基于BIM 模型的施工項目信息管理

李祥進 許 駿 劉 昭

(1.長春工程學院 管理學院，長春 130012;2.建研科技股份有限公司，北京 100013)

1 前言

隨著社會的發(fā)展和社會的不斷進步，作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)——建筑業(yè)也發(fā)生了很大的變化，近幾年來建筑工程呈現(xiàn)規(guī)模不斷上升、技術難度越來越大、結構日趨復雜、管理難度與日俱增［1］等特點。不言而喻，在施工過程中以前的那些傳統(tǒng)的建筑項目管理模式已經(jīng)不太適應新時期的建筑業(yè)的發(fā)展了，傳統(tǒng)的建設項目管理模式已經(jīng)成為束縛建筑業(yè)發(fā)展的壁壘，我們急需一種新的建設項目管理模式來打破這種束縛，建筑信息模型(Building information modeling，BIM)就是順應建筑業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的建設項目信息管理模式。BIM 技術本身所具有的可視、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化等特性可以很好地為施工階段提供優(yōu)質(zhì)的服務。本文在已經(jīng)成熟的一些BIM 基礎上主要探討了:1)施工項目信息管理的意義;2)基于PKPM 施工管理平臺的3D 模型和project 橫道圖整合形成4D 模型的基本流程;3)基于4D 模型的施工虛擬建造及應用［2］。

2 施工項目信息管理

2.1 施工項目信息管理的意義

信息指的是用口頭的方式、書面的方式或電子的方式傳輸(傳達、傳遞)的知識、新聞，或可靠的或不可靠的情報。聲音、文字、數(shù)字和圖像等都是信息表達的形式。建設工程項目的實施需要人力資源和物質(zhì)資源，我們應該意識到信息也是項目實施的重要資源之一。

建設工程的項目信息貫穿項目的始末，從項目原料的采購、項目施工到最終項目工程的建設完成，而且所涉及的范圍十分廣泛，施工中各項協(xié)助關系十分復雜由此產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)和信息。這些數(shù)據(jù)和信息形式多種多樣，來自建筑工程相關的各個部門涉及工程項目施工中的各個環(huán)節(jié)。施工中進行成本、進度、質(zhì)量、安全和目標控制都要依賴這些基本數(shù)據(jù)和信息，可以說這些數(shù)據(jù)和信息是進行以上活動的基礎。建筑工程施工信息管理系統(tǒng)的建立，為建筑工程項目施工管理的各個環(huán)節(jié)提供了可靠的依據(jù)，保障著建筑工程施工管理的實施和發(fā)展。

2.2 施工項目信息管理的目的

項目信息管理是通過對各個系統(tǒng)、各項工作和各種數(shù)據(jù)的管理，使項目的信息能方便和有效地獲取、存儲、存檔、處理和交流。項目信息管理的目的旨在通過有效的項目信息傳輸?shù)慕M織和控制為項目建設和增值服務。

2.3 目前施工項目信息管理存在的問題

在科技日益發(fā)展的今天，以計算機為主要載體來實現(xiàn)建設項目的科學化、規(guī)范化管理已經(jīng)成為主流，但是根據(jù)《全國施工企業(yè)信息化建設現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢報告》得知全國施工企業(yè)已經(jīng)開展信息化建設工作的約為45.83% 成功實施企業(yè)信息化的企業(yè)約為4.62%，未開展信息化建設工作約占54.17%。其中，未開展信息化建設工作的特級企業(yè)占21.94%，一級企業(yè)占56.49%，二級企業(yè)占69.35%，三級企業(yè)占84.21%?？傮w來說企業(yè)的建設應用水平不高，信息化建設還停留一般事務處理和簡單信息處理階段，不重視信息化標準規(guī)范，基礎信息系統(tǒng)的建設和應用還有很大差距，項目管理信息的集成協(xié)同仍然困難，“信息孤島”、資源不能共享、信息化建設綜合優(yōu)勢發(fā)揮不出來的局面普遍存在，具體表現(xiàn)在:

1)基于二維CAD 圖紙的設計導致不同專業(yè)的“專業(yè)碰撞”普遍存在導致施工難度加大;

