基于BIM 的潛江市文化中心PPP 項目全生命周期管理平臺建設研究

洪亮 李華松 張柯 劉洪啟 覃亞偉 龔翔宇

（1.湖北工建投資發展有限公司, 武漢 430000 2.華中科技大學土木與水利工程學院, 武漢 430074）

引言

PPP（Public-Private Partnership）即政府和社會資本合作，是公共基礎設施中的一種項目運作模式。2014 年以來，PPP 在我國遍地開花，項目數量多，投資額度大[1]，根據財政部PPP 中心最新數據統計顯示，截至2020 年9 月底，累計入庫PPP 項目9 792 個、投資額15.2 萬億元。但是隨著PPP 項目的落地實施，大量失敗的案例涌現出來，例如杭州灣跨海大橋、山東中華發電項目等，分析其原因主要是政府失責、決策階段可行性研究和物有所值評價缺乏指導性以及建設階段眾多參建方組織管理不統一、信息溝通不暢[2]。因此，PPP 項目實施對組織的協調與管理提出了更高的要求。

工程全生命周期管理（Building Lifecycle Management，簡稱BLM），是指對建設項目從概念設計、項目策劃、可行性研究、建設、運營維護一直到拆除為止的全流程管理[3]。近些年來，全生命周期理論已被國內外學者廣泛用于工程建設領域的研究，在成本管理、信息管理、風險管理以及管理平臺建設等方面體現出了良好的應用價值，但是，該理論孤立地應用在PPP項目中會存在一些障礙。全生命周期管理的核心是對信息的收集、整理與分析，由于PPP 項目時間跨度長、參與方眾多，導致產生的信息量巨大、信息傳遞不暢、信息可靠性降低，從而影響信息分析的結果，使項目目標無法實現。

BIM 技術的出現給全生命周期管理提供了有效的工具。它通過建立三維數字化模型將項目全生命周期碎片化信息進行整合，為參建各方提供一個協同辦公的平臺[4]。近年來，BIM 技術已經在多種工程建設領域內形成了成功的應用和研究，在裝配式建筑、消防、地下綜合管廊等項目的全生命周期管理中起到了巨大的作用，為項目的全生命周期內管理提供了可視化、數字化管理手段[5]。

結合BIM 技術與全生命周期管理的理念，可以為PPP 項目的成功實施提供輔助。BIM 技術在PPP 項目的全生命周期中的應用包括對其成本全過程控制、風險全過程管理以及全過程的可視化監管[6]。

與傳統項目相比，BIM 技術在PPP 項目全生命周期中有更高的需求和應用價值。PPP 項目存在著多參與方，信息交換更為復雜的客觀條件，因而PPP 項目對管理的精細化程度具有更高的要求，需要對項目全過程的成本、質量、效益提供更為精確和實時的反饋[7]。

BIM 技術的應用將有效解決PPP 項目全生命周期管理過程中產生的各類信息管理難題，提高信息管理效率，節約項目總投資，縮短項目工期，實現PPP 項目從粗放式管理到精細化管理的轉變[8]。

在現代建筑施工復雜，體量龐大的背景之下，利用BIM 技術來輔助施工已經成為了一種趨勢。利用BIM 技術建立PPP 項目的全生命周期管理平臺，可以對項目的決策、設計、施工、運營等階段進行全生命周期管理，有效地避免施工過程中的信息煙囪、數據孤島等一系列問題[9]。

1 BIM 在PPP 項目全生命周期的應用

PPP 是政府方與社會資本方建立的一種長期合作關系模式，主要包含決策、設計、施工、運營和移交五個階段，BIM 技術在其中的應用都將促進各階段工作順利、高效地完成，最終實現項目產出目標。

1.1 BIM 在決策階段的應用

PPP 項目決策階段主要工作內容包括物有所值評價、財政承受能力論證和實施方案編制。由于工程建設行業仍存在著粗放管理的現象，同類型PPP 項目的數據難以為物有所值評價提供真實、準確的數據支撐，因而在決策階段需要引入BIM 技術，為PPP 項目的決策提供支持。BIM 在決策階段的應用主要包括以下兩個方面：

（1）BIM 技術可以收集、整理已實施PPP 項目信息，并按照相應的標準進行分類存儲形成PPP 項目信息數據庫，為新PPP 項目物有所值論證的定性與定量分析提供可視化數據參考，提升物有所值論證的可操作性，為業主的的決策判斷提供相應的數據依據，為設計階段的模型建立、結構優化以及協同設計提供支持；

（2）借助BIM 軟件簡單地搭建BIM 模型，將項目方案與財務分析工具集成，一旦進行參數修改，便可迅速提取工程量，并通過算量軟件和計價軟件得出初步的造價，并獲得各方案的投資收益指標，為業主的最終決策提供有說服力的依據。

1.2 BIM 在設計階段的應用

設計階段在PPP 項目實施過程中起到了至關重要的作用，其直接關系到政府提供的公共產品是否符合社會公眾的利益，是否滿足人民群眾對美好生活的需要。傳統概念設計與2D 圖紙很難讓缺乏專業知識的政府方及其他參與各方對整個工程設計有清晰直觀的認識，從而影響決策效率，影響后期的施工與運營。應用BIM 技術，將有效提升工程產品的可視性和透明度，減少設計錯誤，節約投資成本。其主要作用體現在以下三個方面：

