基于BIM的高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理研究

摘" 要：針對(duì)高速公路項(xiàng)目施工過程復(fù)雜、參與單位眾多、目標(biāo)管理難度大等問題，該文以BIM信息化平臺(tái)為載體，采用BIM技術(shù)與模塊化技術(shù)構(gòu)建BIM模塊化管理模型，搭建集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)應(yīng)用一體化的BIM模塊化總控管理平臺(tái)。該文設(shè)計(jì)模塊化管理項(xiàng)目組織，通過施工現(xiàn)場綜合管理模塊、施工進(jìn)度總控管理模塊、施工成本總控管理模塊和質(zhì)量安全總控管理模塊共享工程信息，方便利益相關(guān)方了解實(shí)際施工情況，合理安排施工任務(wù)與資源，有助于促進(jìn)施工過程模塊化管理，推動(dòng)建筑業(yè)工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：高速公路；施工項(xiàng)目；BIM；模塊化；總控管理

中圖分類號(hào)：TU17" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）25-0037-05

Abstract： In view of the complex construction process， many participating units and difficult target management of highway project， this paper takes BIM information platform as the carrier， adopts BIM technology and modular technology to construct BIM modular management model， builds BIM modular master control management platform with the integration of data acquisition， data processing and data application. This paper designs modular management project organization， it is divided into construction site comprehensive management module， construction progress control management module， construction cost control management module and quality and safety control management module to share project information， so as to facilitate stakeholders to understand the actual construction situation and reasonably arrange construction tasks and resources. This will help to promote the modular management of the construction process and promote the development process of construction industrialization.

Keywords： highway; construction project; BIM; modularization; general control management

高速公路施工項(xiàng)目從施工準(zhǔn)備階段到竣工驗(yàn)收過程中涉及眾多參與單位，會(huì)產(chǎn)生許多影響建設(shè)的工程信息，施工現(xiàn)場管理協(xié)調(diào)難度大，施工目標(biāo)不確定性高。為了降低不確定因素的影響，提高高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)效率，縮短施工工期，降低建設(shè)成本，減少碳排放量，我國一直在發(fā)展模塊化建筑，不斷提升工程項(xiàng)目建設(shè)數(shù)字化、信息化、工業(yè)化與機(jī)械化水平[1]。

模塊化施工能提高施工效率、降低能源消耗、縮短建設(shè)周期，實(shí)施現(xiàn)澆與裝配相結(jié)合的施工模式，能有效提高施工機(jī)械化與工業(yè)化水平[2-3]。但是目前高速公路施工項(xiàng)目模塊化建設(shè)過程中還存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不健全、設(shè)計(jì)與施工配合度不高、傳統(tǒng)施工管理方式不適應(yīng)等缺陷，導(dǎo)致模塊化施工的比較優(yōu)勢并沒有得到充分發(fā)揮，反而阻礙了模塊化建筑的發(fā)展[4]。模塊化總控管理是基于模塊化思想[5-6]，在工程項(xiàng)目管理人員和施工作業(yè)人員對(duì)工程施工建設(shè)過程足夠了解的情況下，將工程項(xiàng)目施工管理目標(biāo)劃分成不同的管理模塊，要求參與建設(shè)的工作人員實(shí)時(shí)采集并共享施工過程信息，經(jīng)過集中分析與優(yōu)化后，通過不同的施工管理模塊共享工程目標(biāo)動(dòng)態(tài)信息，方便利益相關(guān)參與方了解實(shí)際施工情況，增強(qiáng)參與方間的溝通與協(xié)作，從而提高施工管理決策的科學(xué)性與合理性，提升施工管理的效率與質(zhì)量，確保施工管理目標(biāo)能順利實(shí)現(xiàn)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展有效地鏈接了工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工過程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果三維可視化交付，能提高利益相關(guān)方對(duì)工程項(xiàng)目的理解，打破參與方間的信息孤島，促進(jìn)施工過程信息共享，增強(qiáng)溝通與合作[7-8]。因此，基于BIM信息化平臺(tái)，采用BIM技術(shù)與模塊化技術(shù)對(duì)高速公路施工項(xiàng)目進(jìn)行模塊化總控管理，將能有效降低施工過程中的不確定性，提高施工管理決策的科學(xué)性與合理性，加速建筑業(yè)工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。

