淺析應(yīng)用BIM 技術(shù)做好工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理之要點(diǎn)

王建宏，石 慧

（1.中國(guó)二冶集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000；2.成都魚(yú)鳧城產(chǎn)實(shí)業(yè)有限公司，四川 成都 610000）

隨著建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量、規(guī)模和規(guī)范種類(lèi)的不斷增加，工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管資源的有限性愈加明顯。為滿足工程現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管需求，需要加強(qiáng)在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)信息化技術(shù)的應(yīng)用，以此種方式提高工程施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管效能[1]。從工程的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)變化層面分析，隨著建筑工程新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，建筑樓層不斷提高、建筑設(shè)計(jì)中的整體裝配率不斷提升，智能建筑數(shù)量持續(xù)增多，為滿足工程項(xiàng)目施工進(jìn)度需求，而各種工種間不得不采取交叉作業(yè)形式，但在交叉作業(yè)工作過(guò)程中工程現(xiàn)場(chǎng)資源與工程信息無(wú)法得到有效流通，不僅會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)，還會(huì)在一定程度上對(duì)工程工期造成影響。為有效預(yù)防此類(lèi)問(wèn)題，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越頻繁[2]。下述將以某工程為例，對(duì)應(yīng)用BIM 技術(shù)做好工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理展開(kāi)研究。

1 建立工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理模型

1.1 信息傳播效率基本數(shù)學(xué)模型計(jì)算

信息傳播是工程現(xiàn)場(chǎng)管理的基本骨架，因此應(yīng)用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的全面信息化管理時(shí)，需要通過(guò)信息傳播效率數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理效率的分析與驗(yàn)證。工程現(xiàn)場(chǎng)上的信息傳播是以人為目標(biāo)的，而人們的信息主要通過(guò)手機(jī)、電腦等方式進(jìn)行，這也是信息的傳播渠道[3]。假定各個(gè)信息提供者、中介人和信息接收者都是信息傳播的不同類(lèi)型，并假定每個(gè)人的個(gè)人因素都是普遍的，因此，在研究中暫時(shí)不考慮特殊情況。假定在整個(gè)信息傳播過(guò)程中，信息提供者、中介人和最終信息接收者都是一個(gè)整體，在一個(gè)單獨(dú)的信息傳播信道上，其傳播效率是通過(guò)持續(xù)地累加而得到的[4]。假設(shè)每個(gè)單一信息通道的傳播效率可表示為e0，e1，…，en，串聯(lián)信息的傳播通道見(jiàn)圖1。

圖1 串聯(lián)信息的傳播通道

根據(jù)圖1 得出，串聯(lián)信息的傳播效率E 的計(jì)算公式為

進(jìn)一步得出串聯(lián)信息的傳播錯(cuò)誤率L 的計(jì)算公式為

在信息傳播過(guò)程中，媒介的位置發(fā)生了變化，不再是串聯(lián)形成的線時(shí)，信息傳播效率的計(jì)算公式并不能直接得出，但信息傳播錯(cuò)誤率可以通過(guò)公式計(jì)算得出。

在假定所有人的能力都是一樣的情況下，通過(guò)計(jì)算得出的信息傳播錯(cuò)誤率可以用不同的信息傳播信道錯(cuò)誤率連乘來(lái)表達(dá)[5]。假設(shè)各個(gè)信息傳播信道（子通道）的信息傳播錯(cuò)誤率為L(zhǎng)1，L2，…，Ln，并聯(lián)信息的傳播通道見(jiàn)圖2。

圖2 并聯(lián)信息的傳播通道

則并聯(lián)信息的傳播錯(cuò)誤率的計(jì)算公式為

進(jìn)一步得出并聯(lián)信息的傳播效率的計(jì)算公式為

式中：1 為完全傳播信息時(shí)的整體信息傳播效率。

1.2 工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理模型推導(dǎo)

在上述建立的信息傳播效率基本數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理模型。在一個(gè)具有明顯的上下級(jí)關(guān)系的工程現(xiàn)場(chǎng)管理組織中，上述關(guān)于信息傳播效率的基本數(shù)學(xué)模型并未將其納入其中[6]。因此，在這一部分，假定在管理組織中，每個(gè)人的情況都是一樣的，只考慮管理組織的上下級(jí)關(guān)系對(duì)信息傳播的影響，根據(jù)實(shí)際情況，可以將其設(shè)定為0.2～4，并且，這樣的壓力強(qiáng)度會(huì)影響到管理組織的信息傳播效率。根據(jù)上述分析，得出管理組織的總信息傳播效率En的計(jì)算公式為

