關(guān)于運(yùn)用BIM進(jìn)行工程管理的研究

宗 仁 棟

(中鐵交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530021)

關(guān)于運(yùn)用BIM進(jìn)行工程管理的研究

宗 仁 棟

(中鐵交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530021)

從BIM具有的集成化、可視化、交互性、模擬性、動(dòng)態(tài)優(yōu)化5個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)出發(fā)，通過在建筑構(gòu)件三維模型基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)WBS、施工進(jìn)度和資源信息，創(chuàng)建了施工階段的4D施工資源信息模型，研究了施工階段將資源管理細(xì)化到WBS工序節(jié)點(diǎn)的機(jī)制與方法，開發(fā)了基于BIM技術(shù)的5D資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了施工過程的工程量動(dòng)態(tài)查詢，人、材、機(jī)等施工資源的動(dòng)態(tài)管理，施工成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控、工程進(jìn)度款的支付與管理。

BIM，可視化，5D，WBS

1 BIM時(shí)代背景

伴隨著建筑業(yè)競爭日趨激烈，對傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理提出了新的要求，業(yè)主也在管理的方面不斷進(jìn)行完善，BIM理念應(yīng)運(yùn)而生，見圖1。

BIM(Building Information Modeling)，即建筑信息模型，該技術(shù)可以通過施工流程模擬、信息量統(tǒng)計(jì)給項(xiàng)目管理提供重要的技術(shù)支持，使每個(gè)階段要做什么，工程量是多少，下一步做什么，每一階段的工作順序是什么，都變得顯而易見，使管理內(nèi)容變得“可視化”，增強(qiáng)管理者對工程內(nèi)容和質(zhì)量掌控的能力。

2 BIM創(chuàng)新之處

1)集成化。BIM相較于傳統(tǒng)的管理和建設(shè)模式，最大的區(qū)別就是它的集成化特點(diǎn)。BIM將最初的2D構(gòu)件信息擴(kuò)展為帶有空間坐標(biāo)的三維信息，并在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展成為攜帶成本信息及進(jìn)度信息的5D管理信息模型(見圖2)。因此基于BIM的管理平臺(tái)不僅可以通過三維數(shù)據(jù)了解各個(gè)構(gòu)件基本信息及具體空間位置，更可以進(jìn)一步通過對成本及進(jìn)度信息的添加及修改實(shí)現(xiàn)對工期、成本的管理。除了各類工程信息的集成外，BIM也將建設(shè)項(xiàng)目的全壽命周期進(jìn)行了集成。

傳統(tǒng)方法雖然可以對前期階段所制定的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，但是由于其可視性弱，不易協(xié)同，以及橫道圖、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖等工具自身存在著缺陷，所以項(xiàng)目管理者對進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化只能停留在部分程度上，這就使得進(jìn)度計(jì)劃中可能存在某些沒有被發(fā)現(xiàn)的問題，當(dāng)這些問題在項(xiàng)目的施工階段表現(xiàn)出來時(shí)，對建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的影響就會(huì)很嚴(yán)重?；贐IM技術(shù)的進(jìn)度管理通過虛擬施工對施工過程進(jìn)行反復(fù)的模擬，可使在施工階段可能出現(xiàn)的問題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，逐一修改，并提前制定應(yīng)對措施，使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案最優(yōu)，再用來指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，從而保證項(xiàng)目施工的順利完成，見圖3。

2)可視化。BIM的另一個(gè)特點(diǎn)就是可視化，它通過可視化技術(shù)為建設(shè)參與各方提供一個(gè)三維可視化的效果圖，比傳統(tǒng)的2D出圖更加直觀清晰。

尤其是當(dāng)前建筑業(yè)快速發(fā)展，各類建筑都朝著大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的CAD二維出圖方式不僅給施工方甚至給設(shè)計(jì)方自身都帶來極大的不便。而BIM的可視化功能為各參與方提供一個(gè)三維模型，解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)識(shí)圖困難的問題。同時(shí)能輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工中的進(jìn)度成本可視化控制，通過場地的布置及材料需求安排物資采購調(diào)度計(jì)劃。由于BIM包含的大量信息，可視化的結(jié)果不僅可以通過效果圖展示項(xiàng)目竣工情況并生成報(bào)表，同時(shí)可以為項(xiàng)目的開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)用各方提供一個(gè)可視化的管理狀態(tài)。

