BIM技術在施工階段項目管理中的應用研究

蔣春迪 ,袁宏揚

(1.安徽工業(yè)大學 管理科學與工程學院，安徽 馬鞍山 243002；2.中建八局第一建設有限公司，上海 200000)

當前，我國政府正大力地推進新型城鎮(zhèn)化建設，建筑施工行業(yè)生產(chǎn)效率低、消耗量大、施工技術和項目管理水平落后的傳統(tǒng)建造模式明顯有悖于建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。施工過程中的管理效率低下、材料浪費損壞、質(zhì)量不可控、工期延誤乃至安全隱患等情況普遍存在，迫切需要運用新技術和研發(fā)新工藝來注入現(xiàn)代建筑業(yè)[1]。因此，如何運用BIM等先進技術來提高施工管理水平，是施工企業(yè)當前面臨的重要課題。本文結(jié)合BIM技術的特點，從施工項目管理的安全、質(zhì)量、進度、成本四個層面，系統(tǒng)地總結(jié)分析BIM技術在施工階段的應用點及其應用價值優(yōu)勢，充分結(jié)合工程實例，全面分析闡述，論證BIM技術在施工階段的應用價值。

一、 BIM技術在施工階段的應用概述

(一)安全管理

建筑施工的安全是建筑施工行業(yè)的基礎，是進行施工各項工作的保證。安全控制關鍵在于提高管理人員和現(xiàn)場施工人員的安全意識，完善項目安全管理組織體系，建立健全安全文明管理制度條例，以防患于未然。

施工階段BIM技術的運用，可以從以下三個方面入手：一是施工區(qū)域安全管理。由于行業(yè)的特殊性，施工現(xiàn)場存在著大量的建筑垃圾、磚石鋼筋、管架木料、大型機械設備等，因此存在很多的安全隱患。傳統(tǒng)的安全教育效果并不理想，基于BIM技術的可視性給傳統(tǒng)的安全教育帶來全新的體驗，安全教育的效果也會顯著提高。二是材料設備及車輛進出場安全管理。施工現(xiàn)場少不了運輸各種建筑材料的卡車貨車，還有大型機械的配合用工，這些機械、車輛還有設備設施都需要嚴格的安全管理，以免發(fā)生意外，基于BIM的3D、4D模型，可以有效規(guī)劃安全區(qū)域，制定合理的預案。三是大型塔吊設備的安全管理。大型塔吊作為高層施工中不可或缺的大型機械，其重要性不言而喻，既可給施工帶來便利，同時隱藏著安全危機，基于BIM的模擬技術可以很好地演示預演，從而提高塔吊運行的安全指數(shù)。

(二)質(zhì)量管理

質(zhì)量控制是施工階段繼安全管控后的第二控制要素。質(zhì)量管理中BIM技術的運用，可從三個環(huán)節(jié)去展開：第一，施工前圖紙審查和技術交底。為保障施工正常有序進行，結(jié)合BIM技術可以更有效地檢查到圖紙中的問題。第二，施工工藝流程模擬。一些關鍵節(jié)點、重要部位，通過BIM技術預先演示制定計劃。第三，動態(tài)質(zhì)量信息監(jiān)測。質(zhì)量信息是需要及時更新管理的，BIM平臺的信息可以隨時調(diào)用、更新和共享。

(三)進度管理

進度控制首先制定進度目標，然后編制進度計劃，以確保安全管理為前提，把控好質(zhì)量標準，兼顧節(jié)約成本開支費用，盡可能實現(xiàn)或接近既定進度計劃安排。進度管理的要點就是在施工過程中對實際進度與計劃進度進行比對，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，分析原因，對點糾偏，保障工程穩(wěn)定、持續(xù)不斷地進行。

