基于BIM5D的工程智能建造管理應(yīng)用研究

李倩文

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模式逐步由地上空間開發(fā)轉(zhuǎn)向地下空間挖掘。城市軌道交通、隧道、地下通道或下立交等工程逐漸成為各大城市建設(shè)的重點，如何提高其建造管理水平，節(jié)約成本，成為目前的研究關(guān)鍵點。

在中國，目前BIM技術(shù)應(yīng)用主要集中于設(shè)計階段和施工階段基于模型的單機(jī)應(yīng)用，如建筑能耗分析[1]、碰撞檢測與工程量統(tǒng)計[2]、施工籌劃方案模擬[3]等，隨著技術(shù)的不斷拓展，近兩年來BIM開始應(yīng)用于工程建造的系統(tǒng)管理中，進(jìn)行BIM4D（模型加時間信息）的綜合運用，如進(jìn)度管理以及基于BIM4D技術(shù)的施工管理平臺應(yīng)用[4]等。而BIM5D（模型加時間及成本信息）雖早在2013年就被提出，但BIM5D的綜合應(yīng)用因受到各種主客觀因素的制約，施工總承包方尚且無法將其整體運用至項目管理全過程中。

本文研究了基于BIM5D的地下工程智能建造管理技術(shù)，并面向施工各參與方，搭建適用于地下工程智能建造管理系統(tǒng)框架，同時依托淞滬路-三門路下立交工程，實現(xiàn)智能建造綜合管理應(yīng)用，全面提升工程建造管理水平。

1 基于BI M 5D平臺的智能建造管理

1.1 應(yīng)用需求

1地下工程的建造過程復(fù)雜，工期較長，質(zhì)量安全影響面大，其建造管理水平直接關(guān)系到地下工程的建造周期及成本。隨著信息技術(shù)的逐步發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用，地下工程的建造管理模式不斷由傳統(tǒng)化粗放型向智能化精細(xì)型過渡。

目前，大多地下工程的建造管理由人工去主導(dǎo)，其建造現(xiàn)場的施工狀況，均通過現(xiàn)場人工檢查確定信息后，再上報處理，繼而做出相應(yīng)處理方案，導(dǎo)致信息反饋不及時或遺漏，增加了現(xiàn)場安全風(fēng)險。其建造期的成本管理，目前多是人工進(jìn)行工程量統(tǒng)計，成本核算，對比分析，其人為影響因素較多，耗費大量人工且誤差較大[5]。

與傳統(tǒng)建造管理技術(shù)不同的BIM技術(shù)的集成化、共享協(xié)同性等優(yōu)勢，為工程智能建造管理提供了新思路，開發(fā)基于BIM5D的智能建造管理平臺，并實施應(yīng)用智能現(xiàn)場過程管理、成本管理、施工模擬等功能，明顯提升工作效率，解決過程資料的散亂、無跡可查，問題反饋不及時、責(zé)任無人認(rèn)領(lǐng)、成本偏差模糊不清等狀況，提高工程建造管理效率。

1.2 數(shù)據(jù)需求

BIM5D是將全專業(yè)BIM模型通過統(tǒng)一的信息關(guān)聯(lián)規(guī)則，集成進(jìn)度、成本以及現(xiàn)場過程管理等相關(guān)信息，形成五維模型，實現(xiàn)項目的精細(xì)管理。

BIM模型是基于統(tǒng)一的建模規(guī)則而創(chuàng)建的各專業(yè)模型，并于BIM5D平臺整合形成全專業(yè)BIM深化模型。BIM模型的創(chuàng)建是在充分調(diào)研工程建造過程的應(yīng)用及管理需求上，綜合考慮設(shè)計及施工管理的數(shù)據(jù)需求、數(shù)據(jù)共享傳遞以及工程量清單等因素，明確建模標(biāo)準(zhǔn)，包含建模軟件、范圍、坐標(biāo)、模型命名規(guī)則、信息精度等。

進(jìn)度信息是基于施工工藝工序、項目關(guān)鍵工作等籌劃的時間信息，包含進(jìn)度計劃及實際進(jìn)度信息；

成本信息是基于工程量清單計價規(guī)則、分類規(guī)則、圖紙工程量、實際完工量、施工技術(shù)及施工設(shè)備等編制形成的預(yù)算文件，包含中標(biāo)合同價、目標(biāo)成本、實際成本等文件。

