部各种管线布设及三维协同设计工作,减少施工过程中可能遇到的问题并减少不必要的变更。

可视化展示:利用BIM模型可视化特点,集成所有专业的设计模型,表达真实的设计效果,为项目沟通决策提供有力的结果依据,提高各方沟通协调的准确和效率。

轻量化模型:利用轻量化手段将BIM模型输出为一个网址,让项目管理方及业主在一个集中的工作空间查看、共享、审阅和查找二维和三维设计与项目文件,解决了需要高配置电脑才能打开及查看模型的诟病,降低了BIM使用成本(图4)。所有项目成员均可以在异地通过各种网页端浏览模型,进行模型测量、构建、查找、剖切等功能,解决了各方BIM的使用需求。
工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图4 某数据中心轻量化展示平台

(三)建造阶段

1. 现场BIM应用

可视化交底:利用BIM模型可视化特点,集成所有专业的设计模型,直观表达真实的设计效果,帮助施工方及施工班组快速理解设计意图,大幅提升施工交底效率,加速推进施工进度,为提高项目质量提供强有力保障。

二次深化设计:利用BIM技术,根据现场情况(现场结构建筑施工误差、设备型号、综合支吊架布置、施工及检修空间等)进行全面三维检查(图 5),依据施工条件调整管综,最大限度地保证项目的空间利用率及整体效果。

工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图5 某数据中心制冷站管综三维图

施工场地布置模拟:利用BIM技术的三维可视化的特点,对场地内的施工机械布置模拟,提前考虑施工机械工作半径、高度等特点,通过精细化建模,提前发现冲突,合理地布置材料、PC构件堆放场地,从而达到节材节地的目的。

施工进度模拟:基于BIM的工程项目施工进度模拟是在BIM三维模型的基础上增加时间维度,以动态三维仿真的方式展现建筑的建造过程。可以优化场地布置,发现构件之间的施工冲突及施工方案中的错误及缺失,提高施工效率,指导管理人员的决策,方便各参与方之间的交流[3]。

重点施工方案模拟:在BIM模型的基础上结合项目重难点,表达危大工程等重难点部位所处的现场施工环境、工况介绍、施工方法和工艺、大型设备选型及运行方式、安全质量保障措施等,通过三维仿真模型模拟施工现场,让建设方、施工方能够直观讨论不同方案的比选,推敲各种施工保障措施的科学性及可行性。

2. AR辅助建造
由于数据中心建筑本身体量较大,内部机电设备、预埋件、管道线路错综复杂,施工难度大,施工精度要求较高。采用BIM+AR技术,可以用来获取现场的精确数据,通过将多次扫描的点云数据进行比对,可以验证设计图纸与实际建筑的一致性,检查是否存在偏差或错误。在安装前进行现场全专业交底,让班组全面掌握全局规划情况,避免“抢位置”“怎么容易怎么做”等情况出现,及时纠偏,避免全局错误,降低成本,缩短工期。
3. DT记录与监管
使用监管系统定期对施工现场进行拍摄,实现全程全景记录数据,可对项目的整个生命周期产生的所有现场图片进行保存,并可选择不同的时间,对选中区域特别是隐蔽工程进行时间对比,也可实现现场与BIM模型比对。项目管理人员进行虚拟巡检,在全景照片中发现现场的质量、安全、进度等管理问题,下发问题整改单,方便管理人员远程跟踪项目进度,帮助项目实现如期交付,提升工程的质量。
4. 数据跟踪管理

设计图纸版本跟踪管理:全过程数字化项目管理平台可以对设计阶段上传的不同版本设计文件进行全面留痕并按照设计方需求进行标准化保存,帮助设计方快速地完成设计文件版本管理,减少因各专业设计版本的流转问题造成的图纸差错(如图 6)。

工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图6 某数字化管理平台各阶段图纸跟踪管理

BIM模型跟踪管理:数字化团队负责统一协调各数字化小组,如数字设计组、平台管理组、现场技术组、后备及巡场组,建立伴随设计机制,实时更新模型。BIM 模型设计人员定期进入项目现场,对现场完成建筑进行巡检,确保模型与实物对应,为建造阶段BIM模型应用提供一个准确的物理模型基础。

