基于BIM技術(shù)的“BIG+”智慧工地質(zhì)量安全管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

陳瑞 陶建偉 汪建波 宋朋飛

摘要：文章在項(xiàng)目傳統(tǒng)施工管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS+BIM技術(shù)的動(dòng)態(tài)項(xiàng)目實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工的顆粒化信息管理新模式的研究。結(jié)果表明：公路施工在野外工作時(shí)間長、范圍廣，傳統(tǒng)施工在細(xì)節(jié)上很難把控，融入顆粒化信息管理手段，可以高效、快捷、準(zhǔn)確地管理施工各要素，實(shí)現(xiàn)施工過程的提質(zhì)增效。但新技術(shù)的實(shí)施需要新制度的配合，這是—個(gè)循序漸進(jìn)的過程。

關(guān)鍵詞：GIS;BIM;顆?；?施工管理;實(shí)時(shí)管控;提質(zhì)增效

中圖分類號(hào)：U415.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.055

文章編號(hào)：1673-4874（2020）11-0201-05

0引言

BIM為“建筑信息模型（Building lnformation Modeling）”的簡稱。BlM是以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)項(xiàng)目構(gòu)筑物實(shí)體中各種構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化的定義。目前，BlM技術(shù)在我國還處在起步發(fā)展階段，隨著大家對(duì)BIM技術(shù)的了解和認(rèn)知，其漸漸在工程建設(shè)、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中開始應(yīng)用，并憑借其可視化、信息化、精細(xì)化等特點(diǎn)，在項(xiàng)目施工全生命周期過程中起到促進(jìn)與優(yōu)化作用。本文通過BIM技術(shù)在新疆烏奎高速項(xiàng)目（一標(biāo)段）施工管理中的應(yīng)用，探討B(tài)IM技術(shù)和施工管理過程結(jié)合的一些施工難點(diǎn)問題及解決方案，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合開發(fā)了一套較為先進(jìn)的項(xiàng)目管理平臺(tái)，并已應(yīng)用于項(xiàng)目施工管理過程中。

1BIM技術(shù)用于路橋施工管理的優(yōu)勢

路橋施工管理由于工程量大，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)較為繁雜，對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的需求從未間斷，項(xiàng)目概預(yù)算、成本管理、質(zhì)量驗(yàn)評(píng)等也有各自的系統(tǒng)軟件，但各專業(yè)之間技術(shù)關(guān)聯(lián)度不高，存在各自相對(duì)獨(dú)立的局面。

BIM技術(shù)是設(shè)計(jì)資料的圖形化展現(xiàn)，也是項(xiàng)目最終交付成果的電子化展現(xiàn)。BIM模型中不僅提供了圖紙信息，也可包含項(xiàng)目的預(yù)算、階段交付成果、位置等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可為施工管理提供規(guī)范化的進(jìn)度、質(zhì)量、工程量、成本等數(shù)據(jù)，并可將其作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)提供給施工全過程管理。路橋是交通運(yùn)輸?shù)闹匾A(chǔ)建設(shè)，公路作為根基，橋梁作為交通土建工程的重要組成，其承受行車動(dòng)荷載、受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上異形構(gòu)件多，施工難度大，故尋找BIM技術(shù)在路橋領(lǐng)域的應(yīng)用是非常有必要的。

2BIM施工管理系統(tǒng)在項(xiàng)目中的應(yīng)用介紹

2.1項(xiàng)目簡介

連霍高速公路（G30）新疆境內(nèi)烏魯木齊至奎屯段改擴(kuò)建工程第一標(biāo)段（以下簡介烏奎一標(biāo)項(xiàng)目，K3604+472.023～K3632+000），路線長度為27.596km。全線采用高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為“四改八”項(xiàng)目，設(shè)計(jì)車速為100～120km/h。該項(xiàng)目有大型跨線立交三座、跨鐵路線橋、兩個(gè)收費(fèi)站等結(jié)構(gòu)物，其中大部分路段在市區(qū)內(nèi)，施工環(huán)境復(fù)雜，工程要求周期短，需要更細(xì)化的項(xiàng)目管理以加強(qiáng)施工效率。

2.2項(xiàng)目應(yīng)用需求研究

針對(duì)目前安全監(jiān)管和防范手段相對(duì)滯后，全國建筑施工企業(yè)信息化水平仍較低，信息化尚未深度融入安全生產(chǎn)核心業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀，利用信息化對(duì)建筑施工安全生產(chǎn)進(jìn)行“智能化”監(jiān)管已然刻不容緩。

