基于BIM的建設(shè)工程電子文件與電子檔案管理體系研究

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(1.福建工程學(xué)院，福州 350108； 2.福建優(yōu)建建筑科技有限公司，福州 350108)

引言

近幾年，隨著國家在建筑業(yè)信息化方面的推動加大，建筑業(yè)的信息化取得了長足的發(fā)展。建筑業(yè)的信息化成果也日益凸顯：組織信息溝通方式由鏈式轉(zhuǎn)向平面式[1]、招投標方式由紙質(zhì)招投標向施工、監(jiān)理、材料及貨物等全品類的電子化招投標[2]轉(zhuǎn)變。施工企業(yè)用工由傳統(tǒng)粗放式管理轉(zhuǎn)向?qū)嵜凭毣芾韀3]。在建筑施工管理現(xiàn)場信息化和數(shù)據(jù)化推行過程中，施工過程資料在線電子化逐步得到了相關(guān)部門的重視，施工過程記錄的電子信息將為建筑施工大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供強大的海量數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，也為城建檔案數(shù)字化和電子化管理提供了一種新思路，并且施工過程資料的在線電子化為施工過程監(jiān)管也提供了便利和有效的手段[4-6]。

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)在項目部的推廣和應(yīng)用也為數(shù)字項目提供了良好的應(yīng)用載體，BIM技術(shù)主要是通過構(gòu)建項目全生命周期的數(shù)據(jù)集約化管理體系，包括數(shù)據(jù)采集，加工，計算，處理，利用以及統(tǒng)計等，并通過三維模型或者可視化模塊將數(shù)據(jù)以多維方式呈現(xiàn)出來[7]，以期達到加強項目在設(shè)計、施工、運營以及維護等各階段的管理效率和質(zhì)量[8-11]的目的。但是隨著BIM技術(shù)的深入研究和發(fā)展，BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)來源以及協(xié)同等問題一直是目前推廣BIM技術(shù)首要解決的問題，由于電子文件與電子檔案審批需要建立不同參建方的協(xié)同工作平臺，以及在將施工過程記錄電子化后為BIM技術(shù)的推廣提供了很好的數(shù)據(jù)來源和協(xié)作平臺，因此通過BIM技術(shù)和電子文件技術(shù)的有效結(jié)合，建立施工項目在人、財、物、進度、成本、質(zhì)量和安全等方面的數(shù)據(jù)集成，加速加快建筑施工產(chǎn)業(yè)鏈的執(zhí)行效率和決策的有效性，不斷提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并能夠很好地推動BIM技術(shù)進一步發(fā)展。

但是目前有關(guān)于如何利用BIM技術(shù)加強電子文件形成、協(xié)同、管理、歸檔以及利用等方面的研究較少，文獻[12-13]針對BIM技術(shù)的電子檔案的歸檔做了研究，指出基于BIM技術(shù)電子歸檔需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫以及文檔規(guī)范方面的標準。但是針對基于BIM技術(shù)從前期數(shù)據(jù)采集，資料報批以及后面資料利用等研究相對較少。本文在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)，探索建筑工程施工過程的電子文件以及竣工歸檔的電子檔案的一體化管理體系的研究，旨在以BIM技術(shù)和信息化手段進一步提高現(xiàn)場監(jiān)管和管理的效率，為進一步推動智慧工地和智慧檔案提供基礎(chǔ)。

1 電子文件與電子檔案BIM管理體系建立的意義

1.1 加強企業(yè)和項目部管理

基于BIM的電子文件和電子檔案管理體系的建立有利于施工企業(yè)對項目部的有效管控。通過BIM平臺對現(xiàn)場進度情況以及各階段質(zhì)量驗收情況等進行實時采集，并和BIM模型建立有效鏈接，使得管理人員通過可視化方式可以實時了解現(xiàn)場情況。并且施工現(xiàn)場技術(shù)人員與各工種班組通過BIM模型和在線電子資料的有效整合，有利于現(xiàn)場施工的多維技術(shù)交底，化抽象為具象，提高現(xiàn)場交底效率和質(zhì)量。施工過程資料電子化后可以支持項目部人員對資料的實時查閱，建立有效的技能提升渠道。