1" 基于BIM的高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理模式

1.1" 基于BIM的高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理基本思路

高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理是以BIM信息化平臺(tái)為載體，采用BIM技術(shù)與模塊化技術(shù)構(gòu)建BIM模塊化管理模型，搭建集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)應(yīng)用為一體化的BIM模塊化總控管理平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)模塊化施工與協(xié)同管理原理，結(jié)合工程項(xiàng)目施工管理內(nèi)容與目標(biāo)，劃分施工管理模塊，然后利用無線射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等收集施工過程信息，對(duì)施工管理目標(biāo)信息集中分析與優(yōu)化后，按照施工管理模塊共享工程目標(biāo)動(dòng)態(tài)信息，方便利益相關(guān)方了解實(shí)際施工情況、計(jì)劃施工情況及其偏差，從而達(dá)到增強(qiáng)參與方間的溝通與協(xié)作，合理安排施工任務(wù)與資源，避免信息孤島造成施工管理決策失誤，提高施工管理集約化程度，降低施工過程不確定性，保障施工管理目標(biāo)能順利實(shí)現(xiàn)的目的[9]。

1.2" 基于BIM的高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理總體框架

根據(jù)工程項(xiàng)目模塊化建設(shè)與協(xié)同管理流程，搭建集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)應(yīng)用一體化的BIM模塊化總控管理平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，利用無線射頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感技術(shù)等采集項(xiàng)目建設(shè)過程中的工程信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析與優(yōu)化，然后將處理后的工程信息附著于BIM模塊化施工模型，并按照工程項(xiàng)目施工管理目標(biāo)模塊共享施工信息，從而提高利益相關(guān)方之間的信息共享程度，實(shí)現(xiàn)施工目標(biāo)模塊化管理的目的[10-11]，總體框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集階段主要是利用BIM技術(shù)將設(shè)計(jì)階段和施工階段有機(jī)銜接，構(gòu)建BIM施工模型[12]。在此基礎(chǔ)上，協(xié)同建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方和預(yù)制加工方等參與方按照獨(dú)立性、經(jīng)濟(jì)性、集成性和通用性原則分解BIM施工管理模型，形成BIM模塊化施工管理模型，確定各模塊管理需要的數(shù)據(jù)類型，明確數(shù)據(jù)分類的標(biāo)準(zhǔn)。參與方根據(jù)工程項(xiàng)目建設(shè)的階段和模塊管理的需要，利用無線射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)時(shí)采集工程信息數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集到的信息傳輸?shù)紹IM信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程信息共享，為進(jìn)一步分析與優(yōu)化施工過程，提供及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)資料。

數(shù)據(jù)處理階段的主要目的是通過對(duì)收集到的工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成分析，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、集成、分析和更新，仿真模擬與優(yōu)化工程項(xiàng)目建設(shè)過程，科學(xué)合理配置施工資源，實(shí)現(xiàn)模塊化總控管理。通過以BIM模型為載體，搭建各類信息數(shù)據(jù)通用接口，實(shí)現(xiàn)各參與方都可以將項(xiàng)目各階段的工程項(xiàng)目信息集成附著于BIM模型，方便對(duì)各專業(yè)工程師設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行碰撞檢查與優(yōu)化。通過模擬施工過程，驗(yàn)證施工方案的可行性與科學(xué)性，模擬施工進(jìn)度與施工成本管理過程，提高施工進(jìn)度與施工成本動(dòng)態(tài)管理的能力。此外，還可以結(jié)合工程項(xiàng)目各階段參與建設(shè)單位的需要，有針對(duì)性地形成工程項(xiàng)目模塊化幾何設(shè)計(jì)模型、施工模型、進(jìn)度管理模型、成本管理模型和質(zhì)量安全管理模型等信息模型，最終形成集設(shè)計(jì)、施工、管理于一體的BIM綜合模型。

數(shù)據(jù)應(yīng)用階段主要是以BIM模塊化管理模型為載體，利用BIM信息化平臺(tái)共享施工信息數(shù)據(jù)，方便參與方查看、修改與更新數(shù)據(jù)，達(dá)到增強(qiáng)信息溝通交流，提高參與方的協(xié)同程度，減少或避免因信息不對(duì)稱而產(chǎn)生工程建設(shè)沖突的目的?；跀?shù)據(jù)處理階段形成的碰撞檢查、施工模擬、動(dòng)態(tài)管理功能模塊，采用無線射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)跟蹤監(jiān)測各功能模塊實(shí)際實(shí)施情況，為模塊持續(xù)調(diào)整與優(yōu)化提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)從施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、目標(biāo)動(dòng)態(tài)管理、參與方協(xié)同工作3個(gè)維度精確掌握工程項(xiàng)目施工建設(shè)管理實(shí)施情況，提高模塊化總控管理方的效率與質(zhì)量。

2" 基于BIM的高速公路施工項(xiàng)目模塊化總控管理專項(xiàng)設(shè)計(jì)

