基于BIM 技術(shù)的房屋建筑施工過程管理研究

何余華 李夫強 周金龍

(中國建筑第六工程有限公司)

房屋建筑工程管理中，安全、質(zhì)量、進(jìn)度是建筑施工的核心[1]。傳統(tǒng)的3D 建模技術(shù)應(yīng)用于建筑模型的構(gòu)建，建立的模型單一，逐漸產(chǎn)生諸多局限性。目前建筑工程傳統(tǒng)管理中質(zhì)量管理存在材料規(guī)范性、專業(yè)協(xié)調(diào)性不足，安全管理措施針對性不足，進(jìn)度管理計劃編制、人員分配合理性不足、影響因素考慮不全面等問題。BIM 技術(shù)提供了綜合運用建筑信息和項目特點，建立全面、準(zhǔn)確的高維模型，并且該模型能夠隨時進(jìn)行可視化模擬和動態(tài)改進(jìn)。此次研究由此提出一種建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，該技術(shù)需要通過詳細(xì)的建筑信息進(jìn)行3D 建模，能夠管理和設(shè)計到詳細(xì)的資源管理和進(jìn)度管理的具體作業(yè)，應(yīng)用于建筑施工過程施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度管理中，以提高房屋建筑施工過程管理水平。

1.BIM 建模技術(shù)與傳統(tǒng)管理的應(yīng)用比較

BIM 技術(shù)指科學(xué)整合與建筑相關(guān)的大量數(shù)據(jù)，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、歸納，并且輸入到計算機當(dāng)中，進(jìn)而建立一種建筑模型。BIM 的模型信息主要有三個特點，包括關(guān)聯(lián)性，工程對象之間相互聯(lián)系，互相識別；完備性，能夠?qū)こ痰娜啃畔⑦M(jìn)行詳細(xì)描述；一致性，建設(shè)生命周期內(nèi)各階段的模型信息保持一致。模型可以自動演化，不用重復(fù)創(chuàng)建。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，BIM 創(chuàng)建的模型具有可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、動態(tài)性特點。能夠生成各種可視化表示，如報表，精確展示工程各個過程的詳細(xì)信息；其次，對實施工程的部分進(jìn)行模擬和修正，保證工程可行性；再者，多個部門單位之間能夠互相協(xié)調(diào)、配合，有效溝通；能夠隨著工程過程中不斷改進(jìn)和優(yōu)化。BIM 建模技術(shù)的目的是保證施工安全與實現(xiàn)目標(biāo)，在設(shè)計階段基于Revit 軟件進(jìn)行三維建模，在施工階段構(gòu)建項目綜合信息模型。

目前，由于施工單位對技術(shù)和手段的不注重，施工流程過于片面化，傳統(tǒng)施工質(zhì)量管理上還存在著很多問題，如材料選取不規(guī)范、人員專業(yè)技術(shù)性水平不同、施工操作不嚴(yán)格、工程流程不流暢等。將BIM 技術(shù)應(yīng)用至施工項目中，在技術(shù)管理方面，能夠在施工過程中選用匹配的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，保證施工質(zhì)量和水平。BIM 軟件平臺能夠通過電子技術(shù)對施工流程進(jìn)行模擬以及對信息進(jìn)行及時準(zhǔn)確地傳遞，建立標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的施工流程，專業(yè)技術(shù)人員不斷計算實際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的變化，進(jìn)行科學(xué)有效改進(jìn)和優(yōu)化。通過傳統(tǒng)質(zhì)量管理模式與BIM 管理模式，獲取項目的階段流程完成質(zhì)量水平以及分別進(jìn)行傳遞信息情況如圖1。

圖1 傳統(tǒng)質(zhì)量管理模式與基于BIM 管理模式傳遞信息情況

質(zhì)量控制主要包括事前、事中、事后，BIM 在這三個階段均發(fā)揮了有效、積極的作用[2]。事前階段，BIM 技術(shù)對施工過程中材料、器械、物資等信息進(jìn)行存儲和查詢，嚴(yán)格準(zhǔn)確控制施工質(zhì)量。事中階段，通過運用BIM 平臺，對施工技術(shù)進(jìn)行模擬和標(biāo)準(zhǔn)建立，專業(yè)人員進(jìn)行科學(xué)計算后隨著施工的過程變化進(jìn)行完善。事后階段，對施工的流程和計劃進(jìn)行核對和檢查，并且對比實際流程情況，嚴(yán)格監(jiān)控施工質(zhì)量，降低發(fā)生不可控情況的風(fēng)險概率。與傳統(tǒng)方法相比，應(yīng)用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢如表1。

