基于案例分析BIM技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用

徐文武 （安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

0 前言

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）英文縮寫,是利用數(shù)字模型對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的過程,起源于制造業(yè)，《美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)NBIMS》的定義:BIM是一種包含建筑設(shè)施物理特性和功能特性的數(shù)字表達(dá)；是一個(gè)共享的信息和知識(shí)資源，為該建筑設(shè)施全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)；在項(xiàng)目的不同階段，相關(guān)各方通過在BIM中錄入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

工程項(xiàng)目管理中BIM技術(shù)可以使工程建設(shè)的幾方責(zé)任主體在項(xiàng)目生命周期內(nèi)，既可以在模型中操控信息，也能在信息中操控模型，從而在根本上實(shí)現(xiàn)提高工效和質(zhì)量、減少過程錯(cuò)誤、降低安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量缺陷的目標(biāo)。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》《關(guān)于推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》對(duì)此都明確提出要大力發(fā)展BIM技術(shù)應(yīng)用，也出臺(tái)了一些標(biāo)準(zhǔn)，各省市都出臺(tái)了一些促進(jìn)政策。安徽省近些年也陸續(xù)出臺(tái)《安徽省建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用指南》《關(guān)于在合肥市行政區(qū)域內(nèi)開展建筑信息模型(BIM)技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知》等文件，鼓勵(lì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，涌現(xiàn)出如安徽省科技館、彩虹中學(xué)、城西橋安置小區(qū)、信達(dá)公園里、安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院檢測(cè)大廈等一批或政府投資、商業(yè)開發(fā)、企業(yè)自建的工程項(xiàng)目中成功應(yīng)用BIM技術(shù)的案例，從中可以看出BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)工程項(xiàng)目管理起到了至關(guān)重要的作用。

1 項(xiàng)目管理信息化與BIM技術(shù)的融合

工程項(xiàng)目管理屬于工程技術(shù)咨詢，對(duì)建設(shè)領(lǐng)域的知識(shí)集成化程度高，需要運(yùn)用科學(xué)管理、科技手段和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，為項(xiàng)目提供智力型和技術(shù)型的服務(wù)。隨著建筑業(yè)發(fā)展，企業(yè)的管理水平也在不斷提升和進(jìn)步，企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展要求企業(yè)對(duì)核心業(yè)務(wù)信息化建設(shè)和專項(xiàng)信息技術(shù)的應(yīng)用越來越全面，工程項(xiàng)目管理同樣要經(jīng)歷產(chǎn)業(yè)信息化的沖擊，傳統(tǒng)的管理方式方法越來越無法滿足施工技術(shù)的發(fā)展和施工進(jìn)度需要，工程項(xiàng)目管理對(duì)信息化支撐的要求正逐步提高。BIM技術(shù)的本質(zhì)是模型+信息+應(yīng)用,重點(diǎn)在建設(shè)項(xiàng)目各參與方的協(xié)同合作，貫穿于整個(gè)項(xiàng)目全生命周期。

例如合肥蜀山區(qū)新建彩虹中學(xué)項(xiàng)目，不論是項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)還是項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)都重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，利用其可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，結(jié)合施工圖進(jìn)行多維可視、快速算量，對(duì)施工方案精確計(jì)劃、比選優(yōu)化，施工前進(jìn)行虛擬施工、碰撞檢測(cè)等演示，提前進(jìn)行可持續(xù)分析,杜絕設(shè)計(jì)偏差、施工偏差，從根本上消除施工過程中因?yàn)楦鞣叫畔⒌娜笔Ш徒涣鞯牟怀浞衷斐傻脑O(shè)計(jì)變更、返工返修、不能流水作業(yè)等問題，尤其在多專業(yè)集成、施工現(xiàn)場(chǎng)控制、竣工資料記錄等協(xié)同共享方面，通過使用BIM技術(shù)應(yīng)用和信息技術(shù)支撐項(xiàng)目信息共享的業(yè)務(wù)流程、組織和控制過程，從而提升項(xiàng)目管理效率、提高管理質(zhì)量、縮短建設(shè)周期、降低投資成本。合肥信達(dá)公園里的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)在施工部署中，利用BIM模型模擬出基礎(chǔ)階段、地下室工程階段、主體階段的施工現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備、場(chǎng)地實(shí)景、材料堆放區(qū)和加工區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)等模擬布設(shè)，并調(diào)整優(yōu)化，確保在現(xiàn)有場(chǎng)地的合理規(guī)劃和使用，既提高了臨時(shí)場(chǎng)地的利用率，對(duì)流水作業(yè)、材料進(jìn)場(chǎng)、文明施工等都起到積極作用，也促進(jìn)項(xiàng)目管理工作的創(chuàng)新。