新疆地域廣闊，地理?xiàng)l件特殊，有些項(xiàng)目所在地甚至處在無人區(qū)，實(shí)時(shí)了解各個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成為建設(shè)方最為關(guān)注的問題。在現(xiàn)場管理工作中，人、材、機(jī)以及生產(chǎn)情況管理為管理工作的重點(diǎn)，管理和調(diào)配好這些資源，按目標(biāo)分階段完成各工程的工作量是項(xiàng)目管理的關(guān)鍵所在。如何實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程了解到每一個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展，對(duì)重點(diǎn)工作進(jìn)行管理控制，是項(xiàng)目各方管理層都關(guān)心并重視的事情。

通過對(duì)BIM的特點(diǎn)以及項(xiàng)目的實(shí)際情況了解討論后，決定以實(shí)用性、易用性為出發(fā)點(diǎn)，采用新方式對(duì)某些現(xiàn)場管理關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。此方式可避免出現(xiàn)以往管理系統(tǒng)開發(fā)周期長、使用人員學(xué)習(xí)成本高而帶來的推行風(fēng)險(xiǎn)。

本次BIM技術(shù)在烏奎一標(biāo)施工管理中的應(yīng)用研究主要包含以下幾點(diǎn)：

（1）選取項(xiàng)目中含結(jié)構(gòu)物及建筑的區(qū)間區(qū)域進(jìn)行BIM建模。

（2）BIM技術(shù)在場地部署中的應(yīng)用。

（3）利用移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）利用云服務(wù)及IOT監(jiān)測設(shè)備對(duì)重要結(jié)構(gòu)施工過程實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（5）BIM模型在計(jì)劃管理中的應(yīng)用。

（6）移動(dòng)終端參與的現(xiàn)場質(zhì)量安全管理。

（7）基于BIM平臺(tái)的物料質(zhì)量檢測。

（8）基于BIM模型的圖紙管理應(yīng)用。

（9）二維碼信息管理與項(xiàng)目資源管理應(yīng)用。

2.3系統(tǒng)組成及架構(gòu)

該系統(tǒng)可滿足總承包方及施工部門綜合管理使用，逐步實(shí)現(xiàn)無紙化辦公要求。系統(tǒng)總體類別包括兩大系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)。施工結(jié)構(gòu)分為四個(gè)子系統(tǒng)：基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)、進(jìn)度管理系統(tǒng)、安全質(zhì)量管理系統(tǒng)、人機(jī)材實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。根據(jù)項(xiàng)目總承包方出臺(tái)的相關(guān)公路工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系及責(zé)任追溯和查證體系的要求，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用技術(shù)建設(shè)，結(jié)合BIM施工管理模式，綜合開發(fā)基于GIS數(shù)據(jù)分析的“BIG+”智慧工地全生命周期質(zhì)量安全管理系統(tǒng)（如圖1所示）。

2.4系統(tǒng)功能模塊

本次施工管理應(yīng)用平臺(tái)完全由我們自主研發(fā)，不依賴于別的軟件。各部分的成果包含如下：

2.4.1建模部分

本項(xiàng)目選取頭屯河大橋至頭屯河收費(fèi)站之間部分作為BIM建模及應(yīng)用研究部分。模型包括頭屯河大橋、頭屯河及昌吉東收費(fèi)站、綜合樓土建部分。BIM模型整體效果如圖2～5所示。

2.4.2BIM施工管理平臺(tái)場地部署功能應(yīng)用

將BIM模型導(dǎo)入至開發(fā)完成的施工管理軟件平臺(tái)，數(shù)字地模和BIM模型結(jié)合后，可展現(xiàn)最終交付實(shí)景的項(xiàng)目三維效果（如圖6所示）。施工管理者在項(xiàng)目前期可結(jié)合數(shù)字地模和項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行現(xiàn)場工區(qū)、施工范圍、樁號(hào)等區(qū)域及工作劃分，系統(tǒng)平臺(tái)根據(jù)劃分的范圍自動(dòng)生成可視化施工范圍，現(xiàn)場劃分部署可使項(xiàng)目部各參與人員快速定位至自己所負(fù)責(zé)區(qū)域。

2.4.3移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場動(dòng)態(tài)一直是施工管理者關(guān)注的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)場的人機(jī)數(shù)量情況也體現(xiàn)了施工的效率及資源利用率。利用GIS技術(shù)中的實(shí)時(shí)定位優(yōu)勢，以移動(dòng)通信終端為載體，開發(fā)App程序?qū)崿F(xiàn)位置的實(shí)時(shí)跟蹤，移動(dòng)終端所發(fā)送的位置信息體現(xiàn)在三維數(shù)字地形中，并與全球坐標(biāo)系統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。通過前面所述的場地劃分記錄不同人員設(shè)備的各個(gè)工區(qū)，統(tǒng)計(jì)每天現(xiàn)場各工區(qū)的人員設(shè)備到位數(shù)量、運(yùn)動(dòng)軌跡及工時(shí)累計(jì)。應(yīng)用效果如圖7所示。

