建設(shè)工程BIM項目管理平臺探索和應(yīng)用研究

趙國林（上海建工四建集團有限公司， 上海 201103）

在互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)整合分析的社會信息化發(fā)展背景下，作為新興的建筑工程技術(shù)，BIM （建筑信息化模型）在民用建筑工程尤其是大型建設(shè)工程中得到了廣泛應(yīng)用。BIM 在中國的全面應(yīng)用將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計和工程質(zhì)量及效率顯著提高[1]。以BIM為核心的建設(shè)工程項目管理平臺逐漸在工程建設(shè)中嶄露頭角。通過BIM模型的建筑幾何構(gòu)件形體與相關(guān)動態(tài)信息的可視化結(jié)合，將工程項目建設(shè)的進度、質(zhì)量、安全、運維保障及各單位的管理協(xié)調(diào)情況通過一個統(tǒng)一化的數(shù)字信息平臺進行整合和管理，從而消除和減少傳統(tǒng)建設(shè)工程項目管理和運維管理長期存在的信息不對稱和缺失、溝通障礙等問題，提升工程品質(zhì)。

1 研發(fā)BIM項目建設(shè)工程管理平臺的意義

基于BIM的建設(shè)工程項目管理平臺是通過引入建筑業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化、信息化和可持續(xù)發(fā)展過程中的新的信息體系框架、發(fā)展戰(zhàn)略和應(yīng)用模式，通過研究工程4D信息模型，建立相應(yīng)的工程信息集成機制，支持不同應(yīng)用系統(tǒng)之間（尤其是項目管理系統(tǒng)之間）的數(shù)據(jù)交換與共享，實現(xiàn)工程信息的集成化管理，為提高工程質(zhì)量、降低成本、優(yōu)化資源、保證施工安全、節(jié)約能源和保護環(huán)境提供信息化手段。

BIM 項目管理平臺作為建設(shè)工程的施工指揮平臺，具有以下優(yōu)勢：可以提高項目總承包部門的管理水平，促進各參與方之間的有效交流和溝通；直觀、準(zhǔn)確、動態(tài)地模擬施工方案，為施工方案的選定提供決策支持；應(yīng)用系統(tǒng)精確地計劃和控制每月、每周、每天的施工進度和操作，動態(tài)地分配所需要的各種資源，減少或避免工期延誤，保障資源供給；對工程施工進度進行可視化模擬，及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整施工中的沖突和問題，提高施工質(zhì)量，減少返工；在4D施工管理過程中，通過BIM施工模型工程信息擴展，直觀的 3D 實體信息查詢，提高施工信息管理的效率；對施工進度、工程量及資源、成本進行動態(tài)查詢和對比分析，有助于全面把握工程的實施和進展；整個工程的BIM4D 可視化模擬和安全分析模塊有助于保障施工安全，提高施工管理水平和工作效率。

2 BIM項目建設(shè)工程管理平臺的系統(tǒng)架構(gòu)特點

2.1 用戶管理

基于網(wǎng)絡(luò)的多用戶管理，系統(tǒng)的管理者為工程項目不同管理部門和參與方配置了不同的權(quán)限，允許多用戶在網(wǎng)絡(luò)上對系統(tǒng)進行操作。根據(jù)項目的管理工作流配置賬戶權(quán)限和平臺編輯權(quán)限確保信息的安全性和傳遞的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)接口

系統(tǒng)平臺擁有基于國際通用標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型IFC格式數(shù)據(jù)接口，支持設(shè)計和施工的信息交換共享，通過研究IFC標(biāo)準(zhǔn)對BIM模型進行真實表達。應(yīng)用IFC屬性擴展機制對實時動畫進行描述，建立基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的建筑物真實感模型及動畫模型。在模型研究的基礎(chǔ)上，運用 Open GL 技術(shù)進行建筑物真實感渲染和場地實時動畫功能進行開發(fā)，實現(xiàn)逼真的BIM模型及實時動畫，支持建筑施工過程虛擬仿真。IFC格式轉(zhuǎn)化流程如圖1所示[2]。