（1）可視化設計與碰撞檢查。利用BIM 技術呈現出的建筑是3D 可視化模型，相比于傳統的2D 模型，使PPP 項目參與方更加簡單直觀地了解工程設計，便于各參與方設計意圖的溝通與實現。碰撞檢查是將建筑、結構、水電暖等專業設計模型整合到一起，檢查整合后各專業模型構件在空間上“打架”情況，并根據檢查結果對構件布置進行調整，減少后續施工中的設計變更，大大降低“錯、漏、碰、缺”的發生率；

（2）各專業協同設計。傳統工程設計是由眾多專業設計組合而成，每類專業設計人員只負責完成本專業的設計任務，與其他專業設計人員缺少溝通，這會導致各專業設計思路存在沖突，在組合成最終設計成果后需要進行大量修改。應用BIM 技術將為各專業設計人員提供協同工作平臺，全方位溝通交流，減少設計錯誤的產生，提升設計效率；

（3）設計方案的模擬與優化。BIM 技術可以將設計方案中的文字描述以圖像等非結構化數據形式形象地展示出來，比如模擬建筑的通風與采光、模擬建筑內部各類設備的運行、模擬室外景觀與燈光的組合效果，對模擬結果不盡人意的地方進行優化，有助于政府方或者PPP 項目公司的決策，提升公共產品的質量，便于項目運營。

1.3 BIM 在施工階段的應用

施工階段是將設計階段產出的建筑模型變為實體，涉及到大量人力、物力和財力的投入，為順利完成PPP 項目質量、進度、投資等目標，必須采取有效措施規避可能產生的各類風險。例如，施工未按規范要求導致質量問題、材料供應不及時，施工組織協調工人和機械設備不合理導致進度滯后等。

將設計階段創建的BIM 模型與施工階段的質量、安全、進度以及投資控制相關聯，通過協同工作平臺在模型上及時反應施工現場的質量、安全、進度情況和PPP 項目公司的投資情況并進行分析、對比和預警，有助于相關參與方及時采取有效措施，規避施工風險。

1.4 BIM 在運營和移交階段的應用

PPP 項目運營直接決定社會資本的償債能力和盈利情況，PPP 項目移交關系到運營期結束后政府方對資產的評估和項目功能與性能測試，關系到項目移交后能否持續正常運營。

將竣工后的BIM 模型應用到運營階段，建立基于BIM 的運維管理系統和運營監測系統，實時收集分析設備運行和維保的各項數據，提升運維管理水平，助力運營期績效考核。

2 基于BIM 全生命周期管理平臺搭建

為實現PPP 項目全生命周期管理，借助BIM 技術搭建一個參與方協同工作的管理平臺，對項目實施過程中產生的各類信息進行集中收集管理，利于業主方掌握整個項目的實際進展情況，利于決策者有依據地進行決策。

2.1 平臺組織架構

基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺采用主流技術框架SSH 和B/S 軟件體系結構，組織架構主要分為數據層、應用服務層和協同工作層，如圖1 所示。

圖1 平臺組織架構

（1）數據層。項目參與方通過傳感器、攝像頭等感知設備以及日?，F場巡視將大量的數據信息傳入數據庫中。數據層的主要任務是對數據信息的收集、分類和存儲；

（2）應用服務層。應用服務層是整個管理平臺組織架構中的核心。它主要是從數據層中提取信息，并根據生命周期的不同需求，存儲在各階段的子模塊當中去，并將各個階段的信息與BIM 模型相關聯，對信息進行個性化的分析與處理，為PPP 項目相關方提供所需的模型信息。例如：BIM 模型與建設階段各子模塊相關聯，可將施工過程信息在模型中進行體現，達到可視化的目的；

（3）協同工作層。協同工作層的主要功能是使平臺用戶（甲方、總包方和監理方等）共享獲取的各類原始信息和經過平臺分析處理后的信息，并且能夠在平臺中完成相關工作的流程處理。該層通過用戶的功能權限和數據權限的設置，為各參與方提供了獲取項目信息的單一入口，使得各參與方能夠遠程協作，安全、高效地交換各類信息[2]。

2.2 功能模塊設計

基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺主要劃分為三大功能模塊，分別是決策階段、建設階段和運維階段，每個階段模塊里進一步細分為多個小模塊，如圖2 所示。

圖2 平臺功能模塊

（1）決策階段。該模塊主要包含立項決策和過程決策。立項決策是將前期調研的各項數據錄入系統，依次形成總投資重算表、項目測算表和評價指標表，用來計算投資回報年限和數額并判定PPP 項目是否值得投資。過程決策是在項目執行過程中，將實際數據錄入系統，計算出當前的決策結果，以判定項目的投資變化并實時調整投資計劃；