現(xiàn)場過程管理信息是基于現(xiàn)場安全、質(zhì)量、文明施工等要求，形成的閉環(huán)管理信息，用于現(xiàn)場問題及時快速解決，人員高效工作，工程高質(zhì)建設(shè)。

1.3 BIM5D平臺框架

平臺架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和門戶層3個層次，見圖1。數(shù)據(jù)層包含基于統(tǒng)一的建模要求、平臺識別規(guī)則及數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)而形成的BIM模型、數(shù)據(jù)文檔、預(yù)算文件等。由多個軟件形成的各類數(shù)據(jù)信息經(jīng)過統(tǒng)一的BIM數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，整合于BIM5D平臺，形成完整的建筑信息模型，以供應(yīng)用層進(jìn)行BIM應(yīng)用實施。應(yīng)用層基于BIM應(yīng)用導(dǎo)則及項目管理要求開展施工模擬、現(xiàn)場過程管理、成本管理等各項BIM應(yīng)用。其各項應(yīng)用則通過門戶層來進(jìn)行訪問、查看、反饋與管理，包含移動端、網(wǎng)頁端及桌面端。整個平臺，依托云端，進(jìn)行文件存儲、計算與處理。

圖1 平臺框架

2 智能建造在工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

淞滬路-三門路下立交工程（以下簡稱“本工程”）位于上海五角場區(qū)域范圍，采用雙層Y字型下立交形式，主線為上層，自淞滬路上跨匝道和軌道交通10號線后轉(zhuǎn)入閘殷路，同時下層設(shè)置一對匝道，于政立路以北從主線兩側(cè)分出，下穿主線后迅速匯合，從合流污水管及規(guī)劃軌道交通20號線之間穿過后至民府路接地，見圖2。

圖2 工程總體示意圖

工程周邊環(huán)境復(fù)雜，沿淞滬路地上有眾多高層建筑，基坑段西側(cè)緊靠新排污水管，東側(cè)全線緊鄰10號線區(qū)間和車站，最小凈距僅為2.09 m，且主線上穿10號線區(qū)間。匝道段采取國內(nèi)最大斷面矩形頂管施工，全程保護(hù)合流污水箱涵，并預(yù)留規(guī)劃地鐵空間。本工程施工風(fēng)險極大，技術(shù)難度極高，參與方眾多，以此為導(dǎo)向，開發(fā)應(yīng)用基于BIM5D技術(shù)的智能建造管理平臺，提升項目建造管理水平及精細(xì)化程度。

2.2 BIM5D智能建造管理平臺技術(shù)

本工程基于上述平臺架構(gòu)，以項目需求為出發(fā)點，實施智能建造管理研究與應(yīng)用，其主要實現(xiàn)施工模擬、現(xiàn)場過程管理及成本管理等三大功能。該BIM平臺利用輕量化技術(shù)，降低業(yè)務(wù)間數(shù)據(jù)的耦合度，利用IGMS文件傳輸技術(shù)，整合不同的BIM 模型（Revit、Tekla、Magicad等），形成流暢的模型快速瀏覽場景。同時，基于IFC解析引擎，促進(jìn)構(gòu)件的快速解析、批量處理，信息的快速關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)構(gòu)件量的自動提取與統(tǒng)計報表自動生成，為項目過程中的工程量統(tǒng)計、成本統(tǒng)計分析提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 施工模擬

平臺基于其特有的數(shù)據(jù)集成功能，實現(xiàn)集成各類模型數(shù)據(jù)，并于擬定工作面處，整合施工計劃、施工場地信息等數(shù)據(jù)，完成施工場地三維模擬，施工方案預(yù)演施工，以優(yōu)化場地布置，查找方案缺漏項，為項目現(xiàn)場的高效施工提供指導(dǎo)，同時三維可視化的交流溝通，促進(jìn)了項目的快速決策與推進(jìn)，見圖3。

