海塘工程項目管理中BIM技術的應用實踐

樊金甲，孟成成，潘國華，宋葉青

（1.杭州交投建設工程有限公司，浙江 杭州 330100；2.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 420100）

0 引言

海塘是浙江等沿海地區(qū)抵御風暴潮襲擊的基礎設施和防洪防潮工程體系的重要組成部分，能有效降低臺風、暴雨、潮汐等自然災害帶來的危害和損失，為人民群眾的生命財產(chǎn)安全提供重要保障[1-2]。海塘工程具有施工戰(zhàn)線長、內容多、范圍廣，涌潮對工程影響大，年可作業(yè)時間短，施工管理難度大的特點。加強海塘工程的建設、維護和管理，對保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、改善民生和經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要意義。

BIM 集成了建筑所有的幾何模型信息、單元性能和功能要求，而且還包括施工進度、建造過程、維護管理等過程信息[3-5]。BIM技術對建筑業(yè)技術革新的作用和意義已在全球范圍內得到了業(yè)界的廣泛認可[6-7]。一方面，傳統(tǒng)的二維制圖轉換成了三維高精度信息模型，可以高效、完整地傳遞工程建造信息。另一方面，參建各方在基于BIM技術的虛擬三維數(shù)字平臺更有利于交流和管理，避免了建設信息傳遞過程中的不對稱和信息孤島的產(chǎn)生，達到了“聚合信息、為我所用”的效果[8]。

現(xiàn)有研究印證了基于BIM技術實現(xiàn)設計信息傳遞與共享的可行性，但主要集中于房建工程領域。BIM技術在水利水運基礎設施領域的應用與建筑領域相比相對滯后[9]。本文結合浙江某海塘工程，總結BIM技術在海塘工程施工過程中的項目管理應用經(jīng)驗，為實現(xiàn)BIM技術在水利水運工程全生命周期中的應用提供參考。

1 工程概況及特點

項目地處浙江省杭州市錢塘江兩岸，主要建設內容包括：1）船閘口門引航道防洪封閉海塘工程，工程建設范圍覆蓋錢塘江沿岸1.3 km。2）標準塘加固工程，范圍覆蓋錢塘江兩岸共10.693 km長度。

工程覆蓋范圍廣，且地處錢塘江強涌潮區(qū)域，涌潮對工程影響大，年可作業(yè)時間短，工期緊，并且錢塘江兩岸各區(qū)及預制廠多點均同時施工，人員機具分散，施工組織、進度控制、工程質量安全管理難度大。

為了保證工程目標，在工程施工過程中全面應用BIM技術輔助工程項目管理，提高施工效率，強化項目監(jiān)管。

2 海塘工程項目管理中BIM技術的應用實踐

2.1 參數(shù)化建模

BIM 模型的建立是基礎工作，海塘工程各部位的構件具有數(shù)量多、種類少、結構形式相對簡單的特點。本工程采用參數(shù)化和協(xié)同設計的方法，模型的建立采用中交第二航務工程勘察設計院研發(fā)的基礎設施BIM 協(xié)同設計云平臺，該平臺以滿足設計階段各相關參與方在同一工作空間開展BIM 協(xié)同設計為目標，以通用BIM 軟件為基礎，采用私有云模式部署專業(yè)設計技術和資源[10]。調入相關族，輸入丁壩結構的典型參數(shù)，按照統(tǒng)一的建模標準錄入工程信息，即可快速建立工程BIM 模型。海塘工程BIM 模型如圖1。

2.2 項目管理應用

本工程作業(yè)面大，對工程建設過程進行安全有效的管理是困擾項目管理人員的一大難題?；贐IM技術的項目管理系統(tǒng)能夠很好地解決該工程項目管理過程中存在的信息分散、協(xié)同效率差、決策支持困難等問題。

結合本工程大區(qū)域大場景的特點，將現(xiàn)有成熟的GIS 圖形引擎二次開發(fā)和功能改造，與項目管理系統(tǒng)集成，使BIM 模型與業(yè)務功能能夠實現(xiàn)雙向聯(lián)動。項目管理系統(tǒng)采用基于B/S 的框架設計，同時支持電腦、手機和平板訪問。