3)交互性。在建設(shè)項(xiàng)目的全壽命周期中，涉及到眾多的利益相關(guān)者，他們在工作的各個(gè)階段無不存在著相互之間的協(xié)調(diào)配合工作，見圖4。

但傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方式由于信息傳遞方式的缺乏造成了信息孤島及信息滯后現(xiàn)象。如在設(shè)計(jì)過程中土建部分、安裝部分分開設(shè)計(jì)，極有可能造成各種專業(yè)之間的碰撞問題。在施工階段，由于缺乏良好的信息溝通方式，施工方與設(shè)計(jì)方就施工圖紙中存在的問題無法進(jìn)行良好的交流，尤其是當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，施工單位無法及時(shí)獲知變更信息，更可能由于對變更理解的偏差而造成嚴(yán)重的損失；在項(xiàng)目交付使用后，運(yùn)營方缺乏對建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)及建設(shè)期詳細(xì)信息的了解，造成后期維護(hù)過程中缺乏針對性，尤其不利于綠色運(yùn)營管理的實(shí)現(xiàn)。

而BIM為各參建方提供了一個(gè)信息交流平臺(tái)，使眾多參與者可以在一個(gè)平臺(tái)上協(xié)同工作，共同參與。

4)模擬性。BIM可以通過一系列虛擬手段用數(shù)字仿真技術(shù)對將要進(jìn)行的項(xiàng)目及過程進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)事前控制。BIM技術(shù)模擬的不僅僅是建筑物本身的模型，還可以借助各類分析軟件對項(xiàng)目的能耗、日照、緊急疏散等情況進(jìn)行模擬，同時(shí)通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工前即對項(xiàng)目的施工整體過程進(jìn)行模擬，從而確定合理的施工組織方案以及成本、進(jìn)度計(jì)劃指導(dǎo)施工。在后期運(yùn)營階段，可以通過模擬的手段對日常維護(hù)問題進(jìn)行提前分析，提高管理效率及節(jié)能效果。對較復(fù)雜的如管線重新布置等問題，用BIM來模擬具體的布線位置及布線方案可以極大的提高工作效率，減少返工等問題。

5)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。項(xiàng)目的全壽命周期就是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程，優(yōu)化受到信息量、復(fù)雜程度及時(shí)間三方面的影響。而BIM正好能完整的攜帶大量的信息，并通過實(shí)時(shí)傳遞保證信息的時(shí)效性。由于BIM的集成化、可視化及交互性等特點(diǎn)，使得各參與方在建設(shè)過程中能對項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)控制。如在施工階段，若發(fā)生任何臨時(shí)性問題需要設(shè)計(jì)變更時(shí)，施工單位只需將情況上報(bào)至BIM管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)單位即可協(xié)同施工單位實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，大大縮短了傳統(tǒng)信息傳遞過程所消耗的時(shí)間并減少了信息傳遞損耗問題。

正是由于BIM擁有集成化、可視化、交互性、模擬性以及動(dòng)態(tài)優(yōu)化的特點(diǎn)，它尤其適合于進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)度控制。集成化特性使得進(jìn)度信息并非孤立，而是與成本、材料、現(xiàn)場布置等信息聯(lián)系在一起，交互平臺(tái)為多方共同控制項(xiàng)目進(jìn)度提供了基礎(chǔ)，通過模擬對進(jìn)度進(jìn)行合理安排，并通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化進(jìn)行進(jìn)度的事中控制。