1.2 加強監(jiān)管部門管理

施工過程資料和檢(試)驗報告與BIM模型建立有效的鏈接，有利于監(jiān)督管理部門對于現(xiàn)場質(zhì)量和安全情況的監(jiān)管。監(jiān)督管理部門通過對檢查構(gòu)件的BIM模型瀏覽查閱，利用手機移動終端以及移動設(shè)備等對原材、過程數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場照片等進行有效核對，方便監(jiān)督管理人員現(xiàn)場實時檢驗，使得監(jiān)督管理人員在施工現(xiàn)場便可以對內(nèi)業(yè)資料進行實時查閱，檢查過程中內(nèi)業(yè)和外業(yè)情況一目了然。有效改善現(xiàn)場內(nèi)外業(yè)脫節(jié)的情況，并使施工過程情況透明化，有利于提高施工質(zhì)量，有效提高施工企業(yè)對各個項目現(xiàn)場質(zhì)量和安全的管控，更加方便監(jiān)管部門進行有效的監(jiān)管。

1.3 推動智慧項目建設(shè)

施工企業(yè)和項目部施工過程采用在線信息電子化管理系統(tǒng)，可提高企業(yè)、項目部質(zhì)量和安全管理等方面的工作效率，提高管理層對現(xiàn)場項目部管理的決策水平和速度，施工企業(yè)和項目部通過積累的大量施工過程數(shù)據(jù)，深度挖掘，進行數(shù)據(jù)利用。建設(shè)工程資料電子化后有利于計算機分析施工過程中的數(shù)據(jù)特征并加以利用，進行各項目的數(shù)據(jù)整合，對施工質(zhì)量以及環(huán)境因素等進行分析統(tǒng)計，使得項目部和企業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更加完善，并且有利于企業(yè)和項目部進行大數(shù)據(jù)分析，逐步拖動智慧項目的開展。

1.4 推動BIM模型與電子檔案交付

BIM模型交付以及電子檔案移交目前都是城建檔案館進行產(chǎn)業(yè)鏈升級的有效和重要發(fā)展方向，通過施工階段將兩者建立規(guī)范有效的整合體系，有利于BIM模型和電子檔案的同時交付。通過建立BIM的電子文件和電子檔案管理系統(tǒng)，對于升級檔案服務(wù)方式以及檔案利用等便民服務(wù)方面具有十分重要的意義。并且建立有效的歸檔體系有利于提高各參建單位對施工過程數(shù)據(jù)電子化和推動BIM建設(shè)的積極性，進一步拓展BIM技術(shù)的應(yīng)用深度。同時，BIM模型和電子檔案數(shù)據(jù)也是建設(shè)單位后期運維十分重要的原始材料。

2 管理體系的組成

2.1 體系架構(gòu)

電子文件與電子檔案BIM管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要包括：基礎(chǔ)設(shè)施層、計算層和應(yīng)用層。系統(tǒng)架構(gòu)主要基于BIM數(shù)據(jù)信息處理方面考慮，資源的分配滿足大數(shù)據(jù)需求，同時通過最大化系統(tǒng)利用率、能量感知等方面實現(xiàn)資源的高效有序利用。在架構(gòu)體系的基礎(chǔ)上考慮建立統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)化接口和建設(shè)工程項目信息公共交互平臺(以下簡稱“交互平臺”)進行對接，在滿足電子文件與電子檔案在線協(xié)作交互的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)不同參建單位之間的協(xié)同辦公。交互平臺主要為各參建單位提供一體化的協(xié)作平臺。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層：由ICT(Information and Communication Technology，信息和通信技術(shù))資源池構(gòu)成，可利用虛擬技術(shù)組織云計算基礎(chǔ)設(shè)施。這些資源通過特定的服務(wù)級協(xié)定(Service-Level Areement，SLA)以細粒度的方式提供給上層子系統(tǒng)。

(2)計算層：將多種數(shù)據(jù)工具集成在硬件資源之上的中間件，主要包括數(shù)據(jù)集成和管理以及編程模塊等。數(shù)據(jù)集成主要是通過特定方式從大眾結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)以及半結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)中獲取數(shù)據(jù)并統(tǒng)一為相同形式。數(shù)據(jù)管理主要是對收集的數(shù)據(jù)進行持久儲存和高效管理的機制，主要包括SQL、NoSQL數(shù)據(jù)存儲。編程模型為數(shù)據(jù)分析提供便利手段。

(3)應(yīng)用層：利用計算層的編程模塊實現(xiàn)業(yè)務(wù)場景的具象功能，主要包括對建設(shè)工程施工過程進行物料管理、進度管理、施工過程管理、質(zhì)量驗收管理、安全教育管理以及竣工歸檔管理等功能。在這些功能基礎(chǔ)上，構(gòu)件BIM模型和電子檔案之間相互有序的鏈接，并能通過模型漫游、三維模型、二維平面圖以及進度過程中對電子檔案進行實時查閱、資料報審、在線交互、竣工驗收、組織歸檔。在整個體系建設(shè)過程中主要通過移動端、客戶端以及Web端等工具對電子資料進行編輯、整理、查閱以及審核管理，通過建立統(tǒng)一簽章平臺，保證電子文檔格式的有效性、規(guī)范性以及安全性。同時BIM模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件信息、材料信息等為電子資料的報送提供豐富的源數(shù)據(jù)，使資料填報、內(nèi)容統(tǒng)計等更加便捷。