造价跟踪控制管理:在项目建设过程中,将造价和设计变更与建设过程中的模型相关联,形成模型版本对比及变更构件对比,并形成清单(如图 7)。方便管理方清晰了解项目变化位置及大概成本影响,实现高效和精细化管理。
工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图7 某数字化管理平台造价跟踪管理流程

(四)验收阶段

1. AR辅助验收

在施工完毕的空间或室外区域里运用BIM+AR技术,将现场情况实时与BIM模型比对,分析误差情况,提升验收效率,让日常验收成为可能,第一时间以最小成本修正错误。

2. 激光扫描实测实量

土建施工完毕后,人工肉眼观测难度大,采用三维扫描技术,对室内墙、顶、地进行全方位无死角无人工干预测量,并自动生成数据分析表,确定问题的具体位置,指导人机协同整改,形成质量闭环管理。

3. 竣工数据录入

依据建设单位要求及后期运维需要,将建造过程中的数据信息(设备型号、供应商、维保联系方式、采购时间、功率等)录入到对应的模型构件中(图 8),让物理模型构件变成一个涵盖了所有数据信息的几何构件体,为业主后期管理和运维提供准确的参数。

工程项目全过程数字化交付实施路径——以数据中心项目为例

图8 柴油发电机模型信息及设备参数

4. 数字化集成交付

依托项目建设过程中不断完善与深化的BIM模型,整合竣工资料、现场变更信息,收集施工、采购相关文档,最终形成三维竣工模型(该模型涵盖全部施工材料信息、过程管控信息、采购信息等,并且和现场保持高度一致)和其他竣工资料,建立一套完整项目数据化集成系统并进行数字化交付。建筑单位在保存这份数字资产的同时,可以直接构建运行维护系统、物业管理系统等,实现后期的智慧运营。
三、总结与思考
当前整个数字化设计和交付工作存在以下重点和难点:一是建设方需要充分认识数字化工作的重要性,在项目管理时,把数字化工作提升到较高水平,并在工作流程中赋予数字化团队相应的权限,要求设计、施工、监理公司充分运用平台参与管理并确保最后顺利交付;二是数字化团队需要及时更新模型,提高基础模型的准确性,确保土建、大小机电、室内外工程等各阶段工作之间的衔接与协调;三是建立有关数据中心领域数字化交付标准,包括《数据中心数字化交付及验收标准》《数据中心全过程数智化工作指引》《数据中心构件数字编码标准》等,提升交付质量;四是全过程数字化交付管理平台的模块功能设置及数字化团队组织架构需要和运维、物业、政企、智能化供应商等部门充分沟通,平台人员组织架构和功能设置乃至使用过程的可操作性都会影响整体的流程进度。

数字化交付是建筑行业信息化、智能化的重要环节,在以数字化设计打造的全生命周期BIM应用中,通过搭建以轻量化引擎为核心的数字化交付平台,并匹配专业的全过程质量提升、进度及造价管控、图纸及建筑工程数据管理,实现BIM模型和工程信息、工程资料的完整关联和存储,为项目后期智能化运维奠定了基础,真正实现建设工程从纸质文档交付至数字化交付的转变。(文/马振威,马晓斌,王婉扬,丁健文)

参考文献:
[1] 严琰.化工项目数字化交付的实践与思考[J].硫磷设计与粉体工程,2023,(06):30-33+6.
[2] 汪龙祥.佛山市城市轨道交通3号线工程3202-1标BIM技术应用[J].中国港湾建设,2020,40(04):74-78.
[3] 肖亮,欧阳娟,赵彬帆.咨询设计企业全过程工程咨询管理体系构建与项目实践[J].中国勘察设计,2024,(07):47-51.

 

来源:数据中心基础设施运营管理

0赞

好文章,需要你的鼓励

2025

01/13

14:04

分享

点赞

数据中心基础设施运营管理

专注数据中心基础设施规划设计、建造施工、测试验证及运营管理,分享行业发展趋势及新技术应用。

最近文章 :