BIM在進度管理過程中，可具體分為三個環(huán)節(jié)：第一，施工進度計劃模擬。BIM 4D技術可有效進行工程進度仿真模擬，從而給工程管理人員提供調(diào)整修改進度計劃的依據(jù)。第二，管線碰撞檢查。管線碰撞問題是實際施工中經(jīng)常遇到的麻煩事，尤其是一些復雜的工程，碰撞幾率更大。第三，動態(tài)進度跟蹤管理。工程只要還在建，就會有進度，也就會有進度信息更新，需要根據(jù)實際狀況做相應調(diào)整，因此，有必要對進度信息持續(xù)跟蹤管理。

(四)成本管理

施工成本管理工作就是在保證工程安全文明，把控產(chǎn)品質(zhì)量，協(xié)調(diào)工程進度的情況下，采取必要的管理措施，把成本控制在計劃范圍內(nèi)。成本控制是一個持續(xù)的、動態(tài)的過程。BIM技術在成本管理包括快速算量組價、工程進度款結(jié)算、物料采購管理、工程變更管理、動態(tài)成本管理五個主要環(huán)節(jié)。

二、基于BIM的施工階段項目管理應用案例

某市黨校綜合科研樓，總建筑面積11 320.63m2，地下建筑面積134.94m2，地上建筑面積11 185.69m2，建筑總高度25.7m，地下一層，地上五層。采用框架結(jié)構，獨立基礎，抗震設防烈度8度，抗震等級二級；耐火等級，地上二級，地下一級。

(一)BIM技術在案例安全管理中的應用

1.施工區(qū)域安全管理。引入BIM技術后，依助BIM實現(xiàn)的三維可視性，安全管理人員利用BIM軟件建模，對一些高危區(qū)域，如“四口”“五臨邊”“物料堆放區(qū)”等地方進行重點標識，提前做好安全施工部署，保證現(xiàn)場施工人員的安全和施工的有序高效進行。另外，進行安全教育時，根據(jù)軟件模擬的現(xiàn)場動畫對每個現(xiàn)場施工作業(yè)人員進行安全教育展示，是一種很好的安全管理手段；一些BIM軟件，如Revit、Navisworks、3D Max和Lumion軟件可以對三維模型和施工場地進行渲染，還可以制作仿真動畫漫游，施工人員可以直觀具體對整個工程項目做深入了解，增強安全意識。

另外，現(xiàn)實情況中發(fā)生重大緊急情況如地震、火災等，由于施工現(xiàn)場的復雜性，場地混亂，應急設備有限，尤其是地下車庫，不僅空間龐大，而且路線四通八達，倘若在晚上發(fā)生緊急狀況，對于現(xiàn)場施工人員更是難以處理。本著安全至上的基本原則，施工方必須要做一些緊急情況下的預案，以最大程度保障現(xiàn)場施工人員的生命安全。這些問題BIM技術可通過應急預案模擬優(yōu)化設計解決，可利用BIM技術制定和優(yōu)化若干應急預案，例如消防設備分布圖、緊急疏散路線圖、安全救生路線圖[2]。同時應該通過BIM模型中生成的3D仿真模擬和動畫漫游的形式向工人講解溝通，會達到很好的效果。