式中：q 為壓力強(qiáng)度對(duì)管理組織信息傳播的影響因素；Ex為在不考慮上下級(jí)關(guān)系的情況下，信息傳播的整體效率；b 為管理組織中的上下級(jí)關(guān)系的緊張程度；m 為信息傳播次數(shù)。將式（5）作為工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理模型。

2 基于BIM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)組織創(chuàng)新管理

2.1 工程現(xiàn)場(chǎng)管理組織模式

常見(jiàn)的工程現(xiàn)場(chǎng)管理組織模式包括直線型管理組織模式、矩陣型管理組織模式。由于直線型管理組織模式中的信息傳播采用了串行式，因此，在管理組織結(jié)構(gòu)中，每一層都會(huì)增加一層，從而使整個(gè)信息傳播效率提高[7]。通過(guò)分析得出，這種模式的信息傳播通道數(shù)量的計(jì)算公式為

式中：Fn為信息傳播通道數(shù)量；k 為自然數(shù)；h 為組織層級(jí)數(shù)；w 為管理跨度。平均傳播效率Pn的計(jì)算公式為

式中：En為直線型管理組織模式中的信息傳播的效率總和。

矩陣型管理組織模式主要由3 個(gè)層次組成：一是領(lǐng)導(dǎo)；二是部門(mén)負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目經(jīng)理；三是參與人。這樣就形成了一個(gè)溝通渠道，從部門(mén)到項(xiàng)目經(jīng)理，再到項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。參與人這一層次的部門(mén)數(shù)量取決于部門(mén)主管和項(xiàng)目經(jīng)理的傳播通道。若部門(mén)主管和項(xiàng)目經(jīng)理傳播通道為w，則其部門(mén)數(shù)量為w2/4，傳播通道為部門(mén)數(shù)量的2 倍。根據(jù)上述分析得出，矩陣型管理組織模式的傳播通道為

綜合上述兩種管理組織模式，矩陣型管理組織模式為最佳管理組織模式。

2.2 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法在工程現(xiàn)場(chǎng)管理中的運(yùn)用

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法的根本理論來(lái)自圖論，是將復(fù)雜問(wèn)題抽象化的一種問(wèn)題解決思維。在確定現(xiàn)場(chǎng)管理組織模式后，將這一分析法應(yīng)用到工程現(xiàn)場(chǎng)的管理當(dāng)中，可以進(jìn)一步促進(jìn)管理效率的提升。在管理初始階段，選擇需要研究分析的問(wèn)題，并將其看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)。采用文獻(xiàn)調(diào)查、專(zhuān)家判定、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法，通過(guò)數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建關(guān)系矩陣，對(duì)關(guān)系矩陣進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)所要研究的內(nèi)容，得出相關(guān)的結(jié)論。在軟件中按下相應(yīng)的圖標(biāo)，獲得相應(yīng)的結(jié)果，并通過(guò)UCINET 中的圖形繪制程序，就可以獲得相應(yīng)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)模型[8]。以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的項(xiàng)目管理組織中各方的相互聯(lián)系，為BIM 技術(shù)在工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)于采用BIM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理組織的不同參與方，明確其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的位置、與其他參與方的關(guān)系，找出影響工程管理的有效因素以及施工中應(yīng)注意的問(wèn)題，從而為改進(jìn)BIM 技術(shù)的項(xiàng)目管理工作提供參考。

3 基于BIM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理案例

3.1 模擬案例基本概況

模擬案例基本概況見(jiàn)表1。

表1 模擬案例基本概況

該項(xiàng)目涉及的專(zhuān)業(yè)較多，包括土建、電氣、空調(diào)、弱電智能、幕墻等，分包隊(duì)伍比較多。其中，工程現(xiàn)場(chǎng)穿插作業(yè)量大、協(xié)調(diào)任務(wù)較多。

在工程開(kāi)工前，建筑設(shè)計(jì)單位要先搭建三維模型，運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程管理，同時(shí)，在工程總圖布置、工程完工、使用、運(yùn)行等方面都要應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助管理。