圖1 項(xiàng)目管理模塊

2 BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 在投資與成本方面的管理應(yīng)用

當(dāng)前在沿海地區(qū)不少建設(shè)工程項(xiàng)目的投資與成本管控已開始借助BIM技術(shù)準(zhǔn)確地分析與計(jì)算，為投資決策、成本控制提供依據(jù)。工程項(xiàng)目管理者可以根據(jù)BIM模型數(shù)據(jù)，運(yùn)用可視化技術(shù)等功能，結(jié)合類似工程的相關(guān)數(shù)據(jù)和歷史項(xiàng)目數(shù)據(jù)及市場(chǎng)信息，形成投資估算，在投資決策階段為決策層科學(xué)決策項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)類型、建設(shè)規(guī)模提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

例如當(dāng)代合肥天鵝湖MOMA項(xiàng)目在項(xiàng)目決策階段，利用Revit、Synchro 4D、Tekla、Lumion等軟件對(duì)建設(shè)環(huán)境、市場(chǎng)需求、項(xiàng)目地塊、總體規(guī)劃，建筑設(shè)計(jì)以及相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行可行性分析，提出多種方案模型供建設(shè)單位決策者研判決斷，規(guī)避了很多傳統(tǒng)可研報(bào)告的非可視化弊端。在設(shè)計(jì)階段，將設(shè)計(jì)圖紙中的項(xiàng)目構(gòu)成要素與BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的造價(jià)信息相關(guān)聯(lián)，尤其是一些項(xiàng)目前期就已確定的經(jīng)濟(jì)和性能指標(biāo)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行多方案比選，以滿足規(guī)劃控制要求。再結(jié)合WBA清單庫(kù)形成資金計(jì)劃，進(jìn)行不同維度計(jì)算對(duì)比，確保項(xiàng)目決策的精確性和準(zhǔn)確性。

工程實(shí)施過程中的成本控制應(yīng)用BIM技術(shù)可以更好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，實(shí)現(xiàn)工程成本的精細(xì)化管理目標(biāo)。通過設(shè)計(jì)階段儲(chǔ)存的工程項(xiàng)目全生命周期中所有數(shù)據(jù)信息，建立造價(jià)成本數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合建筑模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)變化，調(diào)整任何一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都會(huì)直接帶動(dòng)造價(jià)成本相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，改變了過去工程造價(jià)靜態(tài)管理的缺陷。

例如安徽省科技館項(xiàng)目，在大多數(shù)的工程量計(jì)算仍然是以手工算量，利用excel等輔助工具，在二維圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，尤其是基礎(chǔ)工程中支護(hù)形式、樁基選型對(duì)鋼筋混凝土用量、支護(hù)費(fèi)用等影響較大。安徽省科技館項(xiàng)目管理單位利用BIM技術(shù)所創(chuàng)建的參數(shù)化模型，采用廣聯(lián)達(dá)算量GCL（含土建、鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)）軟件以及ReVit軟件創(chuàng)建土建專業(yè)模型,采用MAgicad軟件創(chuàng)建機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)模型，通過廣量參數(shù)對(duì)項(xiàng)目上所需要的各個(gè)構(gòu)件的尺寸、型號(hào)和材料以及安裝過程中可能造成的碰撞等進(jìn)行三維設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)、預(yù)演，在可視化的環(huán)境中及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，既提高了材料、設(shè)備的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率，又規(guī)避后期施工中出現(xiàn)返工造成的損失。無論是建設(shè)方或施工方，有效利用這些信息數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目成本控制都起到至關(guān)重要的作用。