2.材料設備及車輛進出場安全管理。施工現(xiàn)場要保證各種材料、機械設備和車輛的安全進出場，這是項目施工方需要解決的一個重要問題。傳統(tǒng)的管理方法無疑是項目施工管理人員依據(jù)建設方提供的地質(zhì)勘查資料和各種CAD圖紙平面布置圖等來確定各種材料堆放區(qū)，如磚石集中堆放區(qū)、鋼筋加工堆放區(qū)、木材堆放區(qū)和混凝土集中制作區(qū)等，還有各種設備的放置和運輸車輛的進出場路線停靠地等。該案例項目也是采用這種傳統(tǒng)的管理模式，存在堆放區(qū)設置不合理、木材堆放區(qū)離鋼筋加工區(qū)過近等問題，導致加工好的鋼筋放置空間不足以及存在工人搬運的障礙；另外鋼筋加工區(qū)至各棟樓距離分配不合理，一些設備的布置影響施工進度，有時車輛運輸路線存在不暢通的情況等。這些問題，在BIM的三維可視模擬下，可以得到一定的改善優(yōu)化。項目管理人員通過建立BIM模型，主要是三維立體的施工現(xiàn)場模型圖，基于已建好的現(xiàn)場模型，制定更為科學合理的材料堆放區(qū)、設備放置區(qū)；對于車輛的運輸線路，可以通過多次模擬演練得到最佳路線。當然，實際施工過程中發(fā)現(xiàn)仍存在缺陷和問題，甚至遇到工程變更的情況，已建好的模型可以靈活調(diào)整，軟件會自動調(diào)整更新原管理計劃。不僅如此，一般為了施工現(xiàn)場人員安全和防止重要設備材料丟失，采用BIM構建的場地模型對現(xiàn)場監(jiān)控布置點進行確定，通過模擬現(xiàn)場監(jiān)控布置位置，可以很好地了解監(jiān)控布置視角范圍和監(jiān)控效果。從中我們不難得出結(jié)論，相比傳統(tǒng)模式，BIM在施工安全管理方面的優(yōu)勢還是能體現(xiàn)出來的。

3.大型塔吊安全管理。塔吊幾何尺寸大，運行所占空間廣，其安裝位置和作用區(qū)域的規(guī)劃難度系數(shù)高，其安全規(guī)劃方案要求很嚴格，一旦出現(xiàn)細微的差錯，修正調(diào)整時間和花費成本的代價高昂，更為重要的是埋下了安全隱患，這在施工階段是絕不允許發(fā)生的。這種情況下，可以借助BIM模型模擬實際塔吊的運轉(zhuǎn)軌跡，以防止多個塔吊在運行過程中產(chǎn)生碰撞。隨著施工的進行，塔吊逐步升高后，其碰撞模擬檢測也是必要的。利用4D虛擬施工和碰撞檢測技術對塔吊運行軌跡進行模擬，預先發(fā)現(xiàn)兩臺塔吊之間可能存在的沖突，進而合理規(guī)劃塔吊的高度和運行安排計劃，有效避免塔吊之間的安全沖突隱患[3]。

(二)BIM技術在案例質(zhì)量管理中的應用

1.圖審和技術交底。項目技術負責人在就某一分部分項工程、專業(yè)工程或關鍵節(jié)點向現(xiàn)場施工人員進行技術細節(jié)交代時，可通過BIM三維模型和導出的傳統(tǒng)二維圖紙，詳細演示施工需把握的關鍵部位，重點控制施工質(zhì)量，加快施工進度，使一線施工管理和技術人員立體、直觀、有預見性地把握整個項目情況[4]。

2.工藝流程模擬。BIM三維模型可以展示工序流程示意圖，便于和工人溝通，從而使質(zhì)量有所保障。同查看有專業(yè)建筑術語的二維圖和照樣板圖施工的傳統(tǒng)方法相比，施工管理人員通過BIM模型，可以快速掌握具體信息，尤其對細節(jié)問題如孔洞預留處、鋼筋綁扎節(jié)點、管線布置交點等的處理優(yōu)勢明顯[5]。相比二維 CAD圖紙，BIM技術可以利用 BIM 模型4D模擬可視化、模擬施工動畫漫游進行技術交底，使得項目施工人員可以直觀了解復雜工程節(jié)點具體細節(jié)，有助于保障工程質(zhì)量。