3 運(yùn)用BIM擬優(yōu)化解決的問題

1)工程變更優(yōu)化。BIM的4D模型是進(jìn)度調(diào)整的有力工具。當(dāng)變更發(fā)生時(shí)，利用BIM模型可以把設(shè)計(jì)變更內(nèi)容關(guān)聯(lián)到模型中，只要把模型稍加調(diào)整，相關(guān)的工程量變化就會(huì)自動(dòng)反映出來，可通過對BIM模型的調(diào)整使管理者對變更方案帶來的工程量及進(jìn)度影響一目了然，管理者以變更的工程量為依據(jù)，及時(shí)調(diào)整人員物資的分配，將由此產(chǎn)生的進(jìn)度變化控制在可控范圍內(nèi)。同時(shí)在施工管理過程中，可以通過實(shí)際施工進(jìn)度情況與4D虛擬施工進(jìn)行比較，直接的了解各項(xiàng)工作的執(zhí)行情況。當(dāng)現(xiàn)場施工情況與進(jìn)度預(yù)測有偏差時(shí)，及時(shí)調(diào)整并采取相應(yīng)的措施。通過將進(jìn)度計(jì)劃與企業(yè)實(shí)際施工情況不斷的對比，調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃安排，使企業(yè)在施工進(jìn)度管理工作上能全面掌控。甚至我們可以把設(shè)計(jì)變更引起的造價(jià)變化直接反饋給建設(shè)方，使他們清楚的了解設(shè)計(jì)方案的變化對工程造價(jià)產(chǎn)生了哪些影響。

工程變更在實(shí)際施工過程中經(jīng)常發(fā)生，且難以進(jìn)行精準(zhǔn)的測量和控制。傳統(tǒng)方式中，設(shè)計(jì)人員對設(shè)計(jì)變更后的方案重新出圖，然后需對變更后的圖紙?jiān)俅芜M(jìn)行工程量的計(jì)算，才能得到最終成本造價(jià)結(jié)果。因此，工程中一旦產(chǎn)生變更，就會(huì)相繼帶來重復(fù)勞動(dòng)和計(jì)算偏差風(fēng)險(xiǎn)。

通過BIM軟件所繪制的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建筑模型，可以做到即時(shí)更新設(shè)計(jì)師對圖紙的更改，所有的變更過程通過BIM信息平臺(tái)在模型中自動(dòng)更新完成，并在軟件中自動(dòng)計(jì)算工程量變動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，而無需重復(fù)人工計(jì)算。對于可能多次產(chǎn)生調(diào)整變更的部位，BIM技術(shù)可利用其可視化動(dòng)態(tài)分析的特點(diǎn)，模擬多方案施工情況，在設(shè)計(jì)源頭上降低變更率。利用BIM技術(shù)的信息集成與即時(shí)跟蹤，能夠良好促進(jìn)施工總承包企業(yè)對于工程變更的掌控。

2)工程費(fèi)用優(yōu)化?；谲浖到y(tǒng)創(chuàng)建的虛擬建筑模型是一個(gè)涵蓋了建筑全部信息的數(shù)據(jù)庫。施工管理可以直觀的看作是將建筑模型和時(shí)間、成本結(jié)合起來的5D模型。這個(gè)過程中施工方案的可行性可以在設(shè)計(jì)或施工之前就確定下來，運(yùn)用施工系統(tǒng)可以快速、方便、精確的建立施工模型。這種方法得到的模型可以降低設(shè)計(jì)文檔中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣就降低了施工的費(fèi)用和時(shí)間。

工程量可以通過模型準(zhǔn)確的獲得，再加上時(shí)間和成本，就能分析施工工序的可行性。應(yīng)用施工管理可以自動(dòng)的將工程進(jìn)度和施工模型連接起來，這種連接一旦形成，工程進(jìn)度的方案就能高效的進(jìn)行分析和交流，并可以將預(yù)算中的數(shù)據(jù)信息運(yùn)用到生產(chǎn)中，使得生產(chǎn)在預(yù)定中進(jìn)行，此外把施工模型和時(shí)間、成本結(jié)合起來，做成一個(gè)表格，可以分析財(cái)務(wù)狀況。在施工管理系統(tǒng)中，進(jìn)度、成本、設(shè)計(jì)三個(gè)方面是緊密相連、密不可分的，其中任何一方變動(dòng)都會(huì)自動(dòng)的反映在另外兩方面上，這樣可以減少預(yù)算和評(píng)估的時(shí)間，且預(yù)算的準(zhǔn)確性也得到了提高。此外，施工項(xiàng)目的可預(yù)見性也得到了提高，在設(shè)計(jì)和施工初期提前找出問題。