（2）建設階段。該模塊主要包含投資管理、質量安全文明施工管理、進度管理、信息化管理、BIM 模型管理等。投資管理主要是集中收集PPP 項目投資估算、投資概算和施工圖預算各項數據信息并且在管理平臺中進行每月的投資確認，包括工程費用確認、工程建設其他費確認、建設期利息確認和項目總投資確認。質量安全文明施工管理是項目參建各方將現場發現的質量安全文明施工的問題在管理平臺的BIM 模型中進行展示，錄入問題照片、問題描述和整改要求，并且能進行問題統計和分析，有助于提升現場施工管理水平；

（3）運維階段。該模塊主要包含運維管理、運維成本和績效考核。運維管理是依靠項目竣工BIM 模型，收集并展示日常運維過程中的實時核心數據，包括實時進場人數和停車位數量、實時緊急報警、設施設備的運行能耗與故障情況等。運維成本用于展示和分析運維過程中所有的支出與收入信息，并根據分析結果調整運維方案?？冃Э己擞脕砭C合評價PPP 項目的運維成績，關系到政府補貼數額和項目盈利，考核方可利用此模塊對項目運維情況進行線上評分，被考核方可根據評分結果針對性地優化項目運維管理，提高評分。

3 應用案例

3.1 工程概況

潛江市文化中心PPP 項目包括博物館、城建檔案館、綜合檔案館、圖書館、工青婦（工人文化宮、青少年宮和婦女兒童活動中心）5 個單體建筑?？偨ㄖ娣e52 640 ㎡，總投資概算5.2 億元，建設期2 年，運營期13 年。為了提升潛江市文化中心PPP 項目管理水平，規避各類風險，項目公司搭建了基于BIM 的潛江市PPP 項目全生命周期管理平臺[10]。

本項目通過網址和賬號密碼進入管理平臺首頁，平臺首頁的主要功能是對企業和個人信息、參與單位配置、用戶錄入與權限配置等基礎信息進行管理，其中權限配置是平臺基礎管理的核心，它針對不同階段不同參與方在潛江市民之家和文化中心PPP 項目的角色與職責分別配置相應的功能權限和數據權限，以此做好本項目全壽命周期管理平臺運行的準備工作。

3.2 平臺全壽命周期管理

潛江市文化中心PPP 項目全壽命周期管理管理平臺采用主流技術框架SSH 和B/S 軟件體系結構，包括決策階段、建設階段和運維階段三大模塊。每一個大模塊又根據本項目每個階段需要完成的工作任務細分為多個小模塊，各個模塊里存儲著每項任務過程的所有數據信息，可根據權限配置情況隨時調取查看。

（1）決策階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目決策階段的主要功能包括：規劃設計、方案設計、可行性研究、立項決策和過程決策。實施機構和項目公司可通過該模塊查看：1）項目立項決策的數據信息，為判定項目可行性提供重要支撐；2）項目過程決策的數據信息，以此來分析實際投資計劃的偏差情況，如圖3 所示。

圖3 平臺決策階段頁面

（2）建設階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目建設階段的主要功能包括：報建報批、施工現場管理、合同管理、投資管理、資料管理和信息化管理。以施工現場管理中的BIM 模型管理為例，在管理平臺中錄入本項目的BIM 模型文件，然后，為更全面、多方位的讓參與方了解項目建筑信息，可為BIM 模型的每一層關聯一張平面圖紙，該層的全部組件將自動與圖紙上的組件進行關聯，在BIM 模型上可以查看本項目全部、本周、本月、本年及任意時間段內的進度完成情況，也可以查看全部、本周、本月、本年及任意時間段內的質量安全問題及整改情況，如圖4 所示。

圖4 平臺BIM 模型管理模塊

（3）運維階段管理

管理平臺在潛江市文化中心PPP 項目運維階段的主要功能包括：運維大屏、物業管理、運維成本和績效考核。以運維大屏為例，它以BIM 竣工模型為核心，將智能報警、設備異常、視頻監控、能耗監控、人員車輛監控等匯于一體，展示本項目運維過程中實時核心數據，有利于實施機構監督考核，如圖5 所示。

圖5 平臺運維大屏

4 結語

本文對基于BIM 的全壽命周期管理平臺在PPP 項目中的應用進行分析，取得了以下三方面的研究和應用價值：

（1）對BIM 在PPP 項目全壽命周期中各階段的應用進行了研究和分析，明確了各階段中BIM 的應用場景和功能；

（2）建立了基于BIM 的PPP 項目全生命周期管理平臺相架構，對項目各階段的功能模塊進行了設計；

（3）結合潛江市文化中心PPP 項目實際工程背景，以BIM 模型為核心，基于多源數據可視化融合理論，構建了智能報警、設備異常、視頻監控、能耗監控、人員車輛監控等多維運營數據可視化管控平臺，極大提高了項目公司日常運維管理水平和效率。

建立的平臺將PPP 項目將參與各方工作通過BIM協同平臺連接起來，形成一個互相連接、互動的信息系統，解決了從項目立項、竣工交付到運維全過程項目管理難題，實現PPP 項目的精細化管理，為BIM 技術與PPP 項目全壽命周期管理的融合提供有益的指導。