3.質(zhì)量信息監(jiān)測。質(zhì)量控制是需要動態(tài)的質(zhì)量管控，其中最主要的環(huán)節(jié)是質(zhì)量信息的記錄存儲和共享，BIM平臺無疑是很好的選擇。傳統(tǒng)質(zhì)量信息監(jiān)測的方式是由質(zhì)量員負責一定的區(qū)域或一定的專業(yè)工程，把發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題登記到質(zhì)量檢查記錄表上，同時現(xiàn)場用手機對問題部位拍照留存，問題部位、問題描述、問題備注等信息都要記錄完整，這種模式工作效率明顯不高，還有可能出現(xiàn)記錄檢查的錯漏情況。面對復雜工程，涉及信息量大、牽涉對象多時，這種模式顯然已不適用。采用BIM平臺，質(zhì)量檢查人員攜帶手持終端設備將BIM模型與現(xiàn)場實際施工情況相對比，將相關檢查信息對應到具體部位或構件，備注問題內(nèi)容，同時上傳問題部位圖片至電腦終端或者數(shù)據(jù)后臺，便于整合信息及數(shù)據(jù)統(tǒng)計與日后復查校核。圖1為BIM技術應用下具體信息傳遞流程示意圖。BIM平臺下，質(zhì)量信息的完整性得到保障，信息可以及時準確地上傳、流轉(zhuǎn)、共享，提高審核處理信息效率。

圖1 BIM質(zhì)量信息處理流程示意圖

(三)BIM技術在案例進度管理中的應用

1.進度計劃模擬。利用BIM 5D技術所創(chuàng)建的建筑模型，集成了工程量、價和項目進度信息，同時可以把施工進度關聯(lián)到相應三維模型的建筑構件上，動態(tài)直觀地模擬施工變化過程，實時監(jiān)控工程項目施工進度，使工作人員在任何地點、任何時間通過互聯(lián)網(wǎng)對BIM軟件和工程項目進行云端處理成為可能，大幅增強了管理上的機動性和精細度，及時做好資源的優(yōu)化配置，保證工程整體進度。

2. 避免管線碰撞。BIM軟件形成的三維立體模型，讓管理人員清晰看到項目管道管線空間布局，以及設備管道標高位置，有效避免了大量的碰撞事件；利用BIM平臺還可以充分考慮管線及設備之間所需安裝空間、作業(yè)順序，讓工程施工更流暢高效地完成。為應對這些碰撞問題，一些更為專業(yè)的BIM 軟件，如Navisworks、Revit等，具備專門的碰撞檢查功能，有很好的實踐效果。

3.進度跟蹤管理?；贐IM技術的進度管控方法更加簡便、高效、精確，真正實現(xiàn)了高水平的動態(tài)進度管控。當實際進度與計劃進度出現(xiàn)一定程度上的偏差時，BIM團隊會利用BIM專業(yè)平臺，例如采用廣聯(lián)達BIM 5D軟件，分析偏差產(chǎn)生的原因，實時調(diào)整糾偏進度計劃，相關專業(yè)負責人、工程師也可以在BIM信息平臺上共同商討糾偏方案，大大提升了進度偏差處理效率。

(四)BIM技術在案例成本管理中的應用

1.快速算量組價。BIM技術的出現(xiàn)，尤其是當各種BIM算量計價軟件投入市場，算量組價變得技術化和專業(yè)化，從識圖人工算量到導圖軟件計量，算量人員工作效率和效果大大提高。不僅如此，通過具體合同內(nèi)容、計劃與實際施工的消耗量、分部分項工程單價、分部分項工程合價等數(shù)據(jù)來進行比對，可以有效了解項目的盈虧情況，有無材料的浪費超額，有無存在違規(guī)高價購買材料設備等問題，實現(xiàn)對項目成本風險的有效管控。

以黨校綜合科研樓為例，利用廣聯(lián)達BIM鋼筋抽樣軟件建模，可快速準確地計算出鋼筋量；利用廣聯(lián)達軟件查看構件的屬性信息，方便后續(xù)查找和替換更改構件，可以根據(jù)實際需要進行圖元信息修改變更，易于對工程變更后工程量的重新計算；同時應用廣聯(lián)達軟件建立的三維模型可幫助算量人員提高感性認知，尤其是對一些復雜的管道安裝工程，同時也便于“查缺補漏”某些構件和細節(jié)工程處理，有效防止工程量的偏差；廣聯(lián)達軟件還可以快速分構件、分樓層、分區(qū)域展開工程量計算匯總，以滿足算量人員不同階段的需求。

