BIM技術(shù)在施工項目管理中的應(yīng)用探索

戴 路 隋偉旭 徐亞軍

(1.中建三局集團有限公司，武漢 430064； 2.中國建筑業(yè)協(xié)會，北京 100081)

引言

施工項目管理的核心是通過對人、材、機等要素進行有效的組織、計劃和控制，以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，進而獲得最大化的經(jīng)濟效益。而項目施工是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，人、材、機等要素與工期、成本、質(zhì)量等管理指標(biāo)之間存在著復(fù)雜的、動態(tài)的聯(lián)系，項目施工過程產(chǎn)生的信息量巨大，且信息變化快，對項目管理者的信息處理能力提出了較高的要求。因此，信息技術(shù)的應(yīng)用將會對施工項目管理產(chǎn)生極高的價值[1]。

BIM技術(shù)是目前應(yīng)用于建筑行業(yè)的重要信息技術(shù)，其概念起源于美國，在美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)第一版中對BIM做了明確的定義[2]，并強調(diào)了BIM的數(shù)字化、信息共享、協(xié)同作業(yè)等方面的特點。美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)第三版引用buildingSMART對BIM的定義[3]，將BIM(Building Information Modeling)的概念進一步擴展為Building Information Modeling、Building Information Model以及Building Information Management。這一定義補充了BIM作為信息化管理手段的作用，極大地豐富了BIM的內(nèi)涵。

近年來，BIM技術(shù)在施工項目管理過程中的應(yīng)用逐漸深入，利用BIM技術(shù)的可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性等特點，實現(xiàn)項目精細化管理，將成為未來趨勢。目前，受制于BIM軟件工具和BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，還未能實現(xiàn)在建筑工程各階段、各專業(yè)充分應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)全生命周期的信息共享，整體應(yīng)用價值還未顯現(xiàn)。而針對某一階段或某一環(huán)節(jié)的局部BIM應(yīng)用已有價值體現(xiàn)，總結(jié)出了大量的BIM應(yīng)用點[4]。本文將結(jié)合施工項目管理的主要內(nèi)容，即項目進度控制、質(zhì)量控制、成本控制、安全管理、合同管理、信息管理以及組織協(xié)調(diào)，展開闡述目前常見的BIM應(yīng)用點以及BIM在這些管理活動中產(chǎn)生的價值，并探討未來可能的發(fā)展方向。

1 進度控制BIM應(yīng)用

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

項目進度控制是一個動態(tài)的過程，它包括進度目標(biāo)合理性的分析論證，進度計劃的編制、跟蹤、檢查與調(diào)整。在BIM模型基礎(chǔ)上添加進度信息，即3D模型加1D時間，通常稱作“BIM 4D”，利用軟件將進度計劃項與模型構(gòu)件進行匹配掛接，模型構(gòu)件可按時間先后順序進行逐一呈現(xiàn)，從而形成4D施工模擬動畫，幫助施工管理人員直觀了解工程施工流水段劃分以及施工順序，分析進度目標(biāo)和施工工序安排的合理性[5]。如圖1所示。

圖1 BIM 4D進度模擬

在項目施工過程中的進度控制，主要為通過將實際施工進度信息錄入模型中，并將計劃進度與實際進度進行對比，之后利用軟件的可視化效果直觀地展現(xiàn)出進度狀態(tài)，來幫助項目管理人員進行施工進度檢查與調(diào)整，如圖2所示。

圖2 進度偏差對比

目前常見的BIM 4D應(yīng)用軟件有Navisworks、Navigator、Synchro、Fuzor、廣聯(lián)達BIM5D等。

1.2 發(fā)展方向

在BIM模型中，包含了材料類別、工程量、施工區(qū)域劃分等大量建筑構(gòu)件信息，這些信息是進度計劃編制及優(yōu)化不可或缺的參考依據(jù)。但BIM模型在現(xiàn)有的進度控制過程中的應(yīng)用，僅僅是通過可視化的方式幫助項目管理人員進行進度控制。

李慶達等[6]在北京Z14項目中，嘗試了利用BIM模型數(shù)據(jù)進行進度計劃編排以及進度管控的應(yīng)用，取得了不錯的成效。項目采用Vico Office軟件，將模型構(gòu)件與任務(wù)項關(guān)聯(lián)，并建立工序間的邏輯關(guān)系，根據(jù)BIM模型工程量數(shù)據(jù)，匹配工效信息，軟件自動生成進度計劃斜線圖。根據(jù)圖中的斜線狀態(tài)，能夠?qū)τ媱澓侠硇赃M行初步調(diào)整、優(yōu)化。