工程質量、進度、投資和安全管理是本工程項目管理的核心問題，也是本工程項目管理的重難點，下面著重介紹BIM技術在本工程項目管理過程中在這些方面的應用實踐情況。

2.2.1 質量管理應用實踐

質量信息的時效性、可追溯性是質量管控的核心，也是長期困擾工程項目質量管理的難題。傳統(tǒng)施工質量管理缺少針對性，難以與施工構件一一對應，質量信息可追溯性不強；質量信息錄入一般采用手寫記錄的方式，效率低下，“補資料”、“資料外包”現(xiàn)象嚴重，數(shù)據(jù)真實性、可靠性、時效性差。

項目管理系統(tǒng)以工程構件級精細化全面質量管理為管理手段，建立了BIM 模型與質量信息的關聯(lián)關系，強化項目質量管理。

將每種構件的施工過程劃分為不同的施工工序，每種工序包含不同的質量檢驗標準和施工過程質量檢驗數(shù)據(jù)，項目參與人員可以利用手機、平板和手提電腦同步提交質量檢驗資料，資料中包含了構件名稱、質檢人員的位置、現(xiàn)場實況圖片以及與質量有關的人機料法環(huán)等關鍵信息，并且只有上一道工序質量驗收通過，才允許進行下一道工序，最大程度地保證了質量信息的真實性、可靠性和時效性。

質量資料紙質歸檔也是工程項目質量管理的一大工作內容，BIM 項目管理系統(tǒng)可以將質量資料以構件為單位歸檔，輸出行業(yè)主管部門要求的質量管理臺賬。解決了海塘工程施工戰(zhàn)線長、質量管理難的問題，即使各工區(qū)同時開工，相關工作也能夠順利開展，提高了工作效率。

構件質量檢驗合格后，通過點擊BIM 模型構件，可以查看其質量成長過程。充分實現(xiàn)了質量信息可追溯、質量管控精細化的目的。項目管理人員還可以通過BIM 模型顏色變化等手段及時了解工程所有構件的質量驗收狀態(tài)，及時掌握工程動態(tài)。

2.2.2 進度管理應用實踐

本項目戰(zhàn)線長、工區(qū)分散，施工班組多，溝通協(xié)調困難，進度實時管理難度大項目各參與方通過BIM 項目管理系統(tǒng)進行進度管理，解決了各工區(qū)、各班組與項目部之間信息溝通不暢、效率低下的問題。系統(tǒng)將進度管理模塊與質量管理模塊相關聯(lián)，構件各施工工序質量驗收合格，自動生成進度日志，并自動計算累加項目完成產(chǎn)值。保證了進度信息的無偏差實時傳遞，便于項目管理人員及時了解工程進度信息，并快速做出相應糾偏措施。

BIM 項目管理系統(tǒng)將進度管理數(shù)據(jù)與BIM 模型相融合，能夠形象直觀地向項目管理人員展示工程進度進展情況。開工前，按照年、季、月、周進行工程進度預演，分析進度計劃安排合理性，明確各階段進度目標。施工過程中，實時監(jiān)控工程進度，通過模型顏色變化反映構件的不同進度狀態(tài)，如正常完工、提前完工、延遲完工等多種狀態(tài)，全方位、多角度顯示工程進度，找出產(chǎn)生進度偏差的工程部位，分析產(chǎn)生進度偏差的原因，輔助工程進度管理。

2.2.3 投資管理應用實踐

工程投資控制的任務是使工程費用在不影響工程進度、質量和生產(chǎn)操作安全的條件下，不超出合同規(guī)定的計劃范圍，并保證每一筆費用支付的公正性和合理性。工程量的統(tǒng)計和工程款的計量支付是工程投資控制的核心內容，也是業(yè)主方項目管理的核心內容。

1）工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計是控制工程投資的基礎，工程土方量大，且位于強涌潮區(qū)域，涌潮對江底原始地形有很大的影響，汛期和非汛期土方量差別大，土方量統(tǒng)計計算是項目工程量統(tǒng)計的一大難題。

傳統(tǒng)的土方計算方法包括體積法、斷面法、方網(wǎng)格法和等高線法，這些方法主要有以下弊端：適用性較差，受地形限制嚴重； 均用到了微分思想，計算過程繁瑣，計算效率低； 計算精度與計算效率此消彼長，且一旦調整局部，整個計算過程都需要重新進行。