2.1" 項(xiàng)目組織管理

模塊化總控管理是在BIM信息化平臺(tái)上采用現(xiàn)代化管理方法，利用BIM技術(shù)與模塊化技術(shù)將工程信息集成管理，從而達(dá)到提高工程項(xiàng)目施工管理效率與質(zhì)量的目的，而項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)模塊化是實(shí)現(xiàn)信息高效集成管理的前提，因此，科學(xué)合理的模塊化項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)，將有助于提高施工項(xiàng)目信息集成管理的科學(xué)性。高速公路項(xiàng)目建設(shè)周期長，涉及眾多環(huán)節(jié)與參與單位，施工過程較復(fù)雜，傳統(tǒng)的施工管理組織結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足模塊化總控管理的需要。模塊化項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)是在高速公路施工項(xiàng)目建設(shè)過程中根據(jù)施工建設(shè)內(nèi)容、管理層級(jí)與模塊功能設(shè)立不同的管理部門，確保各模塊功能都有專業(yè)的管理部門負(fù)責(zé)，保障施工項(xiàng)目能夠順利按照模塊化、規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)高速公路施工項(xiàng)目模塊化施工流程與管理內(nèi)容，構(gòu)建模塊化項(xiàng)目組織管理機(jī)構(gòu)，如圖2所示，其中項(xiàng)目總控管理單位全面負(fù)責(zé)單位模塊和區(qū)域模塊；項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)項(xiàng)目模塊全過程，包括任務(wù)模塊劃分、模塊構(gòu)件生產(chǎn)、模塊施工方案、合同管理和財(cái)務(wù)管理等；工程技術(shù)部負(fù)責(zé)模塊化施工技術(shù)方案的選擇與優(yōu)化，采用的模塊化施工方案必須經(jīng)技術(shù)總工批準(zhǔn)；工程質(zhì)量部負(fù)責(zé)監(jiān)測施工質(zhì)量，定期檢查分析各模塊的質(zhì)量，并報(bào)告質(zhì)量檢查情況。

2.2" 施工現(xiàn)場綜合管理

施工現(xiàn)場綜合管理是以現(xiàn)代化管理理念，采用無線射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)手段，全面監(jiān)測與采集施工現(xiàn)場信息，并將采集到的工程信息及時(shí)與BIM模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)集成智能分析，方便施工管理人員及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場發(fā)生的問題及其時(shí)間和位置，預(yù)測問題的發(fā)生是否影響整體施工管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從而采取科學(xué)合理的措施，模擬采取優(yōu)化方案的實(shí)施效果，流程如圖3所示。

2.3" 施工進(jìn)度總控管理

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理主要依靠管理人員根據(jù)工程量、施工定額及可投入施工資源數(shù)量編制施工進(jìn)度計(jì)劃，利用管理人員的工作經(jīng)驗(yàn)確定施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，采用紙質(zhì)記錄施工進(jìn)度實(shí)際情況的方式，主觀判斷施工進(jìn)度是否滿足實(shí)際需要，這種施工進(jìn)度管理的方式缺乏科學(xué)性，及時(shí)性和可靠性較差，不利于管理人員精確掌握實(shí)際施工進(jìn)度及其偏差，施工進(jìn)度目標(biāo)得不到有效的保障。根據(jù)高速公路施工項(xiàng)目模塊化施工方案，將BIM施工模型與時(shí)間維度和施工資源信息整合，形成施工進(jìn)度管理模型。在此基礎(chǔ)上，采用BIM技術(shù)模擬施工過程，能提前發(fā)現(xiàn)各模塊施工資源的利用情況，檢查是否存在施工工序錯(cuò)亂，論證計(jì)劃工期是否科學(xué)合理。在施工過程中，利用無線射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等采集施工構(gòu)件運(yùn)輸信息與施工進(jìn)度信息，對(duì)這些工程信息進(jìn)行集成分析，統(tǒng)計(jì)模塊單元已經(jīng)花費(fèi)的施工工期，預(yù)測符合實(shí)際的施工效率與施工進(jìn)度，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處施工進(jìn)度情況，全面實(shí)時(shí)監(jiān)測施工進(jìn)度與動(dòng)態(tài)控制的情況，確保施工進(jìn)度順利。當(dāng)實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃施工進(jìn)度產(chǎn)生的偏差在工程項(xiàng)目施工管理允許范圍的時(shí)候，需要提醒相關(guān)單位關(guān)注產(chǎn)生偏差的工作任務(wù)；當(dāng)實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃施工進(jìn)度產(chǎn)生的偏差超過工程項(xiàng)目施工管理允許范圍的時(shí)候，需要協(xié)同涉及到的參與單位共同分析產(chǎn)生偏差的原因，協(xié)商提出優(yōu)化方案，同時(shí)督促相關(guān)單位落實(shí)優(yōu)化方案，確保模塊化施工順利進(jìn)行，保障施工進(jìn)度目標(biāo)能順利實(shí)現(xiàn)，流程如圖4所示。