2)建設各方溝通困難導致項目各方的協(xié)調(diào)性嚴重不足導致工程項目管理成本不必要的增加;

3)項目建設過程中信息的流失非常嚴重;

4)工程量計算的規(guī)則繁瑣、涉及面廣、工程量大導致工程造價發(fā)生偏差。

3 基于BIM 模型的施工項目信息管理

在對傳統(tǒng)的項目信息管理的分析中可以看出，目前的建設項目信息管理存在著圖紙設計各自為陣，信息傳遞效率低、信息流失嚴重導致建設項目信息管理困難，基于BIM 模型的項目信息管理［3］可以很好的將項目的建設、設計、施工、監(jiān)理等各建設方及決策，招投標、施工、運維等各階段的信息進行整合和集成存儲在BIM 平臺［9］中(圖1)，以方便信息的隨時調(diào)運。

3.1 BIM 模型在施工中的應用

3.1.1 BIM 模型在可視化方面的應用

在BIM 領域中，有些專家這樣說到“BIM 的可視化能力其價值如何高估都不過分”這足以說明可視化的重要性。當然，這里所指的“可視化”并不是計算機效果圖所展示的三維立體模型，而是BIM 模型對人而言的信息可視化［4］。BIM 模型在建模階段就將項目的幾何、物理、功能等完整信息附加在了模型中，因此可視化可以實時地從BIM 模型中獲取各階段所需要的幾何、材料、視角等信息，不需重新建立可視化模型。具體來說，BIM 模型的可視化在施工方面的應用有以下幾點:

(1)設計審查;

(2)基于BIM 可視化技術條件下進行技術討論和簡單的各專業(yè)協(xié)同，消除現(xiàn)場工藝沖突，為施工節(jié)省時間和金錢;

(3)施工場地的現(xiàn)場布置和管理。項目成員可以根據(jù)現(xiàn)場情況建立現(xiàn)場平面模型和各種機械模型，通過各種模型的不同組合來安排施工場地的排布和施工的某些次序達到最好的效果;模型的創(chuàng)建有多種方法，例如可以通過包裹激光掃描和常規(guī)測量手段等手段，不管是新建、改建、擴建，模型創(chuàng)建后都可以用來查詢信息。

圖1 BIM 平臺

圖2 PKPM 施工管理平臺4D 模擬示例

3.1.2 模擬建造方面的應用

三維BIM 模型和時間維度相結合，有下面幾方面應用:

3.1.2.1 施工進度模擬

通過模型構建和時間的整合可對施工工序進行4D 模擬(圖2)，提前發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，及時調(diào)整進度方案。也可對實際進度與計劃進度對比分析，及時糾偏。

3.1.2.2 現(xiàn)場施工管理

現(xiàn)場施工管理主要包括兩方面內(nèi)容:

1)合理分配施工所需的各類機械;

2)合理調(diào)度現(xiàn)場場地變更［5］。

在施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場管理的目的是使現(xiàn)場的人流、物資能夠有序地運轉，從而使現(xiàn)場情況始終處于可控狀態(tài)，最終達到為項目增值的目的。通過3D 模型和時間維度的整合可實現(xiàn)查看施工現(xiàn)場任意時間場地布置及空間狀況。

3.1.2.3 支持預制加工生產(chǎn)

“裝配式建筑”類似制造業(yè)的生產(chǎn)思路，是建筑工業(yè)化的新興產(chǎn)業(yè)［6］。在裝配式建筑的全生命周期中，借助BIM 的4D 虛擬建造技術［10］，可通盤考慮設計、制造、安裝、進度的各種要求，制定合理的建造計劃［7］。

3.2 基于PKPM 施工管理平臺的4D 模型整合

前文講述了目前項目信息管理的現(xiàn)狀、不足之處，BIM 模型的項目信息管理和BIM 模型在施工中的應用，基于BIM 模型的項目信息管理解決了傳統(tǒng)項目信息管理中的不足，更加符合目前建筑行業(yè)的發(fā)展。但是只是單純的應用三維模型這個意義不是很大，基于BIM 模型項目信息管理，筆者認為基于BIM模型的項目信息管理難免要建立4D、5D……nD 模型，那么3D 模型是怎樣成為4D、5D……nD 模型的呢，只有將3D 模型轉換為“多D”模型，才有可能利用“多D”模型進行項目信息管理，由于篇幅有限，下面僅介紹一下基于PKPM 施工管理平臺的3D 模型和時間維度整合成4D 模型的具體過程。