2.2 工作協(xié)同與資料審批平臺

建立一體化的協(xié)同平臺和監(jiān)管平臺有利于參建各方建立有效的互動機制，并且一體化平臺為參建各方有效的數(shù)據(jù)傳輸和共享提供了必備條件。住建部《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中指出參建單位應(yīng)推進管理信息系統(tǒng)升級換代，普及項目管理信息系統(tǒng)，開展施工階段的BIM基礎(chǔ)應(yīng)用。并且在進行BIM項目管理的同時應(yīng)該探索協(xié)同工作機制，BIM信息的豐富和完善離不開各參建方在各個階段提供的原始數(shù)據(jù)，因此建立一體化的工作協(xié)同與資料審批平臺是BIM技術(shù)深化應(yīng)用的必然趨勢。本文建立基于BIM的建設(shè)工程電子文件與電子檔案管理體系的協(xié)同平臺為“交互平臺”，交互平臺與其他系統(tǒng)的邏輯框架如圖2所示。

交互平臺是各參建方中心數(shù)據(jù)傳遞的中央樞紐中心，是工程電子文件的歸檔報送的集成一體化平臺。交互平臺并向工程電子文件管理系統(tǒng)、工程電子文件報送系統(tǒng)及城建檔案管理系統(tǒng)等提供開放式數(shù)據(jù)接口。并且交互平臺可以允許其他參建各方登錄平臺或者對接交互平臺接口進行正常業(yè)務(wù)處理，特別是針對現(xiàn)場資料的交互審批等。通過交互平臺的建立，使得BIM管理平臺有效的協(xié)同工作變得可能。交互平臺還提供與城建檔案館接收系統(tǒng)對接的接口，實現(xiàn)城建檔案館在建設(shè)過程中對電子檔案的形成質(zhì)量進行嚴格把控，并且通過數(shù)據(jù)的對接進行在線城建檔案移交和審核。交互平臺提供主管部門登錄查檔和檢查的賬號，主管部門通過登錄賬號可以監(jiān)督項目部的資料進展情況。

圖2 交互平臺邏輯框架圖Fig. 2 The logical frame of interactive platform

2.3 體系標準化

信息化的基礎(chǔ)是標準化，基于BIM的建設(shè)工程電子文件與電子檔案管理體系主要是在施工過程中建立BIM的標準化管理方式，并且可以支持各方協(xié)同辦公的綜合管理體系。由于該體系涉及的系統(tǒng)以及企業(yè)較多，因此需要建立各方系統(tǒng)統(tǒng)一交互的標準化格式，包括進行BIM管理的模型格式，電子文檔格式以及檔案移交的數(shù)據(jù)庫格式，通過有效的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，方便各參建方建立有效的互動機制。在進行標準化設(shè)定時需重點考慮以下幾點的標準化設(shè)置：

(1)模型標準化：在進行BIM多維管理過程中，BIM模型是貫穿于體系的全部管理過程，BIM模型的標準化很大程度上可以滿足體系從BIM模型建立，平臺管理以及檔案模型交付的全過程應(yīng)用。有效的各階段模型的建立，使得各方的工作得以銜接，避免重復(fù)勞動和資源的浪費。如圖3所示，模型標準化是進行檔案歸檔的數(shù)據(jù)接口標準化，現(xiàn)階段BIM建模軟件較多，如何通過統(tǒng)一的格式轉(zhuǎn)換機制保障歸檔模型格式的標準是進行檔案接收的重要指標。并且由于建模團隊的不同，不同團隊建立的模型深度不一致也導(dǎo)致歸檔驗收存在問題。檔案館后期利用模型進場查檔時，需要通過建立檔案和模型的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方式，通過建立檔案和模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系便于后期進行模檔之間有效的互查。