2.4" 施工成本總控管理

施工成本管理的主要目的是保障施工資源被合理利用，提高工程項(xiàng)目的性價(jià)比，科學(xué)合理地安排施工資源，提高施工資源的利用率，能夠有效提高工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益[13]。施工成本總控管理是在工程項(xiàng)目總控管理的基礎(chǔ)上建立的成本管理模式，能夠?yàn)榭偪毓芾眍I(lǐng)導(dǎo)提供及時(shí)準(zhǔn)確的施工成本數(shù)據(jù)，提高領(lǐng)導(dǎo)決策的科學(xué)性與針對(duì)性。高速公路施工項(xiàng)目模塊化建設(shè)過程中，需要多次計(jì)算與統(tǒng)計(jì)各類工程量，可以利用BIM技術(shù)自動(dòng)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)工程量，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄各類施工資源動(dòng)態(tài)消耗情況，及時(shí)查看與成本計(jì)劃出現(xiàn)偏差模塊單元的施工進(jìn)度情況，分析產(chǎn)生偏差的原因，及時(shí)采取糾偏措施。通過對(duì)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)成本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)共享施工資源利用情況、施工進(jìn)度、已完成工程量等施工成本相關(guān)信息，方便施工作業(yè)人員和管理人員根據(jù)實(shí)際需求查詢工程成本數(shù)據(jù)，對(duì)比分析成本進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際成本進(jìn)度情況，并根據(jù)成本偏差優(yōu)化施工資源利用方式，確保實(shí)際施工成本處于可控范圍內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)施工成本目標(biāo)，流程如圖5所示。

2.5" 質(zhì)量安全總控管理

質(zhì)量與安全是高速公路施工項(xiàng)目建設(shè)管理的核心，只有質(zhì)量符合設(shè)計(jì)方案和國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，施工建設(shè)活動(dòng)才具有價(jià)值，而施工安全關(guān)乎到施工建設(shè)活動(dòng)中人的生命財(cái)產(chǎn)安全，一旦發(fā)生安全事故，不僅影響項(xiàng)目的進(jìn)度與成本，甚至還會(huì)造成人員的傷亡[14]。施工質(zhì)量與安全的管理都需要重點(diǎn)關(guān)注事前控制，盡量避免事中控制和事后控制。高速公路施工項(xiàng)目建設(shè)前期，通過編制施工質(zhì)量控制方案和施工安全管理方案，利用BIM技術(shù)模擬與優(yōu)化施工過程中質(zhì)量安全管理過程，合理配置質(zhì)量安全管理資源，確保施工質(zhì)量與安全。施工建設(shè)過程中，要求各參與方以施工前編制的施工質(zhì)量安全管理方案為依據(jù)，嚴(yán)格控制進(jìn)場施工材料設(shè)備的質(zhì)量，全面采集和監(jiān)督施工質(zhì)量安全數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)上傳質(zhì)量安全數(shù)據(jù)到BIM信息化平臺(tái)，共享施工質(zhì)量安全動(dòng)態(tài)信息，方便質(zhì)量安全管理人員及時(shí)獲取質(zhì)量安全信息，科學(xué)合理分析質(zhì)量安全狀態(tài)，動(dòng)態(tài)預(yù)測質(zhì)量安全變化趨勢，從而采取合理措施避免質(zhì)量安全事故，流程如圖6所示。

3" 結(jié)束語

高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)存在施工過程復(fù)雜、參與單位眾多、信息管理難度大等問題，本文以BIM信息化平臺(tái)為載體，采用BIM技術(shù)與模塊化技術(shù)構(gòu)建BIM模塊化管理模型，搭建集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)應(yīng)用為一體的BIM模塊化總控管理平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，組建模塊化項(xiàng)目管理組織，實(shí)施施工現(xiàn)場綜合管理，模擬施工建設(shè)過程，實(shí)行按照施工現(xiàn)場綜合管理模塊、施工進(jìn)度總控管理模塊、施工成本總控管理模塊和質(zhì)量安全總控管理模塊顯示工程信息，方便利益相關(guān)參與方了解實(shí)際施工情況，合理安排施工任務(wù)與資源，從而達(dá)到提高施工資源利用率、降低施工成本、保障施工管理目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的目的。研究結(jié)果將有助于促進(jìn)類似工程項(xiàng)目的施工過程模塊化管理，提高施工項(xiàng)目目標(biāo)管理能力，推動(dòng)建筑業(yè)工業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程。

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