3.2.1 4D 模型的引入

BIM 模型是BIM 應用的基礎，BIM 的應用是一個從3D 到nD 的逐步深入的過程，這個維度的逐步增加不是隨著時間或者是生命周期的深入而增加的，而是根據(jù)現(xiàn)實的需要而逐步增加的。4D 模型在3D 模型的基礎上和時間維度整合，使之成為能夠模擬建造過程的模型。施工過程中應用BIM 技術，難免需要建立4D 模型。根據(jù)具體需求，可在3D 或4D 的基礎上附加造價、質(zhì)量、安全等維度，形成5D，6D 甚至7D 的實時模型。多維度實時模型的創(chuàng)建方法與4D 模型類似，同樣是把所需維度的信息錄入基于BIM 的模型數(shù)據(jù)庫，并使其與3D 實體相關聯(lián)，形成新的BIM 模型［8］。

3.2.2 4D 模型的創(chuàng)建方法

目前3D 模型和時間維度整合有兩種思路，根據(jù)不同的思路，可分為兩種實現(xiàn)方法:一是直接在4D 集成平臺(如Navisworks)中創(chuàng)建時間信息并與3D 模型關聯(lián)(圖3);二是在進度管理軟件(如project)中創(chuàng)建時間信息，導入4D 集成平臺，再與3D模型關聯(lián)。PKPM 施工管理平臺采用的是第二種方法(圖4)，即利用微軟的Microsoft Project(以下簡稱Project)軟件創(chuàng)建時間信息，然后再將時間信息導入到三維模型中進行整合。

3.2.2.1 project 創(chuàng)建進度數(shù)據(jù)

首先收集項目的基本信息，根據(jù)項目的進度計劃確定項目的任務細節(jié)，在WBS 技術分解工作結構基礎上結合項目資源供應、施工工藝、工序搭接、工序的持續(xù)時間等各種因素創(chuàng)建項目進度計劃(圖5)。

3.2.2.2 4D 信息模型的實現(xiàn)

基于上面第二種4D 信息模型的創(chuàng)建方法，基于PKPM 施工管理平臺在3D 建筑信息模型的基礎上將進度計劃信息與模型構建相關聯(lián)即可建立4D信息模型。在此過程中工程的很多信息都已經(jīng)被添加到模型中(像模型的工程量、構件尺寸、時間信息等)，而且這些信息可以一直延續(xù)下去，不會像傳統(tǒng)的信息管理那樣出現(xiàn)信息傳遞缺失，基于PKPM施工管理平臺可實現(xiàn)對實時進度信息、工程量、質(zhì)量、安全等進行查看，由此解決了傳統(tǒng)的項目信息管理所不能解決的問題。

圖5 用project 創(chuàng)建進度信息示例

4 小結

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑工程規(guī)模不斷增大，項目建設周期不斷縮短，項目的信息也越加復雜多樣，在此過程中，每一階段的結束，這一階段的信息的需要被完整地保存下來，不然信息會越來越多，最后會難于處理，基于BIM 模型的項目信息管理可以從根本上解決這個問題，因為BIM 模型信息模式不是一成不變的而是隨著項目的不斷需要可以進行自我更新的系統(tǒng)達到為項目增值的目的BIM 技術的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特性不僅可以提高項目的信息管理能力還可以提高企業(yè)形象，增加中標概率，進行工程成本、施工安全、工程質(zhì)量等管理。

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［5］張建平，韓冰，李久林 等.建筑施工現(xiàn)場的4D 可視化管理［C］.建筑施工現(xiàn)場的4D 可視化管理.第十屆建設行業(yè)企業(yè)信息化應用發(fā)展研討會，建筑業(yè)十項新技術企業(yè)的計算機應用和管理技術咨詢服務單位、中國土木工程學會計算機應用分會、中國建筑學會建筑結構分會計算機應用專業(yè)委員會，貴陽.

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