圖2 造價(jià)管理模塊

2.2 在進(jìn)度方面的管理應(yīng)用

傳統(tǒng)的進(jìn)度管理因?yàn)榇罅康臎Q策依據(jù)和數(shù)據(jù)無法及時(shí)完整地提供和反饋，極易造成延誤決策、設(shè)計(jì)反復(fù)修改、工期滯后等現(xiàn)象。尤其是設(shè)計(jì)階段只能利用二維CAD設(shè)計(jì)圖和網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖來參考進(jìn)度計(jì)劃。設(shè)計(jì)人員無法有效檢查自己的設(shè)計(jì)成果與實(shí)際施工之間的差異，加上與建造師之間無法做到及時(shí)溝通，很大地影響了項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)性，也不利于項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化管理。以往的施工進(jìn)度計(jì)劃是通過網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖或橫道圖來體現(xiàn)，該方法存在一定的局限性。第一，運(yùn)算過程復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖的繪制需要耗費(fèi)一定時(shí)間精力，對(duì)于非專業(yè)管理人員而言，會(huì)帶來識(shí)圖困難，不利于與其他各方的交流。第二，網(wǎng)路計(jì)劃圖表達(dá)不夠直觀，無法精確表達(dá)項(xiàng)目的規(guī)劃進(jìn)度，對(duì)工程實(shí)際施工情況的跟蹤檢查也不利，缺乏對(duì)突發(fā)情況應(yīng)變處理，做調(diào)整優(yōu)化時(shí)過程復(fù)雜。第三，使用傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理工具，依靠經(jīng)驗(yàn)確定邏輯關(guān)系，準(zhǔn)確性受到極大的限制，不合理之處也難以發(fā)現(xiàn)。

而BIM技術(shù)，可以突破二維的限制，利用可視化模塊，通過碰撞檢測(cè)功能，從設(shè)計(jì)源頭規(guī)避專業(yè)之間、工序之間的矛盾點(diǎn)、沖突點(diǎn)，既避免了二次設(shè)計(jì)帶來的變更成本增加，又減少了因設(shè)計(jì)變更或設(shè)計(jì)問題造成的進(jìn)度滯后的不利影響因素，從而加快設(shè)計(jì)進(jìn)度。結(jié)合BIM技術(shù)的算量模塊，提高了工程量清單的準(zhǔn)確性和計(jì)算速度，推動(dòng)項(xiàng)目招標(biāo)工作進(jìn)度。同時(shí)實(shí)時(shí)體現(xiàn)進(jìn)度狀態(tài)，分析影響進(jìn)度的因素，協(xié)調(diào)各專業(yè)，優(yōu)化流水施工，從而科學(xué)縮短工期，或按計(jì)劃達(dá)到進(jìn)度目標(biāo)，從而改變了以前通過文字及圖紙?bào)w現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的工作方式。軟件通過對(duì)模型中不同專業(yè)之間可能存在的沖突點(diǎn)提前進(jìn)行碰撞檢測(cè)，并給予調(diào)整以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，避免后期施工中因這類問題造成的進(jìn)度影響。