圖3 線性計劃

在施工過程中，通過將各工序的實際開始和實際完成時間信息錄入對應(yīng)的施工區(qū)域，能夠獲取實際工效信息，形成進度預(yù)警。通過對各項資源數(shù)據(jù)的調(diào)整，形成新的進度計劃，指導(dǎo)下一步施工，如圖3～4所示。

圖4 進度優(yōu)化

該項目的4D BIM實施過程，充分展現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)的價值。利用這種方法，不僅可積累各種類型項目的數(shù)據(jù)，進而形成企業(yè)綜合工效庫，而在后續(xù)項目實施過程中，也可訪問工效數(shù)據(jù)庫，檢索同類項目中相同任務(wù)的綜合工效，為進度計劃編排提供依據(jù)。

2 質(zhì)量控制BIM應(yīng)用

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

施工階段的質(zhì)量控制的基本環(huán)節(jié)包括：事前控制、事中控制和事后控制。其中，實行樣板引路制是施工質(zhì)量事前控制的重要手段之一?，F(xiàn)階段，利用BIM虛擬樣板代替實體樣板，進行可視化交底，是目前較為常見的BIM應(yīng)用點，如圖5所示。

圖5 石材幕墻施工質(zhì)量樣板

在部分BIM應(yīng)用軟件或平臺中通常也會有質(zhì)量管控模塊對施工質(zhì)量事中控制，其主要做法為：管理人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的質(zhì)量問題或者隱患后，通過在手機端添加問題照片、問題描述，問題在BIM模型中的定位，發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人，責(zé)任人收到問題后，進行整改并回復(fù)，經(jīng)復(fù)查無誤后問題關(guān)閉，形成閉環(huán)[7]，如圖6所示。

圖6 質(zhì)量管理BIM應(yīng)用流程

同時，BIM平臺可對近階段的質(zhì)量問題進行數(shù)據(jù)分析，以曲線圖、柱狀圖或餅狀圖的方式呈現(xiàn)問題的主要類型分布、責(zé)任單位分布情況等信息，為制定下一階段的質(zhì)量管控對策提供數(shù)據(jù)支撐[8]，如圖7所示。

圖7 質(zhì)量問題分析

2.2 發(fā)展方向

隨著科技的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)可用于施工項目質(zhì)量控制，如VR、AR、三維掃描、物聯(lián)網(wǎng)等。通過VR互動功能，可以幫助管理人員或作業(yè)人員在虛擬環(huán)境中模擬施工工藝操作，熟悉和掌握工藝流程[9]。

圖8 VR砌體施工模擬

AR技術(shù)則能夠?qū)IM模型“搬到”施工現(xiàn)場[10]，將數(shù)字世界與物理世界合并，更加有效地幫助作業(yè)人員理解現(xiàn)場施工環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容，使施工過程更為流暢，同時，借助AR模型也能幫助進行質(zhì)量檢查和驗收，如圖9所示。

圖9 BIM+AR應(yīng)用示例

通過三維激光掃描技術(shù)可對已完工程進行逆向建模[11]，輔助質(zhì)量管理實測實量工作，準(zhǔn)確記錄上道工序的尺寸誤差，指導(dǎo)下道工序施工。

除了利用新技術(shù)豐富質(zhì)量控制手段外，質(zhì)量信息的管理同樣重要。針對當(dāng)前施工項目質(zhì)量控制存在的信息獲取途徑單一、溝通反饋不及時、項目各方難以協(xié)同參與質(zhì)量控制等問題，侯杰等[12]提出了項目質(zhì)量管理信息協(xié)同系統(tǒng)構(gòu)建的思路，通過BIM技術(shù)、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時定位采集質(zhì)量信息，搭建質(zhì)量數(shù)據(jù)管理平臺，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析、處理，為質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支持。

3 成本控制BIM應(yīng)用

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

成本控制BIM應(yīng)用業(yè)內(nèi)也通常稱之為“BIM 5D”，即模型+計劃+費用。理論上可按任意時間段獲取工程量、預(yù)算、成本、資源數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)成本動態(tài)控制。

由于目前大多數(shù)BIM軟件均為國外軟件，與我國特有的定額、清單工程量計算方式不相符，與我國工程項目的成本控制邏輯不相符，因此，關(guān)于BIM 5D的應(yīng)用還非常少。當(dāng)前成本控制BIM應(yīng)用點主要集中在工程量計算[13]，資源、資金數(shù)據(jù)與模型構(gòu)件掛接等方面。