本文以BIM 技術(shù)為支撐進(jìn)行案例分析，以檢驗(yàn)上文提出的管理方案是否能在實(shí)際應(yīng)用中起到預(yù)期效果。

3.2 基于BIM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理

引進(jìn)BIM 技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)終端，搭建工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理測(cè)試環(huán)境，見(jiàn)圖3。

圖3 工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理測(cè)試環(huán)境

在此過(guò)程中，利用BIM 技術(shù)，建立了一個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢與全面信息化管理云平臺(tái)。同時(shí)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)管理終端與監(jiān)控部門(mén)設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)和全面信息化管理的信息展示屏幕，將安裝在工程現(xiàn)場(chǎng)上的高清攝像機(jī)與監(jiān)控設(shè)備相連接，滿足工程現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和全面信息化管理等需求。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、3D-CAD 圖形顯示軟件，構(gòu)建全面信息化管理程序，并通過(guò)軟件工具進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)材料信息管理和施工進(jìn)度協(xié)調(diào)。由計(jì)算機(jī)程序輔助，將4D 技術(shù)與時(shí)間信息相結(jié)合，優(yōu)化工程現(xiàn)場(chǎng)管理。對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)管理建模所需的軟件工具進(jìn)行分析，見(jiàn)表2。

表2 工程現(xiàn)場(chǎng)管理建模所需要的軟件工具

在AutoCAD 平臺(tái)上編寫(xiě)相應(yīng)的功能函數(shù)和接口，基于數(shù)據(jù)庫(kù)信息，將數(shù)據(jù)展示組件的交互內(nèi)容獲取到AutoCAD 平臺(tái)上。利用已開(kāi)發(fā)的工具箱進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)與計(jì)算機(jī)終端的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的全面信息化管理。在進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)的工程材料的管理時(shí)，應(yīng)做好對(duì)各層構(gòu)件的計(jì)算機(jī)繪圖，設(shè)置不同構(gòu)件的屬性信息（包括尺寸、材料種類(lèi)等）。

在BIM 監(jiān)控模式下，終端會(huì)根據(jù)工程圖紙、三維模型、施工單位等信息，生成工程現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)管理與監(jiān)控作業(yè)方案，并根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與項(xiàng)目的難度、薄弱環(huán)節(jié)和監(jiān)管重點(diǎn)，進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)的程序化監(jiān)督，以此種方式，真正做到“一站式”管理，減輕工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員與其他管理人員的工作負(fù)擔(dān)?；贐IM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程信息化監(jiān)管見(jiàn)圖4。

圖4 基于BIM 技術(shù)的工程現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程信息化監(jiān)管

BIM 技術(shù)的質(zhì)量監(jiān)督抽查模式，改變了過(guò)去監(jiān)理人員頻繁查閱圖紙、圖紙變更資料的做法。在此階段中，監(jiān)理人員只需要根據(jù)施工進(jìn)度表，將施工現(xiàn)場(chǎng)管理終端上傳的影像及有關(guān)數(shù)據(jù)與BIM 三維模型進(jìn)行對(duì)比即可，則可判定所檢區(qū)域是否滿足設(shè)計(jì)與施工要求；若對(duì)比后發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，則將問(wèn)題記錄在相應(yīng)的位置，由監(jiān)理監(jiān)督督促施工方在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和糾正。

3.3 綜合效益分析

完成工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理后，對(duì)基于BIM技術(shù)的管理成效進(jìn)行分析，見(jiàn)表3。

表3 基于BIM 技術(shù)的管理成效

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述研究，得到如下2 個(gè)方面的結(jié)論。

1）根據(jù)表3 基于BIM 技術(shù)的管理成效可知，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以提高工程現(xiàn)場(chǎng)的安全性，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提升工程驗(yàn)收質(zhì)量。

2）近年來(lái)，BIM 技術(shù)在項(xiàng)目管理中得到了廣泛的應(yīng)用，其中包括基于BIM 技術(shù)的無(wú)紙化辦公、管線碰撞檢測(cè)、綜合協(xié)調(diào)等，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提高了工程管理的效率。由于此項(xiàng)技術(shù)需要軟件工具的支撐，因此，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，還需要加大對(duì)BIM設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)，以此更好地發(fā)揮BIM 技術(shù)在工程現(xiàn)場(chǎng)全面信息化管理中的效能及價(jià)值。