圖1IFC格式轉(zhuǎn)化流程

建筑物以及施工現(xiàn)場BIM模型與施工進度計劃建立雙向鏈接，將勞動力、材料、機具、成本等相關(guān)資源信息集成在平臺的信息模型中。

2.3 圖形平臺

平臺的圖形展示采用自主開發(fā)的基于 Open GL的圖形平臺，增強了4D可視化模擬效果?？紤]到資源平衡和用戶需求，各用戶可以根據(jù)不同的工作內(nèi)容在平臺內(nèi)呈現(xiàn)不同的工作界面，結(jié)合圖形、圖標(biāo)及工作向?qū)У榷喾N表現(xiàn)形式，便于用戶操作和使用。

2.4 算法分析

擁有對場地設(shè)施、工程構(gòu)件碰撞檢測以及施工進度和資源的沖突分析等安全分析功能。系統(tǒng)在BIM4D 施工模型基礎(chǔ)上，采用了邊界描述法對施工場地進行整體描述，針對場地設(shè)施實體的幾何特征、外觀表現(xiàn)、運動規(guī)律及時變化特征，建立施工場地設(shè)施的時空模型。通過改進并應(yīng)用簡化層次包圍盒判斷算法、集成空間分解與占用的精確碰撞檢測算法，實現(xiàn)了施工設(shè)施之間、設(shè)施與結(jié)構(gòu)之間的物理碰撞檢測。同時將BIM4D 模型與資源信息有效掛接，建立了包含資源信息的施工信息集成模型，在此基礎(chǔ)上采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)施工進度的里程碑分析、機電優(yōu)先級計算、資源沖突管理等功能。

結(jié)合建筑工程項目施工的管理需求，以 WBS （工作分解結(jié)構(gòu)）為核心，實現(xiàn)了4D施工進度管理。4D 施工進度管理是將建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的 3D 模型與已有進度計劃的各種工作相對應(yīng)，建立各構(gòu)件之間的繼承關(guān)系及相關(guān)性，最后動態(tài)地模擬這些構(gòu)件的變化過程[3]，尤其適用于大型復(fù)雜工程的施工進度管理。

3 基于BIM的項目建設(shè)工程管理平臺的實際操作應(yīng)用

3.1 項目特點

在上海虹橋國際機場東航基地（西區(qū)）二期配套工程中采用了基于BIM的建設(shè)工程項目管理平臺。該項目的特點是體量大（約 26 萬 m2），建筑構(gòu)造體系多（包括混凝土剪框結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地下室通道頂管結(jié)構(gòu)、鋼連橋結(jié)構(gòu)等），涉及的專業(yè)分包多，管理和協(xié)調(diào)工作量大。

3.2 系統(tǒng)部署

BIM建設(shè)工程項目管理平臺按照管理層次將賬戶分為業(yè)主、設(shè)計、顧問、監(jiān)理、總包、分包 6 個層級?？偘鳛榭偨ㄔO(shè)工程項目信息收集和集成者，構(gòu)筑與建設(shè)工程合同相關(guān)的BIM模型并錄入平臺，將業(yè)主、設(shè)計、顧問、監(jiān)理的往來文件、會議紀(jì)要、備忘錄納入平臺資料庫，反饋至平臺的4D 信息模型上。各分包將自己建造合約范圍內(nèi)的BIM模型錄入平臺并持續(xù)更新信息。

因為項目體量大，所以為了保證系統(tǒng)運行的高效性，根據(jù)建設(shè)特點，合同工作面將平臺的4D信息模型劃分成若干個子信息模型并配置相應(yīng)的訪問權(quán)限，以提高平臺的訪問和更新效率。本項目BIM土建毛坯模型如圖2所示。

圖2 土建毛坯模型

項目管理平臺的登錄訪問采用客戶端統(tǒng)一訪問固定服務(wù)器 IP 地址的形式，保證登錄與更新的便捷性和及時性；服務(wù)器數(shù)據(jù)設(shè)置定期備份，周期為 2 d 一次，確保數(shù)據(jù)的安全性。