圖3 施工模擬

2.4 現(xiàn)場過程管理

現(xiàn)場過程管理涉及現(xiàn)場質(zhì)量、安全、文明施工管理等內(nèi)容，使用平臺移動端口，結(jié)合云計算及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，進(jìn)行工程現(xiàn)場施工情況的隨時隨地線上提交、反饋、控制與處置，見圖4，并設(shè)置對應(yīng)問題的各級負(fù)責(zé)人，創(chuàng)建清晰的責(zé)任分工界面，有效保證問題可追溯，處理情況有跡可查以及問題的快速高效處理。

圖4 現(xiàn)場過程管理

現(xiàn)場過程管理涵蓋現(xiàn)場建造管理的大部分施工信息，在采集大量現(xiàn)場施工管理相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，平臺基于云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行綜合統(tǒng)計，見圖5，分析現(xiàn)場問題種類、項目管理人員的督查管理情況、各施工分包單位違規(guī)情況、以及各問題整改進(jìn)度情況等，依據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，逐一進(jìn)行針對性改進(jìn)，如分包單位違規(guī)統(tǒng)計，定期對違規(guī)次數(shù)較多的單位進(jìn)行懲罰警告等，對違規(guī)次數(shù)較少的單位或無違規(guī)次數(shù)的單位進(jìn)行獎勵，有效提高了總包方對各分包方的管理效率，以及現(xiàn)場問題的快速解決，達(dá)到工程建造智能管理。

圖5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2.5 成本管理

傳統(tǒng)的成本管理主要是基于二維圖紙的人工數(shù)據(jù)統(tǒng)計來完成成本計劃、成本控制及成本分析等工作，存在較大的統(tǒng)計誤差。為完善項目成本管理，本平臺成本管理模塊支持模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)對應(yīng)的工程量清單及進(jìn)度計劃信息，根據(jù)模型來提取工程量，自動統(tǒng)計報表，實現(xiàn)基于模型的實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式，促進(jìn)施工方有效合理的調(diào)整成本，采取針對性的施工技術(shù)措施，控制成本。

本工程涉及體量較大，建設(shè)周期較長，鑒于建造進(jìn)度及成本數(shù)據(jù)的保留性，選取部分?jǐn)?shù)據(jù)（如頂管北工作井）進(jìn)行成本分析展示，收集北工作井的合同清單、目標(biāo)預(yù)算文件、計劃進(jìn)度文件以及BIM模型等數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行整合，同時根據(jù)施工進(jìn)度，定期輸入實際進(jìn)度信息及成本信息，最終根據(jù)需要，提取周、月、年工作量，形成計劃成本與實際成本的對比分析曲線，見圖6。

圖6 計劃成本與實際成本對比分析曲線

項目通過每月計劃資金與實際成本的對比分析結(jié)果來調(diào)整次月的資金計劃及物資情況，有效控制成本。同時，根據(jù)項目管理需要，針對合同成本預(yù)算、目標(biāo)成本、實際成本，輸出周、月、年的三算對比分析曲線，為整體工程成本過程管理提供指導(dǎo)。經(jīng)過頂管北工作井的成本應(yīng)用實踐，達(dá)到了成本的精細(xì)透明管理，大大提升成本管控效率。同時實踐表明：成本精細(xì)化管理綜合運用于全工程范圍仍存在一定距離。

3 結(jié) 語

根據(jù)我國工程建造管理現(xiàn)狀，研究了基于BIM5D的工程智能建造管理技術(shù)，并面向施工各參與方，搭建了工程智能建造管理系統(tǒng)框架，并實施應(yīng)用了工程智能建造的過程管理、成本管理及施工模擬等功能，主要結(jié)論如下：

（1）利用BIM技術(shù)及igms文件傳輸技術(shù)，進(jìn)行三維可視化的施工模擬，有效促進(jìn)項目的高效決策，為現(xiàn)場施工提供參考；

（2）基于BIM技術(shù)的工程智能建造管理，結(jié)合工程現(xiàn)場施工情況，實時在線的反饋現(xiàn)場過程問題，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提高工程現(xiàn)場施工管理效率，保證工程建造過程的質(zhì)量安全。

（3）基于BIM5D技術(shù)實施局部區(qū)域的成本精細(xì)管理，針對合同價、目標(biāo)成本、實際成本，輸出周、月、年對比曲線，有效促進(jìn)成本精細(xì)化管理。