圖3 模型標準化結(jié)構(gòu)說明Fig. 3 The structure of the model standardization

(2)文檔格式標準化：目前電子簽章軟件也有許多不同的軟件運營商在進行開發(fā)，并且不同軟件運營商的電子文檔格式?jīng)]有制定統(tǒng)一的標準，使得檔案館在接收時需針對不同格式的電子檔案進行電子簽章可用性、安全性、完整性和準確性進行檢驗，不利于檔案過程形成以及最終的檔案歸檔，因此建立統(tǒng)一的檔案接收標準有利于規(guī)整電子檔案的接收質(zhì)量。由于在項目開展過程中，難免會有部分紙質(zhì)文檔存在，數(shù)字化成果格式的規(guī)范有力歸檔的順利開展。

(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準化：根據(jù)《建設(shè)電子檔案元數(shù)據(jù)標準》[14]相關(guān)要求，城建電子檔案在向城建檔案館移交時需要同時交付城建檔案的元數(shù)據(jù)信息，建立統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)移交標準，有利于元數(shù)據(jù)在電子文件形成過程中真實形成，降低后期進行元數(shù)據(jù)校驗時的工程量。

3 管理體系的運用內(nèi)容

3.1 物料管理

針對建筑供應(yīng)鏈中的庫存管理問題，通過BIM管理體系的建立，有效了解物資進場情況，并通過進場原材在線報審，對現(xiàn)場物質(zhì)進度以及質(zhì)量建立起有效的監(jiān)管模式。通過對建筑材料的進場情況進行分析和總結(jié)，確定符合現(xiàn)場管理進度和質(zhì)量要求的動態(tài)物質(zhì)庫存模式，提高項目部材料管理水平。建立物質(zhì)進場全過程追溯體系，如圖4所示。以鋼筋原材進場為例，在鋼筋進場后手機采集基本信息，鋼筋進場重要以及鋼筋規(guī)格等信息錄入到系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)材料到位情況實時顯示在BIM模型上，管理人員時刻了解到每個環(huán)節(jié)材料到位情況，對于推遲到場的物質(zhì)，系統(tǒng)給予提前預(yù)警避免物質(zhì)延遲到場造成對施工進度的影響。圖5～7為物料管理過程中形成的電子文件，圖8為基于BIM體系的物資管理體系架構(gòu)圖。

圖4 BIM-物料管理模塊Fig. 4 BIM-material management module

圖5 物資抽檢記錄Fig. 5 The record of material sampling

圖6 材料用料匯總表Fig. 6 Material summary table

圖7 材料報審表Fig. 7 Material declaration form

圖8 基于BIM體系的物資管理體系架構(gòu)圖Fig. 8 Architecture of material management based on BIM system

3.2 進度管理

進度管理是項目部控制現(xiàn)場工期，有效規(guī)避風(fēng)險的有效手段。系統(tǒng)建立現(xiàn)場進度的可視化管理模塊，可以通過施工過程信息進展情況反應(yīng)出現(xiàn)場施工的形象進度。如圖9所示，每個矩形柱狀圖代表每號樓的施工過程信息進展程度，柱狀圖越高代表現(xiàn)場施工進度越快，對于沒有報驗的構(gòu)件進行現(xiàn)場顏色區(qū)分，使現(xiàn)場管理人員對現(xiàn)場報驗情況充分了解，如圖10所示。

圖9 施工過程信息形象進度圖Fig. 9 Progress chart of datum progress

圖10 BIM-進度管理模塊Fig. 10 BIM-Schedule management module

3.3 施工過程管理

施工過程管理主要是針對建設(shè)工程在進行項目施工過程中的施工情況進行記錄和管理。并且建立現(xiàn)場施工過程與電子文檔以及BIM模型之間的有效對接，將施工過程數(shù)據(jù)保存到對應(yīng)構(gòu)件屬性上，方便后期運營管理。在施工過程中通過對聲像照片的管理，有利于后期對聲像文件以及施工過程記錄進行大數(shù)據(jù)深度分析，拓展BIM應(yīng)用深度。并且在過程中聲像資料對于后期法律糾紛以及主管部門的監(jiān)管等具有非常重要的意義。圖11為電子隱蔽驗收記錄表，圖12～13為柱梁、板隱蔽現(xiàn)場照片。

圖11 現(xiàn)場隱蔽驗收記錄Fig. 11 Examining and receiving record of concealment

圖12 柱梁鋼筋隱蔽Fig. 12 Concealment of beam and column rebar

圖13 板鋼筋隱蔽Fig. 13 Concealment of slab rebar

圖14 檢驗批現(xiàn)場驗收邏輯關(guān)系圖Fig. 14 Logical relationship diagram of inspection lot acceptance

圖15 手機驗收界面Fig. 15 Interface of acceptance

圖16 現(xiàn)場照片留底Fig. 16 Office copy of photos

圖17 BIM模型和現(xiàn)場檢驗結(jié)果自動關(guān)聯(lián)Fig. 17 BIM model and automatic correlation of field inspection results