表1 應(yīng)用BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢情況對比

在安全管理中，風(fēng)險管理是工程施工管理的重要部分之一，如圖2。BIM 技術(shù)應(yīng)用至施工的安全管理中，通過對施工現(xiàn)場的實時監(jiān)控，全面檢測施工過程的安全隱患，這為施工現(xiàn)場安全管理提供了有效參考依據(jù)。BIM 技術(shù)能夠針對施工安全進(jìn)行自動化管理，通過可視化操作界面，對施工各個環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，使得管理者、工程師等對安全隱患的識別更加準(zhǔn)確，從而提高安全管理決策的科學(xué)性。BIM 技術(shù)的動態(tài)性特點為安全管理提供了施工動態(tài)安全檢查，通過三維空間對施工操作和施工人員進(jìn)行定位和實時監(jiān)控，不僅可以提高安全隱患的預(yù)測準(zhǔn)確率，還能夠降低安全事故的發(fā)生率。

圖2 風(fēng)險管理環(huán)節(jié)

項目進(jìn)行的控制和實施是項目管理的重要一環(huán)。房建工程施工需要保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能夠按時完工。將BIM 應(yīng)用至施工進(jìn)度管理中，能夠解決傳統(tǒng)施工進(jìn)度管理在施工流程設(shè)計、施工進(jìn)度安排等方面存在一定的局限性問題，進(jìn)而提高經(jīng)濟效益。

目前，房間施工的進(jìn)度管理存在的問題主要表現(xiàn)在幾個方面：包括進(jìn)度計劃編寫缺少合理性，施工進(jìn)度與實施雖然嚴(yán)格按照施工的方案和計劃進(jìn)行，但施工人員的工作經(jīng)驗、主觀因素也會對計劃的編制產(chǎn)生影響；其次，設(shè)計圖紙存在矛盾和錯誤，由于豐富的建筑項目圖紙需要多個專業(yè)的專家同時參與，設(shè)計圖紙的設(shè)計與審查結(jié)果也會隨著知識的局限性受到影響，從而導(dǎo)致施工的質(zhì)量和進(jìn)度受到影響。溝通不充分是導(dǎo)致施工進(jìn)度受到阻礙的原因之一，所以進(jìn)度計劃的合理性與科學(xué)性保證各項工作的協(xié)調(diào)開展和工作內(nèi)容的順利銜接。BIM 技術(shù)運用可視化界面準(zhǔn)確表達(dá)，對項目流程具體分配到個體人員，包括施工操作的相關(guān)流程。促進(jìn)施工計劃的精細(xì)化、規(guī)范化管理，提高計劃的可執(zhí)行性。BIM技術(shù)的模擬性能夠模擬每一棟建筑的施工情況，保證各個施工階段的有序進(jìn)行和準(zhǔn)時完工。

應(yīng)用BIM 技術(shù)于項目進(jìn)度管理中，基于BIM 技術(shù)的項目相關(guān)信息通過圖像描述具有詳細(xì)且直觀的特點。在實際施工過程中，BIM 建筑模型能夠詳細(xì)分配各種資源，根據(jù)施工進(jìn)度變化，合理調(diào)整供應(yīng)鏈，保證施工進(jìn)度，對于數(shù)據(jù)信息完整性的提高具有很大的促進(jìn)。在建設(shè)項目中，各部分工作能夠通過BIM 技術(shù)進(jìn)行組合，以種類進(jìn)行工作的分配[3]。各個參與方憑借計算機技術(shù)，相互之間的信息傳遞和數(shù)據(jù)共享得到了有效進(jìn)行，不僅提高了各個方面的相互協(xié)作和溝通，還提高了工作配合的合理性?？梢暬S建模是BIM技術(shù)的核心技術(shù)部分，將其應(yīng)用于項目進(jìn)度管理中，能夠促進(jìn)可視化管理，對于檢查維護(hù)工作具有很好的可控制性，并且對施工質(zhì)量的確定和對施工操作的準(zhǔn)確執(zhí)行具有科學(xué)合理的指導(dǎo)意義。項目施工進(jìn)度管理應(yīng)用BIM 技術(shù)具有很大的作用，如表2。

