基于BIM技術(shù)的施工物料動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

物料管理是控制施工成本的重要環(huán)節(jié)，是保證工程進(jìn)度和質(zhì)量的重要前提，高效的建筑工程施工物料數(shù)據(jù)采集對(duì)于項(xiàng)目管理至關(guān)重要。伴隨越來越多大型復(fù)雜項(xiàng)目的工程建設(shè)，物料管理工作愈加繁瑣，難度不斷增大。以集成項(xiàng)目全壽命期為理念的BIM技術(shù)，為解決傳統(tǒng)信息管理模式下出現(xiàn)的施工物料管理問題提供了技術(shù)手段，也為總包方的項(xiàng)目信息管理開辟了新的途徑[1]。但相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)BIM應(yīng)用仍面臨諸多問題和不足，主要呈現(xiàn)在三方面：

1)人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、錄入效率低下，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理的需求；

2)倉儲(chǔ)管理信息與現(xiàn)場(chǎng)管理信息仍以靜態(tài)信息為主，共享程度不高；

3)管理系統(tǒng)對(duì)施工資源信息的采集、處理、交換能力亟待加強(qiáng)。

因此，針對(duì)施工物料管理管理的BIM工具、軟件和系統(tǒng)需要不斷地研發(fā)和改善。將BIM技術(shù)引入到施工物料的全過程信息管理中，通過BIM技術(shù)與信息采集技術(shù)的融合，快速獲取材料、預(yù)制構(gòu)件和部品的相關(guān)信息，提高信息采集與共享的效率，實(shí)現(xiàn)施工物料的動(dòng)態(tài)管理，對(duì)于推動(dòng)建筑工業(yè)化以及BIM在建筑領(lǐng)域的發(fā)展都有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 基于BIM技術(shù)的物料動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)相關(guān)研究

2.1 管理系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容

BIM模型輕量化技術(shù)，是BIM技術(shù)能夠融入到整個(gè)項(xiàng)目工程管理體系中，并充分發(fā)揮BIM模型的數(shù)據(jù)可識(shí)別、信息可關(guān)聯(lián)等特性的重要保障[2-3]。從保證管理系統(tǒng)的實(shí)用性考量，系統(tǒng)的圖形引擎應(yīng)對(duì)移動(dòng)端、網(wǎng)頁端和客戶端的輕量化提供支撐，需要對(duì)BIM模型輕量化技術(shù)進(jìn)行研究。大體量BIM模型進(jìn)行輕量化處理后，模型可壓縮至原文件大小的5%-20%，有效地降低了BIM技術(shù)深度應(yīng)用過程中對(duì)軟硬件的性能要求。使一線工程技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)也可便捷地調(diào)用模型，保證了信息的一致性，提高了項(xiàng)目管理效率。

圖1 系統(tǒng)BIM輕量化技術(shù)基于映射的存儲(chǔ)方式

圖2 同類系統(tǒng)BIM模型輕量化性能的對(duì)比分析

隨著智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能設(shè)備，以及二維碼生成器的廣泛應(yīng)用，二維碼的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。尤其是在經(jīng)濟(jì)適用性方面，二維碼技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。BIM技術(shù)與二維碼技術(shù)相結(jié)合，不管用于物料管理過程中的數(shù)據(jù)傳遞，還是現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的數(shù)據(jù)查詢采集，都具有承載信息量大，傳遞信息速度快，錄入信息準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。在提升多參與方信息化的協(xié)同工作水平，降低信息共享所耗費(fèi)的時(shí)間、提升技術(shù)人員的工作效率方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本研究中，將二維碼技術(shù)分為材料跟蹤二維碼、資料管理二維碼兩個(gè)類別。

1)材料跟蹤二維碼

是在企業(yè)對(duì)物料規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，進(jìn)行編碼的基礎(chǔ)上，基于BIM模型的構(gòu)件ID號(hào)自動(dòng)獲取模型信息，快速生成和打印構(gòu)件的二維碼。此類二維碼用于材料跟蹤、進(jìn)度管控、出入庫管理等。