整個系統(tǒng)由基于BIM的4D施工管理系統(tǒng)和項目綜合管理系統(tǒng)兩大部分組成，分別設(shè)置為 C/S（一種軟件系統(tǒng)體系）架構(gòu)和 B/S（一種瀏覽器/服務(wù)器模式）架構(gòu)。兩者通過系統(tǒng)接口無縫集成，建立管理數(shù)據(jù)與BIM模型雙向鏈接，實現(xiàn)了基于BIM數(shù)據(jù)庫的信息交換與共享[4]。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體架構(gòu)

總包根據(jù)項目現(xiàn)場實施進度情況每周更新一次平臺模型。施工階段，BIM模型被導(dǎo)入到 4DBIM中，進行工作結(jié)構(gòu)分解，與施工進度相鏈接，并與施工資源（勞動力、材料、機具、成本）信息以及質(zhì)量、安全、場地布置等工程信息集成一體，生成4D施工信息模型，存入BIM數(shù)據(jù)庫，形成可供業(yè)主與設(shè)計方、施工方和監(jiān)理方協(xié)同工作的BIM數(shù)據(jù)平臺[5]。

結(jié)合項目的進度計劃實施4D模擬，用以調(diào)整場地布置、物料供應(yīng)、勞動力分配、形象進度匯報（結(jié)合進度計劃在BIM模型里通過不同時間段進行填色，以BIM模型方式匯報項目進度情況）。

使用平臺的碰撞檢測功能，結(jié)合建造圖紙和BIM模型發(fā)現(xiàn)圖紙中的“錯、漏、碰、缺”，形成報告，在協(xié)調(diào)會議上逐條協(xié)調(diào)解決，并將結(jié)果反饋至管理平臺?，F(xiàn)場問題上傳記錄照片和批注如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場問題上傳記錄照片和批注

業(yè)主、設(shè)計、顧問、監(jiān)理對于現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的建造質(zhì)量問題可以拍照上傳至平臺并設(shè)置提醒消息推送給總包方，從而實現(xiàn)消息平臺通道的統(tǒng)一化、及時性和全面性。

在舉行協(xié)調(diào)會議時，為節(jié)約會議時間，一般會采取分組、分專業(yè)的探討形式，在登錄統(tǒng)一BIM項目管理平臺時可以有效提升溝通的效率，便于追溯以往的問題記錄，并保證在分散進行會議時各個會議的溝通結(jié)果和紀(jì)要統(tǒng)一納入 BIM項目管理平臺，以確保信息的完整性和可靠性。對于暫時未能解決的問題，在平臺內(nèi)設(shè)置定時提醒，直至解決。工作流程如圖5所示。

圖5 工作流程

3.3 問題和不足

在BIM項目管理平臺實施過程中，因為建設(shè)工程輸入的信息量大以及對傳統(tǒng)項目管理工作流程有所改進，所以平臺初期投入使用時會增加一定工作量，如：部分現(xiàn)場照片和批注上傳輸入到平臺時，因項目臨近機場，網(wǎng)絡(luò)信號會受干擾，可能會導(dǎo)致輸入失??；平臺操作和更新輸入需要一定時間培訓(xùn)和后期技術(shù)跟蹤支持，管理者也需要一定的適應(yīng)時間。

4 結(jié) 語

隨著信息化建設(shè)不斷深入，傳統(tǒng)建設(shè)工程項目管理模式向著數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型將是大勢所趨。作為新興的建筑信息化技術(shù)，BIM平臺將從 2D 到 3D、4D 的視覺信息，從紙質(zhì)到電子的資料信息整合在統(tǒng)一的模型中。因此，將BIM技術(shù)與項目管理工作有機結(jié)合，可以提升建設(shè)工程項目管理的水平。雖然目前BIM項目管理平臺尚缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和成熟的指導(dǎo)文件，但在上述工程案例中，BIM項目管理平臺的應(yīng)用實現(xiàn)了不同建設(shè)階段、不同專業(yè)的業(yè)務(wù)協(xié)同，為建設(shè)工程項目管理向數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)型積累了經(jīng)驗，具有一定的先進性和前瞻性。