2.工程進度款結(jié)算。BIM 模型將工程數(shù)據(jù)以建筑構件為載體進行存儲、分析，故可以快速將完成構件拆分、組合，對本周期完成的實際工程量快速計算?；贐IM 4D模型，參照現(xiàn)場施工進度，查找更新并匯總進度款數(shù)據(jù)，造價人員利用BIM 模型迅速精確地匯總某階段、某工程、某樓層的工程量和造價。與此同時，業(yè)主方也可以通過 BIM 共享平臺迅速審核其數(shù)據(jù)的準確性，提高工程進度款的結(jié)算效率。

3.物料采購管理。材料管控應該從三方面去把控：第一，控制好規(guī)格，采購人員要嚴格對應需求計劃所要求的規(guī)格，不可擅自變更；第二，控制好質(zhì)量，采購人員要對采購物料嚴格篩選，以國家或行業(yè)質(zhì)量標準為參考；第三，控制好數(shù)量，采購人員一定要按需按計劃采購，一次性超量采購會造成材料浪費和倉儲困難。零庫存，這是施工方所追求的最理想物料倉儲管理目標，通過對BIM技術的運用，可以及時掌握資源消耗情況，預測制定下一階段資源需求計劃，合理進行資源優(yōu)化配置調(diào)度，可以在最大程度上逼近零庫存的目標。

4.工程變更管理。業(yè)主或監(jiān)理工程師提出變更指令，作為施工方首先是要做好現(xiàn)場勘查工作，明確材料機具需求量、返工和新用工工程量、工期損失情況等，為以后可能產(chǎn)生的變更向業(yè)主提出索賠。依托BIM平臺的參數(shù)性設置，可以通過修改變更處的信息，快速簡便地得出變更后的模型信息及數(shù)據(jù)報表。

5.動態(tài)成本管理。成本管理是貫穿施工過程始終的，只要工程處在開工狀態(tài)，成本管理就要進行。在該項目建設過程中，項目經(jīng)理會要求預算人員經(jīng)常去現(xiàn)場，一是了解工程進度和工程存在變更的情況，便于完成月報或周報的產(chǎn)值報表，和變更處索賠跟蹤及費用計算；二是記錄現(xiàn)場材料人為損壞或浪費情況，特別是設備丟失損壞和鋼筋浪費問題，找到責任方，對其進行相應懲罰。BIM算量軟件依據(jù)已創(chuàng)建的鋼筋、土建模型，分樓分層分部位，快速準確得出鋼筋用量、砼方用量，保障施工有條不紊地進行；大量的成本變更基礎數(shù)據(jù)難以簡單記錄處理，對于復雜多變的成本信息，BIM 5D平臺錄入存儲便捷、清晰可觀，便于造價管理人員操作處理，更全面系統(tǒng)地分析成本情況，有效控制成本，做好成本動態(tài)管理工作。

四、結(jié)語

BIM技術在建筑行業(yè)的廣泛應用，是建筑行業(yè)一次具有里程碑意義的重大升級轉(zhuǎn)型。本文結(jié)合具體的項目案例，研究了在施工階段安全、質(zhì)量、進度、成本管理中BIM 技術的應用環(huán)節(jié)和引入點，展示并論證了BIM技術帶來的優(yōu)勢和應用價值，即安全把控更有效，質(zhì)量管控更合理，進度模擬更全面，成本控制更精細。BIM技術正是當前施工管理創(chuàng)新的重要手段，上述論證為我國施工企業(yè)應用BIM技術提升項目管理水平提供了有益參考。