2)資料管理二維碼

是在構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)或施工過程中，定位構(gòu)件在模型中的位置，將工程相關(guān)的圖片、表單、視頻等附件與二維碼關(guān)聯(lián)。此類二維碼用于輔助技術(shù)管理、質(zhì)量管理、安全管理等。

2.2 管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 業(yè)務(wù)需求分析

在工程實(shí)踐過程中，施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員需要利用40%以上的工作時(shí)間進(jìn)行記錄、分析、整理等工作。而目前的人工數(shù)據(jù)采集，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易造成數(shù)據(jù)誤差，從而導(dǎo)致決策錯(cuò)誤[6]。由此可見，高效的工程數(shù)據(jù)采集、共享對(duì)于工程施工過程的項(xiàng)目管理至關(guān)重要[7]。經(jīng)過對(duì)中建八局承建的周大福金融中心、青島海天酒店、遼寧省金秋醫(yī)院等20余個(gè)項(xiàng)目的調(diào)研分析。

表1 項(xiàng)目各部門對(duì)物料管理系統(tǒng)的主要需求

圖3 管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于BIM輕量化，將BIM信息與二維碼信息集成共享的物料管理系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用Node.js領(lǐng)先的服務(wù)器端編程環(huán)境，MongoDB基于分布式文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫，主要特點(diǎn)是高性能、易部署、易使用，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)非常方便[8]。采用“云+端”的模式，BIM模型、現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)、協(xié)同的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于系統(tǒng)，各應(yīng)用端調(diào)用數(shù)據(jù)[9]。PC端作為管理端口進(jìn)行BIM模型和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中展示及分析，移動(dòng)端口以系統(tǒng)為核心，集成BIM輕量化模型，以二維碼為主體進(jìn)行材料跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)表單填寫。

2.2.3 實(shí)現(xiàn)方法

(1)創(chuàng)建材料跟蹤二維碼

登錄Web端可創(chuàng)建新的項(xiàng)目，添加賬號(hào)進(jìn)入項(xiàng)目列表的用戶，可以共享該項(xiàng)目。鑒于該項(xiàng)目體量巨大，采用了“子模型”形式，即分樓層、分專業(yè)上傳模型，分專業(yè)設(shè)置二維碼物料跟蹤模板，進(jìn)行賬號(hào)權(quán)限設(shè)置，由管理員統(tǒng)一管理。插件端將BIM模型(Revit文件)輕量化處理、整合上傳。處理后的模型具有獨(dú)立性，可以按照區(qū)域?qū)I(yè)樓層等分類進(jìn)行顯示控制。模型的對(duì)齊點(diǎn)可按照建模軟件設(shè)計(jì)的絕對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行整合。通過PC端選擇單構(gòu)件或組構(gòu)件，根據(jù)構(gòu)件類型及分類編碼生成二維碼，根據(jù)需求添加二維碼體現(xiàn)的信息，連接與BIM協(xié)同管理系統(tǒng)配套打印機(jī)，設(shè)置好尺寸，打印成貼紙形式。幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備等未粘貼二維碼，不得進(jìn)場(chǎng)。

圖4 PC端生成二維碼

(2)物料單全過程追蹤

從系統(tǒng)生成所需物料數(shù)據(jù)，通過接口提取物料數(shù)據(jù)，由物資部提交物料單即下單；項(xiàng)目總工結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)度，審核物資部提交的物料單是否合理；物料廠獲得通過審核的物料單后，按照時(shí)間、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量等物料信息，加工生產(chǎn)、掃碼出貨、上傳相應(yīng)檢驗(yàn)批資料等；經(jīng)物資部掃碼入庫、掃碼出庫，工程部掃碼確認(rèn)物料已安裝架設(shè)后，物料單歸檔，系統(tǒng)已進(jìn)行物料BIM模型同步更新，展現(xiàn)物料在工程中最后的使用部位，如圖5所示[10-11]。