該項(xiàng)功能不僅可以解決傳統(tǒng)施工過程中人員、車輛信息管理復(fù)雜的情況，還可以解決野外人、機(jī)粗放式管理的問題。通過施工人、機(jī)實(shí)時(shí)管理，既可以達(dá)到野外施工打卡管理，基于GIS信息的三維管理平臺(tái)，也可以實(shí)現(xiàn)真正的紅線管理機(jī)制，讓傳統(tǒng)的界線類管理模式有據(jù)可依。除此之外，還可以做施工人員資源調(diào)配、方案制定以及技術(shù)監(jiān)理工時(shí)考核，大大加強(qiáng)了項(xiàng)目現(xiàn)場管理力度及可能性。

2.4.4BIM模型在計(jì)劃管理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)的引入對(duì)傳統(tǒng)計(jì)劃管理帶來全新概念。通過對(duì)BIM模型中各交付物的劃分，確定了計(jì)劃管理標(biāo)準(zhǔn)，與施工組織計(jì)劃結(jié)合，編制出以設(shè)計(jì)模型為基準(zhǔn)的可執(zhí)行計(jì)劃，以BIM可視化的優(yōu)勢，可對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行模擬，檢查施工計(jì)劃方案的可行性。具體應(yīng)用過程如圖8所示。

首先建立合理的施工組織計(jì)劃，再將報(bào)表與甘特圖、BIM模型建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過三種方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度管理形式，能夠直觀地、可視化地了解項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，如果施工計(jì)劃有調(diào)整，可以通過調(diào)整報(bào)表的起始時(shí)間來改變計(jì)劃進(jìn)度。因?yàn)榻⒘岁P(guān)聯(lián)關(guān)系，相對(duì)應(yīng)的甘特圖、BIM模型會(huì)自動(dòng)改變相應(yīng)進(jìn)度，無須人為逐一改動(dòng)。該項(xiàng)功能可以很好地檢查施工計(jì)劃錯(cuò)誤項(xiàng)，同時(shí)，也有助于在施工過程中直觀地了解施工目標(biāo)及實(shí)際施工進(jìn)度，以及開展方案修改、制定、匯報(bào)等工作。

2.4.5移動(dòng)終端參與的現(xiàn)場質(zhì)量安全管理

該功能模塊建立了安全隱患排查的閉環(huán)管理模式，結(jié)合影像資料分析、備案，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目安全管理機(jī)制。安全定義功能可下達(dá)至各施工點(diǎn)開展常規(guī)安全隱患排查任務(wù)。同時(shí)，安全管理可以將發(fā)現(xiàn)的常規(guī)或非常規(guī)的安全隱患問題及時(shí)上報(bào)，形成帶有影像資料的上報(bào)信息，用于指導(dǎo)安全隱患問題排查工作。根據(jù)查看安全問題處理狀態(tài)形成質(zhì)量安全的閉環(huán)管理，其中包含安全隱患的描述、建立時(shí)間、位置、標(biāo)題、負(fù)責(zé)人、是否排除等信息。

質(zhì)量安全數(shù)據(jù)記錄效果如圖9所示。

安全管理分為常規(guī)安全隱患管理項(xiàng)與非常規(guī)安全隱患管理項(xiàng)和該功能模塊的常規(guī)安全隱患管理項(xiàng)。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，需要項(xiàng)目安全員根據(jù)自己的工作進(jìn)度進(jìn)行常規(guī)安全隱患排查信息更新。對(duì)于非常規(guī)安全隱患管理項(xiàng)，其他項(xiàng)目施工人員在工作過程中，發(fā)現(xiàn)的突發(fā)性的安全隱患問題都可以進(jìn)行上報(bào)。信息上報(bào)更新工作就是將質(zhì)量相關(guān)問題填入上述報(bào)表匯總，其中包含質(zhì)量問題分類、建立時(shí)間、位置、標(biāo)題、負(fù)責(zé)人、是否排除等信息，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)“人人都是安全員”的戰(zhàn)略性安全管理機(jī)制。