例如合肥高新區(qū)城西橋家園D組團(tuán)建設(shè)項(xiàng)目中,在施工準(zhǔn)備階段利用BIM技術(shù)對(duì)地下工程進(jìn)行系統(tǒng)部署和建模，結(jié)合地基勘察報(bào)告,綜合基坑支護(hù)、樁基和承臺(tái)、抗浮錨桿、防水工程、鋼筋工程、混凝土工程等專業(yè)設(shè)計(jì)要求，采用Navisworks進(jìn)行施工模擬演示,通過不同顏色與計(jì)劃方案對(duì)比,并對(duì)施工組織設(shè)計(jì)及時(shí)優(yōu)化，合理安排施工工序，解決了各專業(yè)工程之間的碰撞、錯(cuò)位等問題，從而避免了后期多次的設(shè)計(jì)變更和施工工序混亂或沖突等現(xiàn)象，既節(jié)省了工期，又節(jié)約了成本，更提高了施工效率。

圖3 進(jìn)度管理模塊

2.3 在質(zhì)量方面的管理應(yīng)用

大量的工程實(shí)踐表明，現(xiàn)行的一些質(zhì)量管理方法，由于受到實(shí)際條件、施工工藝和工具、施工人員素養(yǎng)等因素影響，在理論上可行卻很難在項(xiàng)目實(shí)施過程中有效體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)階段，工程管理人員通過對(duì)設(shè)計(jì)模型的檢查，將重點(diǎn)、復(fù)雜的問題，組織協(xié)調(diào)相關(guān)各方，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和可實(shí)現(xiàn)性。BIM技術(shù)可以直觀地進(jìn)行三維空間的碰撞檢測(cè)，將施工過程中可能存在的交叉、碰撞等問題在設(shè)計(jì)時(shí)就提前解決，同時(shí)對(duì)實(shí)體的層高、凈空、各構(gòu)件之間布設(shè)、管線排布等方案進(jìn)行深度優(yōu)化，減少在施工時(shí)發(fā)生碰撞引起的返工和浪費(fèi)。

在施工過程中，利用BIM的信息模型，對(duì)施工流程、工序流轉(zhuǎn)、工程驗(yàn)收、質(zhì)量缺陷、資料文件等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況與施工圖深化模型比對(duì)，提前發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量潛在缺陷或隱患。同時(shí)使用三維施工圖能讓施工人員更好地理解設(shè)計(jì)意圖，從而避免對(duì)圖紙信息誤讀，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行工程評(píng)估，制定新的施工規(guī)劃方案。加上實(shí)施過程中無法預(yù)知完工后的質(zhì)量效果，各專業(yè)和工種之間又相互干擾，從而影響了實(shí)體質(zhì)量和管理成效?？梢詫?shí)現(xiàn)建設(shè)方和施工方各自進(jìn)行施工階段量化管理的目標(biāo)。

例如位于合肥市濱湖新區(qū)信達(dá)公園里項(xiàng)目二次結(jié)構(gòu)工程，采用BIM軟件對(duì)砌體進(jìn)行三維可視化的排布，通過設(shè)置砌塊規(guī)格、尺寸、灰縫厚度等信息，快速地將構(gòu)造柱、過梁、壓頂、砌體等二次結(jié)構(gòu)的排布情況呈現(xiàn)出來，對(duì)非整塊的砌體，按圖示尺寸切割，輸出排布圖，實(shí)現(xiàn)流水施工。在外墻裝飾、機(jī)電安裝等施工中，對(duì)關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維演示和動(dòng)態(tài)分析，可對(duì)施工過程情況進(jìn)行三維展示，借助BIM技術(shù)的虛擬施工功能提前觀察實(shí)際施工過程的進(jìn)展和可能存在的問題，從而預(yù)先判斷施工計(jì)劃的合理性和可實(shí)施性，方便技術(shù)交底、確保施工質(zhì)量。另外BIM技術(shù)的協(xié)同功能可以讓參建各方充分了解項(xiàng)目實(shí)際的情況和存在的問題，并將信息和參建各方共享，確保彼此之間信息的對(duì)稱性，從而避免不必要的返工，確保質(zhì)量目標(biāo)。

圖4 BIM模型演示輔助現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收

圖5 機(jī)電碰撞檢測(cè)