(3)系統(tǒng)加強(qiáng)了物料的出入庫管理，以二維碼為物料流轉(zhuǎn)信息的載體，保證物料的有序控制

物料粘貼對(duì)應(yīng)的二維碼標(biāo)識(shí)，系統(tǒng)移動(dòng)端的APP掃描后出廠；物資部接收物料時(shí)，利用二維碼掃描入庫，系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)反饋給工程部、構(gòu)件廠等用戶；工程部監(jiān)控物料的使用狀態(tài)，合理組織施工，見圖6。通過二維碼管理，物料數(shù)據(jù)信息不可改動(dòng)，使得施工管理更為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、高效。避免因物料信息傳遞有誤、信息更改等原因造成的損失，降低了物料管理的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 物料單全過程追蹤

圖6 物料出入庫管理

(4)物料進(jìn)度管理

表單數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)填寫，后臺(tái)按不同顏色展示完成情況，主要分析與展示物料計(jì)劃入庫與實(shí)際入庫，計(jì)劃安裝與實(shí)際安裝之間的差別。施工各方通過進(jìn)度圖了解實(shí)際進(jìn)度和預(yù)測(cè)進(jìn)度，保證物料及時(shí)到位，同時(shí)避免占用庫存，利于成本控制和場(chǎng)地周轉(zhuǎn)。

圖7 物料進(jìn)度管理

(5)實(shí)際施工過程中，物料的交付時(shí)間延誤、數(shù)量不符，往往是造成工期延誤的重要原因[12]

在工程實(shí)際應(yīng)用中，誤工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的功能，可以實(shí)時(shí)跟蹤施工所需各構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、計(jì)劃入庫料單、計(jì)劃入庫料單、實(shí)際入庫料單等，分析得出誤工情況，見圖8。另外，可通過設(shè)定的物料計(jì)劃進(jìn)場(chǎng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)逾期進(jìn)場(chǎng)的構(gòu)件標(biāo)記警告，及時(shí)展示給項(xiàng)目總工，以便聯(lián)系構(gòu)件對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)人、材料供應(yīng)商等追蹤進(jìn)展，避免因構(gòu)件的經(jīng)常延誤，使施工進(jìn)度受到影響。

圖8 誤工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

2.3 應(yīng)用效果

天津周大福金融中心主樓高530m，是天津?yàn)I海新區(qū)核心商務(wù)內(nèi)體量龐大的商業(yè)綜合體。作為國(guó)內(nèi)施工難度最大的超高層建筑之一，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電管線、設(shè)備、電纜等的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、安裝涉及多個(gè)部門，且數(shù)量大、類型多。物料動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)作為該項(xiàng)目施工精細(xì)化管理的一個(gè)重要技術(shù)手段，通過二維碼進(jìn)行物料管理和流程把控，使現(xiàn)場(chǎng)物料管理更清晰與高效，信息的采集與匯總更加及時(shí)與準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管理。在企業(yè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目對(duì)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，增強(qiáng)了BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)聯(lián)，拓展了BIM應(yīng)用的深度，充分發(fā)揮了輔助功效。

3 結(jié)論

本文基于BIM的施工物料動(dòng)態(tài)管理實(shí)踐，從研究物料的施工過程管理，可視化的施工物料統(tǒng)計(jì)分析，供需情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控等出發(fā)，創(chuàng)建項(xiàng)目協(xié)同管理系統(tǒng)，為物料管理的持續(xù)改進(jìn)提供了更加直觀和高效的條件。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工管理，做到了物料按需生產(chǎn)，避免訂單延誤，提高出廠效率，實(shí)現(xiàn)了可視化動(dòng)態(tài)管理，輔助優(yōu)化施工計(jì)劃，有效地提升了進(jìn)度和成本的管控，促進(jìn)了工程的精細(xì)化施工管理。