2.4.6基于BIM平臺(tái)的物料質(zhì)量檢測

通過BIM模型中的構(gòu)件信息管理，結(jié)合二維碼信息共享，依托項(xiàng)目實(shí)施過程中施工進(jìn)度報(bào)表的填寫，將填寫上傳的施工進(jìn)度信息報(bào)表逐條轉(zhuǎn)換成二維碼信息，從而將每一個(gè)結(jié)構(gòu)物的名稱、位置、起止日期、負(fù)責(zé)人、數(shù)量等信息體現(xiàn)出來，方便項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施管理與協(xié)調(diào)施工，達(dá)到信息化的高效利用（見圖10）。

該項(xiàng)功能所利用的數(shù)據(jù)信息是上述進(jìn)度管理、資源管理的數(shù)據(jù)，將不同結(jié)構(gòu)物的二維碼生成、下載、打印并張貼在對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)物上，根據(jù)項(xiàng)目管理架構(gòu)建立完整的閉合資源管監(jiān)督管理體系，在每一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接階段都需要專項(xiàng)人員確認(rèn)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。

2.4.7基于BIM模型的圖紙管理

BIM建模源于圖紙，打破傳統(tǒng)的圖紙管理方式，在建模過程中把所有二維圖紙一一對(duì)應(yīng)，通過反查的方式可更方便地找出該部位的原始設(shè)計(jì)資料。模型中顯示顏色部分為已經(jīng)掛接的二維圖紙部分，可下載此模型對(duì)應(yīng)的圖紙至本地（見圖11）。

3效益分析

通過引入BIM技術(shù)，可精細(xì)化管理人員工時(shí)、物料、工程量核算等間接成本，相較于傳統(tǒng)項(xiàng)目管理，BIM項(xiàng)目管理信息化更加全面，管理機(jī)制更加細(xì)化、完善，在數(shù)據(jù)粒度、數(shù)據(jù)及時(shí)性、短周期多維度方面都更具優(yōu)勢。通過BIM解決方案，大大改善傳統(tǒng)成本控制中的難點(diǎn)，BIM技術(shù)在處理實(shí)際成本核算中有著巨大的優(yōu)勢。由于工程項(xiàng)目建設(shè)中因協(xié)同困難產(chǎn)生的工期延誤而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)相當(dāng)巨大，而利用BIM技術(shù)共享，協(xié)同能力提高，加快了工期進(jìn)度，降低了資源消耗，也是有效降低成本的手段之一。

BIM技術(shù)投入到公路建設(shè)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢，也能反映出行業(yè)職能部門對(duì)先進(jìn)技術(shù)的把控與支持，提升職能部門形象及公信力。BIM技術(shù)終將成為EPC單位不可缺失的技術(shù)，作為設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)全周期可使用的全新綜合性技術(shù)手段，不僅能夠提升項(xiàng)目全過程施工管理效率，節(jié)約成本，提升企業(yè)在社會(huì)層面的影響力，而且可以協(xié)助地方政府制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)企業(yè)項(xiàng)目建設(shè)、技術(shù)研發(fā)等方面的領(lǐng)軍實(shí)力。

4應(yīng)用研究總結(jié)

在烏奎一標(biāo)項(xiàng)目的BIM系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用研究中，該系統(tǒng)建模利用Rhino參數(shù)化建模完成。平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場管理需求不斷修改完善，力求以實(shí)用為主，除上述應(yīng)用研究外，還增加了人、機(jī)信息管理、數(shù)據(jù)填報(bào)EXCEL導(dǎo)入導(dǎo)出、場景快速定位等項(xiàng)目建設(shè)中需求的研究。

通過近兩年來在項(xiàng)目現(xiàn)場的應(yīng)用研究，工作過程中也出現(xiàn)的一些難點(diǎn)和問題，如：資料電子化的普及問題、各專業(yè)間技術(shù)接口的協(xié)調(diào)、BIM施工管理平臺(tái)涵蓋的管理面等，這些問題仍存在于傳統(tǒng)施工的大環(huán)境下。技術(shù)的創(chuàng)新、管理的創(chuàng)新，都離不開一代代研究人員的鋪墊與創(chuàng)新，最終BIM技術(shù)將極大地優(yōu)化我國施工管理，打造真正的信息化施工管控體系。

5結(jié)語

在此項(xiàng)目研究中，BIM技術(shù)和施工管理的結(jié)合在技術(shù)層面上是完全可行的。雖然現(xiàn)階段各個(gè)方面的專業(yè)配合還不盡完美，但通過此次在項(xiàng)目中的應(yīng)用效果來看，參建各方反映非常好，期望嘗試新技術(shù)，更期望著新技術(shù)為各自工作帶來全新體驗(yàn)及便利。我們將會(huì)把此應(yīng)用研究繼續(xù)下去，為BIM技術(shù)助推路橋行業(yè)施工管理的發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。