表2 基于BIM 技術(shù)的項目施工進(jìn)度管理優(yōu)勢

2.BIM 在房建施工項目的實際應(yīng)用

2.1 房建工程項目概況

某市的某房建工程用于建設(shè)項目，建筑面積和占地分別為148371.76 平方米、10474.88 平方米。主要包括綜合樓、幼兒園、物管樓、地下車庫等，整個項目的建筑物總共為10 樓。該工程總體面積較大，周圍的環(huán)境在一定程度上會影響施工的進(jìn)度。具體的建設(shè)計劃如表3。

表3 房建工程建筑設(shè)計

將施工涉及的所有部分、環(huán)節(jié)均運用3D 建模技術(shù)進(jìn)行聯(lián)系，具體的施工管理、人員、材料、器械等都能夠通過BIM 技術(shù)創(chuàng)建的信息模型進(jìn)行管理。由此提高項目施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度的管理以及監(jiān)控工作的效率和質(zhì)量。

2.2 BIM 對房建工程的具體流程應(yīng)用

2.2.1 項目質(zhì)量管理的BIM 應(yīng)用

房建工程項目中，質(zhì)量管理需要掌握施工情況和項目質(zhì)量，并對施工操作要求動態(tài)控制和管理?？臻g沖突檢查是對工程的不同專業(yè)模型進(jìn)行整合后，在可視化模型上進(jìn)行碰撞和檢測，便于提前發(fā)現(xiàn)施工在設(shè)計階段存在的未被發(fā)現(xiàn)的空間沖突問題。將檢查的相關(guān)信息和沖突測試碰撞的結(jié)果進(jìn)行記錄和反饋，針對其中產(chǎn)生的問題，進(jìn)行圖紙調(diào)整，保證后期的施工質(zhì)量，避免由于錯誤造成的成本浪費。同時，進(jìn)行項目的空間沖突檢測，可以增加各方之間的信任和溝通，合作能夠做到有效協(xié)調(diào)和配合無間。對質(zhì)量管理的提升，運用Revit 建模能夠建立項目整體資料，包括房建項目詳細(xì)的設(shè)計思路和圖紙信息，現(xiàn)場的施工管理人員借此對施工操作和進(jìn)度查詢以及材料特性的監(jiān)督。合理充分運用BIM 的可視化優(yōu)勢，能夠使施工人員、管理人員、技術(shù)人員之間的溝通和信息咨詢更加順利和有效，從而促進(jìn)工作協(xié)作與各個環(huán)節(jié)的有效配合，提高施工的進(jìn)度和質(zhì)量。技術(shù)人員通過BIM技術(shù)構(gòu)建的三維模型，能夠獲取完整的模型與圖紙之間的信息聯(lián)系，進(jìn)而能夠更加細(xì)致地找出里面的關(guān)聯(lián)性問題，從而便于圖紙的設(shè)計與修改，大大提高了工作的效率。另外，對于施工人員來說，通過BIM 技術(shù)建立的模型進(jìn)行響應(yīng)的施工模擬與實施預(yù)演，從而觀察和了解到整個實事工程的實際成果，提前預(yù)知施工的實際進(jìn)度，便于后期的問題查詢和質(zhì)量控制管理。

質(zhì)量管理中實施重點為信息，以強大的信息流轉(zhuǎn)促進(jìn)施工質(zhì)量管理的力度和效率。實施過程中進(jìn)行有效快捷、準(zhǔn)確的信息傳遞，能夠保證實施環(huán)節(jié)的紐帶連接，完善施工質(zhì)量信息的完整性?；贐IM 技術(shù)，材料設(shè)備與施工過程是質(zhì)量管理的重點部分，將材料的檢測報告等信息與構(gòu)件部位之間相互關(guān)聯(lián)，建立一種可存儲物資信息模塊，便于管理人員對器械、設(shè)備的查詢與對比?；贐IM 的項目質(zhì)量管理流程如圖3。

圖3 基于BIM 的項目質(zhì)量管理流程

2.2.2 項目安全管理的BIM 應(yīng)用

安全管理是房建工程項目的重要內(nèi)容，施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本管理等存在密切的聯(lián)系，通過BIM 技術(shù)對安全管理進(jìn)行科學(xué)編制，是有效降低安全隱患的重要措施。BIM 技術(shù)能夠?qū)κ┕ぞ€程進(jìn)行4D 模擬，然后可視化展示，幫助管理者了解施工過程中的風(fēng)險和隱患，制定相關(guān)的安全管理措施，實現(xiàn)針對性的安全管理。