2.4 在施工安全方面的管理應(yīng)用

施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源多、交叉作業(yè)多，施工人員流動(dòng)性大、人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員素養(yǎng)差異較大等，這些都是造成現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理難度的重要原因。大多數(shù)項(xiàng)目無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患無法有效預(yù)控、預(yù)判。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①對(duì)危大工程的管控任務(wù)不清楚或制定的不齊全，管控任務(wù)不統(tǒng)一，無法做到對(duì)危大工程實(shí)施全過程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控方案，交底流于形式或后補(bǔ)，失去了通過交底學(xué)習(xí)施工重難點(diǎn)的意義；②項(xiàng)目管理部在整理風(fēng)險(xiǎn)源庫(kù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且會(huì)涵蓋不全，不能實(shí)時(shí)了解風(fēng)險(xiǎn)源管控情況，在組織檢查前，不清楚項(xiàng)目重大風(fēng)險(xiǎn)源的分布情況，很難抓到安全重點(diǎn)。

例如合肥恒大中心項(xiàng)目，項(xiàng)目管理單位通過BIM平臺(tái)，加裝安全管理軟件模塊，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)視頻，實(shí)現(xiàn)與項(xiàng)目管理平臺(tái)的集成。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)域識(shí)別、進(jìn)場(chǎng)人員屬性、人員位置、安全防護(hù)布設(shè)、物料統(tǒng)計(jì)等信息的采集、分析風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)類別、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、制定預(yù)控措施、建立風(fēng)險(xiǎn)管控體系，提前做好施工現(xiàn)場(chǎng)的安全防范和預(yù)警。其次，結(jié)合視頻系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)、實(shí)名制系統(tǒng)、二維碼等技術(shù)，對(duì)作業(yè)人員、作業(yè)環(huán)境、安全裝備、預(yù)控措施、工作流程、工藝要求等內(nèi)容以二維碼的形式對(duì)所有入場(chǎng)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，杜絕違章作業(yè)、違章指揮等現(xiàn)象，極大降低安全事故的發(fā)生。

圖6 安全檢查模塊

2.5 在協(xié)同管理方面的應(yīng)用

一般建設(shè)項(xiàng)目參建方包括規(guī)劃、地勘、施工圖設(shè)計(jì)、造價(jià)、管理咨詢、施工、運(yùn)營(yíng)管理等眾多單位，還有供水、供電、供氣、通信、道路、綠化等外部單位。協(xié)同管理可以將建設(shè)生命周期中各階段中的相關(guān)信息集成到BIM平臺(tái)存儲(chǔ)、分析，構(gòu)成以管理平臺(tái)為樞紐的項(xiàng)目協(xié)同管理機(jī)制，形成在協(xié)同管理下項(xiàng)目特有的“信息流”，參建各方根據(jù)自己的工作性質(zhì)靈活調(diào)用平臺(tái)項(xiàng)目信息，圍繞項(xiàng)目進(jìn)度、投資（造價(jià)）、質(zhì)量、安全來管理工作流，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理。

圖7 協(xié)同管理模塊

3 結(jié)語

據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，利用BIM技術(shù)可以有效提高項(xiàng)目產(chǎn)出和團(tuán)隊(duì)合作79%的效率，降低60%的信息障礙，減少20%的溝通時(shí)間，縮短至少6%的工期。

運(yùn)用BIM技術(shù)應(yīng)從工程管理、項(xiàng)目全壽命周期、參建各方等幾個(gè)維度，把信息化技術(shù)、智能裝備、數(shù)字化信息融合到項(xiàng)目管理實(shí)際工作中，充分利用BIM技術(shù)的直觀性、可分析性、共享性、客觀性等特性，為項(xiàng)目管理提供可視化、參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理方法，形成作業(yè)數(shù)字化：作業(yè)過程留痕，全面實(shí)時(shí)感知；管理系統(tǒng)化：統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)協(xié)同；決策智能化：合理高效決策，及時(shí)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)，有效提升項(xiàng)目管理能力和管理效率，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的創(chuàng)新。