3.2 發(fā)展方向

成本控制BIM應(yīng)用一方面需要開發(fā)符合我國施工成本控制邏輯的BIM應(yīng)用軟件，另一方面要結(jié)合科學(xué)的成本控制方法論。掙值法是施工成本控制的主要方法之一[14]，利用BIM模型中的工程量數(shù)據(jù)以及進度計劃中的時間信息，計算出計劃工作預(yù)算費用(BCWS)、已完工作實際費用(ACWP)、已完工作預(yù)算費用(BCWP)，通過對三項數(shù)據(jù)的比較計算，能夠得出成本偏差(CV)、進度偏差(SV)、進度績效指標(biāo)(SPI)、成本績效指標(biāo)(CPI)等指標(biāo)，可用于分析項目進度快慢與成本偏差，根據(jù)分析結(jié)果采用相應(yīng)的措施進行糾偏[15]，如圖10所示。

圖10 某項目基于掙值法的成本分析

4 安全管理BIM應(yīng)用

4.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，安全管理BIM應(yīng)用與質(zhì)量管理較為類似，一方面是通過BIM模型以及VR技術(shù)等可視化手段進行事前的安全交底和安全教育[16]，另一方面是利用BIM管理平臺實現(xiàn)安全問題巡檢、發(fā)出整改、問題反饋、問題復(fù)查等流程的信息化，積累數(shù)據(jù)，用于分析和問題追溯。

4.2 發(fā)展方向

BIM+VR技術(shù)的發(fā)展對施工項目安全管理能夠起到較大的幫助[17]。例如，在生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案管理方面，施工現(xiàn)場通常需要針對具體的事故類別、危險源等制定專項應(yīng)急預(yù)案，并通過應(yīng)急演練，做到在事故發(fā)生時迅速反應(yīng)、正確處置，而在現(xiàn)實場景中開展應(yīng)急演練，很難模擬事故真正發(fā)生時的緊迫狀態(tài)，利用VR技術(shù)則能夠提供沉浸式的體驗，通過視覺、聽覺、觸覺等多方面的直觀感受，構(gòu)建事故發(fā)生時的真實狀態(tài)，以達到最佳的演練效果，如圖11所示。

圖11 VR火災(zāi)逃生模擬

此外，通過各階段的BIM模型結(jié)合RFID技術(shù)可構(gòu)建人員實時定位預(yù)警系統(tǒng)[18]，在BIM模型中描述危險區(qū)域，并在危險區(qū)域設(shè)置傳感器，通過RFID對現(xiàn)場工人進行定位，一旦有人員進入危險區(qū)域，則會觸發(fā)現(xiàn)場警報，從而降低事故發(fā)生的概率。

5 合同管理BIM應(yīng)用

5.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

施工項目合同確定了工作內(nèi)容、價格條款、工期、質(zhì)量、安全等目標(biāo)，因此，合同管理對于施工項目管理而言至關(guān)重要。隨著“一帶一路”的推動，我國企業(yè)將會承接越來越多的國際工程，而國際過程尤其看重合同的履行與管理，現(xiàn)階段，我國合同管理還存在諸多問題，例如工作范圍不具體、合同界面劃分不明確等。將BIM技術(shù)引入合同管理，能夠確保信息的一致性和準(zhǔn)確性，使合同范圍和界面劃分更加明確，通過BIM數(shù)據(jù)的傳遞與共享，能夠提升合同管理的信息化水平，實現(xiàn)合同動態(tài)跟蹤與管理[19]。當(dāng)前對于合同管理BIM應(yīng)用還處于研究和探索階段，相關(guān)的應(yīng)用案例非常有限。

5.2 發(fā)展方向

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，未來應(yīng)能實現(xiàn)合同的信息化管理，能夠利用計算機讀取、分析合同數(shù)據(jù)，跟蹤合同執(zhí)行情況，實現(xiàn)全方位、全過程、動態(tài)化的合同管理。結(jié)合BIM+云計算技術(shù)，利用其強大的數(shù)據(jù)處理能力作為支撐，能夠改善合同數(shù)據(jù)管理方式，實現(xiàn)海量項目信息的存儲、分類、匯總，并支持信息檢索和數(shù)據(jù)提取，能夠極大地改善當(dāng)前的合同管理方式，更有利于項目的管理。