憑借Revit 軟件建立3D 建筑模型，其中包含建筑工程的全部信息，作為項目管理的信息源，然后綜合3D 模型的信息和數(shù)據(jù)，成為BIM 綜合信息數(shù)據(jù)庫，便于實現(xiàn)資源和信息共享。根據(jù)施工各階段的需求，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)的子信息模型提取，包括施工塔吊安全管理模型、施工場地規(guī)劃模型等，為安全管理提供模型和數(shù)據(jù)支持。利用3D、4D模型的可視化特點，組合不同專業(yè)的3D 模型，并進(jìn)行碰撞測試，得出相應(yīng)的結(jié)果并且調(diào)整參數(shù)，降低和防止其中發(fā)現(xiàn)的碰撞事故安全風(fēng)險，進(jìn)而實現(xiàn)施工過程的全面有效的動態(tài)管理。

合理將BIM 技術(shù)應(yīng)用至房建工程項目安全管理中，將三維模型作為基礎(chǔ)，運用可視化管理對施工過程中的安全進(jìn)行有效模擬。管理人員等通過技術(shù)模擬施工環(huán)境，科學(xué)規(guī)劃施工現(xiàn)場布局，模擬施工操作，不斷優(yōu)化施工進(jìn)度管理和措施，實現(xiàn)有效溝通和對施工安全管理的有效改進(jìn)和及時優(yōu)化，并能提高安全控制效果。

2.2.3 項目進(jìn)度管理的BIM 應(yīng)用

進(jìn)度管理應(yīng)用BIM 技術(shù)是在原有的3D 模型基礎(chǔ)上，添加一個時間維度形成4D 模型。在實際運用中，通過該模型，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場的各個施工階段、施工設(shè)計的材料器械有著充分的考量，并且根據(jù)施工情況隨時進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，其他與之關(guān)聯(lián)的部分也能夠隨之改進(jìn)，從而保證各個環(huán)節(jié)的有序、有效進(jìn)行。應(yīng)用流程如圖4。

圖4 基于BIM 的項目進(jìn)度管理流程

為建立4D 模型，需要將建立建筑3D 建筑模型和建筑施工過程模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。3D 模型建立直接基于三維模擬系統(tǒng)導(dǎo)入3D 建筑模型，將參數(shù)輸入完成相應(yīng)構(gòu)件的創(chuàng)建，最后進(jìn)行組合。建筑施工模型的建立實際上是進(jìn)度計劃的制定和模擬，運用WPS 將建筑結(jié)構(gòu)細(xì)分，形成施工的進(jìn)度任務(wù)節(jié)點，最終實現(xiàn)施工進(jìn)度任務(wù)分配。建立4D 模型，需要通過系統(tǒng)中的連接工具將節(jié)點與建筑的組成構(gòu)建進(jìn)行一一對應(yīng)，實現(xiàn)關(guān)聯(lián)操作，系統(tǒng)中相關(guān)工程構(gòu)建能夠?qū)嶋H的工程施工情況進(jìn)行定義，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是施工信息管理的重要部分，通過進(jìn)度管理系統(tǒng)，能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理、科學(xué)的管理，實現(xiàn)有效率的數(shù)據(jù)交換。施工管理系統(tǒng)為管理者提供了4D 管理模型的實際操作界面，能夠?qū)κ┕みM(jìn)度計劃、施工現(xiàn)場進(jìn)行控制和可視化模擬，綜合管理施工進(jìn)度。4D 施工進(jìn)度計劃管理主要分為兩個方面，一是對軟件中的管理界面進(jìn)行操作，二是通過軟件界面進(jìn)行動態(tài)管理，實時監(jiān)控施工情況，便于進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化。通過BIM 技術(shù)對房建工程項目的進(jìn)度控制有很大作用，如圖5。

圖5 BIM 技術(shù)應(yīng)用于房建工程項目的相關(guān)改進(jìn)結(jié)果數(shù)據(jù)

3.結(jié)論

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)模式相比，基于BIM 技術(shù)的施工進(jìn)度管理得到有效的提升，項目產(chǎn)出與團隊合作提高了73.04%，信息請求減少了56.08%，施工周期從30.19%減少至25.31%，減少了16.16%，與相關(guān)合作方的協(xié)調(diào)時間減少了21.54%，企業(yè)競爭力提高了38.21%。由此可見，BIM 技術(shù)對房屋建筑過程管理有著良好的作用。但是，對于BIM技術(shù)應(yīng)用于房建工程項目，實驗結(jié)果證明力度還不夠充足，需要在之后的研究中，全面采集不同發(fā)展程度的企業(yè)公司項目情況，增加研究的數(shù)據(jù)支持并促進(jìn)研究的深度。