基于BIM 的土方量統(tǒng)計計算方法具有實時性、優(yōu)化性與協(xié)調性的特點。本項目采用BIM 系列設計軟件之一Civil3D 中的“三角網(wǎng)曲面法”分別構建原始地形曲面和港區(qū)陸域設計曲面，基于兩個曲面合并三角網(wǎng)，在三角網(wǎng)相交處添加新三角網(wǎng)以創(chuàng)建組合曲面，通過查看組合曲面間棱柱體的“曲面特性”一鍵查看土方開挖和回填量，不會漏掉有效的設計信息，結果更精確，效率更高。

本工程采用基于Civil 3D 的三角網(wǎng)曲面法計算土方開挖量，計算結果與第三方測量單位采用常規(guī)方法測算的土方量誤差僅為0.36%，計算周期卻是常規(guī)算法的1/5。

項目部在基于BIM 模型的土方量清單的基礎上制定了精確的材料及設備采購計劃，最大程度地杜絕了浪費；業(yè)主單位在基于BIM 模型的土方量清單的基礎上進行進度款的計量支付，對控制工程投資起到了積極作用。

2）工程計量支付

傳統(tǒng)工程計量支付，按照以分項工程為基礎的工程量清單項執(zhí)行，管理粗放，易產(chǎn)生多記、少記和漏記等情況，投資控制難度大。

本工程絕大部分構筑物位于水下，工程量核算困難，按照傳統(tǒng)計量支付方式難以精確控制工程投資。BIM 項目管理系統(tǒng)將工程量清單細化到每個工程構件，實現(xiàn)了每個構件工程量和BIM 模型的一一對應，讓每個構件有量可依，有價可詢，實現(xiàn)了構件級的精細化計量支付管理（圖2）。

利用BIM 模型可唯一記錄和直觀顯示工程構件計量支付狀態(tài)，防止重復計量；計量支付與質量驗收數(shù)據(jù)相關聯(lián)，只有質量檢驗合格才允許計量，最大程度地避免了多記的情況。同時運用項目管理系統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計和分析功能，可以快速統(tǒng)計計算工程費用，工程在計量支付審批完成后還可以導出行業(yè)主管部門要求的計量支付臺賬，提高了計量支付效率。

2.2.4 安全管理

工程現(xiàn)場環(huán)境惡劣，安全管理難度大。

為了增強對施工現(xiàn)場的實時有效管理，將BIM、GIS 以及物聯(lián)網(wǎng)等技術相互融合，建設數(shù)字化工地。BIM 項目管理系統(tǒng)集成BIM 模型與現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，準確表示每個攝像頭的位置，大大減少了管理的人工工作量，增加了管理透明度，提高了管理效率。項目管理人員在視頻監(jiān)控管理辦公室就能對現(xiàn)場施工及人員情況進行全盤掌握，面對著BIM 虛擬施工方案和視頻監(jiān)控中從工地傳過來的施工畫面，對比發(fā)現(xiàn)某班組的工人有沒有按照方案要求施工，在施工過程中安全防護工作是否履行到位。

3 結語

1）通過本工程的項目管理應用實踐，建立了基于BIM 的項目管理系統(tǒng)，探索了BIM技術在海塘工程項目管理的相關應用，取得了較好的工程效果。

2）BIM 項目管理系統(tǒng)是一種管理手段的創(chuàng)新，其以模型為中心，通過集成、優(yōu)化傳統(tǒng)施工管理流程方法，能夠為項目質量、進度、投資和安全提供更多的維度分析和決策支持，提高管理效率和水平。

3）考慮海塘工程點多、線長、面廣等特性，將項目管理系統(tǒng)與GIS 技術進行融合，通過系列二次開發(fā)工作，保證了BIM、GIS、項目管理不同系統(tǒng)之間的信息貫通。BIM 與GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術的無縫融合，將創(chuàng)造工程項目管理領域的新模式，有廣闊的應用前景。

4）由于各主管部門項目管理標準不統(tǒng)一，導致需要在BIM 項目管理系統(tǒng)中做大量關聯(lián)工作才能保證項目進度、質量和投資為一個有機整體。進一步統(tǒng)一各類標準、完善BIM 項目管理系統(tǒng)對提升工程建設信息化水平具有重要意義。