6 信息管理與組織協(xié)調(diào)BIM應(yīng)用

6.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國建筑業(yè)的信息化程度還一直處于很低的水平，多數(shù)施工方的信息管理水平還很落后，施工資料以紙質(zhì)資料為主，電子文檔以本地文件的形式存儲在每個人的電腦上，存在大量的信息孤島，而信息的準(zhǔn)確性、及時性又會對項目的組織協(xié)調(diào)管理造成影響，組織協(xié)調(diào)不順暢，直接影響項目管理目標(biāo)的達成。

信息管理與組織協(xié)調(diào)離不開信息技術(shù)的支持，現(xiàn)階段，國內(nèi)外多家軟件公司均有研發(fā)BIM信息協(xié)同管理平臺，用于文檔共享、工作協(xié)同，以提升管理效率。公眾號BIMBOX對BDIP、Modelo、Revizto等8款BIM平臺產(chǎn)品做了全面的測評，從測評結(jié)果來看，這類平臺更側(cè)重于三維圖形處理技術(shù)，例如模型在線瀏覽、對不同BIM軟件創(chuàng)建的模型文件的支持、模型數(shù)據(jù)繼承、模型加載速度、模型渲染、查看工具等，大部分平臺也能實現(xiàn)各類文檔的存儲和在線查看，但數(shù)據(jù)處理能力皆不足，僅能靠人工來查看數(shù)據(jù)，缺乏對模型數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)的處理和計算分析能力，如圖12～14所示。

圖12 各類BIM平臺中的模型展示

圖13 各類BIM平臺對文檔的支持情況

圖14 各類BIM平臺對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的支持情況

6.2 發(fā)展方向

施工項目是一個多方參與的過程，在信息及時、準(zhǔn)確、對等的環(huán)境下能夠提升組織協(xié)調(diào)工作效率，提升決策判斷的準(zhǔn)確性。而信息的產(chǎn)生需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，BIM作為項目數(shù)據(jù)集成的載體，是實現(xiàn)項目信息化管理與協(xié)調(diào)的關(guān)鍵，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)手段可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和處理分析，將傳統(tǒng)的建造模式改進為數(shù)據(jù)驅(qū)動建造的方式。

在此之前，需要開展BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，尤其是BIM數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。BIM不是單一軟件能夠完成的事情，不同軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能否互聯(lián)互通非常關(guān)鍵?，F(xiàn)階段BIM軟件之間的數(shù)據(jù)交互以IFC標(biāo)準(zhǔn)為主，國內(nèi)也有在IFC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上研究BIM信息集成管理平臺[20]，以實現(xiàn)全生命周期的信息共享與集成化管理。而IFC標(biāo)準(zhǔn)在實際應(yīng)用過程中，存在數(shù)據(jù)丟失、錯誤等各方面的問題，與其他項目管理軟件之間也無法進行數(shù)據(jù)流通和交互，基于IFC標(biāo)準(zhǔn)進行項目信息管理在實際應(yīng)用中落地困難。

7 總結(jié)

綜上所述，BIM在施工項目管理中已經(jīng)有了較多應(yīng)用，從當(dāng)前的應(yīng)用點來看，更偏重于三維可視化展示，而BIM的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)和信息層面的應(yīng)用，這也是未來的重點發(fā)展方向。結(jié)合BIM定義的變化，要實現(xiàn)從Building Information Model向Building Information Management的升級，需要研究配套的標(biāo)準(zhǔn)和軟件產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)結(jié)合施工業(yè)務(wù)邏輯，厘清數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，做好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化工作，建立以數(shù)據(jù)為核心的BIM技術(shù)體系，如圖15所示。

圖15 利用數(shù)據(jù)開展施工項目管理

BIM軟件方面，依然以國外BIM軟件為主，與我國工程實際的匹配程度較低。以主流的Revit軟件為例，雖然其具備算量功能，但Revit的算量規(guī)則與我國清單工程量計算或定額工程量計算規(guī)則并不相符，因此需要在Revit的基礎(chǔ)上開發(fā)對應(yīng)的工程量計算插件，才能適應(yīng)我國的工程量計算業(yè)務(wù)，且諸如此類的軟件適用性的問題還有很多。關(guān)于BIM軟件的發(fā)展，我們既可以利用國外BIM軟件進行二次開發(fā)，使之具備符合我國工程實際的應(yīng)用功能，例如市場上常見的各類Revit插件，還可以基于我國工程的邏輯研發(fā)國產(chǎn)BIM軟件，走自主知識產(chǎn)權(quán)之路。

夯實數(shù)據(jù)化基礎(chǔ)，輔以配套軟件工具，施工項目管理工作便可借助BIM技術(shù)，向智慧化邁進。