目前，建筑施工與建造技術(shù)的信息化程度較低，主要體現(xiàn)在工程算量、成本核算等方面，面臨著效率低、浪費(fèi)大等問題。通過實(shí)施BIM來提升施工的質(zhì)量與效率，減少施工人力與材料的浪費(fèi)具有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。在采用BIM設(shè)計(jì)時(shí)，通過材料的選擇已經(jīng)將造價(jià)的參數(shù)自動(dòng)記錄，可以隨時(shí)生成造價(jià)清單，實(shí)現(xiàn)基于BIM的工程造價(jià)技術(shù)。設(shè)計(jì)者可以通過BIM賦予建筑構(gòu)件時(shí)間屬性，模擬施工建造工程，使其變得清晰、可視。

3)工程進(jìn)度優(yōu)化。運(yùn)用BIM進(jìn)行工程項(xiàng)目管理可清晰的觀察到項(xiàng)目推進(jìn)進(jìn)展情況，已完成哪些分項(xiàng)，剩余哪些分項(xiàng)，剩余分項(xiàng)中怎么合理安排施工工序等這些問題都能借助BIM很好的得到解決。實(shí)際運(yùn)用BIM過程中，對未完成的分項(xiàng)進(jìn)行顏色區(qū)分的標(biāo)注，提高可視度的同時(shí)，更重要的是能夠合理組織施工工序，從而使得進(jìn)度得到優(yōu)化。

同時(shí)，可對整個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行WBS分解，把整個(gè)項(xiàng)目分成若干個(gè)組成模塊，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)工期制定，然后根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行工期考核，對建設(shè)單位而言，能夠很好的掌控實(shí)際進(jìn)度與節(jié)點(diǎn)進(jìn)度的偏差情況，配合使用獎(jiǎng)懲制度，從而使得進(jìn)度得到優(yōu)化，縮短工期。

4 結(jié)語

1)BIM的應(yīng)用不管對建設(shè)方、設(shè)計(jì)方還是施工方帶來效率的提升、技術(shù)水平的提高和管理控制力的加強(qiáng)都是毋庸置疑的。同時(shí)對于業(yè)主最關(guān)心的工程變更、造價(jià)、工期、工程質(zhì)量是否符合規(guī)范等問題，BIM所帶來的價(jià)值優(yōu)勢也是巨大的。

2)BIM可視化的設(shè)計(jì)方式能與業(yè)主更好的交流；參數(shù)化的設(shè)計(jì)方式使構(gòu)件調(diào)整快捷準(zhǔn)確，方案調(diào)整時(shí)只需要進(jìn)行參數(shù)修改，即可達(dá)到要求，大大減少了重復(fù)的工作，提高了生產(chǎn)的效率；完成了用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段無法完成的任務(wù)。

3)BIM對結(jié)構(gòu)安全信息進(jìn)行分類、應(yīng)用層的探索。該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全信息管理系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，能更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、管理、分析，且能科學(xué)有效化的將指令信息、監(jiān)測成果進(jìn)行展示，并用于指導(dǎo)實(shí)際工作的展開。

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Research conducted on the application of BIM project management

ZONG Ren-dong

(China Railway Communications Investment Group Co., Ltd, Nanning 530021， China)

Starting from five creative BIM points of integration, visualization, interactivity, simulation and dynamic optimization, the article connects WBS, construction schedule and source information by establishing tri-dimensional model, sets up 4D construction source information model at construction phase, studies WBS mechanism and methods, develops 5D dynamic source management system on the basis of BIM technology, and finally realizes dynamic BIO consulting, dynamic management of employee, materials and machines, timely monitoring construction cost, engineering schedule funds payment and management as well.

BIM, visualization, 5D, WBS

1009-6825(2014)36-0266-03

2014-10-14

宗仁棟(1978- )，男，工程師

TU712.1

A