3.4 質(zhì)量驗收管理

現(xiàn)場施工質(zhì)量驗收是對現(xiàn)場檢驗批施工質(zhì)量驗收的重要環(huán)節(jié)，是對整個工程質(zhì)量的優(yōu)劣，有著非常重要的作用，檢驗批的規(guī)范填寫直接會影響到現(xiàn)場施工規(guī)范化管理。針對《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》[15]和《福建省建筑工程施工文件管理規(guī)程》[16]中相關(guān)規(guī)定，施工單位在進行檢驗批質(zhì)量驗收記錄填寫時需根據(jù)現(xiàn)場驗收檢查原始記錄進行填寫。為了保證現(xiàn)場驗收檢查原始記錄數(shù)據(jù)填寫的真實性和準確性，并且為了提高現(xiàn)場驗收數(shù)據(jù)的后期可利用性，應(yīng)考慮利用手機移動終端對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場驗收，現(xiàn)場驗收流程圖如圖14所示，手機驗收界面如圖15所示。現(xiàn)場的驗收包括提供現(xiàn)場驗收照片(如圖16所示)以及現(xiàn)場驗收數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)通過自動匹配規(guī)則，實現(xiàn)檢驗結(jié)構(gòu)和BIM模型的自動關(guān)聯(lián)(如圖17所示)，通過和BIM模型建立有效的互動，充分減少現(xiàn)場施工人員錄入的工作量，提高施工人員的工作效率。

3.5 竣工歸檔管理

竣工歸檔管理是電子檔案歸檔和BIM模型交付的重要環(huán)節(jié)，在進行電子檔案“四性”檢測的基礎(chǔ)上還應(yīng)該考慮BIM模型的通用性和可利用性。通過“交互平臺”建立城建檔案全生命周期管理平臺，城建檔案管理機構(gòu)可以通過平臺在項目建造過程中對檔案的完成質(zhì)量以及BIM模型的標準化進行指導(dǎo)，便于后期檔案的接收。并且針對于不同時期形成的電子檔案，需建立過程同步建造同步歸檔的模式。建立城建檔案和電子文件之間的互補優(yōu)勢，并明確電子檔案和BIM數(shù)據(jù)的接收范圍和接收方式，有助于進一步推動檔案和項目智能化管理。

4 今后發(fā)展建議

基于BIM的建設(shè)工程電子文件和電子檔案管理體系是未來大數(shù)據(jù)分析以及利用的重要基礎(chǔ)，因此不斷豐富BIM管理體系的數(shù)據(jù)容量是未來真正實現(xiàn)智能化管理的重要內(nèi)容。目前，各省市信息化發(fā)展程度不一致，可以從以下幾個方面考慮進一步深化電子文件和電子檔案的BIM管理體系建設(shè)。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

進一步加強物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在項目中的應(yīng)用，充分解放現(xiàn)場施工人員手工信息錄入工作量，通過現(xiàn)場儀器數(shù)據(jù)的自動采集，特別是對于實測實量儀器的數(shù)據(jù)互聯(lián)化，可以極大提高施工過程信息的錄入效率，充分實現(xiàn)智能調(diào)控。

4.2 室內(nèi)高精度定位技術(shù)

在混凝土澆筑后，項目部人員很大一部分作業(yè)均在室內(nèi)進行，由于室內(nèi)受到墻壁的遮擋使得室內(nèi)精確定位的效果較差。如何通過高精度的室內(nèi)定位技術(shù)，獲取位置信息，是進行工人行為分析以及信息智能匹配的重要手段。

5 結(jié)語

建立基于BIM的建設(shè)工程電子文件與電子檔案管理體系是協(xié)同參建各方以及政府主管部門的重要樞紐中心，是未來進行數(shù)據(jù)共享互通以及消除“信息孤島”的發(fā)展方向。通過BIM技術(shù)與電子檔案技術(shù)的深度結(jié)合，從一定程度上使得兩者的優(yōu)勢互補，并且電子檔案的BIM體系使得現(xiàn)場施工管理更加便捷，利用科學(xué)的手段加強了現(xiàn)場質(zhì)量的把控。通過BIM體系和電子檔案技術(shù)將施工過程數(shù)據(jù)實時匯總至BIM模型中，與模型建立有效的鏈接機制，這部分的數(shù)據(jù)對于后期歸檔以及運維等具有非常重要的意義。并且基于BIM的電子檔案歸檔是未來城建檔案進行產(chǎn)業(yè)升級的重要推動力量。